Цикл Карно

Розглянемо запропонований С. Карно циклічний процес (цикл Карно), який складається з двох ізотерм і двох адіабат (рис. 2.14 а).

Отримання тепла Q1 ззовні відбувається ізотермічно (1—2), коли газ перебуває в тепловому контакті з джерелом теплоти, що має високу температуру Т2. Потім у стані 2 газ від’єднується від джерела теплоти й відбувається адіабатичне розширення (2—3), за якого теплообмін з навколишнім середовищем відсутній. При цьому газ здійснює зовнішню роботу за рахунок своєї внутрішньої енергії, унаслідок чого температура газу знижується до Т2.

Після цього газ вступає в контакт з «холодильником», що має температуру Т2, і відбувається ізотермічне стиснення (3—4), при цьому газ віддає «холодильнику» теплоту Q2, еквівалентну роботі, що виконується стискаючими газ зовнішніми силами. У стані 4 газ від’єднується від холодильника й адіабатично стискається (4—1) до початкового стану 1. Підвищення температури від Т2 до Т1 відбувається за рахунок роботи зовнішніх стискаючих сил. На рис 2.14, б цей процес зображено в координатах температура — ентропія. Зміна ентропії за ізотермічних процесів 1—2 і 3—4.

Зміна ентропії за адіабатичних процесів 2—3 і 4—1 дорівнює нулю; для цих процесів можна написати співвідношення:

Отже, сумарна зміна ентропії за циклу Карно так само дорівнює нулю:

Для циклу Карно коефіцієнт корисної дії виражається лише через температуру джерела теплоти й температуру «холодильника»:

(2.81)

Для інших кругових процесів коефіцієнт корисної дії має складніший вигляд. Зовнішня робота, здійснювана за будь-якого кругового процесу, має визначатись як алгебраїчна сума додатних робіт розширення та від’ємних робіт стиснення. Графічно ця робота зображається площею, яка обмежена лінією процесу. Виведемо тепер загальний вираз для зміни ентропії ідеального газу під час його переходу з одного рівноважного стану в інший. Згідно з означенням,

(2.82)(2.83)

Таким чином, зміну ентропії ідеального газу розраховують залежно від зміни його об’єму і температури. Цю формулу можна дещо видозмінити:

(2.84)

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *