Билет 13 Выполнил: ДУГИН КИРИЛЛ, класс 10-2 Цикл Карно Максимальное значение КПД теплового двигателя.

Идеальный газ находится в цилиндре, закрытом поршнем. На первом этапе металлическая стенка цилиндра приводится в контакт с нагревателем. Поршню разрешается передвигаться настолько медленно, чтобы температура газа равнялась температуре нагревателя Т 1. Это изотермический процесс (рис. 1). Полученное тепло Q 1 превращается в работу A 1, равную площади под графиком. В 1824 году француз Сади Карно решил общую задачу об определении КПД любой тепловой машины, использующей произвольный цикл. Рисунок 1 Карно придумал идеальную тепловую машину с идеальным газом в качестве рабочего тела. Все процессы в машине Карно рассматриваются как обратимые.

На втором этапе цилиндр изолируется от нагревателя, и газ продолжает адиабатически расширяться, производя работу A 2 (заштрихованная площадь на рис. 2). Поскольку притока тепла нет, работа совершается за счет внутренней энергии рабочего тела (газа) и его температура снижается от Т 1 до Т 2. Рисунок 2 Далее, для того, чтобы выдвинутый поршень вернуть в первоначальное положение, на третьем этапе цилиндр вводится в контакт с находящимся при низкой температуре радиатором. Количество отданной теплоты Q 2 будет равно совершенной над поршнем работе А 3 (заштрихованная площадь на рис. 3). Газ при этом будет изотермически сжиматься при температуре Т 2. Рисунок 3

Последняя стадия - вновь адиабатический процесс, когда над поршнем совершается работа А 4, полностью переходящая во внутреннюю энергию газа. Его температура при этом повышается от Т 2 до Т 1 (рис. 4). Рисунок 4 Итак, общая полезная работа равна: А=А 1 +А 2 -А 3 -А 4 По закону сохранения энергии: А=Q 1 -Q Т1 Т2 О р v

Применяя I закон термодинамики для ц икла Карно КПД идеальной тепловой машины можно определ ить следующим образом: Из этой формулы следует, что чем больше разность температур нагревателя и холодильника, тем больше КПД. КПД всегда меньше 1, так как Т 2 >0 КПД будет приближаться к 1, если температура холодильника будет стремиться к абсолютному нулю. За один цикл работы рабочее тело получает от нагревателя количество теплоты Q 1. Расширяясь, оно совершает работу A' и часть количества теплоты Q 2 передает холодильнику: Q 1 = A' + Q 2 Если бы Q 1 = A, то тогда температура рабочего тела упала бы до 0 К (абсолютного нуля). Таким образом, КПД теплового двигателя можно рассчитать по формуле: КПД теплового двигателя