История развития науки о процессах и аппаратах

4.6.1. ПРЯМОЙ И ОБРАТНЫЙ ЦИКЛЫ КАРНО. ЭНТРОПИЯ
Круговые процессы, или циклы, совершаемые рабочими телами (веществами) в машинах, разделяются на прямые, в которых теплота превращается в работу, и обратные. По прямым циклам работают тепловые двигатели. Они вырабатывают механическую энергию путем переноса теплоты с более высокого температурного уровня на более низкий. Обратный цикл используется машинами, преобразующими механическую работу в отрицательные тепловые потоки. Так работают холодильные машины и тепловые насосы, переносящие теплоту с более низкого температурного уровня на более высокий.
Циклы Карно (прямой и обратный) изображены на рисунке 30.4 в координатах р—v (давление — удельный объем).
Теплоноситель, подвергаемый преобразованиям в тепловых машинах: сжатию, расширению, нагреванию, охлаждению, фазовым переходам и др., называют рабочим телом машины.
Прямой цикл Карно. Исходным состоянием рабочего тела двигателя является состояние точки 1. На участке 1—2 цикла рабочее тело сжимается адиабатически, т. е. без потерь теплоты. В точке 2 к нему начинают изотермически подводить теплоту q₁ от высокотемпературного источника, в результате чего рабочее тело расширяется по линии 2—3. На участке 3—4 расширение рабочего тела продолжается уже без подвода теплоты, т. е. адиабатически. На участке 4—1 от рабочего тела с помощью источника низкой температуры отбирается теплота q₂. В двигателях, работающих по разомкнутому циклу, когда теплоноситель в каждом цикле работы обновляется, процесс охлаждения заменяется процессом обновления теплоносителя.
Разность подведенной и отведенной в цикле теплоты соответствует выработанной в цикле работе ζ= q₁—q₂

Обратный цикл Карно. В обратном цикле Карно те же процессы происходят в обратной последовательности. Исходное состояние рабочего тела теперь — точка 4. Адиабатически сжатое компрессором по линии 4—3 рабочее тело охлаждается изотермически по линии 3—2 и далее продолжает расширяться адиабатически по линии 2—1. На изотерме 1—4 к рабочему телу подводится теплота камеры охлаждения и оно возвращается к исходному состоянию точки 4.