Цикл Карно – это обратимый круговой
тепловой процесс, который состоит из
последовательно взаимно меняющихся двух
изотермических и двух адиабатических
процессов
(рис. 6.4).
Рассмотрим на примере поршневого
цилиндра с коленчатым валом и шатуном
(рис. 6.5) цикл, который состоит из двух
изотермических и двух адиабатических про-
цессов, так называемый цикл Карно.
1. На самом нижнем уровне поршня в
цилиндре объем газа равен
V
1
. Цилиндр помещен в сосуд с нагревателем
температурой
Т
1
. В начале этого процесса (рис. 6.4) температура газа
будет
Т
1
, давление
р
1
и объем
V
1
. На диаграмме
pV
обозначим под
цифрой 1 первоначальное состояние газа. От нагревателя цилиндру
передается количество тепла
Q
1
и за счет полученного тепла объем
газа изотермическим образом расширяется до объема
V
2
.
Значит,
параметры газа во втором состоянии будут:
р
2
,
V
2
,
Т
2
. В этом состоянии
газ выполняет работу
А
1
. На диаграмме
pV
(рис. 6.4) изотермическое
расширение газа показано изотермами 1–2.
104
2. На второй адиабатической стадии расширения, несмотря на
уменьшение количества тепла
Q
1
, поршень сдвигается с
V
2
до
V
3
. За счет
внутренней энергии газа поршень выполняет работу
А
2
, температура газа
понижается. На диаграмме
pV
на рисунке 6.4 адиабатическое расширение
газа показано адиабатами 2–3, параметры газа в этом состоянии будут:
р
3
,
V
3
,
Т
3
.
V
4
V
1
–A
4
+A
1
+A
2
V
3
V
3
V
2
V
2
V
1
V
1
Q
1
T
2
Q
2
Q
2
V
3
–A
3
V
4
T
1
T
2
Нагреватель Холодильник
Рис. 6.5.
3. Для совершения изотермического сжатия газа цилиндр с
температурой
Т
2
помещается в охладитель и поршень опускается,
объем газа начинает уменьшаться с
V
3
до
V
4
. Чтобы этот процесс
был изотермическим, работа А полностью превращается в тепло, газ
передает охладителю количество тепла
Q
2
, на диаграмме
pV
рисунка 6.4
изотермическое сжатие газа показано изотермой 3–4, параметры газа в
этом состоянии будут:
р
4
,
V
4
,
Т
4
.
4. В последней части цикла газ адиабатически сжимается, поршень
уменьшает объем газа с
V
4
до
V
1
. Здесь выполненная работа расходуется
на повышение температуры газа до первоначального показателя и растет
внутренняя энергия системы. На диаграмме
pV
рисунка 6.4 адиабатическое
сжатие газа показано адиабатой 4–1, параметры газа в этом состоянии
будут
р
1
,
V
1
,
Т
1
, т.е. принимают значения первоначального состояния.
Таким образом, идеальный газ возвращается в свое начальное
состояние и полностью восстанавливает свою внутреннюю энергию. В
течение цикла идеальный газ от нагревателя забирает количество тепла
Q
1
и отдает охладителю количество тепла
Q
2
. Согласно первому закону
термодинамики, количество тепла
Q
2
–
Q
1
расходуется на выполнение
работы и эта работа по количеству равна площади, охваченной циклом.
105
Do'stlaringiz bilan baham: |