Законы сохранения в механике статика и гидродинамика механические колебания и волны основы термодинамики

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