Цикл Карно

Содержание

  1. 1. Схема Б. К. Млодзиевского
  2. 2. Описание цикла
  3. 3. Тест по теме «Цикл Карно»
Тест: 3 вопроса
1. Создание эффективной тепловой машины принадлежит
Менделееву
Ван-дер-Ваальсу
Бутлерову
Карно
2. Что является рабочим телом в машине Карно?
жидкость
идеальный газ
твердое тело
все перечисленные тела
3. Из каких процессов состоит Цикл Карно?
двух изотермических
двух адиабатических
двух адиабатических и двух изохорных
двух изотермических и двух адиабатических

Вопрос о создании эффективной тепловой машины впервые поднял и решил французский ученый Н. Л. С. Карно. В работе «Рассуждение о движущей силе огня», опубликованной в 1824, он проанализировал работу идеальной тепловой машины (позже ее цикл назвали циклом Карно) и определил коэффициент ее полезного действия.

Карно доказал, что даже в идеальных условиях не может быть такой периодически действующей машины, которая, получая теплоту от нагревателя (более горячего тела), полностью превращала бы ее в механическую работу – обязательным условием в данном случае является передача части этой теплоты холодильнику (более холодному телу).

Схема Б. К. Млодзиевского

Рассмотрим подробнее цикл Карно на примере схемы Б. К. Млодзиевского. Рабочим телом в машине Карно является идеальный газ. Цикл осуществляется в цилиндре, стенки и поршень которого нетеплопроводные, дно цилиндра теплопроводное. Именно по дну цилиндра производится тепловой контакт газа с нагревателем и холодильником:

Цикл Карно.png

Последние являются телами очень большой теплоемкости, поэтому во время цикла их температура остается постоянной: нагревателя – T1 холодильника – T2. Дно цилиндра можно сделать нетеплопроводным, поставив цилиндр на адиабатическую подставку.

Описание цикла

Цикл Карно состоит из двух изотермических и двух адиабатических процессов идеального газа:

Цикл Карно2.png

Конечно, речь идет о равновесных процессах, которые, например, можно осуществить снятием песчинок с нагруженного поршня на боковые полки или переносом песчинок с полок на поршень (схема Б. К. Млодзиевского).

На участке 1-2 происходит изотермическое расширение газа. При этом цилиндр находится в контакте с нагревателем (схема а), с поршня песчинки переносятся на полку. Газ выполняет работу благодаря теплоте Q1, которую он получает от нагревателя (условия идеальные) на этом участке вся теплота превращается в механическую работу.

На участке 2-3 происходит адиабатическое расширение газа. Цилиндр находится на адиабатической подставке, песчинки переносятся с поршня на полку (схема б). Газ выполняет работу благодаря внутренней энергии, поэтому его температура снижается до Т2.

На участке 3-4 осуществляется изотермическое сжатие газа. Цилиндр находится в контакте с холодильником Т2, песчинки переносятся с полок на поршень (схема в). Работа выполняется над газом, газ передает количество теплоты Q2 холодильнику; поэтому температура газа остается неизменной – Т2.

На участке 4-1 осуществляется адиабатическое сжатие газа. Цилиндр находится на адиабатической подставке, песчинки переносятся с полок на поршень (схема г). Работа выполняется над газом, благодаря ей внутренняя энергия газа увеличивается, температура газа повышается от Т2 до T1. Газ переходит в исходное состояние.

Итак, работа, выполненная газом на участках 1-2 и 2-3, больше чем работа, затраченная на сжатие газа на участках 3-4 и 4-1.

Теплота, забранная у нагревателя, больше, чем отданная холодильнику. Разница Q1 - Q2 определяет то количество теплоты, которая превратилась в работу цикла. Признаком этой работы является песок, оставшийся на полках над поршнем.

Аналогично можно осуществить цикл Карно в обратном направлении: 1-4-3-2-1. В результате от холодильника было бы получена теплота Q2, а нагревателю передана теплота Q1 (Q1 > Q2). Благодаря работе, выполненной над газом, нагреватель получил бы теплоты на Q1 - Q2 больше, чем забрали от холодильника. Итак, теплоту также можно передавать от холодного к горячему телу, но для этого надо затрачивать определенную работу. На этом основывается работа холодильной машины.

После осуществления прямого и обратного циклов Карно в природе не осталось никаких следов (весь песок был бы на поршне, а полки были бы чистые). Цикл Карно является обратимым, то есть состоит из обратимых процессов.

Не знаете, сколько стоит статья по физике на заказ? Обратитесь к нашим экспертам!

Тест по теме «Цикл Карно»

Комментарии

Нет комментариев

Следующая статья

Фронт волны
Не можешь разобраться в этой теме?
Обратись за помощью к экспертам
Гарантированные бесплатные доработки
Быстрое выполнение от 2 часов
Проверка работы на плагиат
Прямой эфир