Цикл Карно

Теоретически можно найти круговой процесс (цикл), дающий наибольший КПД. Таким теоретическим циклом является цикл идеальной тепловой машины, работающий без потерь, так называемый цикл Карно.

1-2 – изотермическое расширение за счет тепла от нагревателя Т1; 2-3 – самопроизвольное адиабатное расширение за счет внутренней энергии, сопровождается охлаждением до Т2; 3-4 – контакт с холодильником – изотермическое сжатие при Т2= const; 4-1 – адиабатное сжатие – нагревание за счет работы до Т1. Найдем КПД

Он состоит из двух изотерм 1-2, 3-4 (изотерма – гипербола, ось симметрии которой является биссектрисой угла; верхняя изотерма положе нижней) и двух адиабат 1-4 и 2-3 (рисунок 7).

 

 

; (17)

 

Адиабатные участки не влияют на общий результат, поскольку работы на них равны и противоположны по знаку.

Работа изотермического расширения . Работа изотермического сжатия , тогда

.

Исходя из уравнений Пуассона , легко показать, что , тогда . (18)

Из формулы где h - термический (идеальный) КПД, не зависящий от рода рабочего тела машины, следует, что для повышения КПД необходимо увеличивать температуру нагревателя Т₁ и уменьшать температуру холодильника Т₂.