Цикл Карно и его КПД

Карно рассмотрел работу идеальной тепловой машины, обладающей наибольшим коэффициентом полезного действия .

В основе цикла Карно лежит круговой процесс, представленный на рис. 6.8, состоящий из двух изотерм (1–2 и 3–4) и двух адиабат (2–3 и 4–1). В качестве рабочего тела используется один моль идеального газа, заключенный в сосуд с подвижным поршнем.

	Работа на участке 1–2 (T = const) количество тепла, полученное газом от нагревателя , равно работе расширения газа , которая определяется как
Рис. 6.8.

(6.47)

При адиабатическом расширении газа (участок 2–3) работа равна:

(6.48)

Количество теплоты , отданное газом холодильнику, при изотермическом сжатии (участок 2–3), равно работе сжатия А ₃₄:

(6.49)

На участке 4–1 работа адиабатического сжатия определяется как

(6.50)

Таким образом, работа за цикл , так как и определяется площадью кругового процесса на рис. 6. 8.

Коэффициент полезного действия цикла согласно формуле (6.46) равен

(6.51)

Из уравнений адиабат следует, что

Откуда

(6.52)

Подставив выражения (6.47) и (6.49) для и в формулу (6.52), получим

(6.53)

Формула (6.53) была получена Клаузиусом. КПД цикла Карно определяется только температурой нагревателя и холодильника

(6.54)

Таким образом, идеальная тепловая машина, работающая по обратимому циклу Карно, имеет наибольший КПД, определяемый температурой нагревателя Т ₁ и холодильника Т ₂, не зависящий от конструкции машины.