Цикъл на Карно

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене
Диаграма на налягането и обема при цикъла на Карно, формулирана от Клапейрон:
* Фаза 1-2 : Изотермично разширение по схема 1
* Фаза 2-3 : Адиабатно разширение по схема 2
* Фаза 3-4 : Изотермично свиване по схема 3
* Фаза 4-1 : Адиабатно свиване по схема 4

Цикълът на Карно е термодинамичен цикъл, описан от Сади Карно през 1824 година и доразработен от Беноа Пол Емил Клапейрон през 30-те години на 19 век. Той описва поведението на идеален топлинен двигател, който преминава през поредица от състояния и пренася топлина от топло към студено тяло, превръщайки част от количеството топлина в механична работа.

Описание[редактиране | edit source]

Идеалният двигател, описан от Сади Карно, има възможност лесно да обменя топлина между горещо и студено тяло, като включва следните елементи:

  • Цилиндър с работно вещество, което може да бъде пара или друг газ
  • Бутало, което се движи в цилиндъра без триене
  • Горещо тяло - еквивалент на горивната камера при действителна парна машина
  • Студено тяло - еквивалент на кондензатора

При цикъла на Карно работното вещество в цилиндъра никога не трябва да влиза в контакт с тяло, по-топло или по-студено от самото него, за да се предотвратят загуби на топлина. Всички промени в температурата трябва да се предизвикват от разширение или свиване на активното вещество. Подложен на високо налягане в началото, газа се разширява свободно, като изтласква буталото (схема 1). Вътрешната енергия (респективно и температурата) не се променя, тъй като газа поглъща топлина за сметка на извършване на работа при разширението си. В следващия етап цилиндърът се изолира и работното вещество продължава да се разширява адиабатно, докато температурата му спадне до тази на студеното тяло (схема 2). Вътрешната енергия се понижава за сметка на извършената при разширението работа. В следващата фаза цилиндърът влиза в контакт със студеното тяло и работното вещество се компресира, при което се отделя топлина, която се поглъща от студеното тяло (схема 3). Вътрешната енергия на газа не се променя, тъй като отделената топлина е за сметка на внесена от вън работа. Следва адиабатно изолиране на цилиндъра и последваща компресия (схема 4). Температурата и вътрешната енергия на газа се повишават до температурата на горещото тяло за сметка на внесената работа. В края на цикъла газа достига първоначалните си параметри (обем, налягане и температура) (схема 5). В резултат на целия цикъл количество топлина (без загуби) преминава от топлото към студеното тяло и е произведена механична работа. Карно доказва, че коефициентът на полезно действие на един такъв термодинамичен цикъл не зависи от конструкцията на топлинната машина, а само от температурите на двата топлинни резервоара, с което слага край на безрезултатните стремежи за повишаването му.