В термодинамиката, цикъл на Карно или процес на Карно - обратим цикличен процес, състоящ се от две dvuhadiabaticheskih и изотермични процеси. В процеса на Карно термодинамична система извършва механична работа и топлина обменя с две топлинни резервоари с постоянна но различна температура. Резервоарът при по-висока температура се нарича нагревател, и по-ниска температура - хладилник.
цикъл на Карно е кръстен на френския учен и инженер Сади Карно, който за първи път го описва в есето си "На двигателната сила на огъня и за машини, които могат да се развият тази сила" през 1824 година.
Тъй като обратими процеси могат да бъдат изпълнени само с безкрайно ниска скорост на топлинна енергия машина в цикъла на Карно е нула. Силови действителни топлинни двигатели не може да бъде нула, така че реалните процеси могат да се обръщат към идеален обратим процес на Карно само с по-голяма или по-малка степен на точност. В Карно топлина цикъл двигател преобразува топлината в работа с възможно най-висока ефективност на всички топлинни двигатели, в които максимални и минимални температури през работния цикъл съвпадат с нагревателя и по-ниски температури в цикъла на Карно.
Карно цикъл T-S координати
Един от най-координатите в тази класация е ентропия - с.
Ентропията изразено от функцията:
където Q - Обобщавайки топлина към работния флуид, Т - температурата в процеса на изотермични.
За Карно цикъл T, S - диаграма Обобщавайки Q1 и Q2 запазени топлина към работния флуид представлява площта под изотермични процеси, които съответстват на правоъгълници със страни: за Q1 - Т1 и # 916; S, за q2 - с Т2 и # 916; и. Стойностите на Q1 и Q2 са дефинирани чрез процес на изотермични:
Работния цикъл на Карно, равен на разликата на добиваната топлинна енергия и обобщаване
В съответствие с последния израз чрез радиосигнал е възможно само ако температурната разлика в топли и студени източници на топлина. Максималната теоретичния цикъл на експлоатация на Карно ще бъде с Т2 = 0, а като студен източник на топлина двигатели, обикновено се използва за околната среда (вода, въздух), при температура от около 300 К. Освен това, за постигане на абсолютна нула в природата невъзможно (този факт Тя се отнася до третия закон на термодинамиката). По този начин, цикъл на Карно не цялата топлина Q1 се превръща в работа, но само част от него, оставащ след топлинна заетостта q2, предвид студен източник, и в предварително определено Т1 и Т2, не може да се използва за работа, Q2 количество е загубата на топлина (топлинна изтласкване) цикъл.
Нека топлина Двигателят се състои от: 1) температура на нагревателя. 2) на хладилника с температура и 3) на работния орган.
Карно цикъл се състои от четири етапа обратими, две от които се извършват при постоянна температура (изотермични) и двете - при постоянна ентропия (адиабатно). Следователно, Карно цикъл, който е представен в координати T (температура) и S (ентропията).
1. изотермична разширение (на фигура 1. Метод A → B). В началото на работния флуид е с температура. т.е. температурата на нагревателя. След това тялото се поставя в контакт с нагревател, който изотермични (постоянна температура) предава размера на него топлина. В този случай работните увеличава обема на течностите, тя изпълнява механична работа, но е ентропията се увеличава.
2. адиабатно разширение (Фигура 1 -. Метод Б → с). Работната течност се отделя от нагревателя и да продължи да се разширява, без топлообмен с околната среда. Ако температурата на тялото се намалява с охладител температурата. тяло извършва механична работа и ентропията остава постоянна.
3. изотермична компресия (Фигура 1 -. Процес В → D). Работната течност с температура. се поставя в контакт с хладилник и започва изотермично сгъстен от външна сила, като количество хладилник топлина. През тялото на работа е свършена, ентропията намалява.
4. адиабатно компресия (Фигура 1 -. Процес R →). Работната течност се отделя от хладилника и е компресиран от външна сила, без топлообмен с околната среда. В този случай неговата температура се повишава до температура на нагревателя, работата се извършва, е ентропията остава постоянна през тялото.
Количеството топлина, получена от работния флуид нагревател при изотермични разширение, равен на
.
По същия начин, при изотермични компресия хладилник работна течност дава
.
Следователно ефективността на топлинната двигател Карно е
.
Затова максималната ефективност на всеки топлинен двигател не може да надвишава ефективността на топлинната двигател Карно, работещи при същите температури на нагревателя и охладителя. Това твърдение се нарича втората теорема на Карно. Тя дава горната граница на ефективност на всеки топлинен двигател и ви позволява да се оцени отклонение на реалната ефективност на максимума, т.е., загубата на енергия се дължи на не-идеални топлинните процеси.
Карно цикъл може да бъде представена от Р и координатите (работен флуид под налягане) и V (обема на работния флуид). Разбираемо е, че работният флуид - парна турбина или газ в цилиндъра на двигателя с вътрешно горене.
Фиг. 2. цикъл на Карно в Р и V координати
За да цикъл е обратим, пренос на топлина там следва да бъдат изключени, ако има температурна разлика, в противен случай състоянието е нарушено адиабатен процес. Следователно, пренос на топлина трябва да се извършва или в процеса на изотермични (както в цикъл на Карно), или в процеса на еднакво разстояние (генерализирана цикъл на Карно или, например, специален случай Brayton цикъл). За да се промени работния флуид от температурата на нагревателя до температурата на хладилника и обратно, е необходимо да се използва или адиабатни процеси (те са без топлина, и следователно не засягат ентропията), или вериги с възстановяване на топлината, при която не топлопредаване температурна разлика. Ние стигаме до извода, че всеки обратим цикъл може да бъде намалена до един цикъл на Карно.
Пример за обратим цикъл без цикъл на Карно, но интегрално съвпада с това, е идеален цикъл на Стърлинг в регенератора на Стърлинг двигател добавя, осигуряване на пълна приближение на цикъла на Карно, за да преминете към постигане на обратимост и ефективността на същите количества.
Ако в течение има прехвърляне на топлина в присъствието на температурна разлика, а това са всички технически изпълнителни термодинамични цикли, цикъл губи собственост на обратимост. С други думи, чрез определеното в цикъла на механична работа става невъзможно да се получи първоначалния топлината. Ефективността на този цикъл е винаги по-малко от ефективността на цикъла на Карно.
Свързани статии