Как определить кпд холодильника

Обновлено: 18.05.2024

КПД тепловой машины связан с количеством теплоты, полученным за цикл от нагревателя, и количеством теплоты, отданным холодильнику, соотношением:

КПД - формула

Полезная теплота (энергия) - энергия, израсходованная только на достижение поставленной цели (в общем плане).

Полная энергия - общее количество затраченной энергии (то есть с учётом потерь на какие-либо факторы).

Полная энергия (для тепловой машины) - сумма полезной энергии и энергии, и энергии, отданной холодильнику: Q_полн.=Q_{полезн.}+Q_хол.

Значит, полезная энергия равна разности полной энергии и энергии, отданной холодильнику: Q_{полезн.}=Q_полн.-Q_хол.

Если известен процент КПД, то количество теплоты можно рассчитать с помощью пропорций. зная лишь одну из составляющих теплоты и КПД, можно вычислить остальные составляющие. Проценты КПД прямо пропорциональны полезной работе. Например, если КПД тепловой машины равен 10% и эта машина машина совершила работу например в 20 ДЖ за цикл работы, то вся теплота (100%) равна 200 Дж, из которых 180 (90%) отдано холодильнику.

Зависимость КПД от температуры

η=(T_н-T_х)/T_н - КПД равен отношению разности температур нагревателя и холодильника к температуре нагревателя.

Надо учитывать, что температура холодильника не может быть выше температуры нагревателя, иначе тепловая машина не имеет смысла существования.

При неизменной температуре холодильника, чем выше температура нагревателя, тем выше КПД, зависимость по гиперболе.

При неизменной температуре нагревателя, чем выше температура холодильника, тем ниже КПД (здесь зависимость прямолинейная).

Внутренняя энергия газа является функцией состояния газа, то есть зависит только от того, в каком состоянии находится газ. Если газ в результате циклического процесса возвращается в исходное состояние, изменение его внутренней энергии будет равным нулю.

Если на диаграмме p-V площадь фигуры, ограниченной линиями циклического процесса отлична от нуля, то газ совершил работу.

При циклическом процессе на диаграмме p-V, если газ совершил работу, значит суммарное количество полученной и отданной теплоты равно нулю, так как всё полученное количество теплоты послностью расходуется на изменение внутренней энергии и на совершение работы газом. Газ при возвращении в исходное состояние имеет ту же внутреннюю энергию, так как она является функцией состояния, а значит, вся полученная энергия была потрачена на работу.

КПД тепловой машины можно увеличить, уменьшив температуру холодильника или увеличив температуру нагревателя.

После совершения любого циклического процесса газ возвращается в первоначальное состояние. Внутренняя энергия является функцией состояния, а значит в результате совершения циклического процесса её изменение равно нулю.

На диаграмме p-T газ не совершает работу, если прямая графика изменения его состояния проходит через начало координат, так как в этом случае объём не изменяется.

Положительное количество теплоты самопроизвольно не может перейти от более холодного тела к более горячему.

Нельзя создать циклический тепловой двигатель, с помощью которого можно энергию, полученную от нагревателя, полностью превратить в механическую работу.

Второе начало термодинамики запрещает так называемые вечные двигатели второго рода, показывая, что КПД не может равняться 100%.

Постулат Клаузиуса: "Невозможен процесс, единственным результатом которого являлась бы передача тепла от более холодного тела к более горячему. Тепло самопроизвольно может переходить только от более горячего тела к более холодному.".

Постулат Томпсона (Кельвина): "Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счёт охлаждения теплового резервуара".

Возможна передача энергии от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой путём совершения работы.

Внутренняя энергия фиксированного количества одноатомного идеального газа зависит только от температуры: ΔU=(3/2) v R ΔT.

Цикл Карно состоит из двух адиабат, изотермического сжатия и расширения. Внутренняя энергия газа изменяется на адиабатах, то есть на двух участках этого цикла.

На написание данного опуса меня сподвигла статья Вот такой имеет право быть "зеленая энергетика": абсорбционный холодильник Энштейна-Сцилларда, а ещё более – комментарии к ней. Вернее сказать, данная статья стала последним толчком давно назревавшему порыву.

Спекуляции на тему тепловых насосов – это один из самых старых и распространённых фейков интернета в целом, и рунета в частности. Люди, зацикленные на поисках халявных источников энергии и построении вечных двигателей, мигрируют с ресурса на ресурс, и взахлёб рассказывают о стремящемся к бесконечности КПД оного девайса, уменьшении энтропии, и прочих богомерзких противоречащих фундаментальным физическим законам вещах.

Этих людей можно условно поделить на три группы:

1. Технически неграмотные люди.

Людей из третьей группы я сразу прошу воздержаться от написания комментариев к данной статье, ибо предупреждаю: фанатиков не люблю, поэтому троллить буду жёстко, а самых неадекватных буду банить. Поэтому не нужно рассказывать про атмосферное электричество и прочие трансформаторы Теслы – пишите свои статьи на данные темы, и полемизируйте там в камментах на здоровье. У меня вам будет максимально некомфортно.

В реальности суть работы любой холодильной машины заключается в том, что она переносит тепловую энергию из одного места в другое. Для этого используется хладагент, который выполняет роль аккумулятора тепловой энергии. А насос лишь перекачивает хладагент, накопивший в себе тепловую энергию внешней среды.

Наиболее уместной аналогией в данной ситуации будет сравнение работы теплового насоса с нефтяным или газовым трубопроводом. Нефть – это жидкий аккумулятор энергии, которую лишь перекачивают с помощью насосов с одного места в другое. При этом на 1 кВт электроэнергии, потраченной на работу насоса, переносятся несколько киловатт (или даже десятков киловатт) энергии, заключённой в углеводородах.

Более грубой, но тоже верной будет аналогия с бензовозом: автомобиль в состоянии перевозить на сотни километров десятки тонн горючего, сам при этом расходуя максимум несколько сотен литров топлива. Однако никто в здравом уме не будет говорить о КПД автомобиля, равном 1000%.

На самом деле отношение потребляемой энергии холодильной машины к переносимой ею тепловой энергии, это вовсе не её КПД, а тепловой коэффициент. Если опять упростить ситуацию, и провести аналогию с более понятными читателям АШ терминами, то тепловой коэффициент по своей сути, это аналог EROEI . И если воспринимать его именно как EROEI , то коэффициент, колеблющийся в пределах 3,5-4,5 (а это нормальные значения теплового коэффициента для современных холодильных машин) вовсе не кажутся запредельными, а являются, как известно, нижним приемлемым значением для безубыточной добычи энергии. Что, в свою очередь, позволяет нам говорить о том, что холодильная машина Энштейна-Сциларда, в теории, в состоянии работать практически без использования внешних источников энергии, а на практике-же можно добиться от неё минимального энергопотребления. И если современный бытовой кондиционер потребляет в районе 1 – 2 кВт/ч электроэнергии, то для машины Энштейна-Сциларда вполне возможно уменьшить эту цифру на порядок. Понятно, что у машины Энштейна-Сциларда есть свои недостатки: меньшее КПД, чем у традиционных тепловых насосов (что выражается в бОльших геометрических размерах машины, чем у традиционных установок сопоставимой производительности), и более высокая себестоимость их производства. Поэтому лично мне наиболее целесообразным видится использование таких машин в качестве промышленных, в минимальном форм-факторе установок центрального кондиционирования, по типу тех, что за границей монтируют в многоквартирных домах. Но практическому применению тепловых насосов будет отдельная статья.

Ну а сейчас обещанные технические подробности расчёта КПД холодильной машины (источник тут):

Рассмотрим устройство холодильной машины на примере бытового компрессионного холодильника. Он состоит из замкнутого трубопровода, в который последовательно включены компрессор, радиатор, дроссель и морозильная камера (рис. 1).

Рис. 1.Главные части электрического холодильника.

Действие холодильников механического или газового типа основано на том, что при сжижении газа выделяется теплота, а при превращении жидкости в пар теплота отнимается от соприкасающихся с жидкостью тел и передается более нагретому телу. Этим более нагретым телом является воздух внешней среды, который в результате работы холодильника нагревается до еще более высокой температуры.

Используя рисунок 2, рассмотрим последовательность работы холодильной машины (в том числе бытового холодильника).

Рабочим телом к домашнем компрессионном холодильнике служит газ фреон (дифтордихлор-метан CF ₂ C 1₂).

Рис.2. Схема узлов холодильника

(1 — компрессор, 2 — радиатор, 3 — дроссель, 4 — морозильная камера);

Фреоном заполнена система конденсатора и испарителя. Компрессор 1, приводимый в действие электродвигателем, сжимает газообразный фреон приблизительно до 800 кПа. При быстром, почти адиабатическом сжатии газ нагревается. Охлаждение его до комнатной температуры и последующая конденсация производится в радиаторе (конденсаторе) 2, расположенном обычно на задней стенке холодильного шкафа. Охлажденный до комнатной температуры, фреон переходит в жидкое состояние. Из конденсатора образовавшаяся жидкость поступает в дроссель 3— переходит от очень узкого сечения трубопровода в широкое. Происходит адиабатическое расширение приблизительно до 200 кПа. Жидкость при этом испаряется, что приводит к понижению температуры. Далее охлажденный газ через трубку поступает в испаритель (морозильную камеру) 4 и охлаждает находящиеся там объекты. При этом он нагревается. Нагретый фреон вновь поступает в компрессор. Цикл повторяется вновь. Таким образом, одни и тот же газ служит передатчиком теплоты от внутренней камеры холодильника наружу.

Самая низкая температура, которая может быть получена в испарителе (морозильной камере), определяется значением давления паров фреона, так как температура кипения фреона, как и любой другой жидкости, понижайся с понижением давления. При постоянной скорости поступления жидкого фреона из конденсатора в испаритель через капиллярную трубку давление паров фреона в испарителе будет тем ниже, чем дольше работает компрессор. Если нет нужды добиваться понижения температуры в испарителе до предельно достижимого значения, то работа компрессора периодически останавливается путем выключения электромотора, приводящего его в действие. Компрессор выключается автоматом, следящими за поддержанием в холодильном шкафу заданной температуры.

При работе холодильной машины за цикл у холодного тела, находящегося в холодильной камере, рабочим телом (газом) при расширении отнимается количество теплоты Q ₂.(рис.3) При этом внешние силы совершают механическую работу А. Нагревателю (более горячему телу) за цикл работы холодильной машины передаётся количество теплоты Q ₁= Q + А.

В реальных холодильных установках (холодильниках) нагревателем является окружающая среда. Работа А совершается, как правило, за счёт электрической энергии.

Рис. 3.Энергетическая схема холодильной машины.

Работа холодильника не опровергает второй закон термодинамики, а протекает в полном соответствии с ним. Холодильник и воздух комнаты не составляют замкнутой системы. Холодильник необходимо подключить к электрической сети. Электрическая энергия с помощью электродвигателя превращается в механическую энергию, затем механическая энергия в результате работы компрессора холодильника превращается, в конечном счете, в энергию теплового движения молекул деталей холодильника и окружающих его тел. Следовательно, переход тепла от холодного тела к горячему не является единственным результатом работы холодильника, так как этот процесс сопровождается превращением энергии электрического тока в энергию теплового движения

КПД холодильной машины находиться из выражения

В случае, если холодильная машина является идеальным обратимым тепловым двигателем, ее КПД рассчитывается по формуле

Важнейшей характеристикой холодильной машины является холодильный коэффициент, равный:

Холодильный коэффициент показывает, какое количество теплоты отнимается от охлаждаемого тела при совершении единицы работы.

Другая важная характеристика холодильной машины - хладопроизводительность, показывающая какое количество теплоты способна отнимать машина от тела в единицу времени:

Устройство, работающее по холодильному циклу, может иметь двоякое предназначение. Если полезным эффектом является отбор некоторого количества тепла Q₂ от охлаждаемых тел (например, от продуктов в камере холодильника), то такое устройство является обычным холодильником.

Если полезным эффектом является передача некоторого количества тепла Q₁ нагреваемым телам (например, воздуху в помещении), то такое устройство называется тепловым насосом.

Определение КПД холодильника.

В данном случае будем считать холодильник идеальной обратимой тепловой машиной.

Отсюда Q1-Q2=nQ1; Q2=Q1-nQ1=(1-n)Q2

где Cv - удельная теплоемкость воздуха; dT - искомая разность конечной и начальной температур воздуха в комнате; m – масса воздуха.

КПД холодильной машины - очень важная характеристика, она одной из первых учитывается при приобретении оборудования. Например, необходимо подобрать агрегат для камеры. Условно можно сказать, что ее внутренний объем представляет собой резервуар с холодным воздухом, а окружающая среда имеет более высокую температуру. Для отведения теплоты из внутреннего пространства во внешнюю среду используется электрическая энергия. КПД будет зависеть от протекающих процессов. Поэтому КПД холодильной машины - это отношение выработанного холода к затраченной работе.

КПД и холодильный коэффициент - совершенно разные понятия. КПД характеризует часть тепла, которое может быть преобразовано в работу и поэтому не может быть больше единицы. В этом случае затрачиваемая работа не превращается в тепло, а только обеспечивает его перенос от более холодного тела к менее холодному.

Стремление к внедрению Российских комплектующих

Разработка опытными конструкторами без сварочных работ

Применение компрессоров и вентиляторов с высоким КПД в конструкции установок позволяет существенно повысить энергоэффективность используемого оборудования. Адиабатный КПД показывает, насколько качественно выполняется сжатие хладагента. Сравнивая различные модели, производители строят оценку на основании холодильного коэффициента, представляющего собой соотношение холодопроизводительности к потребляемой мощности. Но этот параметр во многом зависит от рабочих условий и поэтому не позволяет составить адекватную и точную оценку эффективности конструктивного исполнения самого компрессора.

Очень часто люди путают два совершенно разных понятия - КПД и холодильный коэффициент. На самом деле, эти параметры можно легко отличить. КПД не может быть выше 100% или единицы. Он измеряется в процентах или дробных величинах. Значение холодильного коэффициента никогда не измеряется только в безразмерных величинах и чаще всего составляет больше единицы - эффективные агрегаты могут похвастаться показателем около трех. Среднее значение КПД большинства современных компрессоров составляет порядка 60-70%. Чем выше, тем лучше. С вентиляторами вопрос с КПД также остается актуальным. Специалисты рекомендуют по возможности останавливать выбор с ЕС-двигателем, так как они считаются самыми эффективными из всего предлагаемого ассортимента.

Холодильник или тепловой насос, реализующий обратный цикл Карно, называется холодильником Карно или тепловым насосом Карно.

КПД обратимого или необратимого холодильника (η_R)или теплового насоса (η_HP) определяется как:

где Q_Н - количество теплоты, отводимое в высокотемпературной резервуар;
Q_L - количество тепла, получаемое из низкотемпературного резервуара.

Для обратимых холодильников или тепловых насосов, таких как холодильники Карно или тепловые насосы Карно, КПД может быть выражен через абсолютные температуры:

где Т_Н = абсолютная температура в высокотемпературном резервуаре;
T_L = абсолютная температура в низкотемпературном резервуаре.

η_R(или η_HP) являются самыми высокими КПД холодильника (или теплового насоса), которые они могут достигать, работая между высокотемпературным резервуаром при температуре T_H и низкотемпературным резервуаром при температуре Т_L. Все необратимые холодильники или тепловые насосы, работающие между теми же двумя резервуарами, имеют более низкие КПД.

Бытовой холодильник

Основная идея домашнего холодильника проста: он использует испарение хладагента для поглощения тепла от охлаждаемого пространства в холодильнике. Есть четыре основные части в любом холодильнике:

Компрессор.
Трубчатый радиатор вне холодильника.
Расширительный клапан.
Теплообменные трубы внутри холодильника.

Обратный цикл Карно приработы холодильника выполняется в следующем порядке:

Адиабатическое сжатие. Компрессор сжимает пары хладагента, повышая их температуру и давление.
Изотермическое сжатие. Высокотемпературный и сжатый компрессором пар хладагента рассеивает тепло в окружающую среду (высокотемпературный резервуар) при протекании через радиатор вне холодильника. Пары хладагента конденсируются (сжимаются) в жидкую фазу.
Адиабатическое расширение. Жидкий хладагент протекает через расширительный клапан, чтобы уменьшить его давление.
Изотермическое расширение. Холодный жидкий хладагент испаряется, когда он проходит через теплообменные трубы внутри холодильника. В процессе испарения его внутренняя энергия растет, и этот рост обеспечивается отбором тепла от внутреннего пространства холодильника (низкотемпературный резервуар), в результате чего оно охлаждается. Затем газ поступает в компрессор для сжатия снова. Обратный цикл Карно повторяется.

Обратимые и необратимые процессы. Теорема Карно

Процесс называется обратимым, если он может быть проведен в обратном направлении через те же промежуточные состояния, что и прямой процесс, причем во всех остальных телах никаких изменений произойти не должно. Если же это сделать невозможно, то процесс называется необратимым.

Обратимые процессы являются идеализацией реальных процессов. Все реальные процессы в той или иной степени являются необратимыми. Степень необратимости определяется значительностью или незначительностью изменений, которые должны произойти в окружающих систему телах, чтобы провести обратный процесс. Процесс можно считать обратимым, если есть принципиальная возможность изменить его направление на обратное путем бесконечно малого изменения внешних условий, в которых находится система.

Обратимый процесс обязательно должен быть квазистатическим. Напомним, что квазистатический – это бесконечно медленный процесс, последовательность состояний, бесконечно мало отличающихся от равновесных.

Укажем некоторые признаки принципиально необратимых процессов.

Необратимы процессы, протекающие с конечными скоростями, т.к. если скорость процесса имеет определенное, отличное от нуля значение, она должна входить в число внутренних параметров системы. Тогда состояния системы в прямом и обратном процессах не могут быть тождественными – они всегда будут отличаться знаками скоростей. Это различие исчезнет только в пределе, когда процесс идет квазистатически – бесконечно медленно.

Процессы, в которых существенную роль играют силы трения, также необратимы из-за неизбежного при этом перехода механической энергии во внутреннюю. Обратный процесс запрещен постулатом Томсона.

Необратимость процесса теплообмена при конечной разности температур тоже обусловлена вторым началом термодинамики (формулировка Клаузиуса).

Рассмотренный в § 8 цикл Карно является обратимым циклом, т.к. он не включает в себя принципиально необратимых процессов. Обратимость этого цикла будет существенно использована в доказательстве первой теоремы Карно:

машину а и используем потенциальную энергию поднятого груза, чтобы привести в действие машину впо обратному циклу (как холодильную машину). Проходя цикл Карно в обратном направлении, машина в будет забирать тепло у холодильника и отдавать тепло нагревателю. На рис. 10.1 схематически изображена работа машин а и в.

Если для работы машины в по обратному циклу использовать всю энергию (А_а= А_в), накопленную в результате работы машины а, то количество тепла, переданное ею нагревателю Q_1в=А_в /h_в будет больше (из-за допущения, что h_а>h_в) количества тепла Q_1a = A_a /h_a, отобранного у нагревателя машиной а. В результате такой последовательной работы машин а и в, нагреватель получит положительное количество тепла Q = Q_1в – Q_1a. Такое же количество тепла Q = Q_2в – Q_2a, будет отобрано у холодильника. При этом никаких изменений в окружающих систему телах не произойдет. Таким образом, единственным результатом будет передача тепла от тела менее нагретого к телу более нагретому, что запрещено постулатом Клаузиуса. Поэтому предположение о том, что h_а>h_в неверно.

Точно так же неверно предположение h_в>h_а. Чтобы убедиться в этом, надо заставить машину в проходить цикл Карно в прямом направлении, а машину а - в обратном. При этом направления стрелок на рис. 10.1 изменятся на противоположные. Повторяя предыдущие рассуждения, вновь придем к противоречию. Следовательно, h_а = h_в, и теорема Карно доказана.

КПД любой машины, совершающей цикл между двумя тепловыми резервуарами, не может превосходить КПД машины, работающей по циклу Карно с теми же температурами нагревателя и холодильника.

Таким образом, цикл Карно имеет максимально возможный КПД при заданных температурах нагревателя и холодильника.

Цикл Карно (+ необратимый и обратимый цикл Карно)

Цикл Карно (linkisexternal) является обратимым циклическим процессом с двумя источниками теплоты, имеющими разные, но постоянные температуры.
Так как температуры источников тепла постоянные, а процессы получения и отдачи рабочим веществом тепла должны быть обратимыми, то эти процессы могут быть только изотермическими. При этом температура рабочего вещества в цикле должна, очевидно, меняться без теплообмена с окружающей средой, т.е. в адиабатных условиях. Поэтому цикл Карно состоит из двух обратимых изотермических и двух обратимых адиабатных процессов, чередующихся между собой.

Цикл Карно состоит из четырёх стадий:

1. Изотермическое расширение (на рисунке — процесс A>Б). В начале процесса рабочее тело имеет температуру THTH , то есть температуру нагревателя. Затем тело приводится в контакт с нагревателем, который изотермически (при постоянной температуре) передаёт ему количество теплоты QHQH . При этом объём рабочего тела увеличивается.

2. Адиабатическое (изоэнтропическое) расширение (на рисунке — процесс Б>В). Рабочее тело отсоединяется от нагревателя и продолжает расширяться без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура уменьшается до температуры холодильника.

3. Изотермическое сжатие(на рисунке — процесс В>Г). Рабочее тело, имеющее к тому времени температуру TXTX , приводится в контакт с холодильником и начинает изотермически сжиматься, отдавая холодильнику количество теплотыQXQX .

4. Адиабатическое (изоэнтропическое) сжатие (на рисунке — процесс Г>А). Рабочее тело отсоединяется от холодильника . При этом его температура увеличивается до температуры нагревателя.

КПД машины Карно

Из последнего выражения видно, что КПД тепловой машины Карно зависит только от температур нагревателя и холодильника. Кроме того, из него следует, что КПД может составлять 100 % только в том случае, если температура холодильника равна абсолютному нулю.Это невозможно, но не из-за недостижимости абсолютного нуля (этот вопрос решается только третьим началом термодинамики, учитывать которое здесь нет необходимости), а из-за того, что такой цикл или нельзя замкнуть, или он вырождается в совокупность двух совпадающих адиабат и изотерм.

Обратимый процесс может быть проведен в обратном порядке через те же состояния, что и при прямом ходе. Необратимые процессы сопровождаются изменениями окружающей среды. КПД= В. Томсон: Невозможно осуществление цикла теплового двигателя без переноса некоторого количества теплоты от источника тепла с более высокой температурой к источнику с более низкой температурой. Для превращения тепла в работу необходим, кроме источника тепла, охладитель, т.е. температурный перепад. В периодическом процессе (цикле) только часть теплоты, за счет которой осуществляется цикл, может быть превращена в работу. В любом цикле нельзя перевести все подведенное тепло в работу.

Карно нашел КПД идеальной тепловой машины, она должна при работе использовать только изотермические и адиабатические процессы.

Цикл Карно́ — идеальный цикл тепловой машины.. Тепловая машина Карно, работающая по этому циклу, обладает максимальным КПД из всех машин, у которых максимальная и минимальная температуры осуществляемого цикла совпадает соответственно с максимальной и минимальной температурами цикла Карно.

Одним из важных свойств цикла Карно является его обратимость: он может быть проведён как в прямом, так и в обратном направлении, при этом энтропия аддиабатически изолированной (без теплообмена с окружающей средой) системы не меняется

Круговые процессы (циклы). Цикл Карно.

Круговой процесс — процесс, при котором газ, пройдя через ряд состояний, возвращается в исходное.
Если круговой процесс на диаграмме P-V протекает по часовой стрелке, то часть тепловой энергии, полученной от нагревателя, превращается в работу. Так работает тепловая машина.
Если круговой процесс на диаграмме P-V протекает против часовой стрелки, то тепловая энергия передается от холодильника (тела с меньшей температурой) к нагревателю (телу с большей температурой) за счет работы внешней силы. Так работает холодильная машина.

Коэффициент полезного действия тепловой машины равен отношению работы за цикл к полученной от нагревателя тепловой энергии

. Холодильный коэффициент холодильной машины равен отношению тепловой энергии

, отобранной от холодильника за цикл, к затраченной работе :

Цикл Карно́ — идеальный термодинамический цикл. Тепловая машина Карно, работающая по этому циклу, обладает максимальным КПД из всех машин, у которых максимальная и минимальная температуры осуществляемого цикла совпадают соответственно с максимальной и минимальной температурами цикла Карно. Состоит из 2 адиабатических и 2 изотермических процессов.

Цикл Карно назван в честь французского военного инженераСади Карно, который впервые его исследовал в 1824 году.

Одним из важных свойств цикла Карно является его обратимость: он может быть проведён как в прямом, так и в обратном направлении, при этом энтропияадиабатически изолированной (без теплообмена с окружающей средой) системы не меняется.

Цикл Карно состоит из четырёх стадий: 1. Изотермическое расширение (на рисунке — процесс A→Б). Вначалепроцессарабочеетелоимееттемпературу, то есть температуру нагревателя. Затем тело приводится в контакт с нагревателем, который изотермически (при постоянной температуре) передаёт ему количество теплоты. При этом объём рабочего тела увеличивается. 2. Адиабатическое (изоэнтропическое) расширение(на рисунке — процесс Б→В). Рабочеетелоотсоединяетсяотнагревателяипродолжаетрасширятьсябезтеплообменасокружающейсредой. Приэтомеготемпературауменьшаетсядотемпературыхолодильника. 3. Изотермическое сжатие (на рисунке — процесс В→Г). Рабочеетело, имеющеектомувременитемпературу, приводитсявконтактсхолодильникоминачинаетизотермическисжиматься, отдаваяхолодильникуколичествотеплоты

. 4. Адиабатическое (изоэнтропическое) сжатие (на рисунке — процесс Г→А). Рабочеетелоотсоединяетсяотхолодильникаисжимаетсябезтеплообменасокружающейсредой. Приэтомеготемператураувеличиваетсядотемпературынагревателя.

Вычисление совершаемой веществом работы, за единичный цикл Карно при постоянных не одинаковых температурах Т1 и Т2 от нагревателя и холодильника, можно вычислить с помощью расчета:

А = Q1 - Q2 = (Т1-Т2/T1) *Q1Данная работа количественно приравнивается к площади АВСD с ограничивающими отрезками в виде изотерм и адиабат которые и создают данный цикл.

Теорема Карно (с выводом).

Из всех периодически действующих тепловых машин, имеющих одинаковые температуры нагревателей T₁ и холодильников T₂, наибольшим КПД обладают обратимые машины. При этом КПД обратимых машин, работающих при одинаковых температурах нагревателей и холодильников, равны друг другу и не зависят от природы рабочего тела, а определяются только температурами нагревателя и холодильника.
Для построения рабочего цикла использует обратимые процессы. Например, цикл Карно состоит из двух изотерм (1–2, 2-4) и двух адиабат (2-3, 4–1), в которых теплота и изменение внутренней энергии полностью превращаются в работу (рис. 19).

Рис. 19. Цикл Карно

Общее изменение энтропии в цикле: ΔS=ΔS₁₂+ΔS₂₃+ΔS₃₄+ΔS_41.
Так как мы рассматриваем только обратимые процессы, общее изменение энтропии ΔS=0.
Последовательные термодинамические процессы в цикле Карно:

Читайте также: