Оборотність машини Карно

Нехай деяка теплова машина здійснює цикл між нагрівачем з фіксованою температурою T1 і холодильником з фіксованою температурою T2. Як зробити цей цикл оборотним?

Зрозуміло, всі процеси циклу повинні бути квазістатичного – наша машина буде працювати нескінченно медленно25. Але цього не достатньо. Те, що машина повинна працювати в прямому і зворотному напрямку (т. Е. Як тепловий двигун і як холодильна машина) між одними і тими ж нагрівачем і холодильником, накладає додаткові вимоги. При роботі в прямому напрямку робоче тіло (газ) отримує від нагрівача тепло Q1 і віддає холодильника тепло Q2. Ці процеси теплопередачі повинні бути оборотні: справді, при роботі в зворотному напрямку газ повинен забрати у холодильника тепло Q2 і віддати нагревателю тепло Q1, проходячи через ті ж самі стану, що і в прямому напрямку.

Чи можна зробити теплопередачу оборотною? Адже якщо температура газу буде відрізнятися від температури нагрівача (холодильника), передача тепла буде незворотна чинності постулату Клаузіуса!

Єдиний вихід полягає в тому, щоб теплове взаємодія газу з нагрівачем і холодильником відбувалося ізотермічні. У ході теплообміну газ має ту ж температуру, що і нагрівач (холодильник), і нескінченно повільно, оборотним чином обмінюється з ними теплом. Ось звідки беруться ізотерми в циклі Карно: тільки вони й можуть відповідати тепловому контакту газу з нагрівачем і холодильником.

Зміна температури газу в циклі теж має відбуватися оборотно; значить, і тут потрібно виключати незворотний теплообмін. Єдина можливість – теплоізолювати газ і використовувати адіабатні процеси. Якщо проводити їх квазістатична, вони будуть оборотними.

Таким чином, цикл Карно – це єдиний циклічний процес, який можна здійснювати оборотним чином між даними нагрівачем і холодильником з фіксованими температурами.

Зрозуміло, машина Карно є ідеалізацією – вже тому, що використовує нескінченно повільні процеси. Тому її часто називають ідеальною тепловою машиною.


1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (2 votes, average: 3.50 out of 5)

Оборотність машини Карно