Памятные даты. Сади Карно

Владимир Дмитриевич Соколов: литературный дневник

1 июня 1796 родился Сади Карно -- французский физик


рис. Адиабатический процесс {sokolwlad}


В 1824 году, в возрасте 28 лет, Сади Карно опубликовал свою единственную работу — "Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу".


Главное открытие: цикл и теорема Карно
В своей книге Карно представил модель идеальной тепловой машины, работающей по т. н. циклу Карно, состоящему из двух изотермических и двух адиабатических процессов (см. рисунок на https://yandex.ru/images/search?text=:)


1. Изотермическое расширение: рабочее тело (например, идеальный газ) поглощает тепло от горячего резервуара при постоянной температуре T/1, при этом расширяется и выполняет работу.


2. Адиабатическое расширение: газ продолжает расширяться без обмена теплом с окружающей средой, температура газа понижается до T/2.


3. Изотермическое сжатие: газ отдаёт тепло холодному резервуару при постоянной температуре T/2, объём газа уменьшается.


4. Адиабатическое сжатие: газ сжимается без теплообмена, и его температура возрастает до начального значения T/1.


Никакой тепловой двигатель, функционирующий между двумя фиксированными температурами (T/1 — нагревателя и T/2 — холодильника), не способен превзойти по эффективности идеальную машину Карно. Максимально возможный коэффициент полезного действия для любого такого двигателя задаётся формулой теоремы Карно:


к.п.д. max = 1 – T/2:T/1


Попытка создать двигатель, нарушающий теорему Карно, привела бы нас к концепции вечного двигателя второго рода — машины, которая, например, могла бы забирать тепло, допустим, из холодного моря и целиком превращать его в работу.
Эту работу использовать для получения тепла, скажем на электростанции. А охлажденный пар снова превращать в работу, отнимая у него холод.


Из теоремы Карно следует:


Предел эффективности определяется только температурами источников тепла, а не конструкцией или рабочим веществом двигателя.


Для повышения КПД тепловых машин необходимо максимально увеличивать температуру нагревателя (T/1) и снижать температуру холодильника (T/2).


Примечание: Нужно учесть, что и изотермический, и адиабатический -- это идеальные процессы,т. е. невозможные в действительности. Поэтому для тепловых расчётов с помощью цикла Карно используется довольно сложный математический апппарат. Но исходным пунктом в практических расчётах является именно формула Сади Карно




Другие статьи в литературном дневнике: