КАРНО ЦИКЛ

Обратимый круговой процесс, в к-ром совершается превращение теплоты в работу (или работы в теплоту). К. ц. состоит из последовательно чередующихся двух изотермич. и двух адиабатич. процессов, осуществляемых с рабочим телом (напр., паром). Впервые рассмотрен франц. физиком Н. Л. С. Карно (1824) как идеальный рабочий цикл теплового двигателя, совершающего работу за счёт теплоты, подводимой к рабочему телу в изотермич. процессе. Рабочее тело последовательно находится в тепловом контакте с двумя тепловыми резервуарами (имеющими постоянные темп-ры) — нагревателем (с темп-рой TI) и холодильником (с T2

Цикл Карно на диаграмме р — V (давление — объём). dQ1 — кол-во теплоты, получаемой рабочим телом от нагревателя, dQ2—кол-во теплоты, отдаваемой им холодильнику. Площадь, ограниченная изотермами и адиабатами, численно равна работе цикла Карно.

Превращение теплоты в работу сопровождается переносом рабочим телом определ. кол-ва теплоты от нагревателя к холодильнику. К. ц. осуществляется след. образом (рис.): рабочее тело (напр., пар в цилиндре под поршнем) при темп-ре Т1 приводится в соприкосновение с нагревателем и изотермически получает от него кол-во теплоты dQ1 (при этом пар расширяется и совершает работу). На рисунке этот процесс изображён отрезком изотермы АВ. Затем рабочее тело, расширяясь адиабатически (по адиабате ВС), охлаждается до темп-ры T2 и приводится в тепловой контакт с холодильником. При этой темп-ре, сжимаясь изотермически (отрезок CD), рабочее тело отдаёт кол-во теплоты dQ2 холодильнику. Завершается К. ц. адиабатным процессом (отрезок DA), возвращающим рабочее тело в исходное термодинамич. состояние. При пост. разности темп-р (T1-T2) между нагревателем и холодильником рабочее тело совершает за один К. ц. работу

dA=ddQ1-dQ2=((T1-T2)/T1)dQ1.

Эта работа численно равна площади АВCD, ограниченной отрезками изотерм и адиабат, образующих К. ц.

К. ц. обратим и его можно осуществить в обратной последовательности (в направлении ADCBA). При этом кол-во теплоты dQ2 отбирается у холодильника и передаётся нагревателю за счёт затраченной работы dА. Тепловой двигатель работает в этом режиме как идеальная холодильная машина. К. ц. имеет наивысший кпд h=d/dQ1=(T1-T2)/Т1 среди всех возможных циклов, осуществляемых в одном и том же температурном интервале (Т1 -Т2) (см. КАРНО ТЕОРЕМА). В этом смысле кпд К. ц. служит мерой эффективности др. рабочих циклов.

Исторически К. ц. сыграл важную роль в развитии термодинамики и теплотехники. С его помощью была доказана эквивалентность формулировок К. Клаузиуса и У. Томсона (Кельвина) второго начала термодинамики; К. ц. был применён для определения абс. термодинамич. шкалы темп-р (см. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ШКАЛЫ); часто использовался для вывода разл. термодинамич. соотношений (напр., (см. КЛАПЕЙРОНА — КЛАУЗИУСА УРАВНЕНИЕ)).