Карно тепловой машины

Экспериментально установлено, что если различные виды работы могут быть полностью обращены в теплоту и в идеальном случае могут полностью переходить друг в друга, то обратное преобразование невозможно, так как только некоторая часть теплоты превращается в работу при циклическом процессе. Здесь речь идет о закрытой системе, совершающей круговой термодинамический процесс, а не о единичном акте, так как в последнем случае согласно принципу эквивалентности преобразование тепла в работу можно произвести полностью. Такая система является, по сути дела, или тепловой машиной (система суммарно производит работу над источником работы), или холодильной машиной (источник работы суммарно производит работу над системой). Поэтому неудивительно, что изучение вопросов, связанных со вторым началом термодинамики, исторически обязано исследованию принципа действия тепловых машин, назначение которых состоит в превращении тепла в работу. В фундаментальном труде французского инженера Сади Карно Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу (1824) сделана первая, еще весьма несовершенная попытка сформулировать второе начало термодинамики. В труде Карно рассматриваются три основных вопроса 1) необходимое условие для преобразования теплоты в работу 2) условие, при котором трансформация теплоты в работу может достигнуть максимального эффекта 3) зависимость коэффициента полезного действия тепловой машины от природы рабочего вещества. В труде Карно был сделан совершенно правильный вывод, что коэффициенты полезного действия всех обратимых тепловых машин одинаковы и не зависят от рода работающего тела, а только от интервала предельных температур, в котором работает машина. [c.88]

Работа холодильных машин основана на том, что от охлаждающей среды отнимается тепло и передается телу с более высокой температурой (воде или воздуху), т. е. происходит переход тепла от менее нагретого тела к более нагретому. Согласно второму началу термодинамики такой переход возможен только при дополнительной затрате работы извне и достигается осуществлением обратного кругового термодинамического процесса или холодильного цикла. В качестве такого холодильного цикла принят обратный цикл Карно, который осуществляется с помощью рабочего тела, называемого холодильным агентом (хладагентом). [c.373]

Следовательно, в обратном цикле Карно тепло Q , отнимаемое от охлаждаемого тела при температуре Го, передается окружающей среде при температуре Гл с затратой работы АЬ, равной разности работ компрессора и расширительной машины. Эффективность холодильного цикла характеризуется холодильным коэффициентом е, представляющим отношение количества тепла, отнятого от охлаждаемого тела, к затраченной в цикле работе, выраженной в тепловых единицах [c.52]

В качестве рабочего вещества примем идеальный газ, машина будет работать в оптимальных условиях без потери тепла на трение, лучеиспускание. Такой машиной, как показал в 1824 г. французский инженер С. Карно, является машина, работающая по обратимым круговым процессам. [c.111]

Пусть Р, и Гх. Сг и есть теплоты и температуры нагревателя и холодильника, которые характерны для тепло вой машины, работаюшей по циклу Карно, и и С [c.90]

Аналогично можно определить минимальную работу процесса, когда давление хладоагента уменьшается по мере охлаждения. Если отведение тепла из потока происходит обратимо (холодильными машинами Карно), то будет действительным уравнение (111-170). Последний интеграл этого уравнения равен теплу, отданному потоком. Хотя сам поток и необратим, но по зависимости (1-64) теплота проточного процесса приближенно тоже равна приращению энтальпии Аг. Следовательно, в этом случае также [c.264]

Критерием совершенства холодильной машины служит обратный цикл Карно, который состоит из четырех обратимых процессов — двух изотермических и двух адиабатических. В этом цикле рабочее вещество (хладагент) отнимает тепло Qo от охлаждаемой среды при постоянной температуре То, адиабатически сжимается до температуры Т окружающей среды (с затратой работы Ь), отдает тепло Q, = Qo + L окружающей среде при постоянной температуре Т и затем подвергается адиабатическому расширению до температуры То. [c.476]

Это отношение характеризует степень использования теплоты при превращении ее в работу. Ниже приведен вывод уравнения для вычисления коэффициента полезного действия тепловой машины, в которой тепло превращалось в работу по обратимому циклу Карно. [c.95]

Таким образом, при проведении цикла в идеальной тепловой машине (цикл Карно) и получении механической работы, отношение полученного тепла к температуре нагретого источника равно такому же отношению для холодного источника. Так как Q является в урав- [c.152]

В качестве основного термодинамического холодильного цикла обычно рассматривают обратный цикл Карно (рис. 18), состоящий из четырех последовательных обратимых процессов двух изотермических и двух адиабатных. Рабочее тело отнимает тепло у охлаждаемого тела при постоянной температуре Гд, подвергается адиабатному сжатию до температуры окружающей среды, передает теило (< = ( о + ) окружающей среде при постоянной температуре и далее подвергается адиабатному расширению в расширительной машине до температуры охлаждаемого тела. В процессе теплообмена между рабочим телом и источниками (охлаждаемым телом и окружающей средой) разности температур принимаются бесконечно малыми. [c.52]

В мемуаре С. Карно Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу (Париж, 1824 г.) имеется нижеследующая, важная для хода рассуждений Карно ссылка на калориметрическую аксиому (стр. 37). В наших доказательствах мы полагали, что если тело, испытав любые изменения и ряд превращений, возвращается в прежнее состояние в отношении плотности и температуры, то. оно будет обладать тем же количествам теплоты, какое имело первоначально, т. е. другими словами, что поглощаемые и отдаваемые при различных превращениях количества тепла взаимно компенсируются . Поэтому производимую телом работу Карно принужден был объяснить падением тепла (теплорода) с высшего температурного уровня на низший. Карно пишет далее Это положение никогда не подвергалось сомнению оно было сперва принято без рассуждений и затем подтверждено многочисленными калориметрическими измерениями. Отрицать его, значит, разрушить всю теорию тепла, основывающуюся на этом положении. Впрочем, заметим мимоходом, основные положения, на которые опирается теория тепла, требуют внимательного исследования. Некоторые данные опыта представляются необъяснимыми при современном состоянии теории . [c.47]

Принцип Карно сыграл ведущую роль в развитии научных основ тепло, техники. На основе этого принципа стало ясно, что для повышения к.п.д-тепловых машин важно идти по пути расширения температурных пределов, между которыми происходит цикл рабочего тела, тогда как замена одного [c.65]

Итак, в длительно работающей машине (в циклическом процессе) принципиально невозможно полностью перевести все тепло в работу. Однако оказывается, что полное превращение в работу было бы принципиально возможно, если бы удалось довести температуру охладителя до абсолютного нуля Т = 0). Именно в этом случае коэффициент полезного действия обратимого процесса был бы равен единице в соответствии с уравнением (2.4). Правда, для практики это не имеет никакого значения, так как температура охладителей в тепловых двигателях всегда выше температуры окружающей среды, которая, естественно, всегда намного выше абсолютного нуля. Это обстоятельство может быть использовано для термодинамического определения понятия абсолютного нуля. Абсолютный нуль — такая температура охладителя, которая в обратимом цикле Карно обеспечивает к. п. д. >] = 1. [c.104]

Са и — количество тепла, полученное рабочим веществом от нагревателя и отданное холодильнику (для идеальной тепловой машины, работающей по циклу Карно). [c.21]

Очень большое значение для развития термодинамики имели работы Сади Карно, Рудольфа Клаузиуса и Вальтера Нернста. В 1824 г. Карно опубликовал работу о наивысшем теоретически достижимом коэффициенте полезного действия паровой машины и установил, что тепловая энергия может превращаться в работу только при переходе тепла от более горячего тела к более холодному. [c.95]

Действительный рабочий процесс абсорбционной машины значительно сложнее, его нельзя разбить на элементарные циклы Карно. Осуществляется он бинарным раствором. Один из компонентов раствора (легкокипящий) служит рабочим агентом, другой — поглотителем (абсорбентом). Первичное тепло высокого потенциала подводится к рабочему телу в генераторе, где выпаривается бинарный раствор. Вторичное тепло низкого потенциала отводится от рабочего тела в процессах ректификации, конденсации и абсорбции. [c.6]

Третьей особенностью цикла паровой холодильной машины, отличающей его от цикла Карно, является засасывание компрессором сухого насыщенного или перегретого пара, что создает сухой ход компрессора. Это можно обеспечить за счет внутреннего теплообмена. В таком случае пар, проходя теплообменник, может не только подсушиваться, но и значительно перегреваться за счет тепла, воспринимаемого от жидкости, поступающей к регулирующему вентилю. [c.14]

Сади Карно можно считать первым, кто заложил количественные основы второго начала термодинамики. В своей единственной опубликованной работе Размышления о движущей силе огня и средствах, какими можно развить эту силу (1824 г.) он показал, что получение работы за счет запаса теплоты может происходить только благодаря переносу теплоты от более нагретого тела к более холодному. Не владея еще правильными представлениями о теплоте, он уподобил передачу тепла спаду уровня водного потока и в этой связи рассматривал превращение теплоты в движение в паровых машинах. С. Карно символически представил функционирование тепловых машин в виде цикла, получившего название цикла Карно. [c.18]

Клаузиус, подобно Ломоносову, так формулирует второе начало по отношению к теплоте теплота не может сама собой перейти ог тела менее нагретого к более нагретому. Отсюда следует, что в замкнутой системе переход тепла в работу будет совершаться только при наличии разности температур, т. е. при наличии нагревателя и холодильника, обусловливающих перенос теплоты от тела более нагретого к более холодному (Карно). Следовательно, при постоянной температуре теплота не может самопроизвольно превращаться в работу. Исходя из цикла Карно, Клаузиус показал, что даже в самой идеальной машине в работу превращается только часть того тепла, которое отдается от нагревателя к холодильнику. [c.19]

Чтобы получить математическое выражение второго начала термодинамики, следует более детально рассмотреть действия идеальной тепловой машины. Идеальной тепловой машиной мы называем такую машину, которая работала бы без трения и без потерь тепла. В ней рабочим телом является идеальный газ. Работа машины основана на принципе обратимого термодинамического цикла, называемого циклом Карно. [c.85]

Исторически второе начало термодинамики было сформулировано гораздо раньше первого начала, но со временем оно получало все новое и новое толкование, а его формулировки становились все более строгими. Впервые основное положение второго -начала было дано М. В. Ломоносовым (1747 г.) ...холодное тело В, погруженное в теплое тело А, не может воспринять большую степень теплоты, чем какую имеет А . Первая математическая формулировка условий превращения теплоты в полезную работу была сделана Сади Карно (1824 г.). Им же были выведены следствия, имеющие большое значение для конструирования паровых машин. В работах немецкого физика Клаузиуса (1850 г.) и английского физика Томсона (лорда Кельвина) (1854 г.) были развиты идеи, которые вышли далеко за пределы первоначально поставленной теплотехнической задачи. Несколько позже Максвелл, Больцман и Гиббс установили связь второго начала с молекулярно-кинетическими представлениями. Это привело к статистическому толкованию второго начала термодинамики. [c.68]

Устанавливая эквивалент количества работы, произведенной тепловой машиной, Карно проводит аналогию между падением воды и переходом теплоты. Движущая сила падающей воды зависит от высоты падения и количества воды движущая сила тепла также зависит от количества употребленного теплорода и зависит от того, что можно назвать и что мы будем на самом деле называть высотой его падения, т. е. от разности температур, между которыми происходит обмен теплорода ([1], стр. 26). Карно уподобил теплоту воде, разность температур—разности высот, тепловую машину — водяной мельнице. После совершения работы сохраняется масса воды, только на низшем уровне сохраняется количество теплоты, только при меньшей температуре. Сравнение ошибочное, но идея о необходимости двух температур верна и гениальна. [c.146]

Пример 2. Идеальная машина Карно, работающая между 927°С и 127°С, дает На 93,02 кдж работы за цикл. Определить количество тепла, сообщаемое мащине и отдаваемое ею за этот же цикл. [c.88]

Идеальная машина Карно, работающая в интервале между 350 и 50°С, дает 33,52 кдж работы за цикл. Сколько тепла сообщается машине и сколько отдается его за этот же цикл [c.91]

Идеальная машина Карно, работающая в интервале между 200 и 300°К, превращает в работу 83,8 кдж тепла. Какое количество тепла передается теплоприемнику при 200°К [c.91]

Пусть имеются два источника тепла при постоянных температурах и 2 (рис. 6). Эти температуры можно измерить с помощью любой шкалы для данной цели необходимо только, чтобы они были постоянны и отличались друг от друга. Пусть 2- Рассмотрим тепловую машину I, которая действует между этими двумя температурами по простейшему возможному циклу, а именно — по циклу Карно. Допустим, что она берет из источника количество тепла С] при и отдает в источник при <2. Рассмотрение операций этого цикла, дан-вое в предыдущей главе, показывает, что необходима отдача тепла при [c.97]

Эти соотношения пригодны только для обратимого цикла Карно, в котором тепло поглощается машиной при одной температуре и отдается при некоторой более низкой температуре, причем обе температуры постоянны на всем протяжении процесса. Это пред- [c.112]

Рассмотрим любой обратимый цикл изменений, через который может проходить рабочее вещество тепловой машины. Условия обратимости уже рассмотрены и не нуждаются в повторении. Пусть состояние рабочего тела, проходящего через цикл изменений, будет определяться двумя независимыми переменными и изображаться на плоскости рп), как это указано на рис. 9а. Пусть весь цикл на жс. 9а будет разбит на 4 простых цикла Карно двумя адиабатами и двумя изотермами, как это указано на рис. 9< . Суммируя площадь четырех простых циклов, будем только приближаться к площади исходного цикла, причем разности между ними (частью положительные, частью отрицательные) указываются заштрихованными площадями. Обратимая машина, работающая по циклу I (АВНО), берет тепло Р, при (вдоль изотермы АВ) и отдает при 7 1 (вдоль ОН). [c.112]

Теоретический цикл идеальной машины — цикл Карно — в координатах PV состоит из двух адиабат и двух изотерм. На фиг. 1 представлена диаграмма кругового цикла Карно. От точки 1 до точки 2 расширение газа происходит при Ti = onst по изотерме с подводом тепла от точки 2 до точки 3 — расширение газа по адиабате от точки 3 до точки 4 — сжатие газа по изотерме с отводом тепла при Ti = onst от точки 4 до точки 1 — сжатие газа по адиабате. [c.14]

Однако несмотря на огромное значение Первого начала для аксиоматки термодинамики, оно одно не объясняло принципиального отличия теплоты от работы, не позволяло предсказывать направление и пределы протекания различных процессов и положение равновесия. Все эти задачи были решены после постулирования Второго начала. Основная идея этого закона была высказана в 1824 г. французским инженером С. Карно. Наблюдая за работой водяной мельницы, он сравнил падение воды с переходом тепла от более нагретого тела к менее нагретому. И вода, и тепло в этих процессах могут совершать работу, зависящую от перепада уровней высот или температур. Карно сформулировал принцип, в дальнейшем получивший его имя для производства работы тепловой машиной необходимы два термостата с различными температурами. Это была исторически первая формулировка Второго начала. Однако Карно, исходивший из теории теплорода, нарушил в своих рассуждениях Первое начало, так как по аналогии с водяной мельницей допустил, что количество теплорода в системе остается неизменным, т. в. получил работу практически из ничего. Другими словами, он получил вечный двигатель первого рода, запретив своим принципом создание вечного двигателя второго рода, получающего работу из одного термостата. Позже стало ясно, что теплота, полученная системой из горячего термостата, равна сумме теплоты, отданной системой холодному термостату и совершенной работы. [c.313]

Заслуга в раскрытии ограничений перехода теплоты в работу принадлежит Карно (1К24 г.). Основная идея Карно состояла в том, что тепловая машина производит работу не за счет поглощения тепла, а благодаря передаче тепла от горячего тела к холодному. Именно поэтому невозможно использовать тепло, не имея холодного тела. [c.24]

Работа А, затраченная на сжатие газа, значительно больше работы, получаемой при рас1 ирении этого газа в детандере. Отношение количества тепла й, отнятого от охлаждаемого тела, к затраченной при этом работе А, называется коэффициентом полезного действия цикла е = Для холодильной машины, работающей по циклу Карно, = [c.49]

Исторически Т. возникла как учение о взаимопревращениях теплоты и механич. работы (механич. теория тепла). Толчком к созданию Т. послужило развитие теплотехники и, в частности, изобретенне паровой машины в конце 18 в. Однако значительную роль в создании Т. сыграли многие более ранние открытия в естествознании, в т. ч. изобретение термометра (Галилей, 1592), создание первых температурных шкал (Бойль, 1695, Цельсий, 1742), введение понятий о теплоемкости и так наз. скрытых теплотах — теплоте плавления и теплоте испарения (Блек, 1760—62), и, наконец, установление газовых законов. Непосредственно к открытию первого закона Т. привели опыты Румфорда (1798), к-рый наблюдал выделение большого количества теплоты нри сверлении пушечного ствола, и гл. обр. исследования Майера (1841—42) и Джоуля (1843) по установлению принципа эквивалентности между работой и теплотой и измерению механич. эквивалента теплоты. Основой второго закона Т., сформулированного Клаузиусом (1850) и Томсоном (Кельвином) (1851), послужил труд Карно (1823) Размышления о движущей силе огия и о машинах, способных развивать эту силу , в к-ром впервые был дан анализ работы идеальной тепловой машины (см. Карно цикл). Т. обр., Т. как наука сформировалась в середине 19 в. В последующем важнейшими этапами в развитии Т. явились создание общей теории термодинамич. равновесия (Гиббс, 1875—78) и открытие третьего закона Т. (Нернст, 1906). Параллельно расширялись области применения термоди-намич. законов в различных областях науки и техники. [c.47]

Цикл из двух адиабат и двух изобар для источников с постоянной температурой дает, как указывалось, большие необратимые потери. Такие потери значительно снижены в регенеративном цикле Стирлинга, который состоит из двух изотерм и двух изохор (рис. 28,а и б). Благодаря отводу тепла по изотерме 3—4, а не по изобаре 3 —4 (рис. 28, е) необратимые потери сокращаются на величину, соответствующую площади 3—3 —4. Аналогично снижены потери и при отдаче тепла по изотерме 1—2 источнику с высокой температурой. По такому циклу работает газовая машина Филипса. Теоретически этот цикл имеет такой же холодильный коэффициент, как и цикл Карно для тех же температурных источников. [c.65]

В термотрансформаторах механического типа изложенные соображения находят прямое выражение в принципе действия. Превратимая часть тепла первичного потенциала Т в тепловом двигателе действительно превращается в работу. Эта работа прямо затрачивается на привод теплового насоса, полезным продуктом которого является тепло вторичного потенциала Т . Если в обеих машинах реализовать обратимые циклы Карно, то [c.5]

Термодинамические основы работы холодильных машин. Холодильной машиной называют комплекс механизмов н аппаратов, осуш,ествляюш,их цикл хладоагента. Компрессионная холодильная машина состоит из испарителя, компрессора, конденсатора и регулирующего вентиля, соединенных трубопроводами в замкнутую герметичную систему, в которой циркулирует фреон, аммиак или другой хладоагент. Холодильная машина служит для охлаждения помещений, аппаратов, систем или других объектов и поддержания в них заданной температуры путем отвода тепла от охлаждаемого тела и передачи его в окружающую среду. Согласно второму закону термодинамики процесс такого охлаждения возможен при затрате энергии. Наиболее выгодным циклом холодильной машины, с помощью которой осуществляется перенос теплоты с низшего температурного уровня иа высший с затратой работы, является цикл Карно. [c.115]

Устанавливая эквивалент количества работы, произведенной тепловой машиной, Карно проводят аналогию между падением воды и переходом теплоты. Движущая сила падающей воды ависит от высоты падения и количества воды движущая сила тепла также зависит от количества употребленного теплорода и зависит от того, что можно назвать и что мы на самом деле будем [c.141]

Следствием установленных С. Карно, Р. Клаузиуса и Томсона (Кельвина) положений второго закона термодинамики явилась еще одна его формулировка применительно к тепловым машинам невозможно осуществить perpetuan mobile второго рода, или другими словами нельзя осуществить такой двигатель, все действие которого сводилось бы к превращению тепла, подводимого к какому-нибудь телу, в работу без того, чтобы часть его передавалась другим телам. [c.58]

Длина градуса совершенно произвольна. Если мы имеем 100 машин Карно и первая из них берет тепло из источника, поддерживаемого при нормальной температуре кипения воды, а последняя отдает тепло резервуару, поддерживаемому при температуре замерзания воды, причем каждая берет тепло, отданное предыдущей машиной, работающей при более высокой температуре, и если все эти машины гфоизводят одинаковое количество работы, тогда уравнением (22) можно определить 100 равных температурных интервалов между двумя конечными точками. Каждый интервал представляет градус абсолютжЯ шкалы или шкалы Цельсия. Подобным образом можно определить 80 разных интервалов между теми же двумя точками, н каждый вз вих дет представлять абсолютный градус Реомюра. [c.108]

Этот необратимый тепловой поток можно было бы передать обрапшьш способом, если бы тепло переходило при элементарных температурных разностях от источника с температурой 100°С к рабочему веществу в машине Карно. Машина будет отдавать меньшие количества теплоты при более низкой температуре источника. Уменьшение энтропии теплоотдатчика равно 250/(100 4-273,2) = 0,670 KKaAjzpad. Из уравнения (24) сразу [c.115]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология