Карно циклі. Жылу машинасының пайдалы

Термодинамиканың екінші бастамасына сүйене отырып, Карно мынадай теорема қорытып шығарды: барлық периодты түрде жұмыс істейтін жылу машнналарының ішіндегі ең тиімдісі — қыздырғыш пен суытқыштың температуралары бірдей және п. ә. к-і жоғары қайтымды машиналар. Олардың п. ә. к-і машинаның конструкцнясына тәуелді емес. Карно зерттеген циклдер өтс тиімді, әрі үнемді тұйык процесс болып есептеледі. Бұл цикл екі изотерма мен екі адиабатадан кұралатын қайтымды тұйык процесс. Циклді жүзеге асыру үшін, жұмыстық дене термиялық турде ұлғайғанда оған тиісті мөлшерде жылу беріп тұратын қыздырғыш және жұмыстық дене изотермалык түрде сығылғанда онан тиісті мөлшерде жылу алатын суытқыш болу кажет. Жұмыстық заттың ұлғайғанда өндіретін жұмысы оң ал сығылғанда өндіретін жұмысы теріс болады.

Жұмыстық зат ретінде идеал газдың 1 молін алып, идеал газға қатысты Карно циклін карастырайық (6-сурет). Аныктама бойынша жылу машинасының п. ә. к-і:

мұндағы — циклдің ішінде кыздырғыштан алынатын жылу да, —цикл ішінде суыткышқа берілетін жылу.

Изотермалық процесте идеал газдың ішкі энергиясы тұрақты болады (U=const), сондықтан жұмыстык дене (газ) 1-күйден 2- күйге көшкенде, яғни изотермалык ұлғайғанда, (1—2) орындайтын жұмысына тең болады:

мұндағы - машинадағы идеал газдың массасы. Ал адиабаталык ұлғаюда (2 - 3), сыртқы ортамен жылу алмасу болмай, істелген жұмыс ішкі энергияның өзгеру себебінен пайда болады:

Енді суытқышка берілетін жылу мөлшері жұмыстық затты 3 - күйден 4 - күйге көшіргендегі, яғни изотермалык сығылуға жұмсалатын жұмыска тең:

Ең соңында адиабаталық сығылу процесі (4—1) кезіндегі жұмыстың шамасы:

Тұйык процесс кезінде орындалған толык жұмыс:

Осы 57-суреттегі штрихталған ауданға сәйкес келсді. Сөйтіп, Карно циклінің термиялық п. ә. к-і:

Сонымен, идеал газға арналған Карно циклінік п. ә. к-і тек қыздырғыш пен суыткыш температурасына байланысты. Карноның бұл қарастырған тура циклі идеал түрдегі жылу машинасы болып табылады.

Сөйтіп, Карноның тұжырымдауынша термодинамиканың екінші бастамасына былайша анықтама беруге болады: ешуақытта суығырақ денеден ыстығырак денеге жұмыс өндірілмей жылу мөлшерінің берілуі мумкін емес.