Сколько работы можно получить в машине Карно

Сколько работы можно получить в машине Карно

Это подсчитать нетрудно. На первом участке цикла идеальный газ совершает работу изотер­мического расширения:

Внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры, а она не меняется. Сле­довательно, газ совершает работу только за счет тепла, полученного от нагревателя. И работа равна теплу:

При адиабатическом расширении газ работу совершает, а тепла не получает.

При изотермическом сжатии при температуре холодильника над газом приходится совершать работу. На этом участке цикла будет затрачена работа:

При изотермическом сжатии тепло, выделяющееся при по­стоянной температуре, полно­стью передается холодильнику, потому что внутренняя энергия газа остается постоянной:

На последнем этапе прихо­дится затрачивать работу, но при адиабатическом сжатии газ не выделяет тепло: работа це­ликом идет на повышение вну­тренней энергии газа. Сжатие должно продолжаться, пока не будет достигнута исходная тем­пература. Цикл закончен.

От нагревателя машина по­лучила Q_н джоулей тепла. От­дала холодильнику Q_х джоулей. В работу превращено по перво­му началу термодинамики Q_н-Q_x джоулей. Таким образом, машина смогла превратить в ра­боту не все тепло, полученное от нагревателя, а только часть его:

Эта величина называется в термодинамике коэффициентом полезного действия машины.

Мы его можем легко вычи­слить, если примем во внима­ние, что, по условиям адиабати­ческого сжатия, объем газа из­меняется в одно и то же число

Подставляя значения Q_н и Q_х, получим после сокращения замечательный результат: коэффициент полезного действия тепловой ма­шины, работающей по циклу Карно, равен

 

 Он определяется только температурами нагре­вателя и холодильника и не зависит больше ни от чего.

Не искушенный в термодинамике читатель должен был прийти в недоумение: где же второй закон термодинамики? В чем же он состоит?

Весь расчет коэффициента полезного дей­ствия был проведен, по-видимому, только на ос­новании закона термического равновесия и пер­вого закона. Никаких дополнительных зако­номерностей как будто бы не понадобилось. Но так только кажется. Новое здесь в требовании располагать по крайней мере двумя источниками теплоты с различными температурами, чтобы при­вести в действие тепловую машину. Из-за этого требования в работу превращается не все количе­ство теплоты, полученное машиной от нагревате­ля, и коэффициент полезного действия машины получается меньше единицы. Это новое названо вторым началом термодинамики.

• НАУКА НЕОБХОДИМАЯ ВСЕМ
• Термодинамика   
• ЧТО ТАКОЕ ТЕРМОДИНАМИКА 
• Что в мире подлежит изучению методами термодинамики?  
• Место термодинамики среди других наук   

• ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ 

• Системы, которые исследует термодинамика 
• Система не может быть бесконечной 
• Состояние и свойства системы 
• Уравнение состояния 
• Процесс
• Окружающая среда   
• Наиболее важные процессы 
• Температура                                         Тайна вихря  
• Что же показывает термометр?
• Давление 
• Теплота 
• Работа
• Теплота и работа   
• Пример расчета очень важной работы 
• Энергия  
• Термодинамический цикл 
• Закон термического равновесия  
• Первый закон термодинамики
• Внутренняя энергия  
• Единый закон сохранения 
• Второй закон термодинамики 
• Цикл Карно  
• Сколько работы можно получить в машине Карно 
• Второе начало термодинамики 
• Почему нельзя построить идеальную машину? 
• "Сколько нужно снежков, что бы натопить печь?"  
• Как измеряют температуру теперь?    
• Энтропия   
• Можно ли обнаружить энтропию?
• Зачем нужно понятие энтропия 
• Зачем ученому нужно знать энтропию?  
• Как же вычислить энтропию?  
• Что такое энтропия?  
• Так что же такое энтропия? 
• Третий закон термодинамики  
• Полмиллиарда уравнений