Обратный цикл Карно

Рисунок – Обратный цикл Карно в р,v – и Т,s – диаграммах.

Рабочее тело с начальными параметрами (т.а) расширяется адиабатно, совершая работу расширения за счет внутренней энергии, и охлаждается от температуры Т₁ до температуры Т₂. Далее расширение происходит по изотерме, и рабочее тело отбирает от нижнего источника с температурой Т₂теплоту q₂. Потом газ подвергается сжатию сначала по адиабате, и его температура от Т₂ повышается до T₁, а затем – по изотерме (Т₁= const). При этом рабочее тело отдает верхнему источнику с температурой T₁количество теплоты q₁.

Т.к. в обратном цикле сжатие рабочего тела происходит при более высокой температуре, чем расширение, работа сжатия, совершаемая внешними силами, больше работы расширения на величину площади контура цикла abсd. Эта работа превращается в теплоту и вместе с теплотой q₂передается верхнему источнику. Затратив на осуществление обратного цикла работу l_ц, можно перенести теплоту от источника с низкой температурой к источнику с более высокой температурой, при этом нижний источник отдаст количество теплоты q₂, а верхний получит количество теплоты q₁ = q₂ + l_ц.

Обратный цикл Карно является идеальным циклом холодильных установок, которых рабочими телами служат пары легкокипящих жидкостей – фреона, аммиака и т.п. Процесс происходит за счет затрат электроэнергии.

Рисунок – Термодинамическая схема холодильной машины.

 

Эффективность холодильной установки оценивается холодильным коэффициентом, отношением количества теплоты, отнятой за цикл от холодильной камеры, к затраченной в цикле работе:

e = q₂/ l_ц = q₂/ (q₁ – q₂). (3.5)

Для обратного цикла Карно

e =Т₂/ (Т₁ –Т₂). (3.6)

Чем меньше разность температур между холодильной камерой и ОС, тем меньше нужно затратить энергии для передачи теплоты от холодного тела к горячему и тем выше холодильный коэффициент.