Цыкл Карно - тэарэтычныя асновы прылады і працы ўсіх рухавікоў унутранага згарання

Сярод усіх цыклічных тэрмадынамічных працэсаў асаблівую тэарэтычнае значэнне і практычнае прымяненне мае цыкл Карно. Часта яго называюць непераўзыдзеным, вялікім, ідэальным і т. Д. А многім ён наогул здаецца чымсьці загадкавым і незразумелым. Аднак калі дакладна расставіць усе акцэнты, то маментальна адкрыюцца ўся прастата, геніяльнасць і прыгажосць гэтага вынаходкі, якое было адкрыта французскім навукоўцам і інжынерам Садзі Карно. І стане зразумела, што нічога звышнатуральнага ў прапанаваным ім працэсе няма, а ёсць толькі максімальна эфектыўнае выкарыстанне некаторых законаў прыроды.

Дык што ж на самай справе сабой уяўляе знакаміты і таямнічы цыкл Карно? Яго можна вызначыць як квазистатический працэс, заснаваны на прывядзенні тэрмадынамічнай сістэмы ў цеплавой кантакт з парай рэзервуараў-тэрмастатаў, якія маюць пастаянныя і ўстойлівыя тэмпературныя значэння. Пры гэтым мяркуецца, што тэмпература першага (нагревателя) перавышае аналагічны паказчык другога (халадзільніка). Цыкл Карно заключаецца ў тым, што спачатку тэрмадынамічная сістэма, першапачаткова якая мае пэўны цеплавое значэнне, уступае ў кантакт з награвальнікам. Затым шляхам бясконца павольнага змяншэння ціску ў ёй выклікаецца квазистатическое пашырэнне, якое суправаджаецца запазычаннем цеплыні ад награвальніка і супрацівам знешні націск.

Пасля гэтага сістэма ізалюецца, што зноў жа выклікае ў ёй квазистатическое пашырэнне па адиабате, пакуль яе тэмпература не дасягне аналагічных паказчыкаў халадзільніка. Пры такім тыпе пашырэння тэрмадынамічнай сістэмай таксама здзяйсняецца нейкая праца супраціву знешні націск. У такім стане сістэма і прыводзіцца ў кантакт з халадзільнікам, пры гэтым шляхам бесперапыннага павелічэння ціску яна сціскаецца да пэўнага моманту, з прычыны чаго потым у поўным аб'ёме аддае другому рэзервуара цеплавую энергію, запазычаную ад награвальніка. Цыкл Карно унікальны тым, што не суправаджаецца якой-небудзь стратай цяпла. Тэарэтычна такую схему можна назваць вечным рухавіком. Гэта ўсё таму, што тэрмічны ККД цыклу Карно, які залежыць выключна ад тэмператур пары рэзервуараў, заўсёды будзе максімальна магчымым. Аднак пакуль ніхто не здолеў стварыць машыну, цеплавая эфектыўнасць якой перавышала б трыццаць адсоткаў ад дапушчальнай цыклічна працэсам Садзі Карно.

А гэты працэс называюць ідэальным, паколькі ён нашмат лепш за іншых цыклаў здольны ператвараць цеплыню ў карысную працу. З іншага боку, з-за цяжкасцяў у арганізацыі і правядзенні ізатэрмічных працэсаў яго прымяненне ў рэальных рухавіках надзвычай абцяжарана. Для максімальнай эфектыўнасці цеплаперадачы такую машыну патрабуецца цалкам ізаляваць ад навакольнага асяроддзя, што ў рэчаіснасці практычна немагчыма.

Зваротны цыкл Карно ляжыць у аснове прынцыпу дзеяння цеплавога помпы, які, у адрозненне ад халадзільнай машыны, павінен як мага больш аддаць энергіі якому-небудзь гарачаму аб'екту, напрыклад ацяпляльнай сістэме. Некаторая частка цяпла запазычаецца з навакольнага асяроддзя, якая мае больш нізкую тэмпературу, астатняя доля неабходнай энергіі вылучаецца пры выкананні механічнай працы, напрыклад кампрэсарам.