Физика. 10 класс

Коэффициент полезного действия идеального теплового двигателя. В 1824 г. Карно доказал, что коэффициент полезного действия всех обратимых машин, работающих в идентичных условиях (т. е. при одинаковых температурах нагревателя Т₁ и холодильника Т₂), определяется только температурами нагревателя и холодильника и не зависит от рода вещества рабочего тела. КПД идеального цикла Карно η_К является максимально возможным при заданных Т₁ и Т₂:

«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#951;«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»K«/mi»«/msub»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«msub»«mi»T«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«mo»-«/mo»«msub»«mi»T«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«/mrow»«msub»«mi»T«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«/mfrac»«mo».«/mo»«/math»

Таким образом, КПД любого реального теплового двигателя не может превышать КПД идеального цикла Карно: «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mi mathvariant=¨normal¨»§#951;«/mi»«mo»§#60;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#951;«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»K«/mi»«/msub»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«msub»«mi»T«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«mo»-«/mo»«msub»«mi»T«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«/mrow»«msub»«mi»T«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«/mfrac»«/math».

Анализ последнего неравенства позволяет выявить возможные пути увеличения КПД тепловых двигателей: повышение температуры нагревателя Т₁ и понижение температуры холодильника Т₂.

КПД идеального теплового двигателя мог бы быть равен единице, если бы было возможно использовать холодильник с температурой, равной абсолютному нулю (Т₂ = 0). В этом случае «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#951;«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»K«/mi»«/msub»«mo»=«/mo»«mfrac»«msub»«mi»T«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«msub»«mi»T«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«/mfrac»«mo»=«/mo»«mn»1«/mn»«/math». Но, как известно, это невозможно даже теоретически, потому что абсолютного нуля температуры достичь нельзя. Основным направлением увеличения КПД тепловых двигателей является повышение разности температур Т₁ − Т₂ — нагревателя и холодильника.