Номер 4, страница 114 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

4. Какой процесс назван циклом Карно?

4. Какой процесс назван циклом Карно?

Цикл Карно — это идеальный обратимый круговой термодинамический процесс, предложенный французским инженером Сади Карно в 1824 году. Этот цикл описывает работу идеальной тепловой машины, которая преобразует теплоту в механическую работу с максимально возможным коэффициентом полезного действия (КПД) для заданных температур нагревателя и холодильника.

Цикл Карно осуществляется с неким рабочим телом (обычно идеальным газом) между двумя тепловыми резервуарами: нагревателем с постоянной температурой $T_1$ и холодильником с постоянной температурой $T_2$, причем $T_1 > T_2$. Цикл состоит из четырех последовательных обратимых процессов:

1. Изотермическое расширение. Рабочее тело приводится в контакт с нагревателем ($T_1$) и получает от него количество теплоты $Q_1$. Газ медленно расширяется, совершая работу, при этом его температура остается постоянной и равной $T_1$.

2. Адиабатическое расширение. Рабочее тело теплоизолируется от окружающей среды. Газ продолжает расширяться, совершая работу за счет своей внутренней энергии. В результате его температура понижается от $T_1$ до температуры холодильника $T_2$.

3. Изотермическое сжатие. Рабочее тело приводится в контакт с холодильником ($T_2$). Внешние силы сжимают газ, совершая над ним работу. При этом газ отдает холодильнику количество теплоты $Q_2$, а его температура остается постоянной и равной $T_2$.

4. Адиабатическое сжатие. Рабочее тело снова теплоизолируется. Внешние силы продолжают сжимать газ, совершая над ним работу. В результате температура газа повышается от $T_2$ до исходной температуры $T_1$, и система возвращается в начальное состояние.

Поскольку цикл замкнутый, изменение внутренней энергии рабочего тела за цикл равно нулю. Полезная работа, совершенная машиной за один цикл, равна разности полученного от нагревателя и отданного холодильнику количеств теплоты: $A = Q_1 - Q_2$.

Важнейшим результатом теории Карно является то, что КПД любой тепловой машины, работающей по обратимому циклу Карно, не зависит от природы рабочего тела и конструкции машины, а определяется только абсолютными температурами нагревателя ($T_1$) и холодильника ($T_2$):

$\eta_{max} = \frac{A}{Q_1} = \frac{Q_1 - Q_2}{Q_1} = \frac{T_1 - T_2}{T_1} = 1 - \frac{T_2}{T_1}$

Это максимально возможный КПД для любой тепловой машины, работающей в данном температурном интервале.

Ответ: Циклом Карно назван идеальный обратимый круговой термодинамический процесс, состоящий из двух изотермических и двух адиабатических процессов. Он описывает работу тепловой машины с максимально возможным коэффициентом полезного действия (КПД) при заданных температурах нагревателя и холодильника.