Обратный обратимый цикл Карно

Цикл Карно может протекать не только в прямом, но и в обратном на­правлении (см. рис. 3.4.).

Машины, работающие по обратному циклу, называются холодильными машинами. Это тепловые машины, которые создают и поддерживают раз­ность температур путем отнятия теплоты у более холодного тела и передачи ее более горячему (см. глава 12). А такой процесс, как следует из формули­ровки второго закона термодинамики Клаузиуса, требует затраты энергии (не может совершаться без компенсации).

Рис. 3.4

Рассмотрим обратимый обратный цикл Карно, изображенный на рис. 3.4. В процессе 1-2 рабочее тело (холодильный агент) расширяется по адиабате с уменьшением температуры от T ₁ в точке 1 до Т ₂ в точке 2. Затем газ расши­ряется по изотерме 2-3 с подводом теплоты q ₂ от источника с температурой Т ₂. В адиабатном процессе сжатия 3-4 происходит увеличение температуры рабочего тела от Т ₂ до T ₁. В изотермическом процессе сжатия происходит от­вод от рабочего тела теплоты q ₁ к верхнему источнику теплоты.

На осуществление обратного цикла в холодильной машине затрачивается удельная работа l. При этом от НИТ к ВИТ переносится количество теплоты, равное q ₂. Кроме того, к ВИТ передается теплота, равная затраченной работе l. Отсюда, вся теплота, получаемая ВИТ, будет q ₁= q ₂+ l. Работа, затрачен­ная на сжатие в процессах 3-4 и 4-1, больше работы расширения в процессах 1-2 и 2-3 на величину площади фигуры 1-2-3-4. Работа расширения произво­дится сжатым газом, и она будет положительной. Работа сжатия производит­ся над газом, и она будет отрицательной. Отсюда суммарная работа, затраченная на передачу теплоты от НИТ к ВИТ, будет отрицательной, и она будет равна l = q ₁ - q ₂. Эффективность работы холодильных машин характеризу­ется холодильным коэффициентом, определяемым в виде отношения тепло­ты, взятой, от НИТ и переданной ВИТ, к затраченной работе

Холодильный коэффициент характеризует эффективность передачи теп­лоты от НИТ к ВИТ. Он будет тем больше, чем большее количество теплоты q ₂ будет взято от НИТ и передано ВИТ и чем меньше будет на это затрачено работы l.

Холодильный коэффициент обратимого обратного цикла Карно определя­ется по формуле

Холодильный коэффициент этого цикла зависит лишь от абсолютных температур T ₁ и Т ₂ и имеет наибольшее значение по сравнению с холодиль­ными коэффициентами любых других циклов, протекающих в тех же темпе­ратурных пределах.

Холодильные машины, предназначенные для отопления помещений пу­тем передачи теплоты от источника с более низкой температурой к источни­ку с более высокой температурой, называются тепловыми насосами.

Их эф­фективность оценивается отопительным коэффициентом φ, определяемым по формуле (см. § 12.5)