Обратный обратимый цикл Карно

Цикл Карно может протекать не только в прямом, но и в обратном направлении (рис. 2.4).

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 се более горячему. А такой процесс, как следует из формулировки второго закона термодинамики Клаузиуса, требует затраты энергии (не может совершаться без компенсации).

Рассмотрим обратимый обратный цикл Карно, изображенный на рис. 2.4. В процессе, изображаемом линией 1—2, рабочее тело (холодильный агент) расширяется по адиабате с уменьшением температуры от 1 в точке 1 до Т₂ в точке 2. Затем газ расширяется по изотерме (линия 2—3) с подводом теплоты q₂ от источника с температурой Т₂. В адиабатном процессе сжатия (линия 3—4) происходит увеличение температуры рабочего.

Рис. 2.4. Обратимый обратный цикл Карно тела от Т₂ до Т. В изотермическом процессе сжатия происходит отвод от рабочего тела теплоты q_{ к верхнему источнику теплоты.

На осуществление обратного цикла в холодильной машине затрачивается удельная работа /. При этом от НИТ к ВИТ переносится количество теплоты, равное q₂. Кроме того, к ВИТ передается теплота, равная затраченной работе /. Отсюда вся теплота, получаемая ВИТ, будет q_{ = q₂ + /. Работа, затраченная на сжатие в процессах, изображаемых линиями 3—4 и 4—1, больше работы расширения в процессах, изображаемых линиями 1—2 и 2—3, на величину ил. (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 равна 1 = q_{ — q₂. 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 q₂ будет взято от НИТ и передано ВИТ и чем меньше будет на это затрачено работы /.

Холодильный коэффициент обратимого обратного цикла Карно определяется по формуле

Холодильный коэффициент этого цикла зависит лишь от абсолютных температур Т и Т₂ 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 (р, определяемым по формуле (р = q_{/l.