Детская энциклопедия
Том 1. Земля. Том 4. Растения и животные. Том 7. Человек. Том 10. Зарубежные страны.
Том 2. Мир небесных тел. Числа и фигуры. Том 5. Техника и производство. Том 8. Из истории человеческого общества. Том 11. Язык. Художественная литература.
Том 3. Вещество и энергия. Том 6. Сельское хозяйство. Том 9. Наша советская Родина. Том 12. Искусство.

бы даже очень малая разница температур, то это явно будет невыгодно, ведь, согласно принципу Карно, за счет этой разности можно было бы получить еще дополнительную работу. Значит, газ в цилиндре должен расширяться точно при температуре нагревателя, т. е. рас­ширяться изотермически, сохраняя на протя­жении всего пути расширения постоянную тем­пературу.

Мы уже знаем, как протекает процесс изо­термического расширения газа. Давление его при этом падает. Сколько при таком расшире­нии будет получено работы, мы тоже знаем.

Газ в цилиндре нагрелся и расширился, но машина должна работать непрерывно. Для это­го ее рабочий процесс должен быть обязатель­но замкнутым — циклическим. Следовательно, нагретый газ должен быть охлажден и сжат.

Как это сделать? У нас в распоряжении есть холодильник с низкой температурой. Каза­лось бы, можно просто привести цилиндр в соприкосновение с холодильником, и газ охла­дится. Но тогда возникнет разность температур между горячим еще газом и холодильником, и снова будет потеряна, в соответствии с прин­ципом Карно, возможность получить дополнительную работу

Рис. 15. Идеальная машина по представлениям Сади Карно. Это простой цилиндр с поршнем. Нижняя стенка цилиндра обладает идеальной теплопроводностью; его можно поставить на горячую поверхность нагревателя (например, заполненного смесью расплавленного и твердого свинца) или на поверх­ность холодильника (например, со смесью воды и льда). Оба источника теплоты бесконечно велики. Если цилиндр не соприкасается с нагревателем или холодильником, в нем полностью прекращается обмен теплом с окружающей средой.

. Так делать нельзя. Ге­ниальная идея Карно заключалась в том, что он предоставил газу возможность расширяться без обмена теплом — адиабатическим путем. Согласно первому закону термодинамики, тем­пература газа будет при этом падать. Предо­ставим ей возможность упасть до температуры холодильника. На этом этапе будет дополни­тельно получено некоторое количество работы без затраты тепла, только за счет внутренней энергии газа.

Приведем газ в цилиндре в тепловой контакт с холодильником и начнем его сжимать при низкой температуре. Конечно, на основе прин­ципа Карно мы можем это сжатие Проводить тоже только изотермическим путем. На этом участке процесса придется затратить на сжа­тие газа часть той работы, которая была полу­чена при расширении газа. Но это ничего, часть ее останется.

Когда газ достаточно сжат (насколько его нужно сжать изотермически, это нетрудно рассчитать), необходимо повысить его темпе­ратуру до температуры нагревателя, чтобы можно было начать новый цикл. Газ над пор­шнем должен занять свой прежний объем. Как это сделать? Нагревать нельзя. Появление разницы температур недопустимо. Оно каждый раз означает потерю возможности получить еще дополнительную работу.

Значит, можно только сжать газ адиабати­ческим путем, без получения теплоты извне. При таком сжатии возрастет его внутренняя энергия и повысится температура. Когда тем­пература газа достигнет температуры нагрева­теля, адиабатическое сжатие закончится.

Газ пришел в прежнее состояние, круговой процесс закончен, можно начинать новый цикл. Если верен сам принцип, то лучшую машину построить нельзя. С помощью такой идеальной машины можно получить наибольшее количе­ство работы при заданном перепаде температур между нагревателем и холодильником.

Повторяем: в действительности машина, работающая по циклу Карно, неосуществима.

Сколько работы   можно   получить в машине  Карно?

Это подсчитать нетрудно. На первом участке цикла идеальный газ совершает работу изотер­мического расширения:

Ан=RT ln(v2/v1).

155