Юный техник 1961-11, страница 81

вая энергия превратится в механическую — пойдет на увеличение объема газа, который будет давить на поршень и отодвигать его вправо (см. рисунок).

Этот процесс можно представить графически. Обычно его рисуют в так называемых Р—V — координатах, показывающих взаимосвязь между давлением газа и его объемом. Еще нагляднее можно изобразить процесс в Т—ь — координатах, где по одной

?си откладывается температура, а по другой — величина, кото-ая в термодинамике называется энтропией.

Энтропия — физическая величина, характеризующая тепловое состояние тела. Если к телу подводится тепло, то его энтропия возрастает, если тепло отводится —- энтропия убывает. Связь между энтропией S, количеством тепла Q и абсолютной температурой Т выражается формулой Q= TAS . Это соотношение подобно формуле работы газа L=pAV*

Итак, на первом этапе цикла температура остается постоянной. При этом падает давление и увеличивается объем газа.

На втором этапе тепло к газу не подводится. Можно представить, что цилиндр с поршнем помещены в термос. Однако газ продолжает расширяться. Падает температура газа, а вместе с ней и давление. Энтропия же остается неизменной. Расширяющийся газ давит на поршень и производит работу.

Если бы работа двигателя кончалась на этом этапе, то мы смогли бы выполнить задачу создания двигателя, превращающего в механическую энергию все полученное им тепло. Но... цикл работы двигателя далеко не кончен. Поршень нужно вернуть в первоначальное положение. Как это следует сделать?

Можно просто сжать поршнем газ, затратив при этом какое-то количество механической энергии. Какое/ То же самое, что мы получили в результате первых двух этапов цикла. Естественно, этот путь непригоден.

Полезная работа двигателя равна разности между той работой, что получена при расширении газа, и той, которую приходится затрачивать на возврат поршня в первоначальное положение. Для того чтобы последняя была минимальной, нужно сжимать газ, не позволяя ему нагреваться. Но при сжатии повышение температуры газа неизбежно. Значит, нужно поместить цилиндр с поршнем в холодильник и по мере нагрева газа отнимать у него тепло — так, чтобы температура его оставалась неизменной. Это третий этап цикла, во время которого увеличивается давление и уменьшается объем газа.

Наконец нам нужно вернуться в начальную точку цикла. Это четвертый этап. Газ продолжают сжимать, увеличивая давление. Увеличивается и температура. Процесс сжатия на этом этапе цикла производится при том условии, что теплообмена с окружающей средой не происходит — цилиндр с поршнем опять-таки должны быть помещены в термос.

Таков цикл работы идеального теплового двигателя — «цикл Карно», как называют его в учебниках термодинамики. Двигатель,

который работал бы именно так, имел бы самый высокий коэф-

j _

фициент полезного действия, равный отношению ——- , где

Т, — температура изотермического расширения — «температура нагревателя», а Т₂ — температура изотермического сжатия —

«температура холодильника».

Если бы Ленуар, конструктор «пожирателей газа», знал о работе Карно, то, наверное, понял бы свою ошибку. Кстати, Сади Карно прямо подсказывал конструкторам путь к созданию экономичной машины.

«Чтобы дать воздуху возможность сильно расшириться и расширением вызвать большое изменение температуры, необходимо взять его сперва при достаточно высоком давлении. Воздух надо сначала сжать пневматическим насосом или каким-либо другим средством, а потом нагревать».

Эти мысли Карно воплотились в двигателях, которые были созданы вслед за «пожирателями газов» и о которых будет рассказано в одном из следующих номеров журнала.

Б. ЮРКОВ

б*

67