Теорема карно
Все равновесные процессы являются обратимыми.
Это означает, что они могут протекать как в прямом, так и в обратном направлениях, причем система при этом проходит через одни и те же состояния и ни в самой системе, ни в окружающей среде не возникает никаких остаточных изменений. Такое полное отсутствие «памяти» встречается очень редко, и большинство реальных процессов в природе не удовлетворяет этим условиям, т. е. являются необратимыми.
Тепловые машины, работающие по равновесным (обратимым) циклам, называются обратимыми машинами.
Рассмотрим проблему конструирования «наилучшего двигателя всех времен и народов». Машина Карно (конкретное ее устройство нас, как последовательных термодинамиков, не интересует!) — кандидат на это звание.
Она является обратимой машиной, содержит термодинамически очень выгодные, адиабатические и изотермические процессы. Остается, правда, открытым вопрос о числе и последовательности этих процессов, обеспечивающих максимальный КПД (может быть, надо использовать более сложные циклы, чем Карно?).
Оказывается, что конкретное устройство обратимой машины и тип рабочего тела не важны. Имеет место следующее утверждение, известное как теорема Карно:
«КПД двух обратимых машин, работающих при одинаковых температурах нагревателей и холодильников, равны друг другу и не зависят от конструкции машин».
Реальные циклы тепловых двигателей необратимы и в действительности даже незамкнуты, так как в них рабочее тело (сгоревшая смесь газов) по окончании цикла выбрасывается наружу! Тем не менее, идеальные обратимые машины чрезвычайно важны для теоретических построений.
Предположим, что одна из двух машин, рассмотренных выше, является необратимой. Тогда «КПД необратимой машины не может превышать КПД обратимой машины».
