Для цикла Карно КПД = (Т1 – Т2)/Т1. Так, если резервуарами машины Карно являются кипящая и замерзающая вода, то КПД = (373 К – 273 К)/373 К = 0,27.
Почти все тепловые электростанции в качестве источника высокой температуры используют кипящую воду. Поэтому их КПД (как было показано выше) не должен превышать 27%. Однако, если воду нагревать под давлением, то она будет закипать при значительно более высокой температуре. На тепловых электростанциях, работающих на минеральном топливе, используется перегретый пар под давлением с температурой порядка 500 К и выше. При этом добиваются КПД 40%. Атомные электростанции, которые используют ядерное топливо, из соображений безопасности работают при более низких давлениях и температурах, поэтому их КПД обычно ~ 30%.
Это значит, что большая часть получаемой из топлива энергии возвращается низкотемпературному резервуару в форме тепла. Эта энергия, в конечном итоге, полностью рассеивается и приводит к нагреву окружающей среды вблизи электростанции, т. е. прилегающих водоемов или атмосферы (если используются градирни). Такой нагрев окружающей среды – нежелательное явление и с ним борются. А ведь нам в наши холода это тепло могло бы пригодится.
Пойдем дальше. У нас стоят в домах электроплиты и широко продают электрообогреватели. А ведь в рамках того, что мы рассмотрели выше – это расточительство. Действительно, если топливо использовать непосредственно для обогрева здания, то можно достичь КПД почти 100%, в то время как КПД электростанции, вырабатывающей электрическую энергию для обогрева, составляет лишь около 30%. Поэтому при электрообогреве то же самое количество топлива, в конечном итоге, дает лишь одну треть тепла. Вспомните, что мы делаем, когда коммунальщики, экономя якобы мазут, не дают нам тепла осенью и весной? Эта экономия оборачивается перерасходом на ТЭЦ. Ведь мы «добираем» тепло с помощью электричества. И при этом очень неэкономно.
Пойдем дальше. Знаете ли вы, что холодильник выделяет больше тепла, чем берет электричества из сети? На самом деле, это очевидно. Ведь холодильник – своего рода тепловой насос, забирающий тепло от продуктов и передающий его наружу.
Все процессы расширения и сжатия в цикле Карно обратимы, а потому машину Карно можно заставить работать в обратном направлении. Поскольку все этапы обратимы, то можно ввести коэффициент преобразования холодильника и он будет равен отношению Т2/(Т1 – Т2). Он определяет отношение тепла, отобранного от холодного образца, к затраченной на это механической работе. И, как мы уже говорили, он обычно больше единицы.