Круговым называется процесс, в результате которого система, пройдя через ряд состояний, возвращается в исходное

Работа, совершаемая при круговом процессе равна площади 1а2в1 ограниченной замкнутой линией (рис.32)

;

;

.

Рис.32

Если процесс происходит по часовой стрелке 1а2в1, то A>0, так как А₁>А₂, а если против часовой стрелки, то А<0 так как А₁<А₂ (рис.66). Следовательно: если , то система, периодически повторяющая такой цикл, называется машиной.

Рассмотрим работу идеальной тепловой машины, в качестве рабочего тела в которой используется один моль идеального газа (рис.33)

1. Газ в сжатом состоянии. Поршень в положении j. Обеспечивается изотермическое расширение. Дно соприкасается с нагревателем.

2. Газ расширяется до состояния k (P₂V₂T₁), а затем, адиабатически, до состояния l (P₃V₃T₂). Совершая работу газ охладится, поэтому Т₂<Т₁

Рис.33

3. Для завершения цикла газ возвращается в исходное состояние за счет внешних сил – изотермически до состояния m.

4. Далее, адиабатически возвращается в состояние j.

Поскольку газу возвращено его первоначальное состояние, то изменение его внутренней энергии равно нулю, то есть ΔU=0.

Из первого начала термодинамики следует .

Газ получил от нагревателя тепло и совершил работу за счет адиабатического расширения .

Отдал холодильнику тепло и над ним совершена работа за счет внешних сил

.

Оба адиабатических процесса произошли в одном и том же интервале температур, поэтому совершенные работы одинаковы, то есть

и имеем .

Таким образом:

в результате цикла, газ, получив количество теплоты Q₁ от нагревателя и, передав часть тепла Q₂ холодильнику, совершил внешнюю работу

. (69)

Возникает вопрос. Нужен ли холодильник?

Если его нет, то обратный переход системы возможен по пути 321. Работа равна нулю. То есть холодильник обязателен.

Поэтому А<Q₁ и любая машина не может все полученное количество теплоты перевести в работу.

А<Q₁ (70)

Второе начало термодинамики формируется следующим образом: