double arrow

Круговым процессом (или циклом) называется процесс, при котором система, проходя через ряд состояний, возвращается в первоначальное


Обычно рассматриваются такие процессы, в которых промежуточные состояния системы не повторяются, т. е. «прямая» и «обратная» траектории не совпадают.

Теплотой, как известно, называется энергия, передаваемая от тела с более высокой температурой телу с меньшей температурой, например, при их контакте. Сама по себе такая передача энергии не сопровождается совершением работы, потому что при этом нет перемещения каких-либо тел. Она приводит лишь к уве­личению внутренней энергии тела, которому теплота передается, и к выравниванию температур, после чего прекращается и сам процесс теплопередачи. Но если тепло передается телу, которое при этом может расширяться, то оно может совершить работу.

Пусть некоторая масса газа переходит из состояния 1 в состояние 2 по траектории 1 – а – 2 (рис. 40а). При этом газу передается теплота Q1 и, поскольку газ расширяется, он совершает работу A1.Согласно закону сохранения энергии эта работа равна

A1 = Q1 –ΔU12, (125)

где ΔU12 — изменение внутренней энергии при переходе из состояния 1 в состояние 2.

Пусть теперь газ переходит из состояния 2 в состояние 1 по траектории 2 – b –1. При этом газ передает в окружающую среду количество теплоты, равное Q2, и над газом совершается работа A2. Согласно принятому ранее правилу знаков, A1 и Q1 положительны, A2 и Q2 отрицательны. Таким образом, для перехода по траектории 2 – b –1 имеем:

–A2 = –Q2 –ΔU21, (126)

где ΔU21 — изменение внутренней энергии при переходе из состояния 2 в состояние 1. Поскольку внутренняя энергия является функцией состояния, то
ΔU21 = – ΔU12. Складывая уравнения (1) и (2), получаем:

A1 – A2= Q1 – Q2. (127)

Мы получили механическую работу, используя тепловую энергию. Устройства, работающие по такому принципу, называются тепловыми машинами.

Тепловая машина – устройство, преобразующая тепловую энергию в механическую.

Две особенности работы тепловой машины:

1. Тепловая машина совершает циклический процесс, т.е. система периодически возвращается в исходное состояние.

2. Тепловая машина преобразует в работу не все полученное тепло. Часть полученной тепловой энергии отдается в окружающую среду.

Принцип Кельвина

В 1854 г. В. Томсон (Кельвин), обобщив полученные к тому времени экспериментальные данные, сформулировал следующий принцип:

Невозможно осуществить циклический процесс, единственным результатом которого было бы превращение в механическую работу теплоты, отнятой у какого-нибудь тела, без того, чтобы произошли какие-либо изменения в другом теле или телах.

Этот принцип получил название принципа Кельвина.


Сейчас читают про: