Круговой процесс (цикл)

а)	б)
Рис.2.12. Круговой цикл

Круговым процессом (циклом) называется процесс, при котором система, пройдя через ряд состояний, возвращается в исходное состояние. На (P,V)-диаграмме (рис.2.12) цикл изображается замкнутой кривой, где участок 1 – 2 соответствует расширению, а 2 – 1 – сжатию газа.

Работа расширения A₁ (площадь фигуры 1a2V₂V₁1) положительна: A₁>0.

Работа сжатия A₂ (площадь фигуры 2b1V₁V₂2) отрицательна: A₂<0.

Работа за цикл A определяется площадью, охватываемой замкнутой кривой:

Таким образом, работа – это функция не только состояния термодинамической системы, но и вида процесса, который происходит. Поэтому работа не является однозначной функцией состояния (такой, как внутренняя энергия). Из первого начала термодинамики следует, что теплота Q, так же как и работа A, является функцией процесса, который происходит с системой.

Цикл называется прямым, если за цикл совершается положительная работа (цикл протекает по часовой стрелке (см. рис. 2.12,а).

Цикл называется обратным, если за цикл совершается отрицательная работа (цикл протекает против часовой стрелки (см. рис.2.12,б).

Прямой цикл используется в тепловых двигателях, которые совершают работу за счет полученной извне теплоты. Обратный цикл используется в холодильных машинах (за счет работы внешних сил теплота переносится к телу с более высокой температурой).

В результате кругового процесса система возвращается в исходное состояние, следовательно, полное изменение внутренней энергии равно нулю. Поэтому Q = A, т.е. работа, совершаемая за цикл, равна количеству полученной извне теплоты. Если в ходе кругового процесса система не только получает количество теплоты Q₁, но и теряет (отдает) количество теплоты Q₂, то Q = Q₁ – Q₂.

Термический коэффициент полезного действия для кругового процесса – это величина, равная отношению работы, совершенной системой, к количеству теплоты, полученному системой в этом цикле:

(2.57)