Термодинамики

Круговым процессом или циклом называется процесс, при котором система, проходя через ряд состояний возвраща- ется в исходное (рис.3.4). Цикл можно разбить на процессы расширения (1- a -2) и сжатия (2- в- 1). Работа расширения положительна и равна площади под кривой 1- а -2, а работа сжатия отрицательна и равна площади под кривой 2- в -1. Следовательно, работа за цикл определяется площадью, охватываемой циклом. Если цикл протекает по часовой стрелке, то работа за цикл положительна (). Такой цикл называется прямым. Если же цикл протекает против часовой стрелки, то он называется обратным, а работа за цикл отрицательна. Прямой цикл используется в тепловых двигате- лях, а обратный – в холодильных машинах.

В результате цикла полное изменение внутренней энергии газа равно нулю, поэтому работа за цикл равна количеству полученной извне теплоты. Однако, в круговом процессе термодинамическая система, получившая некоторое количество теплоты Q₁ от нагревателя, обязательно отдаёт часть теплоты Q₂ холодильнику. Таким образом, КПД прямого кругового процесса, т.е. тепловой машины, определяется выражением

. (3.20)

Цикл называется обратимым, если он может происхо- дить как в прямом, так и в обратном направлениях, при этом в окружающей среде и в самой системе не происходит никаких изменений. Процесс неудовлетворяющий этим условиям, является необратимым. Обратимые процессы – это идеализа- ция реальных процессов.

Самым экономичным обратимым процессом является цикл Карно. Этот процесс состоит из двух изотерм и двух адиабат (рис.3.5).

В качестве рабочего тела в цикле Карно используется идеальный газ, заключённый в сосуде с подвижным поршнем. Схема работы тепловой машины по циклу Карно показана в таблице.

КПД цикла Карно определяется только температурой нагревателя Т₁ и холодильника Т₂:

. (3.21)

КПД всякого реального теплового двигателя ввиду неизбежных тепловых потерь гораздо меньше, чем для цикла Карно.

Рис.3.5

Как следует из (3.21), даже в идеализированном случае . Это означает, что невозможен процесс единственным результатом которого было бы превращение всей полученной от нагревателя теплоты в работу. Данное утверждение называют вторым началом термодинамики.

Процесс	1. Изотермиче-ское расширение	2. Адиабатиче-ское расширение	3. Изотермиче-ское сжатие	4. Адиабатиче- ское сжатие
Работа, совершаемая системой