2.5.5. Круговий процес (цикл). Оборотні і необоротні процеси

Круговим процесом (або циклом) називається процес, при якому система, пройшовши через ряд станів, повертається у початковий стан. На діаграмі процесів цикл зображується у вигляді замкнутої кривої (рис. 2.5.4).

Цикл, який виконується ідеальним газом, можна розбити на процеси розширення (1-2) і стиснення (2-1) газу.

Робота розширення (визначається площею фігури ) позитивна ( ), робота стиснення (визначається площею фігури ) негативна ( ).

Отже, робота, що здійснюються газом за цикл, визначається площею, яка охоплюється замкнутою кривою.

Якщо за цикл здійснюється позитивна робота

(цикл протікає за годинниковою стрілкою), то він називається прямим (рис. 2.5.4а), якщо за цикл здійснюється негативна робота

(цикл протікає проти годинникової стрілки), то він називається зворотнім ( рис. 2.5.4б).

Рис. 2.5.4. Круговий процес: а – прямий цикл; б – зворотній цикл

Прямий цикл використовується в теплових двигунах - періодично діючих установках, які вчиняють роботу за рахунок одержання ззовні теплоти. ОбратныйЗворотний цикл використовується в холодильних машинах - періодично діючих установках, в яких за рахунок роботи зовнішніх сил теплота переноситься до тіла з більш високою температурою.

У результаті кругового процесу система повертається в початковий стан і, отже, повна зміна внутрішньої енергії газу дорівнює нулю. Тому перший початок термодинаміки для кругового процесу

Q = ΔU + A = A₁, (2.5.14)

тобто робота, що здійснюються за цикл, дорівнює кількості отриманої ззовні теплоти. Проте в результаті кругового процесу система може теплоту як отримувати, так і віддавати, тому , де - кількість теплоти, отримане системою, - кількість теплоти, віддане системою.

Тому термічний коефіцієнт корисної дії для кругового процесу

. (2.5.15)

Термічний процес називається оборотним, якщо він може відбуватися як у прямому, так і в зворотному напрямку. Причому, якщо такий процес відбувається спочатку в прямому, а потім у зворотному напрямку і система повертається в початковий стан, то в навколишньому середовищі і в цій системі не відбувається ніяких змін.

Всякий процес, що не задовольняє цим умовам, є незворотнім. Будь-який рівноважний процес є оборотним. Оборотність рівноважного процесу, що відбувається в системі, випливає з того, що її будь проміжний стан є стан термодинамічної рівноваги; для нього "байдуже", йде процес у прямому чи зворотному напрямку. Реальні процеси супроводжуються дисипацією енергії (через тертя, теплопровідності і т.д.).

Оборотні процеси - це ідеалізація реальних процесів. Їх розгляд важливо з двох причин:

• багато процесів у природі і техніці практично оборотні;

• оборотні процеси є найбільш економічними.

Вони мають максимальний термічний коефіцієнт корисної дії, що дозволяє вказати шляхи підвищення ККД реальних теплових двигунів.

Завдання для самопідготовки