22.Круговой процесс (цикл). Обратимые и необратимые процессы.

Круговой процесс (цикл) - процесс, при котором система, проходя через ряд состояний, возвращается в исходное состояние. На диаграмме р-V равновесный круговой процесс изображают замкнутой кривой. Прямой цикл используют в тепловых двигателях - двигателях, действуют периодически и выполняют работу за счет полученной извне теплоты. Обратная цикл используют в холодильных машинах - установках, действующих также периодически, но в которых за счет работы внешних сил теплота переносится в тел с высокой температурой от менее нагретых тел. В результате кругового процесса система возвращается в исходное состояние и, значит, полное изменение внутренней энергии газа есть нуль. Поэтому первое начало термодинамики для кругового процесса (1) т. е. работа, которая совершается за цикл, равна количеству теплоты, полученной извне. Однако в результате кругового процесса система может теплоту как получать, так и отдавать, поэтому где Q₁ — количество теплоты, которая получила система, Q₂ — количество теплоты, которое отдала система. Поэтому термический коэффициент полезного действия для кругового процесса (2)

Первый закон термодинамики выражает закон сохранения и превращения энергии применительно термодинамических процессов и не позволяет определить направление протекания процессов. Чтобы в дальнейшем обсудить возможные направления протекания термодинамических процессов, разделим все процессы, которые могут происходить реально, на два класса: обратимые и необратимые. Термодинамический процесс называют обратимым, если он может происходить как в прямом, так и в обратном направлении, причем если такой процесс происходит сначала в прямом, а затем в обратном направлении и система возвращается в исходное состояние, то в окружающей среде и в этой системе не происходит никаких изменений. Всякий процесс, не удовлетворяет этим условиям, является необратимым. Понятие оборотного процесса можно отнести только к замкнутой системы (совокупность тел, на которые отсутствуют внешние энергетические действия и отделены от окружающих тел адиабатно оболочкой). Примерами обратимых процессов могут служить столкновения упругих тел, незатухающие колебания маятника, т.. Конечно, все процессы в реальных системах необратимы. Так, маятник через какое-то время остановится, ибо каким бы трения не было малым, но оно всегда присутствует между частями маятника и между маятником и средой. Если перейти к тепловых процессов, то все тепловые процессы необратимы. Известно, что теплообмен всегда происходит от горячего тела к холодному, причем до тех пор, пока температуры тел не станут одинаковыми. Например, горячий кофе, налитое в чашку, постепенно охлаждается, нагревая воздух. Но теплая кофе в чашке никогда не закипит при охлаждении окружающего воздуха. Итак, энергия всегда передается сама собой от тел с высокой температурой к телам с низкой температурой, то есть только в одном направлении. Таким образом, необратимые процессы - процессы, которые могут протекать в одном, определенном направлении. Любой обратимый процесс является равновесным. Оборачиваемость равновесного процесса, что происходит в системе, исходит из того, что ее промежуточный состояние является состоянием термодинамического равновесия, для него «все равно», идет процесс в прямом или обратном направлении. Очевидно, что неравновесный процесс не может быть обратимым, он всегда необратим. Обратимые процессы - это идеализация реальных процессов. Но в конкретных случаях условия протекания термодинамических процессов такие, которые приблизительно можно считать обратимыми.