Из формулы (13.43) найдем давление

. (2.44)

Работа политропного процесса

(2.45)

2.11. Обратимые и необратимые процессы

Для описания термодинамических процессов недостаточно одного первого начала термодинамики, так как оно ничего не говорит о направлении протекания процессов. Например, самопроизвольный процесс передачи теплоты от холодного тела к горячему невозможен.

Термодинамический процесс называют обратимым, если он протекает столь медленно, что его можно рассматривать как непрерывный ряд равновесных состояний.

Этот процесс перехода термодинамической системы из одного равновесного состояния в другое, допускает возвращение ее в первоначальное состояние, через ту же последовательность промежуточных состояний, что и в прямом процессе, но происходящем в обратном порядке.

Примером обратимого процесса являются незатухающие колебания тела на пружине в вакууме.

Термодинамический процесс, протекающий с конечной скоростью и сопровождающийся рассеянием энергии (из-за трения, теплопроводности и т. п.) называют необратимым.

Примером необратимого процесса является, например, торможение тел под действием сил трения. Вообще все процессы, связанные с трением и сопротивлением движению, являются необратимыми.

Из необратимости термодинамических процессов следует, что в прямом направлении, они протекают самопроизвольно; в обратном направлении требуются затраты энергии, т. е. компенсирующие процессы.

2.12. Круговые процессы

При изучении законов термодинамики широко используют круговые процессы (циклы).

Рис. 2.8

Термодинамический процесс, при котором система, претерпев ряд изменений, возвращается в исходное состояние, называют круговым процессом или циклом.

Физическую систему (например, идеальный газ), совершающую круговой процесс, называют рабочим телом. Круговые процессы используют в основе работы всех тепловых машин: паровые и газовые турбины, двигатели внутреннего сгорания, холодильные машины и т. д.

Круговой процесс называют прямым (протекает по часовой стрелке), если после его завершения совершается положительная работа (рис. 2.8).

Примером прямого цикла является процесс, совершающийся рабочим телом в двигателе, когда теплота от внешних источников поступает к рабочему телу, но часть ее отдается другим телам за счет совершения работы.

Круговой процесс называют обратным, если после его завершения (протекает против часовой стрелки) работа отрицательна (рис. 2.9).

Примерами обратного цикла является работа холодильных машин, когда рабочее тело передает теплоту от холодного тела к горячему за счет затраты работы внешних сил.

Термодинамическое состояние рабочего тела зависит от его внутренней энергии. Поэтому полное изменение внутренней энергии рабочего тела после завершения кругового цикла равно нулю, т. е. U = 0.

Рис. 2.9

Тогда согласно первому началу термодинамики Q = A, где Q – количество теплоты, переданное рабочему телу; А – работа, совершаемая за цикл рабочим телом.

В прямом цикле Q 0, т. е. к рабочему телу подводится больше теплоты, чем отводится. Следовательно, работа А0.

В обратном цикле Q 0. А^*=A < 0, где А^* – работа внешних сил.