Круговые термодинамические процессы

_{Работа, производимая рабочим телом при расширении от давления p1 до p2 (рис. процесс 1-3-2)}

_{При однократном расширении получим ограниченное количество работы.}

_{Для повторного получения работы необходимо возвратить рабочее тело в исходное состояние, т.е. сжать его. Такой процесс называется замкнутым (круговым) процессом или циклом.}

_{На сжатие рабочего тела должна быть затрачена работа, которая должна быть подведена от какого-либо внешнего источника.}

_{Работа, полученная в таком круговом процессе (суммарная работа).}

_{Процесс возвращения рабочего тела из конечного состояния 2 в начальное состояние 1 может осуществляться одним из трех путей:}

1. _{По кривой сжатия 2-3-1. При этом работа сжатия будет равна работе расширения. В результате суммарная работа в круговом процессе будет равна нулю.}

2. _{По кривой сжатия 2-6-1, расположенной над кривой расширения 1-3-2. При этом работа сжатия больше работы расширения (пл. 26154 > пл. 13245). Суммарная работа в таком круговом процессе будет отрицательной.}

3. _{По кривой сжатия 2-7-1, расположенной ниже кривой расширения. В этом круговом процессе работа расширения больше работы сжатия.}

_{Площадь 1-3-2-7-1 – работа цикла.}

_{Следовательно, чтобы работа цикла была положительной, нужно, чтобы кривая сжатия была в pV − диаграмме должна лежать ниже кривой расширения.}

_{Циклы, в которых теплота превращается в положительную работу, называют прямыми. Такие циклы протекают в pV− диаграмме, по часовой стрелке. По прямым циклам работают тепловые двигатели.}

_{Цикл, в результате которого получается отрицательная работа, называется обратным. В pV− диаграмме такие циклы протекают против часовой стрелки. По обратному циклу работают холодильные машины.}

_{Циклы, в которых все процессы обратимые, называют обратимым циклом.}

_{Если хотя бы один процесс в цикле не обратим, то такой цикл называется необратимым.}

Термический и холодильный коэффициент циклов.

_{В прямом круговом термодинамическом процессе 1-3-2-4 к рабочему телу на участке 132 подводится некоторое количество теплоты q1.}

_{За счет этой теплоты, а также за счет изменения внутренней энергии, рабочее тело совершает работу, которая равна площади фигуры 13265.}

_{На участке 2-4-1 при сжатии рабочего тела затрачивается работа lсж, равная площади фигуры 14265. Часть этой работы отводится от рабочего тела в виде теплоты q2 к теплоприемнику, а часть идет на изменение внутренней энергии.}

_{Полезная работа одного цикла определяется разностью работ расширения и сжатия и на pV− диаграмме определяется площадью фигуры 1-3-2-4 (l=lp+lсж) (lсж - отрицательна).}

_{Соотношение между работой и количеством теплоты определяется первым законом термодинамики.}

_{Внутренняя энергия является функцией состояния, а поскольку в круговом процессе начальное и конечное состояние совпадает, то} .

Следовательно

Последнее уравнение определяет часть теплоты, которая превращается в работу, т.е. теплоты, полезно использованной в цикле. Таким образом, чем больше подвёденная теплота q₁ и чем меньше отведенная теплота q₂, тем большее кол-во теплоты превращается в цикле в работу, а следовательно, тем выше эффективность цикла.

Для оценки совершенства преобразования теплоты в механическую работу вводится термический коэффициент полезного действия. Термический к.п.д. термодинамического цикла называется отношение работы, совершенной в прямом обратимом термодинамическом цикле, к теплоте, сообщённой рабочему телу от внешних источников:

Термический к.п.д. термодинамического цикла показывает, какая часть теплоты превращается в работу в условиях протекания идеального цикла. Значение термического к.п.д. всегда меньше единицы. Если бы , то или q₁+∞ или q₂=0, что на практике не осуществимо.

Рассмотрим теперь обратный цикл (против часов стрелки). В таком цикле работа сжатия больше работы расширения (площадь фигуры 1-4-2-6-5 больше площади фигуры 1-3-2-6-5).

l_сж – отрицательна (

_{При этом теплота отбирается из холодного источника и отдается горячему источнику.}

_{q2 –теплота, которая отводится от горячего источника, l − рабочего цикла.}

_{То есть в обратном цикле, при затрате работы извне, теплота будет перетекать от холодного источника к горячему.}

_{Степень совершенства обратного цикла определяется холодильным коэффициентом E, который представляет собой отношение кол-ва теплоты q2, отведенной в обратном термодинамическом цикле от охлаждаемой системы, к работе l, затраченной в этом цикле.}