И необратимые процессы. Круговой процесс (цикл)

Термодинамический процесс назы- вается обратимым, если он может про- исходить как в прямом, так и в обрат- ном направлении, причем если такой процесс происходит сначала в прямом, а затем в обратном направлении и сис- тема возвращается в исходное состоя- ние, то в окружающей среде и в этой си- стеме не происходит никаких измене- ний. Всякий процесс, не удовлетворя- ющий этим условиям, будет необрати- мым.

Любой обратимый процесс являет- равновесным. Обратимость равновес- ного процесса, происходящего в систе- ме, следует из того, что ее любое про- межуточное состояние есть состояние термодинамического равновесия; для него «безразлично», идет процесс в пря-

мом или обратном направлении.

Реальные процессы сопровождают- ся диссипацией энергии (из-за трения, теплопроводности и т.д.), которая нами не обсуждается. Обратимые процес- сы — этоидеализацияреальныхпроцес- сов. Их рассмотрение важно по двум причинам: 1) многие процессы в при- роде и технике близки к обратимым;

2) для обратимых процессов термичес- кий коэффициент полезного действия максимален, что позволяет указать пути повышения КПД реальных тепловых двигателей.

Круговым процессом (или циклом) называется процесс, при котором сис- тема, пройдя через ряд состояний, воз- вращается в исходное. На диаграмме p—V равновесный круговой процесс изображается замкнутой кривой (рис. 86). Цикл, совершаемый идеальным га- зом, можно разбить на процессы расши- рения (1 — 2) сжатия (2— 1) газа.

Рис.86

Работа расширения (определяется площадью фигуры положи- тельна (dV > 0), работа сжатия (опре- деляется площадью фигуры отрицательна (dV < 0). Следовательно, работа, совершаемая газом за цикл, опре- деляется площадью, охватываемой зам- кнутой кривой. Если за цикл совершает- ся положительная работа (цикл протекает по часовой стрелке), то он называется прямым (рис. 86, а), если за цикл совершается отрицательная ра- бота . (цикл протекает против часовой стрелки), то он называ- ется обратным (рис. 86, б).

Прямой цикл используется в теп- ловых двигателях — периодически действующих двигателях, совершаю- щих работу за счет полученной извне теплоты. Обратный цикл используется в холодильных машинах — периоди- чески действующих установках, в кото- рых за счет работы внешних сил тепло- та переносится к телу с более высокой температурой.

В результате кругового процесса си- стема возвращается в исходное состоя- ние и, следовательно, полное изменение внутренней энергии газа равно нулю. Поэтому первое начало термодинами- ки (51.1) для кругового процесса

(56.1)

т. е. работа, совершаемая за цикл, равна количеству полученной извне теплоты. Однако в результате кругового процес- са система может теплоту как получать, так и отдавать, поэтому

где Q1 — количество теплоты, получен- ное системой; Q2 — количество тепло- ты, отданное системой.

Поэтому термический коэффици- ент полезного действия для кругово- го процесса

Энтропия,