Работа расширения идеального газа. Графическое изображение работы
Рассмотрим идеальный газ, находящийся под невесомым подвижным поршнем. Процесс расширения газа будем считать квазистатическим, т.е. 
(рис. 118).Если газ, расширяясь, передвигает поршень на расстояние 
, то производит над ним работу: 
, где 
– сила давления газа на поршень.Учтем, что 
– элементарное увеличение объёма газа под поршнем.
 Рис. 118. |
.
Полная работа, совершаемая газом при конечном изменении объёма, выражается через интеграл:
.
Графически можно изображать только равновесные (квазистатические) процессы.
 Рис. 119. |
Изменение давления газа при его расширении задаётся на рис. 119 произвольной кривой:
Элементарная работа 
численно равна площади криволинейной трапеции с основанием 
.Полная работа 
измеряется площадью всей криволинейной с основанием 
.
Из рис. 119 видно, что работа зависит от того, как система переходит из состояния 1 в состояние 2, т.е. от вида процесса.
2.5. Круговые процессы (циклы)
 Рис. 120. |
Термодинами́ческие ци́клы– круговые процессы в термодинамике, то есть такие процессы, в которых начальные и конечные параметры, определяющие состояние рабочего тела (давление, объём, температура, энтропия), совпадают (рис. 120).
Термодинамические циклы являются моделями процессов, происходящих в реальных тепловых машинах для превращения тепла в механическую работу.
Круговым процессом (циклом) называется такая совокупность термодинамических процессов, в результате которых система возвращается в исходное состояние.
На диаграмме процессов цикл изображается замкнутой кривой.
Цикл можно разбить на процессы расширения 
и сжатия 
газа. Работа расширения (определяется площадью фигуры 
) положительная 
, работа сжатия (определяется площадью фигуры 
) отрицательная 
. Работа за цикл определяется площадью, охватываемой замкнутой кривой. Если за цикл работа равна: 
(цикл описывается по часовой стрелке), то цикл называется прямым (рис. 120, а), если за цикл работа равна: 
(цикл описывается против часовой стрелки), то цикл называется обратным (рис. 120, б).
Так как внутренняя энергия системы зависит только от её состояния, то полное изменение внутренней энергии в цикле равно нулю 
. Однако, полная работа в цикле не равна нулю: 
.
В прямом цикле 
и 
, т.е. система совершает работу за счёт сообщённой ей теплоты. В обратном цикле над системой совершается работа 
и системы отводится, равное этой работе, количество теплоты.
Прямой цикл осуществляется в тепловой машине, обратный – в холодильной машине.
Вывод: работа 
и количество теплоты 
не являются функциями состояния системы.