Круговые процессы (циклы) – прямые и обратные

Совокупность процессов, в результате которых термодинамическая система, выведенная из некоторого состояния, возвращается в исходное состояние, называется круговым процессом (циклом). Цикл, протекающий в направлении движения часовой стрелки, называется прямым. По этому циклу работают тепловые машины-двигатели. Цикл – протекающий против хода часовой стрелки, называется обратным. По нему работают холодильные машины, тепловые насосы и др.

Проанализируем течение прямого цикла. На pv-, Ts- диаграммах изображен цикл, состоящий из двух последовательных процессов 1-а-2 и 2-b-1. За счет подвода теплоты q_п к рабочему телу в процессе 1-а-2 термодинамическая система (рабочее тело) расширяется (v₁<v₂), при этом производится работа l_1-a-2, которая численно равна площади фигуры f₁ под линией процесса 1-а-2 (f₁=1-a-2-4-3-1). Далее следует процесс сжатия 2-b-1, который возможен лишь при отводе теплоты q_от от рабочего тела (без отвода теплоты q_от сжатие будет происходить по линии 2-а-1). При сжатии системы внешние силы совершают работу l_2-в-1, численно равную площади фигуры f₂ под линией процесса 2-b-1 (f₂=2-b-1-3-4-2). Очевидно, что разность площадей (f₁-f₂) равна площади замкнутой фигуры (1-a-2-b-1), которая численно равна работе, называемой работой цикла l_ц.

Если учесть, что на Ts -диаграмме площадь под линией процесса численно равна теплоте, участвующей в данном процессе, то аналогичные рассуждения применительно к приведенной выше Ts -диаграмме приводят к выводу, что площадь замкнутой фигуры (1-a-2-b-1) численно равна теплоте цикла q_ц = q_п - q_от.

В процессе, происходящем по ходу часовой стрелки, теплота превращается в механическую работу, а в процессе против хода часовой стрелки механическая работа превращается в теплоту.

В тепловых двигателях стремятся достичь наиболее полного превращения подведенной теплоты в механическую работу. Для характеристики эффективности циклов тепловых машин вводится понятие термического коэффициента полезного действия h_t (отношение произведенной работы l_п к подведенной теплоте q_п), который показывает какая доля затраченной на цикл теплоты превратилась в механическую работу:

.