Коловий процес. Теплові двигуни і холодильні машини. Оборотні i необоротні процеси

Коловим процесом (циклом) називається процес, при якому система, про­йшовши через ряд станів, повертається у вихідний стан.

Прямий цикл використовується в тепловому двигуні, в якому робоче тіло отримує енергію у формі теплоти від зов­нішніх джерел і частину її віддає у формі роботи. Тепловий двигун складається з трьох частин: нагрівник, робоче тіло, холодильник. Від термостата з вищою температурою , який називається нагрівником, за цикл відбирається кількість теплоти , а термостату з нижчою температурою , який називається холодильником, за цикл передається кількість теплоти і виконується робота .

Тепловий двигун характеризується коефіцієнтом корисної дії , який дорівнює відношенню роботи А, яка виконана тілом за цикл роботи, до кількості теплоти , що отримало тіло від нагрівника:

.

Температура газу при його стискуванні повинна бути нижча, ніж при розширенні. Тоді тиск газу у всіх проміжних станах при стиску буде менший, ніж при розширенні, і буде виконано умову , необхідну при виконанні двигуном корисної роботи.

Якщо здійснити цикл проти годинникової стрілки, то виконана робочим тілом робота буде та сама за абсолютною величиною, але від’ємна

.

Такий процес називається зворотним.

Зворотний цикл використовується в холодильних машинах - періодично діючих ус­тановках, в яких за рахунок роботи зовнішніх сил теплота переноситься до тіла з вищою температурою

Така машина забирає за цикл від тіла з температурою кількість теплоти і віддає тілу при температури кількість теплоти . Над машиною за цикл по­винна бути виконана робота А. Кількість відданої теплоти дорівнює сумі отриманої кількості теплоти і роботи, яку виконали зовнішні сили:

.

Отже, чистий результат циклу полягає в тому, що тіло з меншою температурою, від якого забирається певна кількість теплоти, охолоджується, а тіло з вищою температурою, якому віддається теплота, нагрівається.

Ефективність холодильної машини характеризується її холодильним коефіцієнтом, який дорівнює відношенню віднятої кількості теплоти до роботи, яка затрачається на приведення машини в роботу:

.

Робочим тілом в холодильній маши­ні слугують пари рідин, які легко киплять: аміак, фреон і ін. Енергія підводиться до машини від електричної мережі. За рахунок цієї енергії відбувається перехід теплоти від холодильної камери до більш нагрітого тіла – до навколишнього середовища.

Оборотним термодинамічним про­цесом називається така зміна стану системи, яка, будучи проведена у зворотному напрямку, повертає її в початковий стан так, щоб система пройшла через ті самі проміжні стани, що i у прямому процесі, але у зворотній послідовності, а стан тіл поза системою залишився незмінним.

Процеси, які не задовольняють цим вимогам оборотності, називаються необоротними.