Обратимые и необратимые тепловые процессы; цикл Карно

Круговым процессом (циклом) называется процесс, при котором система пройдя через ряд состояний, возвращается в исходное.

Термодинамический процесс называется обратимым, если он может происходить как в прямом, так и в обратном направлении. Причем если такой процесс происходит сначала в прямом, а затем в обратном направлении и система возвращается в исходное состояние, то в окружающей среде и в этой системе не происходит никаких изменений.

Всякий процесс, неудовлетворяющий этим условиям называется необратимым.

Все процессы, сопровождающие трением, отдачей теплоты – необратимые (любые реальные процессы). Состояние системы называется равновесным, если параметры, характеризующие это состояние, могут оставаться сколь угодно долго постоянными.

При несоблюдении этих условий состояние называется неравновесным.

Процесс называется равновесным, если его можно представить как ряд равновесных состояний, т.е. в любой промежуток времени состояние системы может характеризоваться определенными постоянными параметрами.

Цикл Карно

 

Рисунок 2 – Цикл Карно

 

Цикл состоит из четырёх стадий:

1. Изотермическое расширение (на рис. 2 – процесс ). В начале процесса рабочее тело имеет температуру , то есть температуру нагревателя. Затем тело приводится в контакт с нагревателем, который изотермически (при постоянной температуре) передаёт ему количество теплоты . При этом объём рабочего тела увеличивается.

2. Адиабатическое (изоэнтропическое) расширение (на рис. 2 – процесс ). Рабочее тело отсоединяется от нагревателя и продолжает расширяться без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура уменьшается до температуры холодильника.

3. Изотермическое сжатие (на рис. 2 – процесс ). Рабочее тело, имеющее к тому времени температуру , приводится в контакт с холодильником и начинает изотермически сжиматься, отдавая холодильнику количество теплоты .

4. Адиабатическое (изоэнтропическое) сжатие (на рис. 2 –

процесс ). Рабочее тело отсоединяется от холодильника. При этом его температура увеличивается до температуры нагревателя.

КПД цикла Карно:

(106)