Круговой процесс (цикл)

Круговой процесс (цикл) – процесс, при котором система, пройдя через ряд состояний, возвращается в исходное состояние.

Прямой цикл и его применение – цикл, за который совершается положительная работа > 0 (цикл протекает по часовой стрелке). Прямой цикл используется в тепловых двигателях – периодически действующих двигателях, совершающих работу за счет полученной извне теплоты.

Обратный цикл и его применение – цикл, за который совершается отрицательная работа < 0 (цикл протекает против хода часовой стрелки). Обратный цикл используется в холодильных машинах – периодически действующих установках, в которых за счет работы внешних сил теплота переносится к телам с более высокой температурой.

Коэффициент полезного действия для кругового процесса

В результате кругового процесса система возвращается в исходное состояние, т.е. изменение внутренней энергии газа равно нулю.

Обратимые и необратимые процессы

Обратимый процесс – термодинамический процесс, который 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.

Необратимый процесс – всякий процесс, не удовлетворяющий условию обратимости процесса.

• Все реальные процессы необратимы, поскольку сопровождаются диссипацией энергии (из-за трения, теплопроводности и т.д.).

Важность изучения обратимых процессов

Обратимые процессы – это идеализация реальных процессов. Их рассмотрение существенно по двум причинам:

• Многие процессы в природе и технике практически обратимы;

• Обратимые процессы являются наиболее экономичными; имеют максимальный термический коэффициент полезного действия, что позволяет указать пути повышения КПД реальных тепловых машин.

Энтропия

Качественное отличие теплового движения молекул от других форм движения – его беспорядочность, хаотичность. Поэтому для описания теплового движения вводят количественную меру степени молекулярного беспорядка.

Энтропия – функция состояния, дифференциалом которой является . Приведенное количество теплоты, сообщаемое телу в любом обратимом круговом процессе, равно нулю: . Этот интеграл не зависит от пути интегрирования (последовательности промежуточных состояний), т.е. подынтегральное выражение есть полный дифференциал некоторой функции, которая определяется только состоянием системы и не зависит от пути, которым система пришла в это состояние, или от предыстории системы. Единица энтропии S – 1 Дж/К.

Неравенство Клаузиуса

≥ 0

Энтропия замкнутой системы может либо возрастать (в случае необратимых процессов), либо оставаться постоянной (в случае обратимых процессов).

• Это выражение относится только к замкнутым системам. Если система обменивается теплотой с внешней средой, то ее энтропия может вести себя любым образом.

Изменение энтропии системы при ее равновесном переходе из состояния 1 в состояние 2

или

Физический смысл имеет не сама энтропия, а разность энтропий (важны только изменения состояний)

Изменение энтропии идеального газа при переходе его из состояния 1 в состояние 2 не зависит от вида процесса перехода 1 2.