27. Пусть тепловая машина состоит из нагревателя с температурой , холодильника с температурой и рабочего тела.
Цикл Карно состоит из четырёх обратимых стадий, две из которых осуществляются при постоянной температуре (изотермически), а две — при постоянной энтропии (адиабатически). Поэтому цикл Карно удобно представить в координатах T (температура) и S (энтропия).
1. Изотермическое
расширение (на рис. 1 — процесс
A→Б). 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,
оно совершает механическую работу, а
его энтропия возрастает.
2. Адиабатическое расширение (на рис. 1 — процесс Б→В). Рабочее тело отсоединяется от нагревателя и продолжает расширяться без теплообмена с окружающей средой. При этом температура тела уменьшается до температуры холодильника , тело совершает механическую работу, а энтропия остаётся постоянной.
3. Изотермическое
сжатие (на рис. 1 — процесс В→Г).
Рабочее тело, имеющее температуру
,
приводится в контакт с холодильником
и начинает изотермически сжиматься под
действием внешней силы, отдавая
холодильнику количество теплоты 
.
Над телом совершается работа, его
энтропия уменьшается.
4. Адиабатическое сжатие (на рис. 1 — процесс Г→А). Рабочее тело отсоединяется от холодильника и сжимается под действием внешней силы без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура увеличивается до температуры нагревателя, над телом совершается работа, его энтропия остаётся постоянной.
Обратный цикл
В термодинамике холодильных установок и тепловых насосов рассматривают обратный цикл Карно, состоящий из следующих стадий: адиабатического сжатия за счёт совершения работы (на рис. 1 — процесс В→Б); изотермического сжатия с передачей теплоты более нагретому тепловому резервуару (на рис. 1 — процесс Б→А); адиабатического расширения (на рис. 1 — процесс А→Г); изотермического расширения с отводом теплоты от более холодного теплового резервуара (на рис. 1 — процесс Г→В).
28. Тепловыми машинами в термодинамике называются тепловые двигатели и холодильные машины (термокомпрессоры). Разновидностью холодильных машин являются тепловые насосы.
Тепловые
двигатели осуществляют
превращение тепла в работу. Для
функционирования тепловой машины
необходимы следующие составляющие:
нагреватель, холодильник и рабочее
тело. При этом тепло к рабочему телу
подводится от нагревателя, имеющего
более высокую температуру
,
и частично отводится к холодильнику,
имеющего более низкую температуру 
.
Необходимость наличия нагревателя и
рабочего тела обычно не вызывает
сомнений, что же касается холодильника,
как конструктивной части тепловой
машины, то он может отсутствовать. В
этом случае его функцию выполняет
окружающая среда.
Работа, произведённая тепловым двигателем, согласно первому началу термодинамики равна разности количеств тепла подведённого и отведённого:
Коэффициентом полезного действия (КПД) теплового двигателя называется отношение произведённой работы к подведённому извне количеству тепла:
Холодильные машины осуществляют процесс переноса тепла от источников с более низким температурным уровнем к источникам более высоким температурным уровнем . Для осуществления этого процесса, называемого термокомпрессией, затрачивается подводимая внешняя работа:
Эффективность работы холодильных машин определяется величиной удельной холодопроизводительности, представляющей отношение отнятой от охлаждаемого тела теплоты к затраченной для этого механической работе:
Холодильная
машина может быть использована не только
для охлаждения различных тел, но и для
отопления помещений. Действительно,
даже обычный бытовой холодильник,
охлаждая помещённые в нём продукты,
одновременно нагревает воздух в комнате.
Принцип действия, лежащий в основе
современных тепловых насосов, заключается
в использовании обращённого цикла
тепловой машины для перекачки теплоты
из окружающей среды в помещение. Основное
отличие теплового насоса от холодильной
машины состоит в том, что теплота
подводится
к нагреваемому телу, например, к воздуху
обогреваемого помещения, а теплота
отнимается от менее нагретой окружающей
среды. Эффективность теплового насоса
характеризуется коэффициентом
преобразования (трансформации) или, как
часто называют, отопительным
коэффициентом 
,
который определяется как отношение
полученной нагреваемым телом теплоты
к
затраченной для этого механической
работе, либо работе электрического тока
:
Учитывая, что устанавливаем связь между отопительным и холодильным коэффициентами установки:
Так как отводимая от окружающей среды теплота всегда отлична от нуля, то эффективность теплового насоса, в соответствии с её определением, будет больше единицы. Этот результат не противоречит второму началу термодинамики, запрещающему полное превращение тепла в работу, но не обратный процесс. Преимущество теплового насоса по сравнению с электронагревателем заключается в том, что на нагрев помещений используется не только преобразованная в теплоту электроэнергия, но и теплота, отобранная от окружающей среды. По этой причине эффективность тепловых насосов может быть гораздо выше обычных электронагревателей.
29. Цикл Отто — термодинамический цикл, описывающий рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания с воспламенением сжатой смеси от постороннего источника энергии, цикл бензинового двигателя. Назван в честь немецкого инженера Николауса Отто.
Идеальный цикл Отто состоит из четырёх процессов:
p-V диаграмма цикла Отто
1—2 адиабатное сжатие рабочего тела;
2—3 изохорный подвод теплоты к рабочему телу;
3—4 адиабатное расширение рабочего тела;
4—1 изохорное охлаждение рабочего тела.
КПД
цикла Отто
где
—
степень сжатия,
k — показатель адиабаты.
Идеальный цикл лишь приблизительно описывает процессы, происходящие в реальном двигателе, но для технических расчётов в большинстве случаев точность такого приближения удовлетворительна.