Цикл работы тепловой машины
Цикл работы тепловой машины — это последовательность тепловых и механических процессов, после которой рабочее тело возвращается в исходное состояние. За цикл машина получает теплоту от нагревателя, совершает работу и передаёт часть теплоты холодильнику.
Цикл состоит из отдельных процессов: расширения и сжатия, нагревания и охлаждения. Обычно рабочее тело получает количество теплоты \(Q_1\) от нагревателя, совершает работу \(A\) и отдаёт холодильнику количество теплоты \(Q_2\). В реальной машине эти процессы могут проходить с потерями и необратимостью.
Формула следует из первого закона термодинамики. За полный цикл изменение внутренней энергии равно нулю: рабочее тело возвращается к начальному состоянию. Поэтому полезная работа равна разности полученной и отданной теплоты. Для двигателя, работающего циклически, \(Q_1>Q_2\), поэтому \(A>0\).
В цилиндре находится газ — рабочее тело. Сначала газ получает теплоту от нагревателя и расширяется, толкая поршень. Затем газ охлаждается, отдавая теплоту холодильнику, и сжимается так, чтобы вернуться к начальному объёму и давлению. После этого цикл можно повторить.
Цикл работы — не один отдельный процесс и не просто движение поршня. Это замкнутая последовательность процессов. Термодинамический цикл является более общим понятием: он может описывать любое циклическое изменение состояния системы, а цикл тепловой машины связан именно с получением работы за счёт передачи теплоты.
Почему изменение внутренней энергии рабочего тела за полный цикл равно нулю?
Главное
- Цикл работы тепловой машины — замкнутая последовательность процессов с возвращением рабочего тела в исходное состояние.
- За цикл машина получает теплоту \(Q_1\), отдаёт теплоту \(Q_2\) и совершает работу \(A=Q_1-Q_2\).
- Возвращение в исходное состояние означает, что изменение внутренней энергии за цикл равно нулю.