Термодинамический цикл
Термодинамический цикл — это последовательность термодинамических процессов, после которой рабочее тело возвращается в исходное состояние. Циклы лежат в основе работы тепловых машин, холодильных установок и тепловых насосов.
Цикл состоит из нескольких последовательных процессов: например, нагревания, расширения, охлаждения и сжатия газа. На диаграмме \(p(V)\) цикл изображают замкнутой линией. Важно, что отдельные участки цикла могут быть изохорными, изобарными, изотермическими или адиабатическими.
Энергия в цикле
Поскольку внутреннее состояние рабочего тела в конце цикла совпадает с начальным, изменение его внутренней энергии за цикл равно нулю. Согласно первому закону термодинамики, полученная системой теплота превращается в работу с учётом принятого соглашения о знаках.
В тепловой машине цикл работы тепловой машины повторяется многократно. Рабочее тело получает теплоту от нагревателя, часть энергии превращает в полезную работу, а остальную отдаёт холодильнику.
Газ расширяется и совершает работу, затем охлаждается и сжимается до исходных значений \(p\), \(V\) и \(T\). После этого цикл завершён: состояние газа восстановлено, но суммарная работа за цикл может быть отлична от нуля.
Термодинамический цикл — это вся замкнутая последовательность процессов, а не один процесс внутри неё. Возврат только объёма или только температуры к исходному значению ещё не означает завершение цикла: должны совпасть все параметры состояния.
Что происходит с внутренней энергией идеального газа за полный цикл?
Главное
- Термодинамический цикл возвращает рабочее тело в исходное состояние.
- За полный цикл \(\Delta U=0\), поэтому теплота и работа связаны соотношением \(Q_{\text{цикл}}=A_{\text{цикл}}\).
- Циклические процессы используются в тепловых машинах и изображаются замкнутыми линиями на диаграмме состояния.