Оборотні та необоротні процеси

Оборотними називаються такі термодинамічні процеси, які задовольняють наступним умовам.

1. Після проходження цих процесів і повернення термодинамічної системи в початковий стан в навколишньому середовищі не повинно залишитися ніяких змін.

2. Процес може мимовільно протікати як в прямому, так і в зворотному напрямках.

Необхідна і достатня умова оборотності процесу - його равновесность, тобто оборотний термодинамічний процес являє собою нескінченну послідовність рівноважних станів.

Прикладами оборотних процесів служать все механічні процеси, в яких виконуються закони збереження енергії, імпульсу і моменту імпульсу - абсолютно пружний удар, незгасаючі механічні коливання і т.д.

Незворотними називаються такі процеси, після проходження яких термодинамічна система не може мимовільно повернутися в початковий стан. Повернути систему в початковий стан можна лише за допомогою зовнішнього змушує процесу, проте при цьому в навколишньому середовищі обов'язково відбудуться ті чи інші зміни. Кожен незворотний процес в одному напрямку протікає мимовільно, а в зворотному - лише за допомогою зовнішнього, компенсуючого процесу.

Прикладами необоротних процесів є такі механічні процеси, як неупругие зіткнення або затухаючі механічні коливання. Останній процес завжди мимоволі йде в напрямку зменшення амплітуди і механічної енергії системи.

Незворотним є також процес передачі теплоти від гарячого тіла до холодного. Результат такого процесу - вирівнювання температур різних частин термодинамічної системи. Після вирівнювання температур система не може мимовільно повернутися в початковий стан, в якому температури окремих її частин різні.

Циклічним процесом (або циклом) називається такий термодинамічний процес, в якому система повертається в початковий стан, проходячи через різні проміжні стану в прямому і зворотному процесах. У координатах P, V цикл зображується замкнутої кривої (рис. 9.6).

Оскільки внутрішня енергія термодинамічної системи однозначна функція її стану, то в циклічному процесі її значення в початковому і кінцевому станах збігаються, тому DU = 0. Тоді згідно з першим закону термодинаміки для циклічного процесу можна записати

де і - сумарні значення переданої теплоти і досконалої роботи на різних стадіях циклічного процесу.

Тепловими машинами називаються пристрої, за допомогою яких теплова енергія може перетворюватися в механічну роботу. Будь-яка теплова машина в процесі своєї роботи повинна періодично повертатися в початковий стан, тобто в ній повинні відбуватися циклічні процеси.

Основні частини теплової машини будь-якого типу - робоче тіло, холодильник і нагрівач (рис. 9.7).

Робочим тілом називається термодинамічна система, яка здійснює процеси, в результаті яких теплова енергія перетворюється в механічну роботу.

Нагрівачем називається термодинамічна система, що повідомляє робочого тіла теплову енергію.

Холодильником називається термодинамічна система, яка отримує від робочого тіла частина теплової енергії.

У прямому циклі робоче тіло здійснює позитивну механічну роботу і переносить теплоту від нагрівача до холодильника (рис. 9.7, а). На P-V - діаграмі прямою цикл відповідає руху за годинниковою стрілі.

У зворотному циклі робоче тіло здійснює негативну роботу і переносить теплоту від холодильника до нагрівача (рис. 9.7, б).

Термічний ККД теплової машини