Круговой процесс (цикл термодинамический). РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Круговой процесс (цикл термодинамический) - термодинамич. процесс, при к-ром все термодинамич. параметры (и термодинамич. функции) возвращаются к своим нач. значениям. Если термодинамич. состояние определяется двумя параметрами (напр., давлением Р и объёмом V), К. п. изображается в виде замкнутой кривой (цикла) на плоскости, координатами к-рой служат термодинамич. параметры (напр., Р и V).

Из первого начала термодинамики следует, что работа, производимая системой при К. п., равна алгебраич. сумме кол-в теплоты, получаемой и отдаваемой системой на каждом участке К. п. В результате прямого К. п. теплота превращается в работу, а в обратном К. п. работа затрачивается на перенос теплоты от менее нагретых тел к более нагретым. К. п. наз. обратимым, если при прямом и обратном процессах система проходит через те же состояния. Для этого К. п. должен совершаться квазистатически, т. е. все его промежуточные состояния должны быть очень близки к равновесным состояниям.

Теоретический цикл поршневого двигателя: а - цикл Отто; б - цикл Дизеля.

Максимальным кпд обладает идеальная машина, работающая по обратному К. п., состоящему из двух изотерм и двух адиабат (Карно цикл ).Её кпд зависит только от температур нагревателя и холодильника T₁ T₂ и равен

(T₁-T₂)/T₁ (Карно теорема).

Второе начало термодинамики впервые было установлено с помощью анализа К. п. и кпд тепловых двигагелей. К. п. были использованы для построения термодинамич. температурной шкалы, не зависящей от свойств рабочего тела. На основе К. п. теоретически изучены рабочие процессы разл. преобразователей энергии (паросиловых и газотурбинных установок, двигателей внутр. сгорания, холодильников, тепловых насосов и т. д.). Для наиб. эффективной их работы необходимо, чтобы их циклы были близки к идеальному циклу Карно, а потери на необратимость были бы минимальными. Теплоту, выделяемую при переходе рабочего тела от T₂ к T₁, можно использовать для нагрева рабочего тела от Т₂ до T₁ на противоположном участке цикла (регенерация тепла). Цикл Карно с полной регенерацией тепла наз. обобщённым циклом Карно. На рис. (а) изображён цикл поршневого двигателя внутр. сгорания с подводом теплоты при пост. объёме (цикл Отто). Рабочим телом является смесь воздуха и горючих газов или паров жидкого топлива (на нач. участках) или газообразные продукты сгорания (на др. участках). Участок 1-2 - адиабатич. сжатие рабочего тела, 2-3 - изохорич. подвод теплоты, 3-4 - адиабатич. расширение. Если считать рабочее тело идеальным газом, то термич. кпд такого цикла равен

где

- отношение теплоёмкостей при пост. давлении и пост. объёме,

- степень сжатия, V₁ - макс. объём, F₂ - мин. объём.

Цикл поршневого двигателя с подводом теплоты при пост, давлении (цикл Дизеля) изображён на рис. (б). В этом случае термич. кпд помимо в зависит от степени предварит. расширения

Цикл, состоящий из двух адиабат с подводом и отводом теплоты при пост. давлении, наз. циклом Джоуля, его термич. кпд равен

Литература по круговому процессу (термодинамическому циклу)

Знаете ли Вы, что любой разумный человек скажет, что не может быть улыбки без кота и дыма без огня, что-то там, в космосе, должно быть, теплое, излучающее ЭМ-волны, соответствующее температуре 2.7ºК. Действительно, наблюдаемое космическое микроволновое излучение (CMB) есть тепловое излучение частиц эфира, имеющих температуру 2.7ºK. Еще в начале ХХ века великие химики и физики Д. И. Менделеев и Вальтер Нернст предсказали, что такое излучение (температура) должно обнаруживаться в космосе. В 1933 году проф. Эрих Регенер из Штуттгарта с помощью стратосферных зондов измерил эту температуру. Его измерения дали 2.8ºK - практически точное современное значение. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.