Круговой процесс

Круговой процесс (цикл) в термодинамике, процесс, при котором физическая система (например, пар), претерпев ряд изменений, возвращается в исходное состояние. Термодинамические параметры и характеристические функции состояния системы (температура Т, давление р, объём V, внутренняя энергия U, энтропия S и др.) в конце К. п. вновь принимают первоначальное значение и, следовательно, их изменения при К. п. равны нулю (DU = 0 и т. д.). Все изменения, возникающие в результате К. п., происходят только в среде, окружающей систему. Система (рабочее тело) на одних участках К. п. производит положительную работу за счёт своей внутренней энергии и количеств теплоты Qn, полученных от внешних источников, а на др. участках К. п. работу над системой совершают внешние силы (часть её идёт на восстановление внутренней энергии системы). Согласно первому началу термодинамики (закону сохранения энергии), произведённая в К. п. системой или над системой работа (А) равна алгебраической сумме количеств теплоты (Q), полученных или отданных на каждом участке К. п. (DU = Q — А = 0,А = Q). Отношение А/Qn (совершённой системой работы к количеству полученной ею теплоты) называется коэффициентом полезного действия (кпд) К. п.

Различают равновесные (точнее, квазиравновесные) К. п., в которых последовательно проходимые системой состояния близки к равновесным, и неравновесные К. п., у которых хотя бы один из участков является неравновесным процессом. У равновесных К. п. кпд максимален. На рисунке дано графическое изображение равновесного (обратимого) Карно цикла, имеющего максимальное кпд.

К. п. называется прямым, если его результатом является совершение работы над внешними телами и переход определённого количества теплоты от более нагретого тела (нагревателя) к менее нагретому (холодильнику). К. п., результатом которого является перевод определённого количества теплоты от холодильника к нагревателю за счёт работы внешних сил, называется обратным К. п. или холодильным циклом.

К. п. сыграли в физике, химии, технике выдающуюся роль. Расчёт различных равновесных К. п. явился исторически первым методом термодинамических исследований. Этот метод дал возможность на основе анализа рабочего цикла идеальной тепловой машины (цикла Карно) получить математическое выражение второго начала термодинамики и построить термодинамическую температурную шкалу.Многие важные термодинамические соотношения (Клапейрона—Клаузиуса уравнение и др.) были получены при рассмотрении соответствующих К. п. В технике К. п. применяются в качестве рабочих циклов двигателей внутреннего сгорания, различных теплосиловых и холодильных установок (см. Цикл двигателя, Холодильные циклы).

Лит.: Кричевский И. Р., Понятия и основы термодинамики, М., 1962; Курс физической химии, под ред. Я. И. Герасимова, 2 изд., т. 1, М., 1969.