Кръгов, обратим и необратим процес

Кръгов, обратим и необратим процес. Топлинни машини. Цикъл на Карно.
Коефициент на полезно действие на топлинна машина
Кръгов процес. Топлинни машини. Обратим и необратим процес
Законът за запазване на енергията, на който се основава първият принцип на термодинамиката, не
разрешава да получим повече енергия от тази, която сме внесли в системата, ако самата система не
намалява енергията си. Той обаче не забранява преобразуването на енергия от един вид в друг. Тъй като
повечето опити за използването на различните видове енергия са свързани с преобразуването в
механична работа, именно първият принцип на термодинамиката ни подсказва начин, по който можем
да използваме един от най-разпространениете видове енергия – топлината. Чрез такива разсъждения се
е стигнало да откриване на принципа на топлинната машина в средата на 18 век – ако предадем
определено количество топлина Q на дадена термодинамична система (идеален газ), той може да
извърши определена работа A при разширяването си, т.е. това е устройство, което преобразува
топлинната енергия в механична работа. Газът обаче не може да се разширява безкрайно – ако искаме
машината да върши някаква полезна работа, трябва да намерим начин да върнем работното тяло (в
случая газът) в началното му състояние. Такъв термодинамичен процес се нарича кръгов (или
цикличен) – работното тяло, което разглеждаме, преминава през различни термодинамични състояния и
се връща отново в изходното (начално) състояние. Това обаче е свързано с намаляване на обема на газа
– той върши отрицателна работа (т.е. ние вършим работа за свиването му). Напр. ако загреем дадено
количество газ (предадем
му количество топлина)
изобарно (фиг. 1а), той
ще се разшири и ще
извърши работа A12=P(V2-
V1). Ако ние използваме
същия изобарен процес
при свиването му, ще
извършим точно същата
по големина работа върху
газа (следователно газът
ще извърши същата по
големина работа, но с
обратен знак A21=P(V1-V2)), т.е. при този кръгов процес ние не печелим нищо, тъй като общата работа,
извършена от газа е нула – A12=–A21, A121=A12+A21=0. Ако обаче газът извършва