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 (ΔU = 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 Q_n, 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 (См. Первое начало 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. (ΔU = Q — А =0,А = Q). Отношение А/Q_n (совершённой системой работы к количеству полученной ею теплоты) называется коэффициентом полезного действия (См. Коэффициент 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 (См. Неравновесные процессы). 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 (См. Второе начало термодинамики) и построить термодинамическую температурную шкалу (См. Температурные шкалы).Многие важные термодинамические соотношения (Клапейрона—Клаузиуса уравнение (См. 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.

Графическое изображение прямого кругового процесса (цикла) Карно в координатах: а — объём V, давление p; б — объём V, температура Т; в — энтропия S, температура Т. Площадь ABCD пропорциональна работе цикла. Обратный цикл осуществляется в обратном порядке — ADCBA (на графике против часовой стрелки).

КРУГОВОЙ ПРОЦЕСС - совокупность термодинамических процессов, в результате которых рабочее тело (напр., пар в тепловой машине), пройдя через ряд промежуточных состояний, возвращается в исходное состояние.

КРУГОВОЙ ПРОЦЕСС, то же, что цикл термодинамический.

cyclic process

cyclic process

КРУГОВОЙ ПРОЦЕСС

(цикл термодинамический) - термодинамич. процесс, при к-ром все термодинамич. параметры (и термодинамич. ф-ции) 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 темп-р 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

Лит.: Кириллин В. А., Сычев В. В., Шейндлин А. Е., Техническая термодинамика, 4 изд., М., 19S3; Кубо Р., Термодинамика, пер. с англ., М., 1970, с. 97; Новиков И. И., Термодинамика, М., 1984. Д. Н. Зубарев.

КРУГОВОЙ ПРОЦЕСС

(цикл), термодинамич. процесс, при к-ром система, претерпев ряд изменений, возвращается в исходное состояние. Термодинамич. параметры и характеристические функции состояния системы (внутренняя энергия U, энтальпия, изохорный и изобарный термодинамич. потенциалы, энтропия и др.) в результате К. п. вновь принимают первонач. значения, и, следовательно, их изменения при К. п. равны нулю (DU=0 и т. д.). Из первого начала термодинамики, (закона сохранения энергии) следует, что произведённая в К. п. системой или над системой работа (А) равна алгебр. сумме кол-в теплоты (Q), полученных или отданных на каждом участке К. п.: DU=Q-А=0, A=Q. В результате т. н. прямого К. п. теплота превращается в работу, а в обратных К. п. работа затрачивается на перенос теплоты от менее нагретых тел к более нагретым. Различают равновесные (точнее, квазиравновесные) К. п., в к-рых последовательно проходимые системой состояния близки к равновесным, и неравновесные К. п., у к-рых хотя бы один из участков явл. неравновесным процессом. У равновесных К. п. кпд максимален (см. КАРНО ЦИКЛ).

Расчёт разл. равновесных К. п. явился исторически первым методом термодинамич. исследований. На его основе был проанализирован рабочий цикл идеальной тепловой машины (цикла Карно), получено матем. выражение второго начала термодинамики, построена термодинамическая температурная шкала, получены мн. важные термодинамич. соотношения (Клапейрона — Клаузиуса уравнение и др.). В технике К. п. применяются в кач-ве рабочих циклов двигателей внутр. сгорания, разл. теплосиловых и холодильных установок.

кругово́й проце́сс

совокупность термодинамических процессов, в результате которых рабочее тело (например, пар в тепловой машине), пройдя через ряд промежуточных состояний, возвращается в исходное состояние.

* * *

КРУГОВО́Й ПРОЦЕ́СС, совокупность термодинамических процессов, в результате которых рабочее тело (напр., пар в тепловой машине), пройдя через ряд промежуточных состояний, возвращается в исходное состояние.

цикл, - термодинамический процесс, в результате к-рого рабочее тело возвращается в первонач. состояние. Примером К. п. является Карно цикл. В т. н. прямом К. п. часть теплоты, сообщаемой рабочему телу, преобразуется в полезную работу, а в обратном К. п. за счёт затраты работы осуществляется передача теплоты от менее нагретых тел к телам, более нагретым. Прямые К. п. происходят в тепловых двигателях, а обратные - в холодильных машинах.

cyclic process

processo ciclico

колови́й проце́с

колови́й проце́с

совокупность термодинамич. процессов, в результате к-рых рабочее тело (напр., пар в тепловой машине), пройдя через ряд промежуточных состояний, возвращается в исходное состояние.