Термодинамічні цикли
| Еталонний цикл Едвардса |
| Цикл Аткінсона |
| Цикл Брайтона/Джоуля |
| Цикл Гірна |
| Цикл Дизеля |
| Цикл Калини |
| Цикл Карно |
| Цикл Ленуару |
| Цикл Міллера |
| Цикл Отто |
| Цикл Ренкіна |
| Цикл Стірлінга |
| Цикл Трінклера |
| Цикл Хамфрі |
| Цикл Ерікссона |
| Початки термодинаміки |
| Рівняння стану |
| Термодинамічні величини |
| Термодинамічні потенціали |
| Термодинамічні цикли |
| Фазові переходи |
| правити |
| також«Фізичний портал» |
Термодинамічні цикли- кругові процеси в термодинаміці, тобто такі процеси, в яких збігаються початкові та кінцеві параметри, що визначають стан робочого тіла (тиск, об'єм, температура та ентропія).
Термодинамічні цикли є моделями процесів, що відбуваються в реальних теплових машинах для перетворення тепла на механічну роботу.
Компонентами будь-якої теплової машини є робоче тіло, нагрівач та холодильник (за допомогою яких змінюється стан робочого тіла).
Зворотнимназивають цикл, який можна провести як у прямому, так і у зворотному напрямку в замкнутій системі. Сумарна ентропія системи під час проходження такого циклу не змінюється. Єдиним оборотним циклом для машини, в якій передача тепла здійснюється лише між робочим тілом, нагрівачем та холодильником, є ЦиклКарно. Існують також інші цикли (наприклад, цикл Стірлінга та цикл Ерікссона (англ.)), в яких оборотність досягається шляхом введення додаткового теплового резервуара - регенератора. Загальним (тобто зазначені цикли окремий випадок) для всіх цих циклів з регенерацією є цикл Рейтлінгера. Можна показати (див. статтю Цикл Карно), що оборотні цикли мають найбільшу ефективність.
Зміст
Пряме перетворення теплової енергії на роботу забороняється постулатом Томсона (див. Друге початок термодинаміки). Тому для цієї мети використовуютьсятермодинамічні цикли.
Для того, щоб керувати станом робочого тіла, теплову машину входять нагрівач і холодильник. У кожному циклі робоче тіло забирає деяку кількість теплоти ( Q 1 & gt; ) у нагрівача і віддає кількість теплоти Q 2 & gt; холодильнику. Робота, виконана тепловою машиною в циклі, дорівнює, таким чином,
Нагадаємо, що робота не є функцією стану, інакше сумарна робота за цикл також дорівнювала б нулю.
При цьому нагрівач витратив енергію Q1> . Тому тепловий, або, як його ще називають, термічний або термодинамічний коефіцієнт корисної дії теплової машини (ставлення корисної роботи до витраченої теплової енергії) дорівнює
Робота в термодинамічному циклі, за визначенням, дорівнює
З іншого боку, відповідно до першого початку термодинаміки, можна записати
Аналогічним чином, кількість теплоти, передана нагрівачем робочому тілу, дорівнює
Звідси видно, що найбільш зручними параметрами для опису стану робочого тіла термодинамическом циклі служать температура і ентропія.
Уявімо наступний цикл:
Фаза А→Б. Робоче тіло з температурою, що дорівнюєтемпературі нагрівача, що приводиться в контакт з нагрівачем. Нагрівач повідомляє робоче тіло Q 1 = T H ( S 2 − S 1 ) =T_(S_-S_)> тепла в ізотермічному процесі (за постійної температури), при цьому обсяг робочого тіла збільшується.
Фаза Б→В. Робоче тіло від'єднується від нагрівача і продовжує розширюватися адіабатично (без теплообміну з довкіллям). Його температура зменшується до температури холодильника.
Фаза Г→А. Робоче тіло адіабатично стискається до вихідного розміру і його температура збільшується до температури нагрівача.
Його ККД дорівнює, таким чином,
тобто залежить тільки від температур холодильника та нагрівача. Видно, що 100% ККД можна отримати тільки в тому випадку, якщо температура холодильника є абсолютний нуль, що недосяжно.
Можна показати, що ККД теплової машини Карно максимальний у тому сенсі, що ніяка теплова машина з тими ж температурами нагрівача і холодильника не може мати більшого ККД.
Зауважимо, що потужність теплової машини Карно дорівнює нулю, тому що передача тепла без різниці температур йде нескінченно повільно.