Тэрмадынамічныя цыклы

**Тэрмадынамічныя цыклы** — кругавыя працэсы ў тэрмадынаміцы, гэта значыць такія працэсы, у якіх пачатковыя і канчатковыя параметры, якія вызначаюць стан працоўнага цела (ціск, аб’ём, тэмпература, энтрапія), супадаюць.

Тэрмадынамічныя цыклы з’яўляюцца мадэлямі працэсаў, якія адбываюцца ў рэальных цеплавых машынах для ператварэння цяпла ў механічную работу.

Кампанентамі любой цеплавой машыны з’яўляюцца рабочае цела, награвальнік і халадзільнік (з дапамогай якіх змяняецца стан працоўнага цела).

Зварачальным называюць цыкл, які можна правесці як у прамым, так і ў зваротным напрамку ў замкнёнай сістэме. Сумарная энтрапія сістэмы пры праходжанні такога цыклу не мяняецца. Адзіным зварачальным цыклам для машыны, у якой перадача цяпла ажыццяўляецца толькі паміж рабочым целам, награвальнікам і халадзільнікам, з’яўляецца Цыкл Карно. Існуюць таксама іншыя цыклы (напрыклад, цыкл Стырлінга і цыкл Эрыксана), у якіх зварачальнасць дасягаецца шляхам увядзення дадатковага цеплавога рэзервуара — рэгенератара. Агульным (г. зн. адзначаныя цыклы прыватны выпадак) для ўсіх гэтых цыклаў з рэгенерацыяй з’яўляецца цыкл Рейтлінгера. Можна паказаць (гл. артыкул Цыкл Карно), што зварачальныя цыклы валодаюць найбольшай эфектыўнасцю.

## Асноўныя прынцыпы 
Прамое пераўтварэнне цеплавой энергіі ў работу забараняецца пастулатам Томсана (гл. Другі пачатак тэрмадынамікі). Таму для гэтай мэты выкарыстоўваюцца тэрмадынамічныя цыклы.

Для таго, каб кіраваць станам працоўнага цела, у цеплавую машыну ўваходзяць награвальнік і халадзільнік. У кожным цыкле рабочае цела забірае некаторы колькасць цеплыні (Q_1) у награвальніка і аддае колькасць цеплыні Q_2 халадзільніка. Работа, здзейсненая цеплавой машынай у цыкле, роўная, такім чынам,

: \,\!A = (Q_1 - Q_2) - \Delta U = Q_1 - Q_2,

так як змяненне ўнутранай энергіі U у кругавым працэсе роўнае нулю (гэта функцыя стану).

Нагадаем, што работа не з'яўляецца функцыяй стану, інакш сумарная работа за цыкл таксама была б роўная нулю.

Пры гэтым награвальнік патраціў энергію Q_1. Таму цеплавы, або, як яго яшчэ называюць, тэрмічны або тэрмадынамічны каэфіцыент карыснага дзеяння цеплавой машыны (стаўленне карыснай працы да выдаткаванай цеплавой энергіі) роўны

: \,\!\eta =\frac {A} {Q_1}=\frac{Q_1 - Q_2}{Q_1}.

## Вылічэнне работы і ККД у тэрмадынамічнаму цыкле 
Работа ў тэрмадынамічнаму цыкле, па азначэнні, роўная

: \,\!A = \oint_{C} P dV,

дзе C — контур цыкла.

C іншага боку, у адпаведнасці з першым пачаткам тэрмадынамікі, можна запісаць

: \,\!A = \oint_{C} \delta Q - dU = \oint_{C} \delta Q = \oint_{C} T dS.

Аналагічным чынам, колькасць цеплыні, якая перададзена награвальнікам працоўнага цела, роўная

: \,\!Q_1 = \int_{A \rightarrow B} \delta Q = \int_{A \rightarrow B} T dS.

Адсюль відаць, што найбольш зручнымі параметрамі для апісання стану працоўнага цела ў тэрмадынамічнай цыкле служаць тэмпература і энтрапія.

## Цыкл Карно і максімальны ККД цеплавой машыны 
*Асноўны артыкул:* Цыкл Карно

thumb|справа|Цыкл Карно ў каардынатах T і S.

Уявім сабе наступны цыкл:

*Фаза А → Б*. Рабочае цела з тэмпературай, роўнай тэмпературы награвальніка, прыводзіцца ў кантакт з награвальнікам. Награвальнік паведамляе працоўнаму целу \,\!Q_1=T_H(S_2-S_1) цяпла ў ізатэрмічнам працэсе (пры пастаяннай тэмпературы), пры гэтым аб'ём рабочага цела павялічваецца.

*Фаза Б → В*. Рабочае цела адлучаецца ад награвальніка і працягвае пашырацца адзіабатычна (без цеплаабмену з навакольным асяроддзем). Пры гэтым яго тэмпература памяншаецца да тэмпературы халадзільніка.

*Фаза В → Г*. Рабочае цела прыводзіцца ў кантакт з халадзільнікам і перадае яму \,\!Q_2=T_X(S_2-S_1) цяпла ў ізатэрмічнам працэсе. Пры гэтым аб'ём рабочага цела памяншаецца.

*Фаза Г → А*. Рабочае цела адзіабатычна сціскаецца да зыходнага памеру, і яго тэмпература павялічваецца да тэмпературы награвальніка.

Яго ККД роўны, такім чынам,

: \,\!\eta = \frac{Q_1-Q_2}{Q_1} = \frac{T_H(S_2-S_1)-T_X(S_2-S_1)}{T_H(S_2-S_1)} = \frac{T_H-T_X}{T_H},

гэта значыць, залежыць толькі ад тэмператур халадзільніка і награвальніка. Відаць, што 100%-ный ККД можна атрымаць толькі ў тым выпадку, калі тэмпература халадзільніка ёсць абсалютны нуль, што недасягальна.

Можна паказаць, што ККД цеплавой машыны Карно максімальны ў тым сэнсе, што ніякая цеплавая машына з тымі ж тэмпературамі награвальніка і халадзільніка не можа валодаць большым ККД.

Заўважым, што магутнасць цеплавой машыны Карно роўная нулю, так як перадача цяпла ў адсутнасць рознасці тэмператур ідзе бясконца павольна.

## Гл. таксама 
* Цыкл Карно
* Цеплавая машына
* Рабочае цела
* Бінарныя цыклы

## Літаратура 
* Базаров И. П. Термодинамика. М.: Высшая школа, 1991, 376 с.
* Базаров И. П. Заблуждения и ошибки в термодинамике. Изд. 2-ое испр. М.: Едиториал УРСС, 2003. 120 с.
* Дыскин Л.М., Пузиков Н.Т. Расчет термодинамических циклов.
* Квасников И. А. Термодинамика и статистическая физика. Т.1: Теория равновесных систем: Термодинамика. Том.1. Изд. 2, испр. и доп. М.: УРСС, 2002. 240 с.
* Александров А. А. Термодинамические основы циклов теплоэнергетических установок. Издательство МЭИ, 2004.

## Спасылкі 
* Інтэрактыўны сеткавы разлік і графічная ілюстрацыя асноўных тэрмадынамічных цыклаў 
* Праграма Разлік тэрмадынамічных цыклаў 

Катэгорыя:Тэрмадынаміка