Ciclul termodinamic

Un ciclu termodinamic în termodinamică este definit ca o transformare termodinamică urmând celălalt care alcătuiește un ciclu închis (de exemplu transformare izotermă , transformare izocorică , izobarică sau adiabatică ) la sfârșitul căreia sistemul revine la starea sa termodinamică inițială. ^[1]

Descriere

Proprietățile termodinamice care caracterizează sistemul depind doar de starea termodinamică și, prin urmare, nu se modifică după un ciclu. Prima lege a termodinamicii impune ca căldura care curge din mediul termodinamic către sistemul termodinamic să fie egală cu munca netă efectuată în fiecare ciclu de către sistemul de mediu. Natura ciclică a procesului permite un mod continuu. Din motive de simplitate, preferăm să studiem cicluri termodinamice constând în transformare cvasistatică, adică în curse scurte, care trebuie distinse de transformări reversibile.

Exemplu de plan Clapeyron pentru un ciclu termodinamic (în acest caz ciclul Stirling ).

Într-un plan Clapeyron un ciclu termodinamic este reprezentat de o cale închisă. O diagramă PV are volumul (V) pe abscisă și presiunea (P) pe ordonate. Se arată că zona închisă de ciclu în diagramă este lucrarea (W), efectuată de sistem asupra mediului:

\qquad W=\oint p\ dV

{\ displaystyle \ qquad W = \ oint p \ dV}

{\ displaystyle \ qquad W = \ oint p \ dV}

.

Pentru prima lege a termodinamicii , această lucrare trebuie să fie egală cu căldura (Q) transferată din mediu în sistem:

\qquad W=Q=Q_{in}-Q_{out}

{\ displaystyle \ qquad W = Q = Q_ {in} -Q_ {out}}

{\ displaystyle \ qquad W = Q = Q_ {in} -Q_ {out}}

.

Această ecuație este valabilă și pentru o transformare izotermă ^[2] ; diferența constă în faptul că în timpul ciclului termic energia internă a sistemului se schimbă și apoi revine la aceeași cu cea inițială.

Dacă în Planul Clapeyron calea care reprezintă transformarea este orientată în sensul acelor de ceasornic, sistemul este o mașină termică de acționare , iar lucrul W va fi pozitiv, adică sistemul funcționează asupra mediului. Dacă, pe de altă parte, calea este orientată în sens invers acelor de ceasornic, sistemul este o mașină termică în funcțiune (funcționează ca frigider sau pompă de căldură ) de la o sursă rece la una fierbinte).