Необратимые процессы - процессы, не удовлетворяющие условию обратимости процесса.
Обратимые процессы – это идеализация реальных процессов. Их
рассмотрение существенно по двум причинам:
1)многие процессы в природе и технике практически
обратимы;
2) обратимые процессы являются наиболее экономичными; имеют максимальный термический коэффициент полезного действия, что позволяет указать пути повышения КПД реальных тепловых двигателей.
Холодильная машина – периодически действующая установка, в которой за счёт работы внешних сил теплота переносится системой за цикл к телу с более высокой температурой.
От термостата с более низкой температурой Т2
отнимается количество теплоты Q 2 и отдаётся термостату с более высокой температурой Т1 количество теплоты Q 1.
| P |
| P1 |
| P2 |
| V |
| V2 |
| V1 |
Холодильный коэффициент
−
Холодильный коэффициент характеризует эффективность холодильной машины и определяется как отношение отнятой от термостата
с более низкой температурой количества теплоты Q 2 к работе, которая
затрачивается на приведение холодильной машины в действие.
С практической точки зрения наиболее интересны циклические процессы, сопровождающиеся превращением теплоты в работу. В двигателях, применяемых в технике, используются различные круговые процессы.
На рис. 1 изображены циклы, используемые в бензиновом карбюраторном и в дизельном двигателях. В обоих случаях рабочим телом является смесь паров бензина или дизельного топлива с воздухом.
Цикл карбюраторного двигателя внутреннего сгорания состоит из двух изохор (1–2, 3–4) и двух адиабат (2–3, 4–1). Дизельный двигатель внутреннего сгорания работает по циклу, состоящему из двух адиабат (1–2, 3–4), одной изобары (2–3) и одной изохоры (4–1). Реальный коэффициент полезного действия у карбюраторного двигателя порядка 30 %, у дизельного двигателя – порядка 40 %.
Цикл Карно
Наиболее совершенным в отношении коэффициента полезного действия является циклический процесс, рассмотренный впервые французским инженером Сади Карно (1824 г.) и носящий его имя.
Цикл Карно совершает газ, находящийся в цилиндре под поршнем.
Цикл Карно состоит из двух изотерм (1-2) и (3-4) и двух адиабат (2-3) и(4-1)
| P |
 dQ =0
|
| V |
| T2 |
| T1 |
| dQ =0
|
,
.
Но 
и 
Цикл Карно замечателен тем, что на всех его участках отсутствует
соприкосновение тел с различными температурами. Любое состояние рабочего тела (газа) на цикле является квазиравновесным, т. е. бесконечно близким к состоянию теплового равновесия с окружающими телами (тепловыми резервуарами или термостатами). Цикл Карно исключает теплообмен при конечной разности температур рабочего тела и окружающей среды (термостатов), когда тепло может передаваться без совершения работы. Поэтому цикл Карно – наиболее эффективный круговой процесс из всех возможных при заданных температурах нагревателя и холодильника
ηКарно= ηmax
Любой участок цикла Карно и весь цикл в целом может быть пройден в обоих направлениях. Обход цикла по часовой стрелке соответствует тепловому двигателю, когда полученное рабочим телом тепло частично превращается в полезную работу. Обход против часовой стрелки
соответствует холодильной машине, когда некоторое количество теплоты отбирается от холодного резервуара и передается горячему резервуару за счет совершения внешней работы. Поэтому идеальное устройство, работающее по циклу Карно, называют обратимой тепловой машиной.
Цикл Карно наиболее эффективен с технической точки зрения, т.к. процессы цикла требуют минимально возможного количества теплоты для совершения работы (изотермические) или совершают работу засчет своей внутренней энергии (адиабатические)
ηКарно= ηmax
КПД цикла Карно определяется только температурами нагревателя и холодильника и при заданных температурах нагревателя и холодильника является максимально возможным.
Бензиновый двигатель
Бензиновый двигатель – четырехтактный двигатель, т.е. в течение полного рабочего цикла проходит четыре такта. См. видио 1.
1. Адиабатическое сжатие рабочей смеси 1-2 и сгорание смеси 2-3.
2. Адиабатическое расширение 3-4 и выхлоп 4-5 (открылся выпускной клапан).
3. Продолжение выхлопа 5-6 (выталкивание поршнем сгоревших газов).
4. Сжатие и впрыск горючей смеси 6-1
| P |
| V |
| V2 |
| V1 |
| P1 |
| P2 |
, т.е. механическая работа, деленная на теплоту сгорания топлива за один цикл.
Для адиабатического процесса 
, имеем 
и 
.
Полная механическая работа:
.
Для каждого моля газа 
, поэтому
или
.
Тепло затраченное на нагрев газа от до 
, равно 
.
Получаем КПД:
.
Вычислим КПД бензинового двигателя, имеющего степень сжатия 8.
, 
. Находим теоретический предел КПД: 
.
Но горючее сгорает не полностью.
Стенки цилиндров охлаждаются, следовательно, часть тепла уходит в систему охлаждения.
Трение.
Турбулентности.
Реальный КПД двигателя внутреннего сгорания преобразования энергии топлива в механическую энергию лишь около 25 -30%.