热力学循环

系统属性注意：共轭变量以斜体显示

材料特性

• 属性数据库

可压缩性 β = − {displaystyle beta =-}
热膨胀 α = {displaystyle alpha =}

方程式

• 卡诺定理
• 克劳修斯定理
• 基本关系
• 理想气体定律

• 麦克斯韦关系
• Onsager 互惠关系
• 布里奇曼方程
• 热力学方程表

潜力

• 自由能
• 自由熵

• 内能 U ( S , V ) {displaystyle U(S,V)}
• 焓 H ( S , p ) = U + p V {displaystyle H(S,p)=U+pV}
• 亥姆霍兹自由能 A ( T , V ) = U − T S {displaystyle A(T,V)=U-TS}
• 吉布斯自由能 G ( T , p ) = H − T S {displaystyle G(T,p)=H-TS}

热力学循环由一系列关联的热力学过程组成，这些过程涉及将热量和功传入和传出系统，同时改变系统内的压力、温度和其他状态变量，并最终使系统返回到其初始状态。 在经过一个循环的过程中，工作流体（系统）可以将热源的热量转化为有用的功，并将剩余的热量排放到冷源，从而起到热机的作用。 相反，循环可以逆转，并使用功将热量从冷源转移并将其转移到暖水槽，从而充当热泵。 如果在循环中的每一点系统都处于热力学平衡，则循环是可逆的。 无论进行可逆还是不可逆，系统的净熵变为零，因为熵是状态函数。

在封闭循环期间，系统返回到其原始的温度和压力热力学状态。 过程量（或路径量），例如热量和功，取决于过程。 对于系统返回其初始状态的循环，热力学xxx定律适用：

Δ U = E i n − E o u t = 0 {displaystyle Delta U=E_{in}-E_{out}=0}

以上说明系统的内能（ U {displaystyle U} ）在整个循环过程中没有变化。 E i n {displaystyle E_{in}} 表示循环期间的总功和热输入，而 E o u t {displaystyle E_{out}} 是循环期间的总功和热输出。 过程路径的重复性质允许连续操作，使循环成为热力学中的一个重要概念。 热力学循环通常在数学上表示为实际设备工作建模中的准静态过程。

热力循环的两个主要类别是动力循环和热泵循环。 功率循环是将一些热输入转换为机械功输出的循环，而热泵循环通过使用机械功作为输入将热量从低温传递到高温。 完全由准静态过程组成的循环可以通过控制过程方向作为动力或热泵循环运行。 在压力-体积 (PV) 图或温度-熵图上，顺时针和逆时针方向分别表示功率和热泵循环。

由于热力学循环期间状态属性的净变化为零，因此它在 PV 图上形成了一个闭环。 PV 图的 Y 轴显示压力 (P)，X 轴显示体积 (V)。 循环所包围的区域是过程所做的功（W）：

(1) W = ∮ P d V {displaystyle {text{(1)}}qquad W=oint P dV}

这项工作等于传递到系统中的热量 (Q) 的平衡：

(2) W = Q = Q i n − Q o u t {displaystyle {text{(2)}}qquad W=Q=Q_{in}-Q_{out}}

等式（2）符合xxx定律； 尽管在循环过程中内部能量发生变化，但当循环过程结束时，系统的内部能量与过程开始时的能量相同。

如果循环过程顺时针绕循环，则W为正，代表热机。