Przemiana 1 – 2 to ogrzewanie izochoryczne, 2 – 3 to rozprężanie izobaryczne, 3 – 4 to oziębianie izochoryczne, 4 – 1 to sprężanie izobaryczne.

Ciepło jest pobierane w przemianach 1 – 2 i 2 – 3, oddawane w przemianach 3 – 4 i 4 – 1.

Wartość pracy zyskanej w cyklu równa jest polu powierzchni wewnątrz wykresu cyklu w układzie p – V.

Zysk pracy jest większy w cyklu b), ponieważ pole powierzchni wewnątrz wykresu cyklu w układzie p – V jest większe niż dla cyklu a).

Wartość pracy zyskanej w cyklu równa jest polu powierzchni wewnątrz wykresu cyklu w układzie p - V. Różnica między ciepłem pobranym i oddanym w jednym cyklu równa jest zyskanej pracy.

Wartość pracy zyskanej w tym cyklu jest równa liczbowo polu trójkąta o podstawie 0,015 mIndeks górny 3³ i wysokości 4 kPa. Podstawiamy te dane do wzoru na pole trójkąta:

v

Odp.: $Q_p-Q_{\mathrm{\text{od}}}=W=30J$

Aby odpowiedzieć na pytanie, należy przedstawić cykl w układzie p – V. Cykl składa się z dwóch przemian izochorycznych i dwóch przemian izotermicznych.

vW układzie p – V wykres cyklu jest następujący (Rys.):

R1R6KLjeVzZcC3

Na rysunku jest układ współrzędnych. Na osi poziomej odłożono objętość oznaczoną literą wielkie V, na osi pionowej ciśnienie oznaczone literą małe p. Wykres składa się z dwóch pionowych odcinków i dwóch fragmentów hiperbol tworzących zamknięty cykl przemian. Dolny koniec pionowego odcinka leżącego z prawej strony oznaczony jest cyfrą 1, a górny koniec cyfrą 2. Strzałka na tym odcinku skierowana jest do góry. Od górnego końca odcinka poprowadzony jest w górę i w lewo fragment hiperboli zakończony punktem oznaczonym cyfrą 3. Strzałka na tej linii skierowana jest do góry i w lewo. Od górnego końca fragmentu hiperboli poprowadzono w dół pionowy odcinek, którego dolny koniec oznaczony jest cyfrą 4. Strzałka na tym odcinku skierowana jest w dół. Od dolnego końca odcinka poprowadzony jest w dół i w prawo fragment hiperboli zakończony punktem oznaczonym cyfrą 1. Strzałka na tej linii skierowana jest w dół i w prawo. Strzałki wskazują kierunek przemian przeciwny do ruchu wskazówek zegara.

Urządzenie działające w tym cyklu jest chłodziarką, ponieważ większą pracę wykonuje siła zewnętrzna w przemianie 2 – 3, niż gaz w przemianie 4 – 1, czyli urządzeniu trzeba dostarczać energię, w wyniku czego ciepło pobierane jest ze zbiornika o niższej temperaturze i oddawane do zbiornika o wyższej temperaturze.

Zastanów się, czy spełniona jest zasada zachowania energii.

Nie warto inwestować w takie urządzenie, bo na pewno nie będzie działać zgodnie z podanym opisem. Przede wszystkim nie byłaby spełniona zasada zachowania energii. Taka aparatura stanowiłaby perpetuum mobile I rodzaju, a takie urządzenia nie istnieją. Na proces analizy wody na wodór i tlen potrzeba tyle samo energii, co uzyskujemy podczas syntezy wody, a przecież część energii w realnych urządzeniach rozprasza się w otoczeniu. Urządzenie wymagałoby ciągłego zasilania, więc tracilibyśmy energię, a nie zyskiwali.

Zastosuj zasadę zachowania energii.

1. W urządzeniu a) ciepło pobrane jest większe niż ciepło oddane, w urządzeniu b) ciepło pobrane jest mniejsze niż ciepło oddane.
   Uzasadnienie: dla urządzenia a) spełniona jest równość: QIndeks dolny p_p = W + QIndeks dolny od_od, dla urządzenia b) QIndeks dolny p_p + W = QIndeks dolny od_od

2. Temperatura TIndeks dolny 2₂ w urządzeniu a) rośnie, bo do tego elementu doprowadzane jest ciepło. Natomiast temperatura TIndeks dolny 2₂ w urządzeniu b) maleje, bo z tego elementu pobierane jest ciepło.

3. Urządzenie a) jest silnikiem cieplnym, a b) chłodziarką.
   Uzasadnienie: Urządzenie a) jest silnikiem, ponieważ wykonuje pracę kosztem energii cieplnej.
   Urządzenie b) jest chłodziarką, bo kosztem pobranej z zewnątrz energii (wykonanej pracy) zwiększa różnicę temperatur (TIndeks dolny 1₁ - TIndeks dolny 2₂) między dwoma elementami.