Любой вид энергии может быть полностью преобразован в теплоту, однако энергию хаотического движения молекул и атомов нельзя исчерпать полностью и превратить в другой вид энергии, так как беспорядочное движение молекул — естественное состояние вещества.

Рабочим телом называют термодинамическую систему, совершающую процесс преобразования одной формы энергии в другую.

На рис. 2.16 представлен цикл, состоящий из двух изобар и двух изохор. При расширении по рабочим телом совершается положительная работа измеряемая площадью фигуры. При сжатии 

по внешние силы совершают работу, измеряемую площадью. За один цикл рабочее тело совершает положительную работу, измеряемую площадью заштрихованной фигуры.

Процесс называют обратимым, если при завершении его система возвращается в первоначальное состояние, при этом в первоначальное состояние возвращаются все взаимодействовавшие с ней тела.

Например, газ, заключенный в одной части сосуда (рис. 2.17), при удалении перегородки расширится в вакуум и займет объем всего сосуда. Могут ли молекулы газа, совершая хаотическое движение, снова собраться в одной части сосуда? Практически это не происходит. Можно снова сжать газ и заставить его занять прежний объем, но при этом в окружающих телах произойдут изменения. Значит, процесс расширения газа в вакуум необратим. Следовательно, необратимые процессы в одном направлении протекают самопроизвольно, а в обратном направлении могут быть осуществлены только в результате работы внешних сил.

Характерная особенность этих процессов заключается в том, что они протекают в направлении к состоянию равновесия, т. е. такому состоянию, при котором параметры системы имеют определенные значения, остающиеся без изменения сколь угодно долго. Необратимым является такой процесс, который переводит систему из менее в более вероятное состояние.

Круговой процесс, в котором система совершает положительную работу, называют прямым циклом.

На диаграмме прямой цикл изображается в виде замкнутой кривой, направленной по часовой стрелке (рис. 2.18).

Круговой процесс, в котором работа, совершаемая системой, отрицательна , называют обратным циклом.

На диаграмме, обратный цикл изображается в виде замкнутой кривой, направленной против часовой стрелки. Например, в тепловом двигателе рабочее тело, получая энергию, совершает прямой цикл.

Тепловой двигатель представляет собой устройство, превращающее внутреннюю энергию топлива в механическую. Энергия, выделяющаяся при сгорании топлива, путем теплообмена передается газу. Газ. расширяясь, совершает работу против внешних сил, приводя в движение механизм. Схема работы теплового двигателя приведена на рис. 2.19.

Любой тепловой двигатель состоит из трех основных частей: рабочего тела, нагревателя и холодильника. Рабочее тело (газ или пар) при расширении совершает работу, получая от нагревателя некоторое количество теплоты Q\. Температура нагревателя Г, остается постоянной за счет сгорания топлива. Прн сжатии рабочее тело передает некоторое количество теплоты Q2 холодильнику, имеющему температуру Т2 < Т\. Тепловой двигатель должен работать циклически.

По окончании цикла рабочее тело возвращается в свое первоначальное состояние, его внутренняя энергия принимает начальное значение.

Поэтому работа цикла может совершаться только за счет внешних источников, подводящих теплоту к рабочему телу. Реальные тепловые двигатели работают по разомкнутому циклу, т. е. после расширения газ выбрасывается, а в машину вводится и сжимается новая порция газа.

Величина

называется термическим коэффициентом полезного действия для кругового процесса.

В холодильной машине совершается обратный цикл. Холодильная машина должна отбирать от тела с более низкой температурой  количество теплоты и отдавать более нагретому телу с температурой, количество теплоты. Холодильный коэффициент определяется отношением