Краткая теория
Круговым процессом или циклом называется такая совокупность термодинамических процессов, в результате которых система возвращается в исходное состояние. Тело, совершающее круговой процесс и обменивающееся энергией с другими телами, называется рабочим телом. Цикл, совершаемый рабочим телом в тепловом двигателе, где теплота от внешних источников поступает к рабочему телу, и часть ее отдается в форме работы другим телам, называется прямым. В обратном цикле рабочее тело передает теплоту от холодного тела к более нагретому за счет затраты положительной работы внешних сил.
Термический коэффициент полезного действия (к. п. д.) цикла в общем случае:
, (8.1)
где Q1 – количество теплоты, полученное рабочим телом (газом) от нагревателя; Q2 – количество теплоты, переданное рабочим телом охладителю, А – работа, совершаемая рабочим телом в прямом обратимом цикле.
Термодинамический процесс, совершаемый системой, называется обратимым, если после него можно возвратить систему и все взаимодействующие с ней тела в их начальные состояния таким образом, чтобы в других телах не возникло каких – либо остаточных изменений. Процесс, который не удовлетворяет вышеуказанному условию, называется необратимым. Примерами необратимых процессов могут быть: расширение газа в пустоту, передача теплоты от более нагретого тела к менее нагретому. Все процессы, сопровождающиеся трением, являются также необратимыми.
На рисунке 8.1 изображен прямой цикл Карно, совершаемый идеальным газом и состоящий из таких последовательных обратимых процессов: изотермического расширения 1-1/ при температуре Т1, адиабатического расширения 1/-2, изотермического сжатия 2-2/ при температуре Т2, адиабатического сжатия 2/-1.
В обратном цикле Карно количество теплоты Q1 отводится от газа в процессе 1/-1 изотермического сжатия при температуре Т1, а количество теплоты Q2 подводится к газу в процессе 2/-2 изотермического расширения при температуре Т2<T1. Следовательно, Q1<0, Q2>0 и работа А, совершаемая газом за один цикл, отрицательна. Этот вывод справедлив для любого обратного цикла.
Термический коэффициент полезного действия прямого цикла Карно:
, (8.2)
где T1 – температура нагревателя; Т2 – температура холодильника. Холодильный коэффициент обратного цикла Карно:
. (8.3)
Пусть 
элементарное количество теплоты, сообщаемое нагревателем системе при малом изменении ее состояния, а Т – температура нагревателя. Если процесс обратимый, то температура системы тоже равна Т. В отличие от 
отношение 
в обратимом процессе есть полный дифференциал функции состояния системы, называемой энтропией S системы:
. (8.4)
Энтропия системы равна сумме энтропий всех тел, входящих в состав системы. Энтропия изолированной системы в любом обратимом процессе не изменяется. Изменение энтропии системы при равновесном переходе из состояния 1 в состояние 2:
. (8.5)
Существует несколько эквивалентных друг другу формулировок второго начала термодинамики:
