Рис. 3.1 Рис. 3.2
Проинтегрируем уравнение первого закона термодинамики:
. (3.3)
Так как внутренняя энергия является функцией состояния, то интеграл ее по замкнутому контуру равен нулю 
, поэтому 
, или
q = l. (3.4)
Равенство (3.4) показывает, что работа цикла строго равна количеству
тепла, воспринятого рабочим телом. Если бы можно было построить такой тепловой двигатель, в котором производимая работа была бы больше количества тепла, подведенного к рабочему телу от внешних источников, то это опровергало бы первый закон термодинамики, а следовательно, закон сохранения и превращения энергии.
Несмотря на очевидную бесплодность попыток создания подобного двигателя в истории человечества зарегистрировано огромное количество всевозможных предложений и конструкций, претендующих на устойчивую выработку механической энергии без затраты внешней энергии. Такие двигатели классифицируются как вечные двигатели первого рода. На основании первого закона термодинамики со всей категоричностью можно утверждать, что вечный двигатель первого рода невозможен.
Эффективность использования подведенного в цикле тепла оценивается термическим коэффициентом полезного действия, который представляет собой отношение работы цикла l к подведенному теплу q1:
. (3.5)
С учетом уравнений (3.3) и (3.4) выражение термического КПД можно переписать в виде:
. (3.6)
Термический КПД характеризует степень совершенства цикла. При одинаковом количестве тепла q1 в цикле, имеющем более высокий термический КПД, совершается большая работа.
Рассмотренные циклы, процессы которых в р, v и Т, s-диаграммах направлены по ходу часовой стрелки, называются прямыми. По этим циклам работают все тепловые двигатели, предназначенные для выработки механической энергии за счет тепла горячего источника.
Обратные циклы имеют направление против хода часовой стрелки, и это приводит к существенным различиям прямых и обратных циклов. Действительно, работа расширения обратных циклов меньше работы сжатия (рис. 3.3)
lр < lс, поэтому работа цикла l = lр – lс оказывается отрицательной. Для того чтобы осуществить такой цикл, нужно затратить работу извне.
На Т, s-диаграмме (рис. 3.4) видно, что подвод тепла q2 к рабочему телу осуществляется при более низкой температуре, чем отвод тепла. В обратном цикле за счет затрат работы l осуществляется перенос тепла от менее нагретого тела к более нагретому. При этом происходит охлаждение холодного источника, т.к. от него отбирается тепло q2 за каждый цикл.
Обратные циклы нашли весьма широкое применение в холодильной технике. По этим циклам работают холодильные установки, предназначенные для выработки холода. Полезным эффектом холодильного цикла является тепло q2, называемое удельной холодопроизводительностью. Отношение q2 к затратам работы l характеризует термодинамическую эффективность цикла и называется холодильным коэффициентом
ε = q2 / l. (3.7)
