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利用者:Licjar Xeymelloz/熱力学サイクル

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熱力学サイクル（ねつりきがくサイクル、英: thermodynamic cycle）あるいはサイクル過程とは、一連の熱力学過程であって、最後に着目系が最初と同じ状態に戻るようなもののことである^[1]。熱機関などの機械は繰り返し動作することが必要であるため、熱力学サイクルはそのような循環的な動作を抽象化したものである。着目系はそのような機械では作業物質のことである。

サイクルを一周する間に、着目系は熱や仕事を外部系とやり取りする。しかし、着目系の内部エネルギー $U^{\mathrm {(in)} }$ やエントロピー $S^{\mathrm {(in)} }$ は状態量なので、サイクル一周で変化しない。

\Delta U^{\mathrm {(in)} }=\Delta S^{\mathrm {(in)} }=0

一方、着目系にとってはサイクル過程でも、外部系が最初と同じ状態に戻るとは限らない。外部系が最初と同じ状態に戻らない（外部系にとってのサイクル過程にならない）場合、外部系のエントロピー $S^{\mathrm {(ex)} }$ は増加しうる。

理想サイクル

カルノーサイクル

外燃機関の熱力学サイクル

「外燃機関」も参照

蒸気タービン
スターリングエンジン - 冷凍機としても使用される。
- スターリングサイクル（カークサイクル）
  - 分離型スターリングサイクル
- ヴィルマイアーサイクル
- ギフォードマクマホンサイクル（G.Mサイクル）

内燃機関の熱力学サイクル

「内燃機関」も参照

内燃機関の実際の動作は、作業物質自身の燃焼、組成変化、排気の残留、成分の解離・結合、弁の開閉等のために、かなり複雑なものとなる。このため、これを次のように理想化したサイクル（空気標準サイクル）を考える^[2]。

動作物質は純粋な空気とする
空気は比熱が一定の（狭義の）理想気体とする
閉じたサイクルを行い、燃焼と排気・吸気に代えて外部熱源との間で熱の授受を行う(外燃式)
変化は全て可逆的に行われるものとする

以下のサイクルは、この仮定に基づいた空気標準サイクルである。

冷凍機の熱力学サイクル

「冷凍機」も参照

「冷凍サイクル」も参照

理想サイクル
- 逆カルノーサイクル
蒸気圧縮冷凍機 - 一般的な冷凍サイクル。
- 蒸気圧縮冷凍サイクル - エア・コンディショナー、冷蔵庫
  - ローレンツサイクル - 非共沸混合冷媒を利用した高効率サイクル
- 多段蒸気圧縮冷凍サイクル - 極低温用冷凍機
- 多元冷凍サイクル - 天然ガス液化、ドライアイス・液体空気製造
吸収式冷凍機
極低温冷凍サイクル
ヘリウム冷凍
その他の冷凍サイクル
- 吸着冷凍サイクル
  - 水素吸着合金利用ヒートポンプ
- ペルティエ効果（電子冷却）
- 空気冷凍サイクル
- 蒸気噴射冷凍サイクル
- ボルテックスチューブ冷凍サイクル

脚注

[脚注の使い方]

注釈

出典

^ 清水明『熱力学の基礎第2版 I: 熱力学の基本構造』東京大学出版会、2021年。
^ 柘植盛男、『機械熱力学』(1967)、朝倉書店

参考文献

佐藤俊、国友孟、熱力学、丸善

関連項目

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