Тепловий двигун. Ідеальна теплова машина. Цикл Карно.

Тепловий двигун. Ідеальна теплова машина. Цикл Карно.

Тепловий двигун – це пристрій, який перетворює внутрішню енергію палива в механічну. Енергія, яка виділяється під час згорання палива, через теплообмін передається газу. Газ, розширюючись, виконує певну роботу проти зовнішніх сил і приводить у рух механізм.

 Для того щоб двигун працював циклічно, газ стикається, віддаючи теплоту холодильнику (навколишньому середовищу). Робоче тіло двигуна дістає кількість теплоті Qн від нагрівника, виконує роботу А над зовнішніми тілами і передає кількість теплоти Qх холодильнику. 

Оскільки, система після закінчення циклу повертається до початкового стану, зміна внутрішньої енергії дорівнює нулю (DU=0) і за першим законом термодинаміки А=Qн-Qх, де А – механічна робота, яку виконує газ, Qн – кількість теплоти, одержаної від нагрівника, Qх – кількість теплоти переданої холодильнику.

Величина h= A/Q=(Qн-Qх)/Qн*100% - це ККД машини. Французький інженер С.Карно з’ясував умови роботи ідеальної теплової машини. З усіх теплових машин, які працюють нагрівником, що мають Тн і холодильником, що мають Тх – найбільший коефіцієнт корисної дії має теплова машина, що працює з оборотним циклом Карно, який складається з двох ізотерм і двох адіабат.

ККД циклу Карно можна записати через температуру нагрівника і холодильника:

                h=(Tн-Tх)/Tн=1-Tх/Tн

Доведемо, що будь-яка реальна теплова машина, в якої температура нагрівника і холодильника відповідні Тн і Тх, не може мати ККД, більший за ККД ідеальної теплової машини.