Теплова машина

Теплова́ маши́на — пристрій, в якому здійснюється перетворення теплової енергії в роботу (тепловий двигун) або навпаки — використання роботи для перенесення теплоти від менше нагрітого тіла до більше нагрітого (тепловий насос, холодильна машина).
Термодинамічний цикл
В основі принципу роботи теплової машини лежить термодинамічний цикл, який здійснюється робочим тілом (газом, водяною парою тощо). Для ідеальної теплової машини робоче тіло здійснює роботу, рівну різниці кількості підведеної і відведеної теплоти. Ефективність теплової машини характеризується коефіцієнтом корисної дії.
Структура теплової машини

Для того щоб від теплової машини можна було одержати корисну дію, необхідно виконати наступні умови:

1. Треба мати робоче тіло — це тіло, за допомогою якого здійснюється взаємне перетворення теплоти й роботи.
2. Необхідна наявність щонайменше двох джерел теплоти з різними температурами — верхнє (вище) джерело теплоти абонагрівник і нижнє (нижче) джерело теплоти або холодильник.
3. Робота теплової машини повинна бути циклічною, тобто робоче тіло, завершуючи ряд процесів, повинно повертатися у вихідний стан.

Так як в тепловій машині реалізується круговий процес, то повернутися в початковий стан можна з меншими витратами, якщо віддати частину тепла. Щоб одержати корисну роботу, робота, витрачена на стиск робочого тіла у процесі b, повинна бути меншою від роботи його розширення у процесі a. Щоб цього досягти, необхідно одночасно зі стиском охолоджувати робоче тіло, відбираючи в нього теплоту Q₂. Якщо при стиску не охолоджувати робоче тіло, то процес стискування піде шляхом a і на стискування буде витрачена та ж робота, що була отримана в процесі розширення. У результаті корисна робота циклу буде дорівнювати нулю. Таким чином, якщо охолодити робоче тіло, то його легше стиснути, отже робота стиснення буде меншою за роботу розширення. Тому в теплових машинах використовується холодильник.