КПД тепловой машины

Тепловые машины могут иметь разную конструкцию. Это может быть паровой двигатель, двигатель внутреннего сгорания, реактивный двигатель. Любой тепловой двигатель работает по замкнутому циклу и имеет нагреватель, рабочее тело двигателя и холодильник. Принципиальная схема тепловой машины приведена на рис. 4.3.

Рис.4.3

В процессе работы теплового двигателя рабочее тело двигателя получает от нагревателя количество теплоты , совершает работу A и передает холодильнику количество теплоты . Для замкнутого цикла изменение внутренней энергии равно нулю . Следовательно, согласно I началу термодинамики (4.15), работа, совершаемая двигателем, равна

.

Коэффициентом полезного действия (КПД) теплового двигателя называется отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя

Как показывает формула (4.17), КПД тепловой машины всегда меньше единицы

Следовательно, невозможно всю теплоту превратить в работу.

Ученые всегда стремились повысить КПД. В первой половине XIX в. французский ученый Сади Карно показал, что максимально возможное значение КПД тепловой машины равно

где T ₁ - температура нагревателя, T ₂ - температура холодильника.

Из сравнения уравнений (4.18) и (4.19) следует, что или . Отсюда

На основании этого неравенства можно прийти к понятию энтропия и второму началу термодинамики.

Повышение КПД тепловых двигателей и приближение его к максимально возможному значению - важнейшая техническая задача. Однако, все тепловые двигатели выделяют большое количество теплоты, что называется тепловым загрязнением, и выбрасывают в атмосферу вредные для растений и животных химические соединения. Это ставит серьезные проблемы охраны окружающей среды.