Тепловой двигатель

Рассмотрим теперь понятие тепловой двигатель. Машины, производящие механическую работу в результате обмена теплотой с окружающими телами, называются тепловыми двигателями (тепловыми машинами, тепловыми насосами). В основе действия теплового двигателя лежит круговой процесс (термодинамический цикл), совершаемый рабочим телом (газом, водяным паром и др.). Если при осуществлении цикла на одних его участках теплота подводится к рабочему телу (от нагревателя), а на других отводится (охладителю), то рабочее тело совершает работу, равную, в случае идеальной тепловой машины, разности количеств подведенной и отведенной теплоты.

Отношение механической работы, совершаемой двигателем, к израсходованной энергии называется коэффициентом полезного действия КПД. Поскольку в тепловом двигателе совершенная работа есть разница между теплотой, полученной от нагревателя и теплотой, отданной охладителю, то:

,

где Q_H — количество теплоты, полученное от нагревателя, Q_X — количество теплоты, отданное охладителю.

Наиболее экономичным является обратимый цикл Карно состоящий из двух изотерм и двух адиабат (рисунок 2.1). На рис. 1 введены следующие обозначения: Q₁ - теплота, полученная рабочим веществом от нагревателя, Q₂ - теплота, отданная рабочим веществом охладителю, 1-2 и 3-4 – изотермы, 2-3 и 4-1 – адиабаты. Коэффициент полезного действия цикла Карно:

Рисунок 2.1 - Цикл Карно в координатах P и V.