ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Устройства, превращающие внутреннюю энер­гию топлива в механическую энергию, называются тепловыми двигателями. Любой тепловой двига­тель состоит из трех основных элементов: рабочего тела (это газ), которое, расширяясь, совершает ра­боту в двигателе; нагревателя, передающего рабо­чему телу энергию, часть которой затем идет на со­вершение работы; холодильника, которым могут яв­ляться атмосфера или специальные устройства.

Работа теплового двигателя состоит из повто­ряющихся циклов, каждый из которых таков: полу­чение рабочим телом количества теплоты Q_t от на­гревателя (температура которого Т_г); расширение рабочего тела и совершение им полезной работы А'; передача количества теплоты Q₂ холодильнику (тем­пература которого Т₂ всегда меньше, чем температу­ра нагревателя Т_х); возвращение охлаждающегося рабочего тела в исходное состояние.

Из первого закона термодинамики следует, что при завершении цикла рабочее тело приходит в пер­воначальное состояние, его внутренняя энергия не меняется:

?U = U₂ - U₁ = 0,

Q₁ = Q₂+A' + Q_потерь,

где Q_потерь — энергия, теряемая за цикл на теплооб­мен с окружающей средой, на трение и т. д. Отсюда следует, что полезная работа, совершаемая за цикл, А' < Q₁- Q₂, где в случае равенства речь идет об иде­альном двигателе, в котором нет потерь энергии. Отношение полезной работы к энергии, которую получило рабочее тело от нагревателя, называют коэффициентом полезного действия:

?= A '/ Q_{1  ?} Q₁- Q_{2 /} Q₁=1-Q_{2 /} Q₁

Из этого выражения видно, что даже у идеально­го двигателя ? < 100% , поскольку Q₂ не может быть равно нулю.

Максимальное значение ? определяется следую­щим выражением:

?=1-T_2/T₁