Moottorin tekemä työ on:

Ranskalainen insinööri ja tiedemies N. L. S. Carnot käsitteli tätä prosessia ensimmäisen kerran vuonna 1824 kirjassaan Reflections on liikkeellepaneva voima tulipalosta ja koneista, jotka pystyvät kehittämään tätä voimaa.

Carnot'n tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää syyt silloisten lämpökoneiden epätäydellisyyteen (niiden hyötysuhde ≤ 5 %) ja löytää keinoja niiden parantamiseksi.

Carnot-sykli on tehokkain kaikista. Sen tehokkuus on maksimaalinen.

Kuvassa näkyvät syklin termodynaamiset prosessit. Isoterminen laajeneminen (1-2) lämpötilassa T 1 , työ tehdään muuttamalla lämmittimen sisäistä energiaa, eli syöttämällä lämpöä kaasuun K:

A 12 = K 1 ,

Kaasun jäähtyminen ennen puristusta (3-4) tapahtuu adiabaattisen laajenemisen (2-3) aikana. Muutos sisäisessä energiassa ΔU 23 adiabaattisessa prosessissa ( Q = 0) muunnetaan kokonaan muotoon mekaaninen työ:

A 23 = -ΔU 23 ,

Kaasun lämpötila adiabaattisen laajenemisen (2-3) seurauksena laskee jääkaapin lämpötilaan T 2 < T 1 . Prosessissa (3-4) kaasu puristetaan isotermisesti, jolloin lämpömäärä siirtyy jääkaappiin Q2:

A 34 = Q 2,

Jakso päättyy adiabaattisella puristusprosessilla (4-1), jossa kaasu kuumennetaan lämpötilaan T 1.

Ihanteellisella kaasulla toimivien lämpökoneiden hyötysuhteen maksimiarvo Carnot-syklin mukaan:

.

Kaavan olemus ilmaistaan ​​todistetussa KANSSA. Carnot'n lause, jonka mukaan minkään lämpökoneen hyötysuhde ei voi ylittää lämmittimen ja jääkaapin samassa lämpötilassa suoritetun Carnot-syklin hyötysuhdetta.

Nykyaikaiset todellisuudet liittyvät lämpökoneiden laajaan käyttöön. Lukuisat yritykset korvata ne sähkömoottoreilla ovat tähän mennessä epäonnistuneet. Sähkön kertymiseen liittyvät ongelmat autonomiset järjestelmät ratkaistaan ​​suurella vaivalla.

Edelleen ajankohtaisia ​​ovat sähköakkujen valmistuksen teknologiaongelmat, kun otetaan huomioon niiden pitkäaikainen käyttö. Nopeuden ominaisuudet Sähköajoneuvot ovat kaukana moottoreiden autoista sisäinen palaminen.

Luomisen ensimmäiset askeleet hybridimoottorit voi merkittävästi vähentää haitallisia päästöjä megakaupungeissa ratkaisemalla ympäristöongelmia.

Hieman historiaa

Mahdollisuus muuntaa höyryenergia liikeenergiaksi tunnettiin antiikin aikana. 130 eaa.: Filosofi Heron Aleksandrialainen esitteli yleisölle höyrylelun - aeolipilin. Höyryllä täytetty pallo alkoi pyöriä siitä lähtevien suihkujen vaikutuksesta. Tämä nykyaikaisten höyryturbiinien prototyyppi ei löytänyt sovellusta noina aikoina.

Monien vuosien ja vuosisatojen ajan filosofin kehitystä pidettiin vain hauskana leluna. Vuonna 1629 italialainen D. Branchi loi aktiivisen turbiinin. Steam käynnisti teriillä varustetun levyn.

Siitä hetkestä lähtien alkoi nopea kehitys höyrykoneet.

lämpömoottori

Lämpömoottoreissa käytetään polttoaineen muuntamista energiaksi koneiden ja mekanismien osien liikkumista varten.

Koneiden pääosat: lämmitin (järjestelmä energian saamiseksi ulkopuolelta), käyttöneste (suorittaa hyödyllisen toiminnan), jääkaappi.

Lämmitin on suunniteltu varmistamaan, että käyttönesteeseen on kertynyt riittävästi sisäistä energiaa hyödyllisen työn suorittamiseen. Jääkaappi poistaa ylimääräistä energiaa.

Tehokkuuden pääominaisuutta kutsutaan lämpökoneiden hyötysuhteeksi. Tämä arvo osoittaa, mikä osa lämmitykseen käytetystä energiasta käytetään hyödylliseen työhön. Mitä korkeampi hyötysuhde, sitä kannattavampaa koneen toiminta on, mutta tämä arvo ei saa ylittää 100%.

Tehokkuuslaskenta

Anna lämmittimen hankkia ulkopuolelta energia, joka on yhtä suuri kuin Q 1 . Käyttöneste toimi A, kun taas jääkaapin energia oli Q2.

Määritelmän perusteella laskemme tehokkuuden:

η = A/Q1. Otamme huomioon, että A \u003d Q 1 - Q 2.

Tästä lähtien lämpömoottorin, jonka kaava on muotoa η = (Q 1 - Q 2) / Q 1 = 1 - Q 2 / Q 1, hyötysuhde antaa meille mahdollisuuden tehdä seuraavat johtopäätökset:

• Tehokkuus ei saa ylittää 1 (tai 100 %);
• tämän arvon maksimoimiseksi on joko lisättävä lämmittimestä saatua energiaa tai vähennettävä jääkaapin energiaa;
• lämmittimen energian lisäys saavutetaan muuttamalla polttoaineen laatua;
• vähentämällä jääkaapin energiaa, voit saavuttaa suunnitteluominaisuuksia moottorit.

Ihanteellinen lämpömoottori

Onko mahdollista luoda sellainen moottori, jonka hyötysuhde olisi maksimaalinen (ihannetapauksessa 100%)? Ranskalainen teoreettinen fyysikko ja lahjakas insinööri Sadi Carnot yritti löytää vastauksen tähän kysymykseen. Vuonna 1824 hänen teoreettiset laskelmansa kaasuissa tapahtuvista prosesseista julkistettiin.

Pääidea takana täydellinen auto, voimme harkita palautuvien prosessien suorittamista ihanteellisen kaasun kanssa. Aloitamme kaasun laajenemisesta isotermisesti lämpötilassa T 1 . Tätä varten tarvittava lämpömäärä on Q 1. Kaasun paisuttua ilman lämmönvaihtoa lämpötilan T 2 saavutettuaan kaasu puristetaan isotermisesti siirtäen energian Q 2 jääkaappiin. Kaasun palautuminen alkuperäiseen tilaan on adiabaattista.

Ihanteellisen Carnot-lämpömoottorin hyötysuhde tarkasti laskettuna on yhtä suuri kuin lämmitys- ja jäähdytyslaitteiden lämpötilaeron suhde lämmittimen lämpötilaan. Se näyttää tältä: η=(T 1 - T 2)/ T 1.

Lämpökoneen mahdollinen hyötysuhde, jonka kaava on: η= 1 - T 2 / T 1 , riippuu vain lämmittimen ja jäähdyttimen lämpötilasta, eikä se voi olla yli 100 %.

Lisäksi tämä suhde antaa meille mahdollisuuden osoittaa, että lämpökoneiden hyötysuhde voi olla yhtä suuri kuin yksi vasta kun jääkaapin lämpötila on saavutettu. Kuten tiedät, tämä arvo on saavuttamaton.

Carnot'n teoreettiset laskelmat mahdollistavat minkä tahansa mallin lämpömoottorin maksimihyötysuhteen määrittämisen.

Carnotin todistama lause on seuraava. Mielivaltaisen lämpökoneen hyötysuhde ei missään olosuhteissa voi olla suurempi kuin ideaalilämpökoneen vastaava hyötysuhde.

Esimerkki ongelmanratkaisusta

Esimerkki 1 Mikä on ihanteellisen lämpökoneen hyötysuhde, jos lämmittimen lämpötila on 800°C ja jääkaapin lämpötila 500°C alempi?

T 1 \u003d 800 o C \u003d 1073 K, ∆T \u003d 500 o C = 500 K, η -?

Määritelmän mukaan: η=(T 1 - T 2)/ T 1.

Meille ei anneta jääkaapin lämpötilaa, vaan ∆T = (T 1 - T 2), täältä:

η \u003d ∆T / T 1 \u003d 500 K / 1073 K \u003d 0,46.

Vastaus: tehokkuus = 46%.

Esimerkki 2 Määritä ihanteellisen lämpökoneen hyötysuhde, jos yhden kilojoulen lämmitinenergian ansiosta hyödyllistä työtä 650 J. Mikä on moottorin lämmittimen lämpötila, jos jäähdytysnesteen lämpötila on 400 K?

Q 1 \u003d 1 kJ \u003d 1000 J, A = 650 J, T 2 = 400 K, η -?, T 1 \u003d?

Tässä ongelmassa puhumme lämpöasennuksesta, jonka tehokkuus voidaan laskea kaavalla:

Lämmittimen lämpötilan määrittämiseksi käytämme ihanteellisen lämpömoottorin hyötysuhteen kaavaa:

η \u003d (T 1 - T 2) / T 1 \u003d 1 - T 2 / T 1.

Matemaattisten muunnosten suorittamisen jälkeen saamme:

T 1 \u003d T2/(1- η).

T 1 \u003d T 2 / (1 - A / Q 1).

Lasketaan:

η = 650 J / 1000 J = 0,65.

T 1 \u003d 400 K / (1-650 J / 1000 J) \u003d 1142,8 K.

Vastaus: η \u003d 65%, T 1 \u003d 1142,8 K.

Todelliset olosuhteet

Ihanteellinen lämpömoottori on suunniteltu ihanteellisia prosesseja ajatellen. Työtä tehdään vain isotermisissä prosesseissa, sen arvo määritellään Carnotin kiertokäyrän rajaamaksi alueeksi.

Itse asiassa on mahdotonta luoda olosuhteita kaasun tilan muutosprosessille ilman lämpötilan muutoksia. Ei ole olemassa materiaaleja, jotka estäisivät lämmönvaihdon ympäröivien esineiden kanssa. Adiabaattinen prosessi ei ole enää mahdollinen. Lämmönsiirrossa kaasun lämpötilan on välttämättä muututtava.

Reaaliolosuhteissa luotujen lämpökoneiden hyötysuhde eroaa merkittävästi ihanteellisten moottoreiden hyötysuhteesta. Huomaa, että prosessit oikeita moottoreita tapahtuu niin nopeasti, että työaineen sisäisen lämpöenergian vaihtelua sen tilavuuden muutosprosessissa ei voida kompensoida lämmön sisäänvirtauksella lämmittimestä ja paluulla jäähdyttimeen.

Muut lämpömoottorit

Todelliset moottorit toimivat eri sykleissä:

• Otto-sykli: prosessi vakiotilavuudella muuttuu adiabaattisesti luoden suljetun syklin;
• Dieselsykli: isobar, adiabaatti, isokori, adiabaatti;
• vakiopaineessa tapahtuva prosessi korvataan adiabaattisella, mikä sulkee syklin.

Luo tasapainoprosesseja todellisissa moottoreissa (jotta ne lähentyvät ihanteellisia) olosuhteissa moderni teknologia ei näytä mahdolliselta. Lämpömoottorien hyötysuhde on paljon pienempi, vaikka sama huomioidaan lämpötilaolosuhteet, kuten ihanteellisessa lämpöasennuksessa.

Mutta sinun ei pitäisi vähentää hyötysuhteen laskentakaavan roolia, koska siitä tulee lähtökohta työskennellessäsi todellisten moottoreiden tehokkuuden lisäämiseksi.

Tapoja muuttaa tehokkuutta

Ihanteellisia ja todellisia lämpömoottoreita verrattaessa on syytä huomata, että jälkimmäisen jääkaapin lämpötila ei voi olla mikä tahansa. Yleensä ilmapiiriä pidetään jääkaapina. Ilmakehän lämpötila voidaan ottaa vain likimääräisinä laskelmina. Kokemus osoittaa, että jäähdytysnesteen lämpötila on yhtä suuri kuin pakokaasujen lämpötila moottoreissa, kuten on tapana polttomoottoreissa (lyhennettynä polttomoottorit).

ICE on yleisin lämpömoottori maailmassa. Lämpökoneen hyötysuhde riippuu tässä tapauksessa palavan polttoaineen luomasta lämpötilasta. Olennaista kunnianosoitus ICE:lle höyrykoneista on lämmittimen toimintojen ja laitteen työrungon fuusio osaksi ilma-polttoaineseos. Palaessaan seos luo painetta moottorin liikkuviin osiin.

Työkaasujen lämpötilan nousu saavutetaan muuttamalla merkittävästi polttoaineen ominaisuuksia. Valitettavasti tätä ei ole mahdollista tehdä loputtomiin. Jokaisella materiaalilla, josta moottorin palotila on valmistettu, on oma sulamispisteensä. Tällaisten materiaalien lämmönkestävyys on moottorin tärkein ominaisuus, samoin kuin kyky vaikuttaa merkittävästi tehokkuuteen.

Moottorin hyötysuhdearvot

Jos otetaan huomioon työhöyryn lämpötila, jonka sisääntulossa on 800 K ja pakokaasut 300 K, tämän koneen hyötysuhde on 62%. Todellisuudessa tämä arvo ei ylitä 40 prosenttia. Tällainen lasku johtuu lämpöhäviöistä turbiinin kotelon lämmityksen aikana.

Sisäisen palamisen korkein arvo ei ylitä 44%. Tämän arvon kasvattaminen on lähitulevaisuuden asia. Materiaalien, polttoaineiden ominaisuuksien muuttaminen on ongelma, jonka parissa ihmiskunnan parhaat mielet työskentelevät.

Kun puhumme prosessien palautuvuudesta, on otettava huomioon, että kyseessä on jonkinlainen idealisointi. Kaikki todelliset prosessit ovat peruuttamattomia, ja siksi niiden syklit toimivat lämpökoneet, ovat myös peruuttamattomia ja siksi epätasapainoisia. Tällaisten syklien kvantitatiivisten arvioiden yksinkertaistamiseksi on kuitenkin välttämätöntä pitää niitä tasapainona, toisin sanoen ikään kuin ne koostuisivat vain tasapainoprosesseista. Tätä vaatii klassisen termodynamiikan hyvin kehittynyt laite.

kuuluisa sykli ihanteellinen moottori Carnot'ta pidetään tasapainoisena käänteisenä ympyräprosessina. Todellisissa olosuhteissa mikään sykli ei voi olla ihanteellinen, koska siinä on tappioita. Se tapahtuu kahden lämmönlähteen välillä vakiolämpötiloilla jäähdytyselementissä. T 1 ja lämmön vastaanotin T 2, sekä työkappale, joka on otettu ihanteellinen kaasu(Kuva 3.1).

Riisi. 3.1. Lämmitysmoottorin kierto

me uskomme tuon T 1 > T 2 ja lämmön poisto jäähdytyselementistä ja lämmön syöttö jäähdytyselementtiin eivät vaikuta niiden lämpötiloihin, T1 ja T2 pysyy vakaana. Nimetään kaasuparametrit lämpömoottorin männän vasemmassa ääriasennossa: paine - R 1äänenvoimakkuus - V 1, lämpötila T yksi . Tämä on piste 1 akseleiden kuvaajassa P-V. Tällä hetkellä kaasu (työneste) on vuorovaikutuksessa lämmönlähteen kanssa, jonka lämpötila myös on T yksi . Männän liikkuessa oikealle kaasun paine sylinterissä laskee ja tilavuus kasvaa. Tätä jatketaan, kunnes mäntä saapuu pisteen 2 määräämään asentoon, jossa käyttönesteen (kaasun) parametrit saavat arvot P 2, V 2, T2. Lämpötila pysyy tässä vaiheessa ennallaan, koska kaasun ja jäähdytyselementin lämpötila on sama männän siirtyessä pisteestä 1 pisteeseen 2 (laajeneminen). Sellainen prosessi, jossa T ei muutu, sitä kutsutaan isotermiseksi ja käyrää 1–2 kutsutaan isotermiksi. Tässä prosessissa lämpö siirtyy lämmönlähteestä käyttönesteeseen. Q1.

Kohdassa 2 sylinteri on täysin eristetty ulkoisesta ympäristöstä (lämmönvaihtoa ei ole) ja klo lisäliikettä mäntä oikealle, paineen lasku ja tilavuuden kasvu tapahtuu käyrällä 2-3, jota ns. adiabaattinen(prosessi ilman lämmönvaihtoa ympäristön kanssa). Kun mäntä liikkuu äärioikeaan asentoon (kohta 3), laajennusprosessi päättyy ja parametreilla on arvot P 3 , V 3 ja lämpötila on yhtä suuri kuin jäähdytyselementin lämpötila. T 2. Tässä männän asennossa käyttönesteen eristys vähenee ja se on vuorovaikutuksessa jäähdytyselementin kanssa. Jos nyt lisäämme männän painetta, se liikkuu vasemmalle vakiolämpötilassa T 2(puristus). Tästä syystä tämä puristusprosessi on isoterminen. Tässä prosessissa lämpöä Q2 siirtyy käyttönesteestä jäähdytyselementtiin. Vasemmalle liikkuva mäntä tulee parametrien kanssa kohtaan 4 P4, V4 ja T2, jossa käyttöneste on jälleen eristetty ympäristöstä. Lisäpuristus tapahtuu 4–1 adiabaattia pitkin lämpötilan noustessa. Kohdassa 1 puristus päättyy käyttönesteen parametreihin P 1 , V 1 , T 1. Mäntä palasi alkuperäiseen tilaan. Kohdassa 1 työnesteen eristys ulkoisesta ympäristöstä poistetaan ja sykli toistetaan.

Ihanteellisen Carnot-moottorin tehokkuus.

Ongelma 15.1.1. Kuvat 1, 2 ja 3 esittävät kaavioita kolmesta syklisestä prosessista, jotka tapahtuvat ihanteellisen kaasun kanssa. Missä näistä prosesseista kaasu suoritti kierron positiivista työtä?

Ongelma 15.1.3. Ihanteellinen kaasu, suoritettuaan jonkin syklisen prosessin, palasi alkutilaansa. Kaasun koko prosessin aikana vastaanottaman lämmön kokonaismäärä (lämmittimestä vastaanotetun ja jääkaapin lämpömäärän erotus) on yhtä suuri kuin . Mitä työtä kaasu tekee syklin aikana?

Ongelma 15.1.5. Kuvassa on kaavio syklisestä prosessista, joka tapahtuu kaasun kanssa. Prosessin parametrit näkyvät kaaviossa. Mitä työtä kaasu tekee tämän syklisen prosessin aikana?

Ongelma 15.1.6. Ihanteellinen kaasu suorittaa syklisen prosessin, kaavio koordinaatteina on esitetty kuvassa. Tiedetään, että prosessi 2–3 on isokorinen, prosesseissa 1–2 ja 3–1 kaasu toimi ja vastaavasti. Mitä työtä kaasu tekee syklin aikana?

Ongelma 15.1.7. Lämpökoneen hyötysuhde näkyy

Ongelma 15.1.8. Jakson aikana lämpökone vastaanottaa tietyn määrän lämpöä lämmittimestä ja antaa lämpömäärän jääkaappiin. Mikä on kaava moottorin hyötysuhteen määrittämiseksi?

Ongelma 15.1.10. Ihanteellisen Carnot-syklin mukaan toimivan lämpömoottorin hyötysuhde on 50 %. Lämmittimen lämpötila kaksinkertaistuu, jääkaapin lämpötila ei muutu. Mikä on tuloksena olevan ihanteellisen lämpömoottorin hyötysuhde?

Lämpökoneen teoreettisessa mallissa tarkastellaan kolmea runkoa: lämmitin, toimiva elin ja jääkaappi.

Lämmitin - lämpösäiliö (iso runko), jonka lämpötila on vakio.

Jokaisessa moottorin toimintajaksossa työneste saa tietyn määrän lämpöä lämmittimestä, laajenee ja suorittaa mekaanista työtä. Osa lämmittimestä vastaanotetusta energiasta on siirrettävä jääkaappiin, jotta käyttöneste palautetaan alkuperäiseen tilaan.

Koska mallissa oletetaan, että lämmittimen ja jääkaapin lämpötila ei muutu lämpömoottorin toiminnan aikana, niin syklin lopussa: käyttönesteen lämmitys-laajeneminen-jäähdytys-puristus, koneen katsotaan palaavan alkuperäiseen tilaansa.

Jokaiselle syklille, termodynamiikan ensimmäisen lain perusteella, voimme kirjoittaa, että lämmön määrä K lämmittimestä saatu kuorma, lämmön määrä | K viileä |, annettu jääkaappiin, ja työyksikön tekemä työ A liittyvät toisiinsa:

A = K kuorma – | K kylmä|.

Oikeasti tekniset laitteet, joita kutsutaan lämpömoottoreiksi, työneste lämmitetään polttoaineen palamisen aikana vapautuvalla lämmöllä. Kyllä, sisään höyryturbiini voimalaitoksen lämmitin on uuni kuumalla hiilellä. Polttomoottorissa (ICE) palamistuotteita voidaan pitää lämmittimenä ja ylimääräistä ilmaa työnesteenä. Jääkaapina ne käyttävät ilmakehän ilmaa tai luonnollisista lähteistä peräisin olevaa vettä.

Lämpömoottorin (koneen) hyötysuhde

Lämpömoottorin hyötysuhde (tehokkuus) on moottorin tekemän työn suhde lämmittimestä vastaanotettuun lämmön määrään:

Minkä tahansa lämpömoottorin hyötysuhde on pienempi kuin yksi ja se ilmaistaan ​​prosentteina. Mahdottomuus muuttaa koko lämmittimestä vastaanotettu lämpö mekaaniseksi työksi on hinta, joka maksetaan tarpeesta organisoida syklinen prosessi, ja se seuraa termodynamiikan toisesta pääsäännöstä.

Todellisissa lämpömoottoreissa hyötysuhteen määrää kokeellinen mekaaninen teho N moottori ja poltetun polttoaineen määrä aikayksikköä kohti. Eli jos ajoissa t massapolttoainetta poltettu m ja ominaispalolämpö q, sitten

varten Ajoneuvo referenssiominaisuus on usein tilavuus V polttoainetta poltettu matkalla s mekaanisella moottoriteholla N ja nopeudella. Tässä tapauksessa, ottaen huomioon polttoaineen tiheyden r, voimme kirjoittaa kaavan hyötysuhteen laskemiseksi:

Termodynamiikan toinen pääsääntö

On olemassa useita formulaatioita termodynamiikan toinen pääsääntö. Yksi niistä sanoo, että lämpökone on mahdoton, joka toimisi vain lämmönlähteen, ts. ilman jääkaappia. Maailmanvaltameri voisi toimia sille käytännössä ehtymättömänä sisäisen energian lähteenä (Wilhelm Friedrich Ostwald, 1901).

Muut termodynamiikan toisen pääsäännön formulaatiot vastaavat tätä.

Clausiuksen sanamuoto(1850): prosessi, jossa lämpö siirtyisi spontaanisti vähemmän kuumennetuista kappaleista kuumempiin kappaleisiin, on mahdoton.

Thomsonin muotoilu(1851): pyöreä prosessi on mahdoton, jonka ainoa tulos olisi työn tuottaminen vähentämällä lämpösäiliön sisäistä energiaa.

Clausiuksen sanamuoto(1865): kaikki spontaanit prosessit suljetussa epätasapainoisessa järjestelmässä tapahtuvat sellaiseen suuntaan, jossa järjestelmän entropia kasvaa; lämpötasapainotilassa se on maksimi ja vakio.

Boltzmannin muotoilu(1877): monien hiukkasten suljettu järjestelmä siirtyy spontaanisti järjestyneemmästä tilasta vähemmän järjestyneeseen. Järjestelmän spontaani poistuminen tasapainoasennosta on mahdotonta. Boltzmann esitteli häiriön kvantitatiivisen mittarin järjestelmässä, joka koostuu monista kappaleista - haje.

Lämpökoneen hyötysuhde, jossa on ihanteellinen kaasu käyttönesteenä

Jos lämpökoneen käyttönesteen malli on annettu (esimerkiksi ihanteellinen kaasu), on mahdollista laskea käyttönesteen termodynaamisten parametrien muutos laajenemisen ja supistumisen aikana. Tämän avulla voit laskea lämpötehokkuus termodynamiikan lakeihin perustuva moottori.

Kuvassa on esitetty syklit, joille hyötysuhde voidaan laskea, jos käyttöneste on ihanteellinen kaasu ja parametrit on asetettu termodynaamisen prosessin siirtymäpisteisiin.

	Isobaarinen-isokorinen
	Isokori-adiabaattinen
	Isobaarinen-adiabaattinen
	Isobaarinen-isokoori-isoterminen
	Isobaarinen-isokoori-lineaarinen

Carnot sykli. Ihanteellisen lämpömoottorin hyötysuhde

Korkein tehokkuus klo asettaa lämpötilat lämmitin T lämmitys ja jääkaappi T kylmässä on lämpömoottori, jossa käyttöneste laajenee ja supistuu mukana Carnot sykli(Kuva 2), jonka kuvaaja koostuu kahdesta isotermistä (2–3 ja 4–1) ja kahdesta adiabaatista (3–4 ja 1–2).

Carnot'n lause osoittaa, että tällaisen moottorin hyötysuhde ei riipu käytetystä käyttönesteestä, joten se voidaan laskea käyttämällä ihanteellisen kaasun termodynaamisia suhteita:

Lämpömoottorien ympäristövaikutukset

Lämpökoneiden intensiivinen käyttö liikenteessä ja energiassa (lämpö- ja ydinvoimalat) vaikuttaa merkittävästi maapallon biosfääriin. Vaikka ihmiselämän vaikutusmekanismeista maapallon ilmastoon on tieteellisiä kiistoja, monet tutkijat huomauttavat tekijöistä, joiden vuoksi tällainen vaikutus voi tapahtua:

1. Kasvihuoneilmiö on hiilidioksidin (palamistuotteen lämpökoneiden lämmittimien) pitoisuuden kasvu ilmakehässä. Hiilidioksidi välittää näkyvää ja ultraviolettisäteilyä Auringosta, mutta absorboi infrapunasäteilyä maapallolta. Tämä johtaa ilmakehän alempien kerrosten lämpötilan nousuun, hurrikaanituulten lisääntymiseen ja globaaliin jään sulamiseen.
2. Myrkyllisten aineiden suora vaikutus pakokaasut villieläimiin (karsinogeenit, savusumu, palamisen sivutuotteista syntyvä happosade).
3. Otsonikerroksen tuhoutuminen lentokoneiden lentojen ja rakettien laukaisujen aikana. Ylemmän ilmakehän otsoni suojaa kaikkea maapallon elämää Auringon liialliselta ultraviolettisäteilyltä.

Tie ulos syntyvästä ekologisesta kriisistä on lämpökoneiden hyötysuhteen lisääminen (nykyaikaisten lämpökoneiden hyötysuhde ylittää harvoin 30 prosenttia); huollettavien moottoreiden ja haitallisten pakokaasujen neutralointiaineiden käyttö; vaihtoehtoisten energialähteiden käyttö ( aurinkopaneelit ja lämmittimet) ja vaihtoehtoisia kulkuvälineitä (polkupyörät jne.).