efikasnost toplotnog motora. Prema zakonu održanja energije, rad motora je:
gdje je toplina primljena od grijača, je toplina predana hladnjaku.
Efikasnost toplotnog motora je omjer rada motora i količine topline primljene od grijača:
Pošto se u svim motorima određena količina toplote prenosi na frižider, u svim slučajevima
Maksimalna vrijednost efikasnosti toplotnih motora. Francuski inženjer i naučnik Sadi Carnot (1796-1832) u svom djelu “Razmišljanje o pokretačkoj sili vatre” (1824) postavio je cilj: otkriti pod kojim uslovima bi rad toplotnog motora bio najefikasniji, tj. pod kojim uslovima bi motor imao maksimalnu efikasnost.
Karno je smislio idealan toplotni motor sa idealnim gasom kao radnim fluidom. Izračunao je efikasnost ove mašine koja radi sa temperaturnim grejačem i temperaturnim frižiderom
Glavni značaj ove formule je, kao što je Carnot dokazao, na osnovu drugog zakona termodinamike, da bilo koja stvarna toplotna mašina koja radi sa temperaturnim grejačem i temperaturnim frižiderom ne može imati efikasnost veću od efikasnosti idealne toplotne mašine.
Formula (4.18) daje teoretsku granicu za maksimalnu efikasnost toplotnih motora. To pokazuje da je toplotna mašina efikasnija, što je viša temperatura grejača, a niža temperatura frižidera. Tek kada je temperatura frižidera jednaka apsolutnoj nuli,
Ali temperatura frižidera praktički ne može biti mnogo niža od temperature okoline. Možete povećati temperaturu grijača. Međutim, bilo koji materijal (čvrsti) ima ograničenu otpornost na toplinu ili otpornost na toplinu. Kada se zagrije, postepeno gubi svoja elastična svojstva i topi se na dovoljno visokoj temperaturi.
Sada su glavni napori inženjera usmjereni na povećanje efikasnosti motora smanjenjem trenja njihovih dijelova, gubitaka goriva zbog njegovog nepotpunog sagorijevanja, itd. Stvarne mogućnosti za povećanje efikasnosti su ovdje još uvijek velike. Dakle, za parnu turbinu, početna i konačna temperatura pare su otprilike sljedeće: Na ovim temperaturama, maksimalna vrijednost efikasnosti je:
Stvarna vrijednost efikasnosti zbog raznih vrsta gubitaka energije jednaka je:
Povećanje efikasnosti toplotnih motora, približavanje maksimalnom mogućem je najvažniji tehnički izazov.
Toplotni motori i zaštita prirode.Široka upotreba toplotnih motora kako bi se dobila energija koja je u najvećoj meri pogodna za upotrebu, u poređenju sa
svi ostali tipovi proizvodnih procesa povezani su sa uticajima na životnu sredinu.
Prema drugom zakonu termodinamike, proizvodnja električne i mehaničke energije se u principu ne može odvijati bez odvođenja značajnih količina topline u okolinu. To ne može a da ne dovede do postepenog povećanja prosječne temperature na Zemlji. Sada je potrošnja energije oko 1010 kW. Kada se ova snaga dostigne, prosječna temperatura će porasti na primjetan način (za oko jedan stepen). Daljnji porast temperature mogao bi predstavljati prijetnju topljenja glečera i katastrofalnog porasta globalnog nivoa mora.
Ali ovo daleko od iscrpljivanja negativnih posljedica korištenja toplinskih motora. Peći termoelektrana, motori sa unutrašnjim sagorevanjem automobila itd. kontinuirano ispuštaju u atmosferu supstance štetne za biljke, životinje i ljude: jedinjenja sumpora (prilikom sagorevanja uglja), okside azota, ugljovodonike, ugljen monoksid (CO) itd. Posebnu opasnost u ovom pogledu predstavljaju motorna vozila, čiji broj alarmantno raste, a prečišćavanje izduvnih gasova je otežano. Nuklearne elektrane se suočavaju s problemom odlaganja opasnog radioaktivnog otpada.
Osim toga, upotreba parnih turbina u elektranama zahtijeva velike površine za ribnjake za hlađenje izduvne pare.Sa povećanjem kapaciteta elektrana, potreba za vodom naglo raste. Godine 1980. za ove namjene u našoj zemlji bilo je potrebno oko 35% vodosnabdijevanja svih sektora privrede.
Sve ovo predstavlja niz ozbiljnih problema za društvo. Uz najvažniji zadatak povećanja efikasnosti toplotnih motora, neophodno je sprovesti niz mjera zaštite životne sredine. Neophodno je poboljšati efikasnost konstrukcija koje sprečavaju emisiju štetnih materija u atmosferu; postići potpunije sagorevanje goriva u automobilskim motorima. Vozila sa visokim sadržajem CO u izduvnim gasovima već sada ne smeju da rade. Razmatrana je mogućnost stvaranja električnih vozila koja mogu konkurirati konvencionalnim i mogućnost korištenja goriva bez štetnih tvari u izduvnim plinovima, na primjer, u motorima koji rade na mješavinu vodika i kisika.
U cilju uštede prostora i vodnih resursa, svrsishodno je graditi čitave komplekse elektrana, prvenstveno nuklearnih, sa zatvorenim ciklusom vodosnabdijevanja.
Drugi pravac napora koji se ulažu je povećanje efikasnosti korišćenja energije, borba za njenu uštedu.
Rješavanje gore navedenih problema je od vitalnog značaja za čovječanstvo. I ovi problemi s maksimalnim uspjehom mogu
biti riješen u socijalističkom društvu sa planskim razvojem privrede na nacionalnom nivou. Ali organizacija zaštite životne sredine zahteva napore na globalnom nivou.
1. Koji se procesi nazivaju nepovratnim? 2. Navedite najtipičnije nepovratne procese. 3. Navedite primjere nepovratnih procesa koji nisu spomenuti u tekstu. 4. Formulirajte drugi zakon termodinamike. 5. Ako bi rijeke tekle unatrag, da li bi to značilo kršenje zakona održanja energije? 6. Koji se uređaj naziva toplotnim motorom? 7. Koja je uloga grijača, hladnjaka i radnog fluida toplotnog motora? 8. Zašto je nemoguće koristiti unutrašnju energiju okeana kao izvor energije u toplotnim mašinama? 9. Šta se zove efikasnost toplotnog motora?
10. Koja je najveća moguća vrijednost efikasnosti toplotnog motora?
Svrha: upoznati se sa toplinskim motorima koji se koriste u modernom svijetu.
U toku našeg rada nastojali smo da odgovorimo na sljedeća pitanja:
Šta je toplotni motor?
Koji je princip njegovog djelovanja?
efikasnost toplotnog motora?
Koje vrste toplotnih motora postoje?
Gdje se primjenjuju?
Rezerve unutrašnje energije u zemljinoj kori i okeanima mogu se smatrati praktički neograničenim. Ali posjedovanje energetskih rezervi nije dovoljno. Neophodno je moći koristiti energiju za pokretanje mašina u fabrikama i pogonima, transportnih sredstava, traktora i drugih mašina, rotacije rotora generatora električne struje itd. Čovječanstvu su potrebni motori - uređaji sposobni za rad. Većina motora na Zemlji su toplotni motori.
U najjednostavnijem eksperimentu, koji se sastoji u tome da se u epruvetu ulije malo vode i dovede do ključanja (štoviše, epruveta je u početku zatvorena čepom), čep se podiže pod pritiskom nastale pare i iskače. Drugim riječima, energija goriva se pretvara u unutrašnju energiju pare, a para, šireći se, radi, izbijajući čep. Dakle, unutrašnja energija pare se pretvara u kinetičku energiju čepa.
Ako epruvetu zamijenimo jakim metalnim cilindrom, a pluto klipom koji čvrsto prianja uz zidove cilindra i slobodno se kreće duž njih, onda ćemo dobiti najjednostavniji toplinski stroj.
Toplotni motori su mašine u kojima se unutrašnja energija goriva pretvara u mehaničku energiju.
Principi rada toplotnih motora.
Da bi motor radio, potrebna je razlika tlaka na obje strane klipa motora ili lopatica turbine. U svim toplotnim mašinama ova razlika pritiska se postiže povećanjem temperature radnog fluida za stotine ili hiljade stepeni u odnosu na temperaturu okoline. Ovo povećanje temperature nastaje tokom sagorevanja goriva.
Radni fluid u svim toplotnim mašinama je gas koji radi tokom ekspanzije. Označimo početnu temperaturu radnog fluida (gasa) kroz T 1 . Ova temperatura u parnim turbinama ili mašinama se postiže parom u parnom kotlu.
Kod motora sa unutrašnjim sagorevanjem i gasnih turbina do povećanja temperature dolazi kada se gorivo sagoreva unutar samog motora. Temperatura T 1 naziva se temperatura grijača.
Kako se rad obavlja, plin gubi energiju i neizbježno se hladi do određene temperature T 2 . Ova temperatura ne može biti niža od temperature okoline, inače će pritisak gasa postati manji od atmosferskog pritiska i motor neće moći da radi. Tipično, temperatura T 2 je nešto viša od temperature okoline. To se zove temperatura frižidera. Hladnjak je atmosfera ili posebni uređaji za hlađenje i kondenzaciju izduvne pare - kondenzatori. U potonjem slučaju, temperatura hladnjaka može biti ispod temperature atmosfere.
Dakle, u motoru radni fluid tokom ekspanzije ne može dati svu svoju unutrašnju energiju za rad. Dio topline se neizbježno prenosi na hladnjak (atmosferu) zajedno sa izduvnom parom ili izduvnim gasovima iz motora sa unutrašnjim sagorevanjem i gasnih turbina. Ovaj dio unutrašnje energije se gubi.
Toplotni motor obavlja rad zbog unutrašnje energije radnog fluida. Štaviše, u ovom procesu toplina se prenosi sa toplijih tijela (zagrijana) na hladnija (hladnjak).
P 
principijelni dijagram je prikazan na slici.
Koeficijent performansi (COP) toplotnog motora.
Nemogućnost potpune konverzije unutrašnje energije plina u rad toplinskih motora posljedica je nepovratnosti procesa u prirodi. Ako bi se toplina mogla spontano vratiti iz hladnjaka u grijač, tada bi se unutrašnja energija mogla u potpunosti pretvoriti u koristan rad pomoću bilo kojeg toplotnog motora.
Efikasnost toplotnog motora η je procentualni odnos korisnog rada A p koji je izvršio motor i količine toplote Q 1 primljene od grejača.
Formula:
Budući da se u svim motorima određena količina topline prenosi u hladnjak, tada η
Maksimalna vrijednost efikasnosti
Z 
Zakoni termodinamike vam omogućavaju da izračunate maksimalnu moguću efikasnost toplotnog motora. To je prvi učinio francuski inženjer i naučnik Sadi Carnot (1796-1832) u svom djelu “Razmišljanja o pokretačkoj sili vatre i o mašinama koje su u stanju da razviju tu silu” (1824).
To 
Arno je smislio idealan toplotni motor sa idealnim gasom kao radnim fluidom. Dobio je sljedeću vrijednost za efikasnost ove mašine:
T 1 - temperatura grijača
T 2 - temperatura frižidera
Glavno značenje ove formule je da, kao što je Carnot dokazao, da bilo koji pravi toplotni motor koji radi s grijačem koji ima temperaturu T 1 i frižider sa temperaturom T 2 , ne može imati efikasnost koja premašuje efikasnost idealnog toplotnog motora.
Formula daje teoretsku granicu za maksimalnu vrijednost efikasnosti toplotnih motora. To pokazuje da je toplotna mašina efikasnija, što je viša temperatura grejača, a niža temperatura frižidera.
Ali temperatura frižidera ne može biti niža od temperature okoline. Možete povećati temperaturu grijača. Međutim, bilo koji materijal (čvrsti) ima ograničenu otpornost na toplinu ili otpornost na toplinu. Kada se zagrije, postepeno gubi svoja elastična svojstva i topi se na dovoljno visokoj temperaturi.
Sada su glavni napori inženjera usmjereni na povećanje efikasnosti motora smanjenjem trenja njihovih dijelova, gubitaka goriva zbog nepotpunog sagorijevanja itd. Stvarne mogućnosti za povećanje efikasnosti ovdje su još uvijek velike.
Motor sa unutrašnjim sagorevanjem
Motor sa unutrašnjim sagorevanjem je toplotni motor u kome se kao radni fluid koriste visokotemperaturni gasovi, koji nastaju prilikom sagorevanja tečnog ili gasovitog goriva direktno unutar komore klipnog motora.
Struktura četverotaktnog automobilskog motora.
cilindar,
komora za sagorevanje,
klip,
ulazni ventil;
izlazni ventil,
svijeća;
klipnjača;
zamajac.
| Neke informacije o motorima | tip motora |
|
| karburirano | Diesel |
|
| radno tijelo | Vazduh zasićen benzinskim parama. | Zrak |
| Gorivo | Petrol | Lož ulje, ulje |
| Maksimalni pritisak u komori | 610 5 Pa | 1,510 6 - 3,510 6 Pa |
| Temperatura postignuta tokom kompresije radnog fluida | 360-400 ºS | 500-700 ºS |
| Temperatura produkata sagorevanja | 1800 ºS | 1900 ºS |
| efikasnost: za serijske mašine za najbolje uzorke | ||
ICE rad
1 otkucaj- "usisavanje" klipa se kreće prema dole, kroz ulazni ventil u komoru za sagorevanje, usisava se zapaljiva smeša - par benzina sa vazduhom. Na kraju hoda, usisni ventil se zatvara;
2 beat- "kompresija" - klip se podiže, sabijajući zapaljivu smjesu. Na kraju udara u svijeću skoči iskra i zapaljiva smjesa se zapali;
3 beat- "radni hod" - gasoviti produkti sagorevanja dostižu visoku temperaturu i pritisak, velikom silom pritiskaju klip koji se spušta i uz pomoć klipnjače i radilice okreće radilicu;
4 otkucaja- "ispuh" - klip se diže i gura izduvne gasove u atmosferu kroz izlazni ventil. Temperatura izduvnih gasova 500 0 
AT 
Većina automobila koristi četvorocilindrične motore. Rad cilindara je usklađen na način da se u svakom od njih radni hod odvija naizmjenično, a radilica cijelo vrijeme prima energiju iz jednog od klipova. Tu su i osmocilindarski motori. Višecilindrični motori pružaju bolju ravnomjernost rotacije vratila i imaju veću snagu.
Karburatorski motori se koriste u putničkim automobilima relativno male snage. Dizel - u težim mašinama velike snage (traktori, teretni traktori, dizel lokomotive),
na raznim sudovima.
Parna turbina
5
- osovina, 4 - disk, 3 - para, 2 - lopatice,
1 - oštrice.
P Parna turbina je glavni dio parne elektrane. U parnoj elektrani, pregrijana vodena para temperature oko 300-500 0 C i tlaka od 17-23 MPa izlazi iz kotla u parni cjevovod. Para pokreće rotor parne turbine, koja pokreće rotor električnog generatora koji proizvodi električnu energiju. Izduvna para ulazi u kondenzator, gdje se ukapljuje, a nastala voda uz pomoć pumpe ulazi u parni kotao i ponovo se pretvara u paru.
Raspršeno tečno ili čvrsto gorivo gori u peći, zagrijavajući kotao.
Struktura turbine
Bubanj sa sistemom mlaznica - ekspanzivne cijevi posebne konfiguracije;
rotor - rotirajući disk sa sistemom lopatica.
Mlazevi pare koji izlaze iz mlaznica velikom brzinom (600-800 m/s) usmjeravaju se na lopatice rotora turbine, pritiskaju ih i uzrokuju rotaciju rotora velikom brzinom (50 o/min). Unutrašnja energija pare pretvara se u mehaničku energiju rotacije rotora turbine. Para, koja se širi dok izlazi iz mlaznice, radi i hladi se. Ispušna para ulazi u parni cjevovod, njegova temperatura do ovog trenutka postaje nešto viša od 100 ° C, zatim para ulazi u kondenzator, tlak u kojem je nekoliko puta manji od atmosferskog. Kondenzator se hladi hladnom vodom.
Prvu parnu turbinu koja je našla praktičnu primenu proizveo je G. Laval 1889. godine.
Korišćeno gorivo: čvrsto - ugalj, škriljci, treset; tečnost - ulje, lož ulje. Prirodni gas.
Turbine se ugrađuju u termo i nuklearne elektrane. Oni proizvode više od 80% električne energije. Snažne parne turbine instalirane su na velikim brodovima.
gasna turbina
Važna prednost ove turbine je pojednostavljena konverzija unutrašnje energije gasa u rotaciono kretanje osovine.
Princip rada
Komprimirani zrak na temperaturi od oko 200°C se dovodi u komoru za sagorijevanje plinske turbine pomoću kompresora, a tekuće gorivo (kerozin, lož ulje) se ubrizgava pod visokim pritiskom. Tokom sagorevanja goriva, vazduh i proizvodi sagorevanja se zagrevaju na temperaturu od 1500-2200°C. Gas koji se kreće velikom brzinom usmjerava se na lopatice turbine. Prelazeći s jednog rotora turbine na drugi, plin odustaje od svoje unutrašnje energije, uzrokujući rotaciju rotora.
Kada se gasi iz gasne turbine, gas ima temperaturu od 400-500 0 C.
Rezultirajuća mehanička energija se koristi, na primjer, za rotaciju propelera aviona ili rotora električnog generatora.
Plinske turbine su motori velike snage, pa se koriste u avijaciji
mlazni motori
Princip rada
U komori za izgaranje raketno gorivo (na primjer, punjenje u prahu) izgara i nastali plinovi pritišću zidove komore velikom silom. Na jednoj strani komore nalazi se mlaznica kroz koju proizvodi sagorevanja izlaze u okolni prostor. S druge strane, gasovi koji se šire pritiskaju raketu poput klipa i guraju je naprijed.
P 
oroch rakete su motori na čvrsto gorivo. Stalno su spremni za rad, laki za pokretanje, ali je nemoguće zaustaviti ili kontrolisati takav motor.
Raketni motori na tečno gorivo, kojima se dovod goriva može regulisati, mnogo su pouzdaniji u kontroli.
Godine 1903. K. E. Tsiolkovsky je predložio dizajn takve rakete.
Mlazni motori se koriste u svemirskim raketama. Na ogromnim vazdušnim linijama ugrađeni su turbomlazni i mlazni motori.
Korišteni resursi
fizika. Priručnik za studente. Naučni razvoj i kompilacija T. Feščenko, V. Vožegova: M.: Filološko društvo "Slovo", Kompanija "Key-S", 1995. – 576 str.
G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev. Fizika: Proc. za 10 ćelija. avg. škola - 2nd ed. - M.: Prosvjeta, 1992. - 222 str.: ilustr.
HE. Baranov. Diplomski rad polaznika kurseva usavršavanja RCDO po programu "Internet tehnologije za predmetnog nastavnika". Prezentacija "Termički motori", 2005
http://pla.by.ru/art_altengines.htm - modeli motora i animirane slike
http://festival.1september.ru/2004_2005/index.php?numb_artic=211269 Festival pedagoških ideja "Otvoreni čas 2004-2005" L.V. Samoilov
http://old.prosv.ru/metod/fadeeva7-8-9/07.htm Fizika 7-8-9 Knjiga za nastavnike A.A. Fadeeva, A.V. Bolt
Tema tekuće lekcije bit će razmatranje procesa koji se odvijaju u sasvim specifičnim, a ne apstraktnim, kao u prethodnim lekcijama, uređajima - toplinskim motorima. Definisaćemo takve mašine, opisati njihove glavne komponente i princip rada. Takođe tokom ove lekcije će se razmatrati pitanje pronalaženja efikasnosti - efikasnosti termičkih motora, kako stvarnih tako i maksimalno mogućih.
Tema: Osnovi termodinamike
Lekcija: Princip rada toplotnog motora
Tema poslednje lekcije bio je prvi zakon termodinamike, koji je postavio odnos između određene količine toplote koja je preneta na deo gasa i rada koji je ovaj gas obavio tokom ekspanzije. I sada je vrijeme da kažemo da je ova formula zanimljiva ne samo za neke teorijske proračune, već i za prilično praktičnu primjenu, jer rad plina nije ništa drugo do koristan rad, koji izvlačimo kada koristimo toplinske mašine.
Definicija. toplotni motor- uređaj u kojem se unutrašnja energija goriva pretvara u mehanički rad (slika 1).
Rice. 1. Razni primjeri toplotnih motora (), ()
Kao što se može vidjeti sa slike, toplinski motori su bilo koji uređaji koji rade po gore navedenom principu, a kreću se od nevjerovatno jednostavnih do vrlo složenih dizajna.
Bez izuzetka, svi toplotni motori su funkcionalno podeljeni u tri komponente (vidi sliku 2):
- Heater
- radno tijelo
- Frižider
Rice. 2. Funkcionalni dijagram toplotnog motora ()
Grejač je proces sagorevanja goriva, koji tokom sagorevanja prenosi veliku količinu toplote na gas, zagrevajući ga na visoke temperature. Vrući plin, koji je radni fluid, zbog povećanja temperature i, posljedično, pritiska, širi se vršeći rad. Naravno, pošto uvek postoji prenos toplote sa kućištem motora, okolnim vazduhom itd., rad neće brojčano biti jednak prenetoj toploti – deo energije odlazi u frižider, koji je, po pravilu, okolina.
Najlakši način je zamisliti proces koji se odvija u jednostavnom cilindru ispod pokretnog klipa (na primjer, cilindar motora s unutarnjim sagorijevanjem). Naravno, da bi motor radio i imao smisla, proces se mora odvijati ciklično, a ne jednokratno. Odnosno, nakon svake ekspanzije, gas se mora vratiti u prvobitni položaj (slika 3).
Rice. 3. Primjer cikličkog rada toplotnog motora ()
Da bi se gas vratio u početni položaj, potrebno je na njemu izvršiti neki rad (rad vanjskih sila). A kako je rad gasa jednak radu na gasu suprotnog predznaka, da bi gas izvršio ukupan pozitivan rad za ceo ciklus (inače ne bi bilo svrhe u motoru), potrebno je da rad spoljnih sila bude manji od rada gasa. Odnosno, graf cikličkog procesa u P-V koordinatama trebao bi izgledati kao: zatvorena petlja sa zaobilaznicom u smjeru kazaljke na satu. Pod ovim uslovom, rad gasa (u delu grafikona gde zapremina raste) je veći od rada na gasu (u delu gde se zapremina smanjuje) (slika 4).
Rice. 4. Primjer grafa procesa koji se odvija u toplotnom stroju
Pošto je riječ o određenom mehanizmu, neophodno je reći kolika je njegova efikasnost.
Definicija. Efikasnost (koeficijent performansi) toplotnog motora- omjer korisnog rada koji obavlja radni fluid i količine topline koja se prenosi na tijelo iz grijača.
Ako uzmemo u obzir očuvanje energije: energija koja je otišla iz grijača ne nestaje nigdje - dio se uklanja u obliku rada, ostatak ide u hladnjak:
Dobijamo:
Ovo je izraz za efikasnost u dijelovima, ako trebate dobiti vrijednost efikasnosti u procentima, morate pomnožiti rezultirajući broj sa 100. Efikasnost u SI mjernom sistemu je bezdimenzionalna vrijednost i, kao što se može vidjeti iz formule , ne može biti više od jedan (ili 100).
Takođe treba reći da se ovaj izraz naziva realna efikasnost ili efikasnost pravog toplotnog motora (toplotne mašine). Ako pretpostavimo da se nekako uspijemo u potpunosti riješiti projektnih nedostataka motora, onda ćemo dobiti idealan motor, a njegova učinkovitost će se izračunati prema formuli za efikasnost idealnog toplinskog motora. Ovu formulu je dobio francuski inženjer Sadi Carnot (slika 5):
Glavni značaj formule (5.12.2) koju je Carnot dobio za efikasnost idealne mašine je da ona određuje maksimalnu moguću efikasnost bilo koje toplotne mašine.
Carnot je na osnovu drugog zakona termodinamike* dokazao sljedeću teoremu: bilo koji pravi toplotni motor koji radi sa temperaturnim grijačemT 1 i temperaturu frižideraT 2 , ne može imati efikasnost veću od efikasnosti idealnog toplotnog motora.
* Carnot je zapravo uspostavio drugi zakon termodinamike prije Klauzija i Kelvina, kada prvi zakon termodinamike još nije bio rigorozno formuliran.
Razmotrimo prvo toplotni motor koji radi po reverzibilnom ciklusu sa pravim gasom. Ciklus može biti bilo koji, bitno je samo da su temperature grijača i frižidera T 1 i T 2 .
Pretpostavimo da je efikasnost drugog toplotnog motora (koji ne radi prema Carnot ciklusu) η ’ > η . Mašine rade sa zajedničkim grijačem i zajedničkim hladnjakom. Neka Carnotova mašina radi u obrnutom ciklusu (kao rashladna mašina), a druga mašina u ciklusu unapred (slika 5.18). Toplotni stroj obavlja rad jednak, prema formulama (5.12.3) i (5.12.5):
Mašina za hlađenje uvek može biti dizajnirana tako da uzima količinu toplote iz frižidera Q 2
= |
|
Tada će se prema formuli (5.12.7) raditi na njemu
(5.12.12)
Pošto je po uslovu η" > η , onda A" > A. Stoga, toplinski stroj može pokretati rashladni motor, a posla će i dalje biti višak. Ovaj višak rada se obavlja na račun topline uzete iz jednog izvora. Uostalom, toplina se ne prenosi na hladnjak pod djelovanjem dvije mašine odjednom. Ali ovo je u suprotnosti s drugim zakonom termodinamike.
Ako pretpostavimo da je η > η ", tada možete učiniti da druga mašina radi u obrnutom ciklusu, a Carnotova mašina u pravoj liniji. Ponovo dolazimo do kontradikcije sa drugim zakonom termodinamike. Dakle, dvije mašine koje rade na reverzibilnim ciklusima imaju istu efikasnost: η " = η .
Druga je stvar ako druga mašina radi u nepovratnom ciklusu. Ako dozvolimo η "
>
η ,
onda opet dolazimo do kontradikcije sa drugim zakonom termodinamike. Međutim, pretpostavka m|"< г| не противоречит второму закону
термодинамики, так как необратимая
тепловая машина не может работать как
холодильная машина. Следовательно, КПД
любой тепловой машины η"
≤ η, ili 
Ovo je glavni rezultat:
(5.12.13)
Efikasnost pravih toplotnih motora
Formula (5.12.13) daje teoretsku granicu za maksimalnu efikasnost toplotnih motora. To pokazuje da je toplotna mašina efikasnija, što je viša temperatura grejača, a niža temperatura frižidera. Samo kada je temperatura u frižideru jednaka apsolutnoj nuli, η = 1.
Ali temperatura frižidera praktički ne može biti mnogo niža od temperature okoline. Možete povećati temperaturu grijača. Međutim, bilo koji materijal (čvrsti) ima ograničenu otpornost na toplinu ili otpornost na toplinu. Kada se zagrije, postepeno gubi svoja elastična svojstva i topi se na dovoljno visokoj temperaturi.
Sada su glavni napori inženjera usmjereni na povećanje efikasnosti motora smanjenjem trenja njihovih dijelova, gubitaka goriva zbog njegovog nepotpunog sagorijevanja, itd. Stvarne mogućnosti za povećanje efikasnosti su ovdje još uvijek velike. Dakle, za parnu turbinu, početna i konačna temperatura pare su otprilike sljedeće: T 1 = 800 K i T 2 = 300 K. Na ovim temperaturama maksimalna vrijednost efikasnosti je:
Stvarna vrijednost efikasnosti zbog raznih vrsta gubitaka energije je oko 40%. Maksimalnu efikasnost - oko 44% - imaju motori sa unutrašnjim sagorevanjem.
Efikasnost bilo kojeg toplotnog motora ne može premašiti maksimalnu moguću vrijednost 
,
gdje je T 1
-
apsolutnu temperaturu grijača, i T 2
-
apsolutnu temperaturu frižidera.
Povećanje efikasnosti toplotnih motora i približavanje maksimalnom mogućem- najvažniji tehnički izazov.
Faktor efikasnosti (COP) je mjera efikasnosti sistema u smislu konverzije ili prijenosa energije, koja je određena omjerom energije koja se korisno koristi i ukupne energije koju sistem primi.
efikasnost- vrijednost je bezdimenzionalna, obično se izražava u postocima: 
Koeficijent performansi (COP) toplotnog motora određuje se formulom: , gdje je A = Q1Q2. Efikasnost toplotnog motora je uvek manja od 1.
Carnot ciklus- Ovo je reverzibilni kružni gasni proces, koji se sastoji od dva uzastopna izotermna i dva adijabatska procesa koja se izvode sa radnim fluidom. 
Kružni ciklus, koji uključuje dvije izoterme i dvije adijabate, odgovara maksimalnoj efikasnosti.
Francuski inženjer Sadi Carnot je 1824. godine izveo formulu za maksimalnu efikasnost idealnog toplotnog motora, gde je radni fluid idealan gas, čiji se ciklus sastojao od dve izoterme i dve adijabate, odnosno Carnotov ciklus. Carnotov ciklus je stvarni radni ciklus toplotnog stroja koji obavlja rad zbog topline koja se dovodi do radnog fluida u izotermnom procesu.
Formula za efikasnost Carnot ciklusa, odnosno maksimalnu efikasnost toplotnog motora je: 
, gdje je T1 apsolutna temperatura grijača, T2 je apsolutna temperatura hladnjaka.
Toplotni motori- To su strukture u kojima se toplotna energija pretvara u mehaničku energiju.
Toplotni motori su raznoliki i po dizajnu i po namjeni. To uključuje parne mašine, parne turbine, motore sa unutrašnjim sagorevanjem, mlazne motore.
Međutim, uprkos raznolikosti, postoje zajedničke karakteristike u principu rada različitih toplotnih motora. Glavne komponente svakog toplotnog motora:
- grijač;
- radno tijelo;
- frižider.
Grijač oslobađa toplinsku energiju, dok zagrijava radni fluid koji se nalazi u radnoj komori motora. Radni fluid može biti para ili gas.
Prihvatajući količinu toplote, gas se širi, jer. njegov pritisak je veći od vanjskog pritiska i pomiče klip, stvarajući pozitivan rad. Istovremeno, njegov pritisak opada, a volumen se povećava.
Ako komprimujemo plin, prolazeći kroz ista stanja, ali u suprotnom smjeru, tada ćemo izvršiti istu apsolutnu vrijednost, ali negativan rad. Kao rezultat, sav rad za ciklus bit će jednak nuli.
Da bi rad toplotne mašine bio različit od nule, rad kompresije gasa mora biti manji od rada ekspanzije.
Da bi rad kompresije postao manji od rada ekspanzije, potrebno je da se proces kompresije odvija na nižoj temperaturi, za to se radni fluid mora ohladiti, stoga je hladnjak uključen u dizajn toplotni motor. Radni fluid odaje količinu toplote frižideru kada je u kontaktu sa njim.
