Тепловой двигатель – циклически действующий двигатель, совершающий работу за счёт полученной извне теплоты.

Циклическим процессом называется процесс в результате, которого система возвращается в исходное состояние.

Кроме того циклические процессы имеют важное практическое значение, т.к. только такие процессы используются в тепловых двигателях.

На диаграмме состояния круговой процесс изображается замкнутой кривой

Если данный цикл протекает по часовой стрелке, то работа газа за цикл А˃0

Если данный цикл протекает против часовой стрелки, то работа газа за цикл А˂0

По часовой – тепловой двигатель. Против - холодильная машина.

Работа за цикл в координатах р иV - равна площади внутри цикла, знак А определяется направлением процессов.

Двигаясь по часовой стрелке, имеем

.

Но

_.

Работа совершается засчет тепла, которое поступило в систему A = Q ₁ − Q _2.

Отрицательная работа – система преобразует работу в тепло.

Коэффициент полезного действия

Выполнение системой цикла можно представить как переход системы от одного термостата с температурой Т₁ (нагреватель),где она получает тепло, Q₁ к другому термостату с температурой Т₂ (холодильник), которому отдает тепло Q₂

Коэффициент полезного действия (эффективность),

Коэффициент полезного действия всегда .

Тепловые двигатели и холодильные машины

Как следует из первого закона термодинамики, полученное газом

количество теплоты Q полностью превращается в работу A при изотермическом процессе, при котором внутренняя энергия остается неизменной (∆U = 0): A = Q.

Но такой однократный акт преобразования теплоты в работу не

представляет интереса для техники.

Реально существующие тепловые

Двигатели (паровые машины, двигатели внутреннего сгорания и т. д.)

работают циклически. Процесс теплопередачи и преобразования полученного количества теплоты в работу периодически повторяется. Для этого рабочее тело должно совершать круговой процесс или термодинамический цикл, при котором периодически восстанавливается исходное состояние.

Общее свойство всех круговых процессов состоит в том, что их можно провести при помощи по крайней мере двух термостатов (нагреватель и холодильник).

Тепловой двигатель – циклически действующий двигатель, совершающий работу за счёт полученной извне теплоты.

От термостата (системы, которая может обмениваться теплотой с телами без изменения температуры) с более высокой температурой Т₁, называемого нагревателем, за цикл отнимается количество теплоты Q ₁, а термостату с более низкой температурой Т₂, называемому холодильником, за цикл передаётся количество теплоты Q ₂, при этом совершается работа

A = Q ₁ − Q _{2 .}

КПД теплового двигателя вычисляется так же как КПД цикла

Чтобы η =1 необходимо, чтобы Q₂ = 0 (тепловой двигатель должен иметь

один источник теплоты). Сади Карно показал, что для работы теплового

двигателя необходимо не менее двух источников теплоты с различными

температурами.

Теорема Карно: из всех периодически действующих тепловых машин, имеющих одинаковые температуры нагревателей (Т₁) и холодильников (Т₂), наибольшим КПД обладают обратимые машины. При этом КПД обратимых машин, работающих при одинаковых температурах нагревателей (Т₁) и холодильников (Т₂), кпд

равны друг другу и не зависят от природы рабочего тела, а определяются только температурами нагревателя и холодильника.* (док-во конспект)