Тепловий двигун. Ідеальна теплова машина. Цикл Карно

Тепловий двигун – це пристрій, який перетворює внутрішню енергію палива в механічну. Енергія, яка виділяється під час згорання палива, через теплообмін передається газу. Газ, розширюючись, виконує роботу проти зовнішніх сил і приводить у рух механізм. Будова теплового двигуна подано на рисунку

Для того щоб двигун працював циклічно, газ стискається, віддаючи теплоту холодильнику (навколишньому середовищу). Робоче тіло двигуна дістає кількість теплоти від нагрівника, виконує роботу А над зовнішніми тілами і передає кількість теплоти холодильнику. Оскільки система після закінчення циклу повертається до початкового стану, зміна внутрішньої енергії дорівнює нулю ( U = 0) і за першим законом термодинаміки А = Q_н–Q_х, де А - механічна робота, яку виконує газ, - кількість теплоти, одержаної від нагрівника, – кількість теплоти, переданої холодильнику.

Величина = називається коефіцієнтом корисної дії (ККД) машини.

Французький інженер С. Карно зўясував умови роботи ідеальної теплової машини. З усіх теплових машин, які працюють з нагрівником, що має температуру Т_н, і холодильником, що має температуру Т_х , найбільший коефіцієнт корисної дії має теплова машина, що працює за оборотним циклом Карно, який складається з двох ізотерм і двох адіабат.

ККД циклу Карно можна записати через температуру нагрівника і холодильника:

h =

Доведено, що будь-яка реальна теплова машина, в якої температура нагрівника і холодильника відповідні Т_н і Т_х, не може мати ККД, більший за ККД ідеальної теплової машини: , тобто .