Работу, обычно легко превратить в тепло, а наоборот?

Для реализации перехода теплоты в работу служат тепловые машины (тепловые двигатели). Эту работу они должны осуществлять неопределенно долгое время, т.о. двигатели - это устройство, которое работает циклически, периодически возвращаясь в исходное состояние. Оно может работать сколь угодно долго, потребляя энергию от нагревателя.

Принцип работы устройства базируется на двух основных положениях:

1) рабочим телом может служить любой газ по своим свойствам близкий к идеальному газу.

2) с рабочим телом должен совершаться круговой процесс, чтобы устройство работало неопределенно долгое время.

Устройство работает так: нагреватель с температурой передает рабочему телу количество теплоты , рабочее тело совершает работу , затем передает количество теплоты холодильнику с температурой (отметим, что ) и, затем, возвращается в исходное состояние, при этом по закону сохранения энергии

Эффективность работы тепловой машины определяется с помощью КПД (коэффициента полезного действия) – это отношение величины произведенной работы, к величине затраченной на ее совершение энергии.

.

Различные циклы используются в технике для превращения теплоты в работу и работы в теплоту. Как сами двигатели, так и осуществляемые ими рабочие циклы могут быть достаточно сложными, это определяется замыслом конструктора.

Если устройство осуществляет рабочий цикл в обратном порядке, т.е. рабочее тело получает от холодильника с температурой количество теплоты , затем над рабочим телом совершается работа, и оно передает количество теплоты нагревателю с температурой (отметим, что ). Такое устройство называется холодильной машиной или нагревателем, в зависимости от назначения.

Таким образом, пре условии совершения работы над рабочим телом возможен перенос тепла от холодного «источника» к горячему «стоку». Мы можем осуществлять процесс, невозможный в природе (осуществлять процесс обратный естественному процессу), повышать температуру более нагретого тела и понижать температуру более холодного тела.

Эффективность работы такой машины характеризуется двояко, в зависимости от ее назначения:

1) Если эффективность машины оценивается по способности повышения температуры тела с более высокой температурой , т.е. машина действует как нагреватель, то эффективность характеризуется коэффициентом равным отношению величины переданного горячему телу тепла к величине работы, затраченной на этот процесс:

.

2) Если эффективность машины оценивается по способности понижения температуры тела с более низкой температурой, т.е. машина действует как холодильник,то эффективность характеризуется коэффициентом равным отношению величины отобранного у холодного тела тепла к величине работы, затраченной на этот процесс:

.