Основні відомості

Левова частина двигунів на Землі – це теплові двигуни.  І хоча винайшли
їх досить давно, уявити сучасне життя без них просто неможливо. Дійсно,
більшість літаків, кораблів, машин та автомобілів обладнані саме такими
двигунами. Отже, що ж розуміють під тепловими двигунами?

 Теплові двигуни – це пристрої, що перетворюють енергію палива в
механічну енергію.

Спробуємо розглянути ці двигуни більш детально.

Принципи дії теплових двигунів. 

Для того щоб двигун робив роботу, необхідна різниця тисків по обох
сторонах поршня двигуна чи лопат турбіни. В усіх теплових двигунах ця
різниця тисків досягається за рахунок підвищення температури робочого
тіла на сотні або тисячі  градусів у порівнянні з температурою
навколишнього середовища. Таке підвищення температури відбувається при
згорянні палива.

Робочим тілом у всіх теплових двигунів є газ, що робить роботу при
розширенні. Позначимо початкову температуру робочого тіла (газу) через
t1. 

У двигунах внутрішнього згоряння і газових турбін підвищення температури
відбувається при згорянні палива усередині самого двигуна. Температуру
Т1 називають температурою нагрівача. 

Коефіцієнт корисної дії (ККД) теплового двигуна. Неможливість  повного  
перетворення внутрішньої енергії газу в роботу теплових двигунів
обумовлена необоротністю процесів у природі. Якби теплота могла
мимовільно повертатися від холодильника до нагрівача, то внутрішня
енергія могла б бути цілком перетворена в корисну роботу за допомогою
будь-якого теплового двигуна.

Відповідно до   закону   збереження енергії робота, здійснювана
двигуном, дорівнює:

A'=|Ql|-|Q2|

де Q1 — кількість теплоти, отримана від нагрівача, a Q2 -кількість
теплоти, віддана холодильнику.

Коефіцієнтом корисної дії теплового двигуна називають відношення роботи
А', здійсненої двигуном, до кількості теплоти, 

отриманій від нагрівача:

ККД теплового двигуна менше одиниці. При Т1-Т2=0 двигун не може
працювати.

 Максимальне значення ККД теплових двигунів. Закони термодинаміки
дозволяють обчислити максимально можливий ККД теплового двигуна, що
працює з нагрівачем, що має температуру Т1, і холодильником з
температурою Т2. Уперше це зробив французький інженер і вчений Сади
Карно .

Карно придумав ідеальну теплову машину з ідеальним газом як робоче тіло.
Він одержав для ККД цієї машини наступне значення:

Як і очікувалось, ККД машини Карно прямо 

пропорційний різниці абсолютних температур нагрівача і холодильника.

Головне значення цієї формули полягає в тому, як довів Карно, що
будь-яка реальна теплова машина, що працює з нагрівачем, що має
температуру Т1, і холодильником з температурою Т2 не може мати ККД, що
перевищує ККД ідеальної теплової машини.

 При температурі холодильника, рівній абсолютному нулю, ?=1

Теплові двигуни й охорона природи. Повсюдне застосування теплових
двигунів з метою одержання зручної для використання енергії зв'язано з
впливом на навколишнє середовище. Відповідно до законів термодинаміки
виробництво електричної і механічної енергії в принципі не може бути