Часть II
Эти части обеспечивают три последовательных действия двигателя.
1. Нагреватель передает рабочему телу определенное количество тепла Q1.
2. Часть этого тепла расходуется на расширение рабочего тела, совершение механической работы (А) и приведение в движение подвижных частей двигателя (например, поршня, вала турбины и т.п.)
3. Для обеспечения работы двигателя необходимо рабочее тело после каждого расширения возвращать в исходное положение. Для этого рабочее тело должно быть сжато и процесс повторяется. Для сжатия рабочего тела необходимо передать от него холодильнику определенное количество теплоты Q2 (Q2 < Q1). Поэтому во всех тепловых двигателях на совершение рабочим телом полезной работы (Aп), расходуется только (Q1 – Q2) часть внутренней энергии топлива (рис. 6.5):
Aп = Q1 – Q2.
Таким образом, работа циклического теплового двигателя состоит из повторяющихся циклов. Важным принципом, обеспечивающим периодичность работы тепловых двигателей, является то, что температура холодильника всегда должна быть ниже температуры нагревателя. Несмотря на широкое распространение, ни один тепловой двигатель не дает 100% эффективности, то есть невозможно полностью преобразовать внутреннюю энергию в механическую энергию.
цикл (от греч. “киклос” – круг,
замкнутый процесс)
Эффективность тепловых двигателей определяется физической величиной – коэффициентом полезного действия (КПД) двигателя.
– КПД двигателя показывает, какая часть общей энергии, отдаваемой нагревателем, расходуется на полезную работу.
Отношение полезной работы, совершаемой двигателем, к количеству тепла, получаемого им от нагревателя, называется коэффициентом полезного действия теплового двигателя.
КПД обычно обозначается греческой буквой η (эта). Это безразмерная величина, выражаемая в процентах:
η =
Aп
Q1
· 100% или η =
Q1 - Q2
Q1
· 100%.
Из этих выражений видно, что при работе любого теплового двигателя не вся энергия, передаваемая от нагревателя к рабочему телу, используется для выполнения механической работы, а лишь ее часть. Поэтому КПД всех тепловых двигателей всегда меньше 1 (меньше 100%).
В связи с этим возникают следующие важные вопросы, имеющие практическое значение:
– Если получить 100% КПД от тепловых двигателей в принципе невозможно, то к какому максимально возможному значению КПД должны стремиться инженеры в тепловых двигателях?