La eficiencia de una máquina térmica está determinada por la fórmula. Cómo se diseñan los motores térmicos y cómo funcionan

Para que un motor funcione, es necesario que haya una diferencia de presión en ambos lados del pistón del motor o de las palas de la turbina. En todos los motores térmicos, esta diferencia de presión se logra aumentando la temperatura del fluido de trabajo en cientos de grados en comparación con la temperatura ambiente. Este aumento de temperatura se produce cuando se quema combustible.

El fluido de trabajo de todos los motores térmicos es el gas (ver § 3.11), que trabaja durante la expansión. Denotemos la temperatura inicial del fluido de trabajo (gas) por t 1 . Esta temperatura en las turbinas o máquinas de vapor se alcanza mediante el vapor de la caldera de vapor. en motores Combustión interna y las turbinas de gas, el aumento de temperatura se produce cuando el combustible se quema dentro del propio motor. Temperatura t 1 se llama temperatura del calentador.

El papel del frigorífico.

A medida que se realiza trabajo, el gas pierde energía e inevitablemente se enfría hasta una determinada temperatura. t 2 . Esta temperatura no puede ser inferior a la temperatura ambiente, ya que en de lo contrario la presión del gas será inferior a la atmosférica y el motor no podrá funcionar. Generalmente temperatura t 2 ligeramente superior a la temperatura ambiente. Se llama temperatura del refrigerador. El refrigerador es una atmósfera o dispositivos especiales para enfriar y condensar el vapor residual: los condensadores. En este último caso, la temperatura del frigorífico puede ser ligeramente inferior a la temperatura atmosférica.

Por tanto, en un motor, el fluido de trabajo durante la expansión no puede ceder toda su energía interna para realizar trabajo. Parte de la energía se transfiere inevitablemente a la atmósfera (refrigerador) junto con el vapor residual o los gases de escape de los motores de combustión interna y las turbinas de gas. Esta parte de la energía interna se pierde irremediablemente. Esto es exactamente lo que dice la segunda ley de la termodinámica en la formulación de Kelvin.

Diagrama esquemático motor térmico se muestra en la Figura 5.15. El fluido de trabajo del motor recibe la cantidad de calor durante la combustión del combustible. q 1 , funciona A" y transfiere la cantidad de calor al frigorífico | q 2 | <| q 1 |.

Eficiencia del motor térmico

Según la ley de conservación de la energía, el trabajo realizado por el motor es igual a

(5.11.1)

Dónde q 1 - la cantidad de calor recibido del calentador, a q 2 - la cantidad de calor transferido al frigorífico.

La eficiencia de una máquina térmica es la relación entre el trabajo y el trabajo. A", realizado por el motor, a la cantidad de calor recibido del calentador:

(5.11.2)

Para una turbina de vapor, el calentador es una caldera de vapor, y para los motores de combustión interna, el calentador son los propios productos de la combustión del combustible.

Dado que todos los motores transfieren cierta cantidad de calor al refrigerador, entonces η< 1.

Aplicación de motores térmicos.

De gran importancia es el uso de motores térmicos (principalmente potentes turbinas de vapor) en las centrales térmicas, donde accionan los rotores de los generadores de corriente eléctrica. Aproximadamente el 80% de toda la electricidad de nuestro país se genera en centrales térmicas.

En las centrales nucleares también se instalan motores térmicos (turbinas de vapor). En estas estaciones se utiliza la energía de los núcleos atómicos para producir vapor a alta temperatura.

Todos los tipos principales de transporte moderno utilizan principalmente motores térmicos. Los automóviles utilizan motores de combustión interna de pistón con formación externa de una mezcla combustible (motores de carburador) y motores con formación de una mezcla combustible directamente dentro de los cilindros (diésel). Estos mismos motores están instalados en los tractores.

En el transporte ferroviario hasta mediados del siglo XX. La máquina principal era una máquina de vapor. Ahora utilizan principalmente locomotoras diésel y eléctricas. Pero las locomotoras eléctricas también reciben energía de los motores térmicos de las centrales eléctricas.

El transporte por agua utiliza tanto motores de combustión interna como potentes turbinas para barcos de gran tamaño.

En la aviación, los motores de pistón se instalan en aviones ligeros y los motores turbohélice y a reacción, que también se clasifican como motores térmicos, se instalan en enormes aviones de pasajeros. Los motores a reacción también se utilizan en cohetes espaciales.

Sin motores térmicos, la civilización moderna es impensable. No tendríamos electricidad barata y nos veríamos privados de todo tipo de transporte moderno de alta velocidad.

Objetivo: familiarizarse con los motores térmicos que se utilizan en el mundo moderno.

En el curso de nuestro trabajo, intentamos responder las siguientes preguntas:

• 
  ¿Qué es un motor térmico?
• 
  ¿Cuál es el principio de su funcionamiento?
• 
  ¿Eficiencia del motor térmico?
• 
  ¿Qué tipos de motores térmicos existen?
• 
  ¿Dónde se utilizan?

Las reservas de energía interna en la corteza terrestre y los océanos pueden considerarse prácticamente ilimitadas. Pero no basta con tener reservas de energía. Es necesario poder utilizar la energía para poner en movimiento máquinas herramienta en fábricas y fábricas, vehículos, tractores y otras máquinas, para hacer girar los rotores de los generadores de corriente eléctrica, etc. La humanidad necesita motores, dispositivos capaces de realizar un trabajo. La mayoría de los motores de la Tierra son motores térmicos.

En el experimento más sencillo, que consiste en verter un poco de agua en un tubo de ensayo y llevarlo a ebullición (el tubo de ensayo se cierra inicialmente con un tapón), el tapón, bajo la presión del vapor resultante, se eleva y salta. En otras palabras, la energía del combustible se convierte en energía interna del vapor, y el vapor, al expandirse, realiza un trabajo y arranca el tapón. Así se convierte la energía interna del vapor en energía cinética del tapón.

Si el tubo de ensayo se reemplaza por un cilindro de metal resistente y el tapón por un pistón que se ajusta firmemente a las paredes del cilindro y se mueve libremente a lo largo de ellas, se obtiene el motor térmico más simple.

Los motores térmicos son máquinas en las que la energía interna del combustible se convierte en energía mecánica.

Principios de funcionamiento de los motores térmicos.

Para que un motor funcione, es necesario que haya una diferencia de presión en ambos lados del pistón del motor o de las palas de la turbina. En todos los motores térmicos, esta diferencia de presión se logra aumentando la temperatura del fluido de trabajo en cientos o miles de grados en comparación con la temperatura ambiente. Este aumento de temperatura se produce cuando se quema combustible.

El fluido de trabajo de todos los motores térmicos es el gas, que trabaja durante la expansión. Denotemos la temperatura inicial del fluido de trabajo (gas) por T 1 . Esta temperatura en las turbinas o máquinas de vapor se alcanza mediante el vapor de la caldera de vapor.

En los motores de combustión interna y las turbinas de gas, el aumento de temperatura se produce cuando el combustible se quema dentro del propio motor. Temperatura T 1 se llama temperatura del calentador.

A medida que se realiza trabajo, el gas pierde energía e inevitablemente se enfría hasta una cierta temperatura T2. Esta temperatura no puede ser inferior a la temperatura ambiente, ya que de lo contrario la presión del gas será inferior a la atmosférica y el motor no podrá realizar su trabajo. Normalmente, la temperatura T2 es ligeramente superior a la temperatura ambiente. Se llama temperatura del refrigerador. El refrigerador es una atmósfera o dispositivos especiales para enfriar y condensar el vapor residual. condensadores. En este último caso, la temperatura del frigorífico puede ser inferior a la temperatura atmosférica.

Por tanto, en un motor, el fluido de trabajo durante la expansión no puede ceder toda su energía interna para realizar trabajo. Parte del calor se transfiere inevitablemente al refrigerador (atmósfera) junto con el vapor residual o los gases de escape de los motores de combustión interna y las turbinas de gas. Esta parte de la energía interna se pierde.

El motor térmico funciona utilizando la energía interna del fluido de trabajo. Además, en este proceso, el calor se transfiere de los cuerpos más calientes (se calienta) a los más fríos (refrigerador).

PAG
El diagrama esquemático se muestra en la figura.

Coeficiente de rendimiento (eficiencia) de un motor térmico.

La imposibilidad de convertir completamente la energía interna del gas en trabajo de motores térmicos se debe a la irreversibilidad de los procesos en la naturaleza. Si el calor pudiera regresar espontáneamente del refrigerador al calentador, entonces cualquier máquina térmica podría convertir completamente la energía interna en trabajo útil.

El factor de eficiencia de un motor térmico η es la relación porcentual entre el trabajo útil Ap realizado por el motor y la cantidad de calor Q 1 recibido del calentador.

Fórmula:

Dado que todos los motores transfieren cierta cantidad de calor al refrigerador, entonces η

Valor máximo de eficiencia

z Las leyes de la termodinámica nos permiten calcular la máxima eficiencia posible de un motor térmico. Esto lo hizo por primera vez el ingeniero y científico francés Sadi Carnot (1796-1832) en su obra “Reflexiones sobre la fuerza motriz del fuego y sobre las máquinas capaces de desarrollar esta fuerza” (1824).

A
A Arno se le ocurrió un motor térmico ideal con un gas ideal como fluido de trabajo. Obtuvo el siguiente valor para la eficiencia de esta máquina:

T 1 – temperatura del calentador

T 2 – temperatura del refrigerador

El principal significado de esta fórmula es que, como demostró Carnot, cualquier Motor térmico real que funciona con un calentador que tiene una temperatura T. 1 , y un frigorífico con temperatura T 2 , no puede tener una eficiencia superior a la de un motor térmico ideal.

La fórmula proporciona el límite teórico para el valor máximo de eficiencia de los motores térmicos. Muestra que cuanto mayor es la temperatura del calentador y menor es la temperatura del refrigerador, más eficiente es un motor térmico.

Pero la temperatura del frigorífico no puede ser inferior a la temperatura ambiente. Puede aumentar la temperatura del calentador. Sin embargo, cualquier material (cuerpo sólido) tiene una resistencia al calor o resistencia al calor limitada. Cuando se calienta, pierde gradualmente sus propiedades elásticas y, a una temperatura suficientemente alta, se funde.

Ahora los principales esfuerzos de los ingenieros están dirigidos a incrementar la eficiencia de los motores reduciendo la fricción de sus piezas, las pérdidas de combustible por combustión incompleta, etc. Las oportunidades reales para aumentar la eficiencia siguen siendo grandes.

Motor de combustión interna

Un motor de combustión interna es un motor térmico en el que se utilizan como fluido de trabajo gases de alta temperatura generados por la combustión de combustible líquido o gaseoso directamente dentro de la cámara de un motor de pistón.

La estructura de un motor de automóvil de cuatro tiempos.

• 
  cilindro,
• 
  la cámara de combustión,
• 
  pistón,
• 
  válvula de entrada;
• 
  válvula de salida,
• 
  vela;
• 
  biela;
• 
  volante.

Operación del motor

1 barra- "succión" el pistón se mueve hacia abajo, una mezcla combustible de vapor de gasolina y aire es aspirada hacia la cámara de combustión a través de la válvula de admisión. Al final de la carrera, la válvula de succión se cierra;

2 medida- “compresión”: el pistón se eleva comprimiendo la mezcla combustible. Al final del golpe, salta una chispa en la vela y se enciende la mezcla combustible;

3 medida- "golpe de potencia": los productos de combustión gaseosos alcanzan altas temperaturas y presiones, presionan con gran fuerza el pistón, que desciende y, con la ayuda de una biela y una manivela, hacen girar el cigüeñal;

4 medida- "escape": el pistón se eleva y, a través de la válvula de salida, empuja los gases de escape a la atmósfera. Temperatura de los gases emitidos 500 0

EN Los motores de cuatro cilindros se utilizan con mayor frecuencia en los automóviles. El funcionamiento de los cilindros está coordinado de tal manera que en cada uno de ellos se produce una carrera de trabajo por turno y el cigüeñal siempre recibe energía de uno de los pistones. También están disponibles motores de ocho cilindros. Los motores multicilíndricos proporcionan una mejor uniformidad de rotación del eje y tienen mayor potencia.

Los motores de carburador se utilizan en turismos de potencia relativamente baja. Diésel: en vehículos más pesados ​​y de mayor potencia (tractores, tractores de carga, locomotoras diésel),
en varios tipos de barcos.

Turbina de vapor

5– eje, 4 – disco, 3 – vapor, 2 – cuchillas,

1 – omóplatos.

PAG La turbina de vapor es la parte principal de una central eléctrica de vapor. En una central eléctrica de vapor, el vapor de agua sobrecalentado con una temperatura de aproximadamente 300-500 0 C y una presión de 17-23 MPa sale de la caldera hacia la línea de vapor. El vapor acciona el rotor de una turbina de vapor, que a su vez acciona el rotor de un generador eléctrico, que produce corriente eléctrica. El vapor residual ingresa al condensador, donde se licua, el agua resultante se alimenta a la caldera de vapor mediante una bomba y se convierte nuevamente en vapor.

El combustible líquido o sólido atomizado se quema en la cámara de combustión y calienta la caldera.

Estructura de turbina

• 
  Tambor con sistema de boquillas: tubos expansivos de configuración especial;
• 
  rotor: un disco giratorio con un sistema de palas.

Los chorros de vapor que salen de las toberas a una velocidad enorme (600-800 m/s) se dirigen a las palas del rotor de la turbina, ejerciendo presión sobre ellas y haciendo que el rotor gire a alta velocidad (50 rps). La energía interna del vapor se convierte en energía mecánica de rotación del rotor de la turbina. El vapor, que se expande al salir de la boquilla, funciona y se enfría. El vapor de escape sale a la línea de vapor, su temperatura en este punto se vuelve ligeramente superior a 100 ° C, luego el vapor ingresa al condensador, cuya presión es varias veces menor que la atmosférica. El condensador se enfría con agua fría.

La primera turbina de vapor que encontró aplicación práctica fue fabricada por G. Laval en 1889.

Combustible utilizado: sólido: carbón, esquisto, turba; líquido: aceite, fueloil. Gas natural.

Las turbinas se instalan en centrales térmicas y nucleares. Generan más del 80% de la electricidad. En los grandes barcos se instalan potentes turbinas de vapor.

Turbina de gas

Una ventaja importante de esta turbina es la conversión simplificada de la energía interna del gas en movimiento de rotación del eje.

Principio de operación

Se suministra aire comprimido a una temperatura de aproximadamente 200 ° C a la cámara de combustión de una turbina de gas mediante un compresor y se inyecta combustible líquido (queroseno, fueloil) a alta presión. Durante la combustión del combustible, el aire y los productos de la combustión se calientan a una temperatura de 1500-2200°C. El gas que se mueve a alta velocidad se dirige a las palas de la turbina. Al pasar de un rotor de turbina a otro, el gas cede su energía interna, lo que hace que el rotor gire.

Cuando sale de una turbina de gas, el gas tiene una temperatura de 400-500 0 C.

La energía mecánica resultante se utiliza, por ejemplo, para hacer girar la hélice de un avión o el rotor de un generador eléctrico.

Las turbinas de gas son motores de gran potencia, por eso se utilizan en la aviación

Motores de jet

Principio de operación

En la cámara de combustión se quema combustible para cohetes (por ejemplo, una carga de pólvora) y los gases resultantes presionan con gran fuerza las paredes de la cámara. En un lado de la cámara hay una tobera a través de la cual los productos de combustión salen al espacio circundante. Por otro lado, los gases en expansión ejercen presión sobre el cohete, como un pistón, y lo empujan hacia adelante.

PAG Los cohetes de nuez son motores de combustible sólido. Siempre están listos para funcionar, son fáciles de arrancar, pero es imposible detener o controlar un motor de este tipo.

Los motores de cohetes líquidos, cuyo suministro de combustible se puede regular, son mucho más fiables de controlar.

En 1903, K. E. Tsiolkovsky propuso el diseño de dicho cohete.

Los motores a reacción se utilizan en cohetes espaciales. Los enormes aviones de pasajeros están equipados con motores turborreactores y a reacción.

Recursos utilizados

• 
  Física. Manual del estudiante de la escuela. Desarrollo científico y compilación de T. Feshchenko, V. Vozhegova: M.: Sociedad Filológica “Slovo”, Compañía “Klyuch-S”, 1995. – 576 p.
• 
  G.Ya. Myakishev, B.B. Bujovtsev. Física: libro de texto. para décimo grado promedio escuela – 2ª ed. – M.: Educación, 1992. – 222 p.: enfermo.
• 
  ÉL. Baranova. Trabajo final de un estudiante de cursos de formación avanzada en el Centro Ruso de Educación Educativa en el marco del programa “Tecnologías de Internet para profesores de asignaturas”. Presentación “Motores Térmicos”, 2005
• 
  http://pla.by.ru/art_altengines.htm - modelos de motores e imágenes animadas
• 
  http://festival.1september.ru/2004_2005/index.php?numb_artic=211269 Festival de ideas pedagógicas “Lección abierta 2004-2005” L.V. Samoílova

• 
  http://old.prosv.ru/metod/fadeeva7-8-9/07.htm Libro de Física 7-8-9 para el profesor A.A. Fadeeva, A.V. Tornillo

Un motor en el que la energía interna del combustible que se quema se convierte en trabajo mecánico.

Cualquier motor térmico consta de tres partes principales: calentador, trabajando fluidamente(gas, líquido, etc.) y refrigerador. El funcionamiento del motor se basa en un proceso cíclico (este es el proceso como resultado del cual el sistema vuelve a su estado original).

Motor térmico de ciclo directo

Una propiedad común de todos los procesos cíclicos (o circulares) es que no pueden llevarse a cabo poniendo el fluido de trabajo en contacto térmico con un solo depósito de calor. Necesitas al menos dos de ellos. Un depósito de calor con una temperatura más alta se llama calentador y un depósito de calor con una temperatura más baja se llama refrigerador. Realizando un proceso circular, el fluido de trabajo recibe una determinada cantidad de calor Q 1 del calentador (se produce expansión) y cede una cantidad de calor Q 2 al frigorífico cuando vuelve a su estado original y se contrae. La cantidad total de calor Q=Q 1 -Q 2 recibida por el fluido de trabajo por ciclo es igual al trabajo realizado por el fluido de trabajo en un ciclo.

Ciclo inverso del refrigerador

En el ciclo inverso, la expansión ocurre a menor presión y la compresión ocurre a mayor presión. Por tanto, el trabajo de compresión es mayor que el trabajo de expansión; el trabajo no lo realiza el fluido de trabajo, sino fuerzas externas. Este trabajo se convierte en calor. Por tanto, en una máquina frigorífica, el fluido de trabajo toma una cierta cantidad de calor Q 1 del frigorífico y transfiere una mayor cantidad de calor Q 2 al calentador.

Eficiencia

Ciclo directo:

Indicador de eficiencia del frigorífico:

ciclo de carnot

En los motores térmicos, se esfuerzan por lograr la conversión más completa de energía térmica en energía mecánica. Máxima eficiencia.

La figura muestra los ciclos utilizados en un motor de carburador de gasolina y en un motor diésel. En ambos casos, el fluido de trabajo es una mezcla de vapor de gasolina o diésel con aire. El ciclo de un motor de combustión interna con carburador consta de dos isocoros (1–2, 3–4) y dos adiabáticos (2–3, 4–1). Un motor diésel de combustión interna funciona en un ciclo que consta de dos adiabáticas (1–2, 3–4), una isobara (2–3) y una isócora (4–1). La eficiencia real de un motor de carburador es aproximadamente del 30% y la de un motor diésel es aproximadamente del 40%.

El físico francés S. Carnot desarrolló el funcionamiento de una máquina térmica ideal. La parte funcional de un motor Carnot se puede imaginar como un pistón en un cilindro lleno de gas. Dado que la máquina de Carnot es El coche es puramente teórico, es decir, ideal., las fuerzas de fricción entre el pistón y el cilindro y las pérdidas de calor se consideran iguales a cero. El trabajo mecánico es máximo si el fluido de trabajo realiza un ciclo que consta de dos isotermas y dos adiabáticas. Este ciclo se llama ciclo de carnot.

sección 1-2: el gas recibe una cantidad de calor Q 1 del calentador y se expande isotérmicamente a la temperatura T 1
sección 2-3: el gas se expande adiabáticamente, la temperatura desciende a la temperatura del refrigerador T 2
sección 3-4: el gas se comprime exotérmicamente, mientras transfiere la cantidad de calor Q 2 al refrigerador
Sección 4-1: El gas se comprime adiabáticamente hasta que su temperatura aumenta a T1.
El trabajo realizado por el fluido de trabajo es el área de la figura resultante 1234.

Un motor de este tipo funciona de la siguiente manera:

1. Primero, el cilindro entra en contacto con un depósito caliente y el gas ideal se expande a temperatura constante. Durante esta fase, el gas recibe una cierta cantidad de calor del depósito caliente.
2. El cilindro queda entonces rodeado por un perfecto aislamiento térmico, gracias al cual se conserva la cantidad de calor disponible en el gas y el gas continúa expandiéndose hasta que su temperatura desciende hasta la temperatura del depósito térmico frío.
3. En la tercera fase, se retira el aislamiento térmico y el gas del cilindro, al estar en contacto con el depósito frío, se comprime cediendo parte del calor al depósito frío.
4. Cuando la compresión alcanza un cierto punto, el cilindro se vuelve a rodear de aislamiento térmico y se comprime el gas elevando el pistón hasta que su temperatura es igual a la temperatura del depósito caliente. Posteriormente se retira el aislamiento térmico y se repite nuevamente el ciclo desde la primera fase.

>>Física: El principio de funcionamiento de los motores térmicos. Coeficiente de rendimiento (eficiencia) de los motores térmicos.

Las reservas de energía interna en la corteza terrestre y los océanos pueden considerarse prácticamente ilimitadas. Pero para resolver problemas prácticos no basta con tener reservas de energía. También es necesario poder utilizar la energía para poner en movimiento máquinas herramienta en fábricas y fábricas, vehículos, tractores y otras máquinas, para hacer girar los rotores de los generadores de corriente eléctrica, etc. La humanidad necesita motores, dispositivos capaces de realizar un trabajo. La mayoría de los motores de la Tierra son motores térmicos. Los motores térmicos son dispositivos que convierten la energía interna del combustible en energía mecánica.
Principios de funcionamiento de los motores térmicos. Para que un motor funcione, es necesario que haya una diferencia de presión en ambos lados del pistón del motor o de las palas de la turbina. En todos los motores térmicos, esta diferencia de presión se logra aumentando la temperatura del fluido de trabajo (gas) en cientos o miles de grados en comparación con la temperatura ambiente. Este aumento de temperatura se produce cuando se quema combustible.
Una de las partes principales del motor es un recipiente lleno de gas con un pistón móvil. El fluido de trabajo de todos los motores térmicos es el gas, que trabaja durante la expansión. Denotemos la temperatura inicial del fluido de trabajo (gas) por T1. Esta temperatura en las turbinas o máquinas de vapor se alcanza mediante el vapor de la caldera de vapor. En los motores de combustión interna y las turbinas de gas, el aumento de temperatura se produce cuando el combustible se quema dentro del propio motor. Temperatura T 1 temperatura del calentador."
El papel del frigorífico. A medida que se realiza trabajo, el gas pierde energía e inevitablemente se enfría hasta una determinada temperatura. T 2, que suele ser ligeramente superior a la temperatura ambiente. la llaman temperatura del refrigerador. El refrigerador es una atmósfera o dispositivos especiales para enfriar y condensar el vapor residual. condensadores. En este último caso, la temperatura del frigorífico puede ser ligeramente inferior a la temperatura atmosférica.
Por tanto, en un motor, el fluido de trabajo durante la expansión no puede ceder toda su energía interna para realizar trabajo. Parte del calor se transfiere inevitablemente al refrigerador (atmósfera) junto con el vapor residual o los gases de escape de los motores de combustión interna y las turbinas de gas. Esta parte de la energía interna se pierde.
Una máquina térmica realiza trabajo utilizando la energía interna del fluido de trabajo. Además, en este proceso, el calor se transfiere de los cuerpos más calientes (calentador) a los más fríos (refrigerador).
El diagrama esquemático de un motor térmico se muestra en la Figura 13.11.
El fluido de trabajo del motor recibe calor del calentador durante la combustión del combustible. Pregunta 1 funciona A´ y transfiere la cantidad de calor al refrigerador. Pregunta 2 .
Coeficiente de rendimiento (eficiencia) de un motor térmico. La imposibilidad de convertir completamente la energía interna del gas en trabajo de motores térmicos se debe a la irreversibilidad de los procesos en la naturaleza. Si el calor pudiera regresar espontáneamente del refrigerador al calentador, entonces cualquier motor térmico podría convertir completamente la energía interna en trabajo útil.
Según la ley de conservación de la energía, el trabajo realizado por el motor es igual a:

Dónde Pregunta 1- la cantidad de calor recibido del calentador, y Pregunta 2- la cantidad de calor transferido al frigorífico.
Coeficiente de rendimiento (eficiencia) de un motor térmico. llamada actitud de trabajo A realizado por el motor a la cantidad de calor recibido del calentador:

Dado que todos los motores transfieren cierta cantidad de calor al refrigerador, entonces η<1.
La eficiencia de un motor térmico es proporcional a la diferencia de temperatura entre el calentador y el refrigerador. En T 1-T 2=0 El motor no puede funcionar.
Valor máximo de eficiencia de los motores térmicos. Las leyes de la termodinámica permiten calcular la máxima eficiencia posible de un motor térmico que funciona con un calentador que tiene una temperatura T 1 y un frigorífico con temperatura T 2. Esto lo hizo por primera vez el ingeniero y científico francés Sadi Carnot (1796-1832) en su obra “Reflexiones sobre la fuerza motriz del fuego y sobre las máquinas capaces de desarrollar esta fuerza” (1824).
A Carnot se le ocurrió una máquina térmica ideal con un gas ideal como fluido de trabajo. Una máquina térmica de Carnot ideal funciona en un ciclo que consta de dos isotermas y dos adiabáticas. Primero, un recipiente con gas se pone en contacto con un calentador, el gas se expande isotérmicamente, realizando un trabajo positivo, a una temperatura T1, al mismo tiempo recibe la cantidad de calor Pregunta 1.
Luego se aísla térmicamente el recipiente, el gas continúa expandiéndose adiabáticamente, mientras su temperatura desciende a la temperatura del frigorífico. T 2. Después de esto, el gas se pone en contacto con el frigorífico durante la compresión isotérmica, transfiere una cantidad de calor al frigorífico; Pregunta 2, reduciéndose al volumen V 4 . Luego se vuelve a aislar térmicamente el recipiente y el gas se comprime adiabáticamente hasta alcanzar el volumen V 1 y vuelve a su estado original.
Carnot obtuvo la siguiente expresión para la eficiencia de esta máquina:

Como era de esperar, la eficiencia de una máquina de Carnot es directamente proporcional a la diferencia en las temperaturas absolutas del calentador y del refrigerador.
El significado principal de esta fórmula es que cualquier motor térmico real que funcione con un calentador que tenga una temperatura T1, y un frigorífico con temperatura T 2, no puede tener una eficiencia superior a la de un motor térmico ideal.

La fórmula (13.19) da el límite teórico para el valor máximo de eficiencia de los motores térmicos. Muestra que cuanto mayor es la temperatura del calentador y menor es la temperatura del refrigerador, más eficiente es un motor térmico. Sólo a una temperatura del frigorífico igual al cero absoluto, η =1.
Pero la temperatura del frigorífico prácticamente no puede ser inferior a la temperatura ambiente. Puede aumentar la temperatura del calentador. Sin embargo, cualquier material (cuerpo sólido) tiene una resistencia al calor o resistencia al calor limitada. Cuando se calienta, pierde gradualmente sus propiedades elásticas y, a una temperatura suficientemente alta, se funde.
Ahora los principales esfuerzos de los ingenieros están dirigidos a aumentar la eficiencia de los motores reduciendo la fricción de sus piezas, las pérdidas de combustible debido a una combustión incompleta, etc. Las oportunidades reales para aumentar la eficiencia siguen siendo grandes. Así, para una turbina de vapor, las temperaturas inicial y final del vapor son aproximadamente las siguientes: T 1≈800 K y T 2≈300 K. A estas temperaturas, el valor máximo de eficiencia es: