A hőmotor hatásfokát a képlet határozza meg. Hogyan készülnek a hőmotorok és hogyan működnek

Ahhoz, hogy a motor működjön, nyomáskülönbségnek kell lennie a motor dugattyújának vagy a turbina lapátjainak mindkét oldalán. Ezt a nyomáskülönbséget minden hőmotorban úgy érik el, hogy a munkaközeg hőmérsékletét több száz fokkal növelik a környezeti hőmérséklethez képest. Ez a hőmérséklet-emelkedés akkor következik be, amikor az üzemanyag ég.

Minden hőmotor munkaközege gáz (lásd 3.11. §), amely a tágulás során működik. Jelöljük a munkaközeg (gáz) kezdeti hőmérsékletét T 1 . Ezt a hőmérsékletet a gőzturbinákban vagy gépekben a gőzkazánban lévő gőz biztosítja. A motorokban belső égésés gázturbinák esetén a hőmérséklet-emelkedés akkor következik be, amikor magában a motorban ég az üzemanyag. Hőfok T 1 fűtési hőmérsékletnek nevezzük.

A hűtőszekrény szerepe

A munkavégzés során a gáz energiát veszít, és elkerülhetetlenül lehűl egy bizonyos hőmérsékletre T 2 . Ez a hőmérséklet nem lehet alacsonyabb a hőmérsékletnél környezet, mivel ben másképp a gáznyomás a légkörinél kisebb lesz, és a motor nem tud működni. Általában hőmérséklet T 2 valamivel magasabb, mint a környezeti hőmérséklet. Ezt hívják hűtőszekrény hőmérsékletének. A hűtőszekrény légkör vagy speciális eszközök a hulladékgőz hűtésére és kondenzálására - kondenzátorok. Ez utóbbi esetben a hűtőszekrény hőmérséklete valamivel alacsonyabb lehet, mint a légköri hőmérséklet.

Így egy motorban a munkafolyadék az expanzió során nem tudja teljes belső energiáját feladni a munka elvégzésére. Az energia egy része elkerülhetetlenül a légkörbe (hűtőszekrénybe) kerül a belső égésű motorok és gázturbinák hulladékgőzével vagy kipufogógázaival együtt. A belső energiának ez a része helyrehozhatatlanul elvész. Pontosan ezt mondja Kelvin megfogalmazásában a termodinamika második főtétele.

Sematikus ábrája hőerőgépábrán látható 5.15. A motor munkaközege az üzemanyag égése során kapja meg a hőmennyiséget K 1 , működik A"és átadja a hőmennyiséget a hűtőbe | K 2 | <| K 1 |.

A hőmotor hatékonysága

Az energiamegmaradás törvénye szerint a motor által végzett munka egyenlő

(5.11.1)

Ahol K 1 - a fűtőberendezéstől kapott hőmennyiség, a K 2 - a hűtőnek átadott hőmennyiség.

A hőgép hatásfoka a munkaarány A", a motor által a fűtőberendezéstől kapott hőmennyiséghez képest:

(5.11.2)

Gőzturbinánál a fűtőelem egy gőzkazán, a belső égésű motoroknál pedig maguk a tüzelőanyag égéstermékei a fűtőelem.

Mivel minden motor bizonyos mennyiségű hőt ad át a hűtőnek, akkor η< 1.

Hőgépek alkalmazása

A legnagyobb jelentőségű a hőgépek (főleg nagy teljesítményű gőzturbinák) alkalmazása a hőerőművekben, ahol ezek hajtják meg az elektromos áramfejlesztők forgórészét. Hazánkban az összes villamos energia mintegy 80%-át hőerőművekben állítják elő.

Az atomerőművekben hőmotorokat (gőzturbinákat) is telepítenek. Ezeken az állomásokon az atommagok energiáját használják fel magas hőmérsékletű gőz előállítására.

A modern közlekedés minden fő típusa elsősorban hőmotorokat használ. Az autók dugattyús belső égésű motorokat használnak éghető keverék külső kialakításával (karburátoros motorok), és olyan motorokat, amelyek éghető keveréket közvetlenül a hengerek belsejében képeznek (dízelek). Ugyanezek a motorok vannak felszerelve a traktorokra is.

A vasúti közlekedésben a 20. század közepéig. A főgép egy gőzgép volt. Most főleg dízelmozdonyokat és elektromos mozdonyokat használnak. De az elektromos mozdonyok az erőművek hőmotorjaitól is kapnak energiát.

A vízi közlekedés belső égésű motorokat és nagy teljesítményű turbinákat egyaránt használ a nagy hajókhoz.

A repülésben a könnyű repülőgépekre dugattyús hajtóműveket, a hatalmas utasszállítókra pedig turbólégcsavaros és sugárhajtóműveket, amelyek szintén a hőmotorok közé tartoznak. A sugárhajtóműveket űrrakétákon is használják.

Hőmotorok nélkül a modern civilizáció elképzelhetetlen. Nem lenne olcsó áramunk, és megfosztanák a modern nagysebességű közlekedés minden típusától.

Cél: megismerkedni a modern világban használt hőmotorokkal.

Munkánk során az alábbi kérdésekre próbáltunk választ adni:

• 
  Mi az a hőmotor?
• 
  Mi a működési elve?
• 
  Hőmotor hatékonysága?
• 
  Milyen típusú hőmotorok léteznek?
• 
  Hol használják?

A földkéregben és az óceánokban lévő belső energiakészletek gyakorlatilag korlátlannak tekinthetők. Az energiatartalékok azonban nem elegendőek. Szükséges az energia felhasználása a gyári és gyári szerszámgépek, járművek, traktorok és egyéb gépek mozgásba hozásához, elektromos áramfejlesztők forgórészeinek forgatásához, stb. Az emberiségnek szüksége van motorokra - munkavégzésre alkalmas eszközökre. A Földön a legtöbb motor hőmotor.

A legegyszerűbb kísérletben, amely abból áll, hogy egy kémcsőbe vizet öntünk és felforraljuk (a kémcsövet kezdetben dugóval zárják), a dugó a keletkező gőz nyomása alatt felemelkedik és kiugrik. Más szóval, az üzemanyag energiája a gőz belső energiájává alakul át, és a gőz kitágulva működik, kiüti a dugót. Így alakul át a gőz belső energiája a dugó mozgási energiájává.

Ha a kémcsövet egy erős fémhengerre cseréljük, a dugót pedig egy dugattyúval, amely szorosan illeszkedik a henger falaihoz és szabadon mozog azok mentén, akkor a legegyszerűbb hőmotort kapja.

A hőgépek olyan gépek, amelyekben az üzemanyag belső energiája mechanikai energiává alakul.

A hőgépek működési elvei.

Ahhoz, hogy a motor működjön, nyomáskülönbségnek kell lennie a motor dugattyújának vagy a turbina lapátjainak mindkét oldalán. Ezt a nyomáskülönbséget minden hőmotorban úgy érik el, hogy a munkaközeg hőmérsékletét több száz vagy ezer fokkal megnövelik a környezeti hőmérséklethez képest. Ez a hőmérséklet-emelkedés az üzemanyag elégetésekor következik be.

Minden hőmotor munkaközege gáz, ami a tágulás során működik. Jelöljük a munkaközeg (gáz) kezdeti hőmérsékletét T 1 -gyel. Ezt a hőmérsékletet a gőzturbinákban vagy gépekben a gőzkazánban lévő gőz biztosítja.

A belső égésű motorokban és gázturbinákban a hőmérséklet-emelkedés akkor következik be, amikor magában a motorban ég el az üzemanyag. Hőmérséklet T 1 fűtési hőmérsékletnek nevezzük.

A munkavégzés során a gáz energiát veszít, és elkerülhetetlenül lehűl egy bizonyos T2 hőmérsékletre. Ez a hőmérséklet nem lehet alacsonyabb a környezeti hőmérsékletnél, mert különben a gáznyomás a légkörinél kisebb lesz, és a motor nem tud dolgozni. Általában a T2 hőmérséklet valamivel magasabb, mint a környezeti hőmérséklet. Ezt hívják hűtőszekrény hőmérsékletének. A hűtőszekrény légkör vagy speciális berendezések a hulladékgőz hűtésére és kondenzálására - kondenzátorok. Ez utóbbi esetben a hűtőszekrény hőmérséklete alacsonyabb lehet, mint a légköri hőmérséklet.

Így egy motorban a munkafolyadék az expanzió során nem tudja teljes belső energiáját feladni a munka elvégzésére. A hő egy része elkerülhetetlenül átkerül a hűtőszekrénybe (atmoszférába) a belső égésű motorok és gázturbinák hulladékgőzével vagy kipufogógázaival együtt. A belső energia ezen része elvész.

A hőmotor a munkaközeg belső energiájával működik. Sőt, ebben a folyamatban a hő átadódik a forróbb testekről (felmelegszik) a hidegebbekre (hűtőszekrény).

P
A sematikus diagram az ábrán látható.

Hőmotor teljesítménytényezője (hatékonysága).

A gáz belső energiájának teljes átalakításának lehetetlensége a hőmotorok munkájába a természetben zajló folyamatok visszafordíthatatlansága miatt. Ha a hűtőből a hőt spontán módon vissza lehetne juttatni a fűtőberendezésbe, akkor a belső energiát bármely hőmotor teljesen hasznos munkává tudná alakítani.

A hőgép hatásfoka η a motor által elvégzett A p hasznos munka és a fűtőberendezéstől kapott Q 1 hőmennyiség százalékos aránya.

Képlet:

Mivel minden motor bizonyos mennyiségű hőt ad át a hűtőnek, akkor η

Maximális hatékonysági érték

Z A termodinamika törvényei lehetővé teszik a hőmotor maximális lehetséges hatásfokának kiszámítását. Ezt először a francia mérnök és tudós, Sadi Carnot (1796-1832) tette meg „Elmélkedések a tűz hajtóerejéről és az ezen erőt kifejleszteni képes gépekről” (1824) című munkájában.

NAK NEK
Arno egy ideális hőmotorral állt elő, ideális gázzal, mint munkafolyadékkal. A következő értéket kapta a gép hatékonyságára vonatkozóan:

T 1 – fűtőtest hőmérséklete

T 2 – hűtőszekrény hőmérséklete

Ennek a képletnek a fő jelentősége az, hogy Carnot bebizonyította, hogy bármelyik valódi hőmotor, amely T hőmérsékletű fűtőberendezéssel működik 1 és egy T hőmérsékletű hűtőszekrényt 2 , hatásfoka nem haladhatja meg egy ideális hőmotorét.

A képlet megadja a hőgépek maximális hatásfok értékének elméleti határát. Ez azt mutatja, hogy minél magasabb a fűtőelem és minél alacsonyabb a hűtőszekrény hőmérséklete, annál hatékonyabb a hőmotor.

De a hűtőszekrény hőmérséklete nem lehet alacsonyabb, mint a környezeti hőmérséklet. Növelheti a fűtőelem hőmérsékletét. Azonban minden anyag (szilárd test) korlátozott hőállósággal vagy hőállósággal rendelkezik. Melegítéskor fokozatosan elveszíti rugalmas tulajdonságait, és kellően magas hőmérsékleten megolvad.

Most a mérnökök fő erőfeszítései a motorok hatékonyságának növelésére irányulnak az alkatrészeik súrlódásának, a tökéletlen égés miatti üzemanyagveszteségnek stb. A hatékonyság növelésének valódi lehetőségei itt továbbra is nagyok.

Belsőégésű motor

A belső égésű motor olyan hőmotor, amelyben a folyékony vagy gáz halmazállapotú tüzelőanyag égése során közvetlenül a dugattyús motor kamrájában keletkező magas hőmérsékletű gázokat használják munkaközegként.

A négyütemű autómotor felépítése.

• 
  henger,
• 
  az égéstér,
• 
  dugattyú,
• 
  szívószelep;
• 
  kimeneti szelep,
• 
  gyertya;
• 
  összekötő rúd;
• 
  lendkerék.

A motor működése

1 mérték- „szívás” a dugattyú lefelé mozog, a szívószelepen keresztül benzingőz és levegő éghető keveréke szívódik be az égéstérbe. A löket végén a szívószelep bezárul;

2 mérték- „kompresszió” - a dugattyú felemelkedik, összenyomja az éghető keveréket. A löket végén egy szikra ugrik a gyertyában, és az éghető keverék meggyullad;

3 mérték- „teljesítménylöket” - a gáznemű égéstermékek magas hőmérsékletet és nyomást érnek el, nagy erővel nyomják a dugattyút, amely lefelé halad, és egy hajtórúd és a hajtókar segítségével a főtengely elfordulását idézi elő;

4 mérték- „kipufogó” - a dugattyú felemelkedik, és a kimeneti szelepen keresztül a kipufogógázokat a légkörbe nyomja. A kibocsátott gázok hőmérséklete 500 0

BAN BEN A négyhengeres motorokat leggyakrabban az autókban használják. A hengerek működése úgy van összehangolva, hogy mindegyikben felváltva fordul elő munkalöket, és a főtengely mindig az egyik dugattyútól kap energiát. Nyolchengeres motorok is kaphatók. A többhengeres motorok jobb tengelyforgási egyenletességet és nagyobb teljesítményt biztosítanak.

A karburátoros motorokat viszonylag kis teljesítményű személygépkocsikban használják. Dízel - nehezebb, nagy teljesítményű járművekben (traktorok, tehervontatók, dízelmozdonyok),
különféle típusú hajókon.

Gőzturbina

5– tengely, 4 – tárcsa, 3 – gőz, 2 – pengék,

1 – lapockák.

P A gőzturbina a gőzerőmű fő része. Gőzerőműben a kazánból mintegy 300-500 0 C hőmérsékletű, 17-23 MPa nyomású túlhevített vízgőz lép ki a gőzvezetékbe. A gőz meghajtja egy gőzturbina forgórészét, amely egy elektromos generátor rotorját hajtja meg, amely elektromos áramot termel. A hulladékgőz a kondenzátorba kerül, ahol cseppfolyósításra kerül, a keletkező vizet szivattyú segítségével a gőzkazánba vezetik, és visszaalakulnak gőzzé.

A porlasztott folyadék vagy szilárd tüzelőanyag a tűztérben ég el, felmelegítve a kazánt.

A turbina szerkezete

• 
  Dob fúvókarendszerrel - speciális konfigurációjú táguló csövek;
• 
  rotor - egy forgó tárcsa pengerendszerrel.

A fúvókákból hatalmas sebességgel (600-800 m/s) kilépő gőzsugarak a turbina rotorlapátjaira irányulnak, nyomást gyakorolva rájuk, és a forgórészt nagy sebességgel (50 ford./s) forogtatják. A gőz belső energiája a turbina rotorjának forgási mechanikai energiájává alakul. A gőz, amely kitágul, ahogy elhagyja a fúvókát, működik és lehűl. A kipufogó gőz kilép a gőzvezetékbe, hőmérséklete ezen a ponton kissé 100 ° C fölé emelkedik, majd a gőz belép a kondenzátorba, amelynek nyomása többszöröse a légköri nyomásnak. A kondenzátort hideg vízzel hűtik.

Az első gőzturbinát, amely gyakorlati alkalmazásra talált, G. Laval gyártotta 1889-ben.

Felhasznált tüzelőanyag: szilárd - szén, agyagpala, tőzeg; folyékony - olaj, fűtőolaj. Földgáz.

A turbinákat hő- és atomerőművekben telepítik. Ők állítják elő a villamos energia több mint 80%-át. Nagy teljesítményű gőzturbinákat telepítenek a nagy hajókra.

Gázturbina

Ennek a turbinának egy fontos előnye a gáz belső energiájának egyszerűsített átalakítása a tengely forgó mozgásává

Működési elve

Körülbelül 200 ° C hőmérsékletű sűrített levegőt vezetnek be egy gázturbina égésterébe kompresszor segítségével, és folyékony üzemanyagot (kerozin, fűtőolaj) fecskendeznek be nagy nyomással. A tüzelőanyag elégetése során a levegő és az égéstermékek 1500-2200°C hőmérsékletre hevülnek. A nagy sebességgel mozgó gázt a turbinalapátokhoz irányítják. Az egyik turbina rotorról a másikra haladva a gáz feladja belső energiáját, aminek következtében a rotor forog.

Gázturbinából kiürítve a gáz hőmérséklete 400-500 0 C.

A keletkező mechanikai energiát például repülőgép propellerének vagy elektromos generátor rotorjának forgatására használják fel.

A gázturbinák nagy teljesítményű motorok, ezért használják őket a repülésben

Sugárhajtóművek

Működési elve

Az égéstérben a rakéta-üzemanyag (például portöltet) ég, és a keletkező gázok nagy erővel nyomják a kamra falait. A kamra egyik oldalán egy fúvóka található, amelyen keresztül az égéstermékek a környező térbe távoznak. Másrészt a táguló gázok dugattyúhoz hasonlóan nyomást gyakorolnak a rakétára, és előrenyomják.

P Az anyás rakéták szilárd tüzelésű motorok. Mindig készen állnak a munkára, könnyen indíthatók, de lehetetlen leállítani vagy irányítani egy ilyen motort.

A folyékony rakétahajtóművek, amelyek üzemanyag-ellátása szabályozható, sokkal megbízhatóbb vezérlésűek.

1903-ban K. E. Tsiolkovsky javasolta egy ilyen rakéta tervezését.

A sugárhajtóműveket űrrakétákban használják. A hatalmas utasszállító repülőgépek turbó- és sugárhajtóművekkel vannak felszerelve.

Felhasznált források

• 
  Fizika. Iskolai tanuló kézikönyve. Tudományos fejlesztés és összeállítás: T. Feshchenko, V. Vozhegova: M.: „Slovo” Filológiai Társaság, „Klyuch-S” társaság, 1995. – 576 p.
• 
  G.Ya. Myakishev, B.B. Buhovcev. Fizika: Tankönyv. 10. osztály számára átl. iskola – 2. kiadás. – M.: Nevelés, 1992. – 222 p.: ill.
• 
  Ő. Baranova. Az Orosz Oktatási Központ továbbképző kurzusainak hallgatójának zárómunkája az „Internettechnológiák tantárgytanárok számára” program keretében. „Hőmotorok” bemutató, 2005
• 
  http://pla.by.ru/art_altengines.htm - motormodellek és animált képek
• 
  http://festival.1september.ru/2004_2005/index.php?numb_artic=211269 Pedagógiai ötletek fesztiválja „Nyílt lecke 2004-2005” L.V. Samoilova

• 
  http://old.prosv.ru/metod/fadeeva7-8-9/07.htm Fizika 7-8-9 Könyv tanár A.A. Fadeeva, A.V. Csavar

Olyan motor, amelyben az égő üzemanyag belső energiája mechanikai munkává alakul.

Minden hőmotor három fő részből áll: fűtőtest, munkafolyadék(gáz, folyadék stb.) ill hűtőszekrény. A motor működése ciklikus folyamaton alapul (ez az a folyamat, amelynek eredményeként a rendszer visszatér eredeti állapotába).

Közvetlen ciklusú hőmotor

Minden ciklikus (vagy körkörös) folyamat közös tulajdonsága, hogy nem hajthatók végre úgy, hogy a munkaközeget csak egy hőtárolóval hozzuk termikus érintkezésbe. Legalább kettő kell belőle. A magasabb hőmérsékletű hőtárolót fűtőtestnek, az alacsonyabb hőmérsékletű hőtárolót hűtőnek nevezzük. A körkörös folyamat során a munkafolyadék bizonyos mennyiségű Q 1 hőt kap a fűtőberendezéstől (tágulás következik be), és egy Q 2 hőmennyiséget ad át a hűtőszekrénynek, amikor az visszaáll eredeti állapotába és összehúzódik. A munkaközeg által ciklusonként felvett összes hőmennyiség Q=Q 1 -Q 2 megegyezik a munkaközeg által egy ciklusban végzett munkával.

A hűtőszekrény fordított ciklusa

A fordított ciklusban az expanzió alacsonyabb nyomáson, a kompresszió pedig nagyobb nyomáson megy végbe. Ezért a tömörítési munka nagyobb, mint a tágulási munka, a munkát nem a munkafolyadék, hanem külső erők végzik. Ez a munka hővé alakul. Így egy hűtőgépben a munkaközeg bizonyos mennyiségű Q 1 hőt vesz fel a hűtőből, és nagyobb mennyiségű Q 2 hőt ad át a fűtőberendezésnek.

Hatékonyság

Közvetlen ciklus:

A hűtőszekrény hatékonyságának mutatója:

Carnot ciklus

A hőgépekben a hőenergia legteljesebb mechanikai energiává történő átalakítására törekednek. Maximális hatékonyság.

Az ábra egy benzines karburátoros és egy dízelmotorban használt ciklusokat mutatja. Mindkét esetben a munkaközeg benzin vagy dízel üzemanyag gőzének levegővel alkotott keveréke. A karburátoros belső égésű motor ciklusa két izokorból (1–2, 3–4) és két adiabátból (2–3, 4–1) áll. A dízel belsőégésű motor két adiabátból (1–2, 3–4), egy izobárból (2–3) és egy izokorból (4–1) álló cikluson működik. A karburátoros motor tényleges hatásfoka körülbelül 30%, a dízelmotoroké pedig körülbelül 40%.

S. Carnot francia fizikus kidolgozta az ideális hőgép működését. A Carnot-motor működő része egy gázzal töltött henger dugattyújaként képzelhető el. Mivel a Carnot motor az az autó pusztán elméleti, vagyis ideális, a dugattyú és a henger közötti súrlódási erőket és a hőveszteséget nullának tekintjük. A mechanikai munka akkor maximális, ha a munkafolyadék két izotermából és két adiabátból álló ciklust hajt végre. Ezt a ciklust ún Carnot ciklus.

1-2 szakasz: a gáz Q 1 hőmennyiséget kap a fűtőberendezéstől, és T 1 hőmérsékleten izotermikusan tágul
2-3 szakasz: a gáz adiabatikusan tágul, a hőmérséklet a hűtőszekrény T 2 hőmérsékletére csökken
3-4 szakasz: a gáz exoterm módon összenyomódik, miközben a Q 2 hőmennyiséget átadja a hűtőnek
4-1. szakasz: A gázt adiabatikusan összenyomják, amíg hőmérséklete T1-re nem emelkedik.
A munkafolyadék által végzett munka a kapott 1234-es szám területe.

Egy ilyen motor a következőképpen működik:

1. Először a palack érintkezésbe kerül egy forró tárolóval, és az ideális gáz állandó hőmérsékleten kitágul. Ebben a fázisban a gáz bizonyos mennyiségű hőt kap a forró tartályból.
2. Ezután a palackot tökéletes hőszigetelés veszi körül, aminek köszönhetően a gázban rendelkezésre álló hőmennyiség megmarad, és a gáz tovább tágul, amíg a hőmérséklete a hideg hőtároló hőmérsékletére nem csökken.
3. A harmadik fázisban a hőszigetelést eltávolítjuk, és a palackban lévő, a hidegtárolóval érintkező gázt összenyomják, a hő egy részét a hidegtartálynak adják át.
4. Amikor a kompresszió elér egy bizonyos pontot, a hengert ismét hőszigetelés veszi körül, és a gázt a dugattyú felemelésével addig sűrítik, amíg a hőmérséklete megegyezik a forró tartály hőmérsékletével. Ezt követően a hőszigetelést eltávolítjuk, és a ciklust az első fázistól kezdve ismételjük meg.

>>Fizika: A hőgépek működési elve. Hőmotorok teljesítménytényezője (hatékonysága).

A földkéregben és az óceánokban lévő belső energiakészletek gyakorlatilag korlátlannak tekinthetők. A gyakorlati problémák megoldásához azonban nem elegendő az energiatartalék. Szükséges továbbá az energia felhasználása a gyári és gyári szerszámgépek, járművek, traktorok és egyéb gépek mozgásba hozásához, elektromos áramfejlesztők forgórészeinek forgatásához stb. Az emberiségnek szüksége van motorokra - munkavégzésre alkalmas eszközökre. A legtöbb motor a Földön hőgépek. A hőmotorok olyan berendezések, amelyek az üzemanyag belső energiáját mechanikai energiává alakítják.
A hőgépek működési elvei. Ahhoz, hogy a motor működjön, nyomáskülönbségnek kell lennie a motor dugattyújának vagy a turbina lapátjainak mindkét oldalán. Ezt a nyomáskülönbséget minden hőmotorban úgy érik el, hogy a munkaközeg (gáz) hőmérsékletét a környezeti hőmérséklethez képest több száz vagy ezer fokkal megnövelik. Ez a hőmérséklet-emelkedés az üzemanyag elégetésekor következik be.
A motor egyik fő része egy mozgatható dugattyúval ellátott, gázzal töltött edény. Minden hőmotor munkaközege gáz, ami a tágulás során működik. Jelöljük a munkaközeg (gáz) kezdeti hőmérsékletét T 1. Ezt a hőmérsékletet a gőzturbinákban vagy gépekben a gőzkazánban lévő gőz biztosítja. A belső égésű motorokban és gázturbinákban a hőmérséklet-emelkedés akkor következik be, amikor magában a motorban ég el az üzemanyag. Hőfok T 1 a fűtés hőmérséklete."
A hűtőszekrény szerepe. A munkavégzés során a gáz energiát veszít, és elkerülhetetlenül lehűl egy bizonyos hőmérsékletre. T 2, ami általában valamivel magasabb, mint a környezeti hőmérséklet. Őt hívják hűtőszekrény hőmérséklete. A hűtőszekrény légkör vagy speciális berendezések a hulladékgőz hűtésére és kondenzálására - kondenzátorok. Ez utóbbi esetben a hűtőszekrény hőmérséklete valamivel alacsonyabb lehet, mint a légköri hőmérséklet.
Így egy motorban a munkafolyadék az expanzió során nem tudja teljes belső energiáját feladni a munka elvégzésére. A hő egy része elkerülhetetlenül átkerül a hűtőszekrénybe (atmoszférába) a belső égésű motorok és gázturbinák hulladékgőzével vagy kipufogógázaival együtt. A belső energia ezen része elvész.
A hőmotor a munkaközeg belső energiájának felhasználásával végez munkát. Sőt, ebben a folyamatban a hőt a forróbb testekről (fűtőtest) a hidegebbekre (hűtőszekrény) továbbítják.
A hőmotor sematikus diagramja a 13.11. ábrán látható.
A motor munkafolyadéka az üzemanyag égése során hőt kap a fűtőberendezéstől Q 1 működik A´ és átadja a hőmennyiséget a hűtőnek Q 2 .
Hőmotor teljesítménytényezője (hatékonysága). A gáz belső energiájának teljes átalakításának lehetetlensége a hőmotorok munkájába a természetben zajló folyamatok visszafordíthatatlansága miatt. Ha a hő spontán módon visszatérhetne a hűtőből a fűtőberendezésbe, akkor a belső energiát bármely hőmotor teljesen hasznos munkává tudná alakítani.
Az energiamegmaradás törvénye szerint a motor által végzett munka egyenlő:

Ahol Q 1- a fűtőtesttől kapott hőmennyiség, ill Q 2- a hűtőnek átadott hőmennyiség.
Hőmotor teljesítménytényezője (hatékonysága). az úgynevezett munkaszemlélet A´ a motor által a fűtőberendezéstől kapott hőmennyiségnek megfelelően:

Mivel minden motor bizonyos mennyiségű hőt ad át a hűtőnek, akkor η<1.
A hőmotor hatásfoka arányos a fűtőelem és a hűtőszekrény közötti hőmérséklet-különbséggel. Nál nél T 1 - T 2=0 A motor nem működik.
Hőmotorok maximális hatásfoka. A termodinamika törvényei lehetővé teszik egy hőmérsékletű fűtőberendezéssel működő hőmotor maximális lehetséges hatásfokának kiszámítását. T 1, és egy hőmérsékletű hűtőszekrény T 2. Ezt először a francia mérnök és tudós, Sadi Carnot (1796-1832) tette meg „Elmélkedések a tűz hajtóerejéről és az ezen erőt kifejleszteni képes gépekről” (1824) című munkájában.
Carnot egy ideális hőmotorral állt elő, ideális gázzal, mint munkafolyadékkal. Egy ideális Carnot hőmotor két izotermából és két adiabátból álló cikluson működik. Először egy gázt tartalmazó edényt érintkezésbe hoznak egy fűtőberendezéssel, a gáz izoterm módon tágul, pozitív munkát végezve olyan hőmérsékleten T1, ugyanakkor megkapja a hőmennyiséget Q 1.
Ezután az edényt hőszigetelik, a gáz adiabatikusan tovább tágul, miközben hőmérséklete a hűtőszekrény hőmérsékletére csökken T 2. Ezt követően a gáz az izoterm kompresszió során érintkezésbe kerül a hűtővel, és bizonyos mennyiségű hőt ad át a hűtőszekrénynek Q 2, térfogatra zsugorodik V 4 . Ezután az edényt ismét hőszigetelik, a gázt adiabatikusan térfogatra sűrítik V 1és visszatér eredeti állapotába.
Carnot a következő kifejezést kapta a gép hatékonyságára:

Ahogy az várható volt, a Carnot gép hatékonysága egyenesen arányos a fűtőelem és a hűtőszekrény abszolút hőmérsékletének különbségével.
Ennek a képletnek a fő jelentősége abban rejlik, hogy minden valódi hőmotor olyan fűtőberendezéssel működik, amelynek hőmérséklete van T1,és egy hűtőszekrény hőmérséklettel T 2, hatásfoka nem haladhatja meg egy ideális hőmotorét.

A (13.19) képlet megadja a hőgépek maximális hatásfokának elméleti határát. Ez azt mutatja, hogy minél magasabb a fűtőelem és minél alacsonyabb a hűtőszekrény hőmérséklete, annál hatékonyabb a hőmotor. Csak abszolút nullával egyenlő hűtőszekrény hőmérsékleten, η =1.
De a hűtőszekrény hőmérséklete gyakorlatilag nem lehet alacsonyabb, mint a környezeti hőmérséklet. Növelheti a fűtőelem hőmérsékletét. Azonban minden anyag (szilárd test) korlátozott hőállósággal vagy hőállósággal rendelkezik. Melegítéskor fokozatosan elveszíti rugalmas tulajdonságait, és kellően magas hőmérsékleten megolvad.
Most a mérnökök fő erőfeszítései a motorok hatásfokának növelésére irányulnak az alkatrészeik súrlódásának, a tökéletlen égésből adódó üzemanyag-veszteségnek stb. csökkentésével. A hatékonyság növelésének valódi lehetőségei még mindig nagyok. Így egy gőzturbina esetében a kezdeti és a végső gőzhőmérséklet körülbelül a következő: T 1≈800 K és T 2≈300 K. Ezeken a hőmérsékleteken a maximális hatásfok: