Termodzinējs ir dzinējs, kas veic darbu, izmantojot siltumenerģijas avotu.
Siltumenerģija ( Sildītājs Q) tiek pārnests no avota uz dzinēju, un dzinējs daļu no saņemtās enerģijas tērē darba veikšanai W, neiztērētā enerģija ( ledusskapis Q) tiek nosūtīts uz ledusskapi, kura lomu var spēlēt, piemēram, apkārtējais gaiss. Siltuma dzinējs var darboties tikai tad, ja ledusskapja temperatūra ir zemāka par sildītāja temperatūru.
Siltumdzinēja veiktspējas koeficientu (COP) var aprēķināt, izmantojot formulu: Efektivitāte = W/Q ng.
Efektivitāte = 1 (100%), ja visa siltumenerģija tiek pārvērsta darbā. Efektivitāte = 0 (0%), ja siltumenerģija netiek pārvērsta darbā.
Īsta siltumdzinēja efektivitāte svārstās no 0 līdz 1; jo augstāka efektivitāte, jo efektīvāks ir dzinējs.
Q x /Q ng = T x /T ng Efektivitāte = 1-(Q x /Q ng) Efektivitāte = 1-(T x /T ng)
Ņemot vērā trešo termodinamikas likumu, kas nosaka, ka nav iespējams sasniegt absolūtās nulles temperatūru (T=0K), varam teikt, ka nav iespējams izveidot siltumdzinēju ar lietderības koeficientu=1, jo Tx vienmēr ir >0.
Jo augstāka ir sildītāja temperatūra un zemāka ledusskapja temperatūra, jo lielāka ir siltumdzinēja efektivitāte.
Dzinēja veiktais darbs ir:
Šo procesu pirmo reizi aplūkoja franču inženieris un zinātnieks N. L. S. Carnot 1824. gadā grāmatā “Pārdomas par uguns dzinējspēku un mašīnām, kas spēj attīstīt šo spēku”.
Kārno pētījuma mērķis bija noskaidrot tā laika siltumdzinēju nepilnību cēloņus (to lietderības koeficients bija ≤ 5%) un atrast veidus, kā tos uzlabot.
Carnot cikls ir visefektīvākais no visiem. Tās efektivitāte ir maksimāla.
Attēlā parādīti cikla termodinamiskie procesi. Izotermiskās izplešanās laikā (1-2) temperatūrā T 1 , darbs tiek veikts sakarā ar sildītāja iekšējās enerģijas izmaiņām, t.i., pateicoties siltuma padevei gāzei J:
A 12 = J 1 ,
Gāzes dzesēšana pirms saspiešanas (3-4) notiek adiabātiskās izplešanās laikā (2-3). Izmaiņas iekšējā enerģijā ΔU 23 adiabātiskā procesa laikā ( Q = 0) tiek pilnībā pārveidots par mehānisku darbu:
A 23 = -ΔU 23 ,
Gāzes temperatūra adiabātiskās izplešanās rezultātā (2-3) pazeminās līdz ledusskapja temperatūrai T 2 < T 1 . Procesā (3-4) gāze tiek izotermiski saspiesta, pārnesot siltuma daudzumu uz ledusskapi 2. jautājums:
A 34 = Q 2,
Cikls beidzas ar adiabātiskās saspiešanas procesu (4-1), kurā gāze tiek uzkarsēta līdz temperatūrai T 1.
Ideālo gāzes siltumdzinēju maksimālā efektivitātes vērtība saskaņā ar Carnot ciklu:
.
Formulas būtība ir izteikta pierādītajā AR. Kārno teorēma, ka jebkura siltuma dzinēja efektivitāte nevar pārsniegt Karno cikla efektivitāti, kas tiek veikta vienā un tajā pašā sildītāja un ledusskapja temperatūrā.
Tēma: “Siltuma dzinēja darbības princips. Termiskais dzinējs ar visaugstāko efektivitāti."
Veidlapa: Apvienotā nodarbība, izmantojot datortehnoloģiju.
Mērķi:
Nodarbības plāns.
Nē. |
Jautājumi |
Laiks |
| 1 | Parādiet siltumdzinēju izmantošanas nepieciešamību mūsdienu apstākļos. | |
| 2 | Jēdziena “siltuma dzinējs” atkārtošana. Siltumdzinēju veidi: iekšdedzes dzinēji (karburators, dīzelis), tvaika un gāzes turbīnas, turboreaktīvie un raķešu dzinēji. | |
| 3 | Jaunā teorētiskā materiāla skaidrojums. Siltumdzinēja shēma un uzbūve, darbības princips, efektivitāte. Carnot cikls, ideāls siltumdzinējs, tā efektivitāte. Reāla un ideāla siltumdzinēja efektivitātes salīdzinājums. |
|
| 4 | Uzdevuma Nr.703 (Stepanova), Nr.525 (Bendrikovs) risinājums. | |
| 5 | Darbs ar siltumdzinēja modeli. |
|
| 6 | Apkopojot. Mājas darbs 33.§, uzdevumi Nr.700 un Nr.697 (Stepanova) |
Teorētiskais materiāls
Kopš seniem laikiem cilvēks ir vēlējies atbrīvoties no fiziskas piepūles vai to atvieglot, kaut ko kustinot, lai viņam būtu vairāk spēka un ātruma.
Tika radītas leģendas par lidmašīnu paklājiem, septiņu līgu zābakiem un burvjiem, kas ar zižļa vilni aiznesa cilvēku uz tālām zemēm. Vedot smagas kravas, cilvēki izgudroja ratus, jo tos ir vieglāk ripot. Tad viņi pielāgoja dzīvniekus - vēršus, briežus, suņus un galvenokārt zirgus. Tā radās rati un karietes. Ratos cilvēki meklēja komfortu, tos arvien vairāk uzlabojot.
Cilvēku vēlme palielināt ātrumu arī paātrināja notikumu maiņu transporta attīstības vēsturē. No grieķu valodas “autos” - “sevis” un latīņu “mobilis” - “mobilis” Eiropas valodās veidojās īpašības vārds “pašpiedziņas”, burtiski “auto-mobile”.
Tas attiecās uz pulksteņiem, automātiskajām lellēm, uz visu veidu mehānismiem, kopumā uz visu, kas kalpoja kā sava veida papildinājums cilvēka “turpināšanai”, “uzlabošanai”. 18. gadsimtā viņi mēģināja darbaspēku aizstāt ar tvaika jaudu un lietoja terminu “automašīna” bezceļu ratiem.
Kāpēc automašīnas laikmets tiek sākts no pirmajām “benzīna automašīnām” ar iekšdedzes dzinēju, kas izgudrota un būvēta 1885.-1886. It kā aizmirstot par tvaika un akumulatoru (elektrības) ekipāžām. Fakts ir tāds, ka iekšdedzes dzinējs radīja īstu revolūciju transporta tehnoloģijā. Ilgu laiku tas izrādījās visatbilstošākais automašīnas idejai un tāpēc ilgu laiku saglabāja dominējošo stāvokli. Transportlīdzekļu ar iekšdedzes dzinēju daļa šodien veido vairāk nekā 99,9% no pasaules autotransporta.<1.pielikums >
Siltumdzinēja galvenās daļas
Mūsdienu tehnoloģijās mehānisko enerģiju iegūst galvenokārt no degvielas iekšējās enerģijas. Ierīces, kurās iekšējā enerģija tiek pārveidota mehāniskajā enerģijā, sauc par siltumdzinējiem.<2. pielikums >
Lai veiktu darbu, sadedzinot degvielu ierīcē, ko sauc par sildītāju, varat izmantot cilindru, kurā gāze tiek uzkarsēta un paplašināta, un tas pārvieto virzuli.<3. pielikums > Gāzi, kuras izplešanās izraisa virzuļa kustību, sauc par darba šķidrumu. Gāze izplešas, jo tās spiediens ir augstāks par ārējo spiedienu. Bet, gāzei izplešoties, tās spiediens pazeminās, un agrāk vai vēlāk tas kļūs vienāds ar ārējo spiedienu. Tad gāzes izplešanās beigsies un tā pārstās darboties.
Kas jādara, lai siltumdzinēja darbība neapstātos? Lai dzinējs darbotos nepārtraukti, virzulis pēc gāzes izplešanās katru reizi atgriežas sākotnējā stāvoklī, saspiežot gāzi sākotnējā stāvoklī. Gāzes saspiešana var notikt tikai ārēja spēka ietekmē, kas šajā gadījumā darbojas (gāzes spiediena spēks šajā gadījumā darbojas negatīvi). Pēc tam atkal var notikt gāzes izplešanās un saspiešanas procesi. Tas nozīmē, ka siltumdzinēja darbībai jāsastāv no periodiski atkārtojošiem izplešanās un saspiešanas procesiem (cikliem).
1. attēlā grafiski parādīti gāzes izplešanās procesi (līnija AB) un saspiešanu līdz sākotnējam skaļumam (rinda CD). Gāzes darbs izplešanās laikā ir pozitīvs ( AF > 0 ABEF. Gāzes darbs saspiešanas laikā ir negatīvs (kopš A.F.< 0
) un ir skaitliski vienāds ar attēla laukumu CDEF. Noderīgais darbs šim ciklam ir skaitliski vienāds ar laukumu starpību zem līknēm AB Un CD(attēlā ieēnots).
Sildītāja, darba šķidruma un ledusskapja klātbūtne ir būtiski nepieciešams nosacījums jebkura siltuma dzinēja nepārtrauktai cikliskai darbībai.
Siltuma dzinēja efektivitāte
Darba šķidrums, saņemot no sildītāja noteiktu siltuma daudzumu Q 1, daļu no šī siltuma daudzuma, kas vienāds ar moduli |Q2|, nodod ledusskapim. Tāpēc paveiktais darbs nevar būt lielāks A = Q 1 - |Q 2 |. Tiek saukta šī darba attiecība pret siltuma daudzumu, ko saņem izplešanās gāze no sildītāja efektivitāti siltuma dzinējs:
Siltumdzinēja efektivitāte, kas darbojas slēgtā ciklā, vienmēr ir mazāka par vienu. Siltumenerģētikas uzdevums ir panākt pēc iespējas augstāku efektivitāti, tas ir, pēc iespējas vairāk no sildītāja saņemtā siltuma izmantot darba ražošanai. Kā to var panākt?
Pirmo reizi ideālāko ciklisko procesu, kas sastāv no izotermām un adiabātiem, ierosināja franču fiziķis un inženieris S. Karno 1824. gadā.
Carnot cikls.
Pieņemsim, ka gāze atrodas balonā, kura sienas un virzulis ir izgatavoti no siltumizolējoša materiāla, bet apakšā - no materiāla ar augstu siltumvadītspēju. Gāzes aizņemtais tilpums ir vienāds ar V 1.
Saskarsimies ar balonu ar sildītāju (2. attēls) un dosim iespēju gāzei izotermiski izplesties un strādāt . Gāze saņem noteiktu siltuma daudzumu no sildītāja 1. jautājums.Šis process ir grafiski attēlots ar izotermu (līkni AB).
Kad gāzes tilpums kļūst vienāds ar noteiktu vērtību V 1'< V 2 ,
cilindra apakšdaļa ir izolēta no sildītāja ,
Pēc tam gāze adiabātiski izplešas līdz tilpumam V 2, kas atbilst maksimālajam iespējamajam virzuļa gājienam cilindrā (adiabātisks Sv). Šajā gadījumā gāzi atdzesē līdz temperatūrai T 2< T 1 .
Atdzesēto gāzi tagad var izotermiski saspiest temperatūrā T2. Lai to izdarītu, tas jāsaskaras ar ķermeni ar tādu pašu temperatūru T 2, i., ar ledusskapi ,
un saspiež gāzi ar ārēju spēku. Taču šajā procesā gāze neatgriezīsies sākotnējā stāvoklī – tās temperatūra vienmēr būs zemāka par T 1.
Tāpēc izotermiskā saspiešana tiek panākta līdz noteiktam vidējam tilpumam V 2 '> V 1(izoterma CD). Šajā gadījumā gāze atdod ledusskapim siltumu Q2, vienāds ar tai veikto saspiešanas darbu. Pēc tam gāze tiek adiabātiski saspiesta līdz tilpumam V 1, tajā pašā laikā tā temperatūra paaugstinās līdz T 1(adiabātisks D.A.). Tagad gāze ir atgriezusies sākotnējā stāvoklī, kurā tās tilpums ir vienāds ar V 1, temperatūra - T1, spiediens - 1. lpp, un ciklu var atkārtot vēlreiz.
Tātad, vietnē ABC gāze strādā (A > 0), un vietnē CDA darbs pie gāzes (A< 0).
Vietnēs Sv Un AD darbs tiek veikts tikai mainot gāzes iekšējo enerģiju. Kopš iekšējās enerģijas izmaiņām UBC = –UDA, tad darbs adiabātisko procesu laikā ir vienāds: ABC = –ADA. Līdz ar to kopējo ciklā paveikto darbu nosaka izotermisko procesu laikā veiktā darba starpība (sadaļas AB Un CD). Skaitliski šis darbs ir vienāds ar figūras laukumu, ko ierobežo cikla līkne ABCD.
Tikai daļa no siltuma daudzuma faktiski tiek pārvērsta lietderīgā darbā QT, saņemts no sildītāja, vienāds ar QT 1 – |QT 2 |. Tātad, Carnot ciklā, noderīgs darbs A = QT 1 – |QT 2 |.
Ideāla cikla maksimālo efektivitāti, kā parāda S. Karno, var izteikt ar sildītāja temperatūru (T 1) un ledusskapis (T 2):
Reālos dzinējos nav iespējams īstenot ciklu, kas sastāv no ideāliem izotermiskiem un adiabātiskajiem procesiem. Tāpēc reālos dzinējos veiktā cikla efektivitāte vienmēr ir mazāka par Karno cikla efektivitāti (vienādās sildītāju un ledusskapju temperatūrās):
Formula parāda, jo augstāka ir sildītāja temperatūra un zemāka ledusskapja temperatūra, jo lielāka ir dzinēja efektivitāte.
Uzdevums Nr.703
Dzinējs darbojas saskaņā ar Carnot ciklu. Kā mainīsies siltumdzinēja efektivitāte, ja pie nemainīgas ledusskapja temperatūras 17 o C sildītāja temperatūru paaugstinās no 127 līdz 447 o C?
Uzdevums Nr.525
Noteikt traktora dzinēja efektivitāti, kura darba veikšanai 1,9 × 107 J bija nepieciešams 1,5 kg degvielas ar īpatnējo sadegšanas siltumu 4,2 · 107 J/kg.
Datortesta kārtošana par tēmu.<4. pielikums > Darbs ar siltumdzinēja modeli.
« Fizika - 10. klase"
Problēmu risināšanai jāizmanto zināmās izteiksmes siltumdzinēju efektivitātes noteikšanai un jāpatur prātā, ka izteiksme (13.17) ir derīga tikai ideālam siltumdzinējam.
1. uzdevums.
Tvaika dzinēja katlā temperatūra ir 160 °C, ledusskapja temperatūra ir 10 °C.
Kāds ir maksimālais darbs, ko teorētiski var veikt mašīna, ja krāsnī ar 60% efektivitāti sadedzina ogles, kas sver 200 kg ar īpatnējo degšanas siltumu 2,9 10 7 J/kg?
Risinājums.
Maksimālo darbu var veikt ideāls siltumdzinējs, kas darbojas pēc Kārno cikla un kura efektivitāte ir η = (T 1 - T 2)/T 1, kur T 1 un T 2 ir sildītāja absolūtās temperatūras un ledusskapis. Jebkuram siltumdzinējam efektivitāti nosaka pēc formulas η = A/Q 1, kur A ir siltumdzinēja veiktais darbs, Q 1 ir siltuma daudzums, ko iekārta saņem no sildītāja.
No uzdevuma nosacījumiem ir skaidrs, ka Q 1 ir daļa no siltuma daudzuma, kas izdalās degvielas sadegšanas laikā: Q 1 = η 1 mq.
Tad kur A = η 1 mq(1 - T 2 /T 1) = 1,2 10 9 J.
2. uzdevums.
Tvaika dzinējs ar jaudu N = 14,7 kW patērē degvielu, kas sver m = 8,1 kg uz 1 darbības stundu, ar īpatnējo sadegšanas siltumu q = 3,3 10 7 J/kg.
Katla temperatūra 200 °C, ledusskapis 58 °C.
Nosakiet šīs iekārtas efektivitāti un salīdziniet to ar ideāla siltuma dzinēja efektivitāti.
Risinājums.
Siltumdzinēja efektivitāte ir vienāda ar veiktā mehāniskā darba A attiecību pret iztērēto siltuma daudzumu Qlt, kas izdalās degvielas sadegšanas laikā.
Siltuma daudzums Q 1 = mq.
Darbs, kas veikts tajā pašā laikā A = Nt.
Tādējādi η = A/Q 1 = Nt/qm = 0,198 vai η ≈ 20%.
Ideālam siltuma dzinējam 
η < η ид.
3. uzdevums.
Ideāls siltumdzinējs ar efektivitāti η darbojas apgrieztā ciklā (13.15. att.).
Kāds ir maksimālais siltuma daudzums, ko var uzņemt no ledusskapja, veicot mehānisko darbu A?
Tā kā saldēšanas iekārta darbojas apgrieztā ciklā, lai siltums pārietu no mazāk uzkarsēta ķermeņa uz vairāk sakarsētu, ir nepieciešams, lai ārējie spēki veiktu pozitīvu darbu.
Saldēšanas iekārtas shematiskā diagramma: no ledusskapja tiek ņemts siltuma daudzums Q 2, darbs tiek veikts ar ārējiem spēkiem un siltuma daudzums Q 1 tiek pārnests uz sildītāju.
Tāpēc 
Q 2 = Q 1 (1 - η), Q 1 = A/η.
Visbeidzot, Q 2 = (A/η) (1 - η).
Avots: “Fizika - 10. klase”, 2014, mācību grāmata Mjakiševs, Buhovcevs, Sotskis
Termodinamikas pamati. Siltuma parādības - Fizika, mācību grāmata 10. klasei - Klases fizika
« Fizika - 10. klase"
Kas ir termodinamiskā sistēma un kādi parametri raksturo tās stāvokli.
Nosakiet pirmo un otro termodinamikas likumu.
Tieši siltumdzinēju teorijas izveide noveda pie otrā termodinamikas likuma formulēšanas.
Iekšējās enerģijas rezerves zemes garozā un okeānos var uzskatīt par praktiski neierobežotām. Bet, lai atrisinātu praktiskas problēmas, nepietiek ar enerģijas rezervēm. Tāpat ir jāprot izmantot enerģiju, lai iedarbinātu darbgaldus rūpnīcās un rūpnīcās, transportlīdzekļus, traktorus un citas mašīnas, rotētu elektriskās strāvas ģeneratoru rotorus utt.. Cilvēcei ir vajadzīgi dzinēji - ierīces, kas spēj veikt darbu. Lielākā daļa dzinēju uz Zemes ir siltuma dzinēji.
Siltuma dzinēji- tās ir ierīces, kas pārvērš degvielas iekšējo enerģiju mehāniskā darbā.
Siltumdzinēju darbības princips.
Lai dzinējs darbotos, abās dzinēja virzuļa vai turbīnas lāpstiņu pusēs ir jābūt spiediena starpībai. Visos siltumdzinējos šī spiediena starpība tiek panākta, paaugstinot temperatūru darba šķidrums(gāze) par simtiem vai tūkstošiem grādu, salīdzinot ar apkārtējās vides temperatūru. Šis temperatūras pieaugums notiek, degot degvielai.
Viena no galvenajām dzinēja daļām ir ar gāzi pildīts trauks ar kustīgu virzuli. Visu siltumdzinēju darba šķidrums ir gāze, kas darbojas izplešanās laikā. Darba šķidruma (gāzes) sākotnējo temperatūru apzīmēsim ar T 1 . Šo temperatūru tvaika turbīnās vai iekārtās panāk ar tvaiku tvaika katlā. Iekšdedzes dzinējos un gāzes turbīnās temperatūras paaugstināšanās notiek, degvielai sadegot pašā dzinējā. Temperatūru T 1 sauc sildītāja temperatūra.
Ledusskapja loma.
Veicot darbu, gāze zaudē enerģiju un neizbēgami atdziest līdz noteiktai temperatūrai T2, kas parasti ir nedaudz augstāka par apkārtējās vides temperatūru. Viņi viņu sauc ledusskapja temperatūra. Ledusskapis ir atmosfēra vai īpašas ierīces atkritumu tvaika dzesēšanai un kondensēšanai - kondensatori. Pēdējā gadījumā ledusskapja temperatūra var būt nedaudz zemāka par apkārtējās vides temperatūru.
Tādējādi dzinējā darba šķidrums izplešanās laikā nevar atdot visu savu iekšējo enerģiju, lai veiktu darbu. Daļa siltuma neizbēgami tiek pārnesta uz ledusskapi (atmosfēru) kopā ar tvaiku vai izplūdes gāzēm no iekšdedzes dzinējiem un gāzes turbīnām.
Šī degvielas iekšējās enerģijas daļa tiek zaudēta. Siltumdzinējs veic darbu, pateicoties darba šķidruma iekšējai enerģijai. Turklāt šajā procesā siltums tiek pārnests no karstākiem korpusiem (sildītājs) uz aukstākiem (ledusskapi). Siltumdzinēja shematiskā diagramma ir parādīta 13.13. attēlā.
Dzinēja darba šķidrums degvielas sadegšanas laikā saņem no sildītāja siltuma daudzumu Q 1, veic darbu A" un pārnes siltuma daudzumu uz ledusskapi. 2. jautājums< Q 1 .
Lai dzinējs darbotos nepārtraukti, ir nepieciešams atgriezt darba šķidrumu sākotnējā stāvoklī, kurā darba šķidruma temperatūra ir vienāda ar T 1. No tā izriet, ka dzinējs darbojas saskaņā ar periodiski atkārtotiem slēgtiem procesiem vai, kā saka, ciklā.
Cikls ir procesu virkne, kuras rezultātā sistēma atgriežas sākotnējā stāvoklī.
Siltumdzinēja veiktspējas (efektivitātes) koeficients.
Neiespējamība pilnībā pārvērst gāzes iekšējo enerģiju siltumdzinēju darbā ir saistīta ar procesu neatgriezeniskumu dabā. Ja siltums varētu spontāni atgriezties no ledusskapja uz sildītāju, tad iekšējo enerģiju varētu pilnībā pārvērst lietderīgā darbā jebkurš siltuma dzinējs. Otro termodinamikas likumu var formulēt šādi:
Otrais termodinamikas likums:
Nav iespējams izveidot otrā veida mūžīgo kustību mašīnu, kas pilnībā pārvērstu siltumu mehāniskā darbā.
Saskaņā ar enerģijas nezūdamības likumu dzinēja veiktais darbs ir vienāds ar:
A" = Q 1 - |Q 2 |, (13.15)
kur Q 1 ir siltuma daudzums, kas saņemts no sildītāja, un Q2 ir siltuma daudzums, kas tiek nodots ledusskapim.
Siltumdzinēja veiktspējas (efektivitātes) koeficients ir dzinēja veiktā darba "A" attiecība pret siltuma daudzumu, kas saņemts no sildītāja:
Tā kā visi dzinēji nodod kādu siltuma daudzumu ledusskapī, tad η< 1.
Siltumdzinēju maksimālā efektivitātes vērtība.
Termodinamikas likumi ļauj aprēķināt maksimāli iespējamo efektivitāti siltumdzinējam, kas darbojas ar sildītāju temperatūrā T1 un ledusskapi temperatūrā T2, kā arī noteikt veidus, kā to palielināt.
Pirmo reizi maksimālo iespējamo siltuma dzinēja efektivitāti aprēķināja franču inženieris un zinātnieks Sadi Carnot (1796-1832) savā darbā “Pārdomas par uguns dzinējspēku un mašīnām, kas spēj attīstīt šo spēku” (1824). ).
Carnot nāca klajā ar ideālu siltumdzinēju ar ideālu gāzi kā darba šķidrumu. Ideāls Carnot siltumdzinējs darbojas ciklā, kas sastāv no divām izotermām un diviem adiabātiem, un šie procesi tiek uzskatīti par atgriezeniskiem (13.14. att.). Vispirms trauks ar gāzi nonāk saskarē ar sildītāju, gāze izotermiski izplešas, veicot pozitīvu darbu, temperatūrā T 1, un tā saņem siltuma daudzumu Q 1.
Pēc tam trauks tiek termiski izolēts, gāze turpina adiabātiski izplesties, bet tās temperatūra pazeminās līdz ledusskapja temperatūrai T 2. Pēc tam gāze nonāk saskarē ar ledusskapi; izotermiskās saspiešanas laikā tā nodod ledusskapim siltuma daudzumu Q 2, saspiežoties līdz tilpumam V 4< V 1 . Затем сосуд снова теплоизолируют, газ сжимается адиабатно до объёма V 1 и возвращается в первоначальное состояние. Для КПД этой машины было получено следующее выражение:
Kā izriet no formulas (13.17), Carnot iekārtas efektivitāte ir tieši proporcionāla sildītāja un ledusskapja absolūtās temperatūras starpībai.
Šīs formulas galvenā nozīme ir tāda, ka tā norāda veidu, kā palielināt efektivitāti, tāpēc ir nepieciešams paaugstināt sildītāja temperatūru vai pazemināt ledusskapja temperatūru.
Jebkurš reāls siltumdzinējs, kas darbojas ar sildītāju temperatūrā T1 un ledusskapi ar temperatūru T2, nevar pārsniegt ideāla siltumdzinēja efektivitāti: 
Procesi, kas veido reāla siltumdzinēja ciklu, nav atgriezeniski.
Formula (13.17) dod teorētisko robežu siltumdzinēju maksimālās efektivitātes vērtībai. Tas parāda, ka siltuma dzinējs ir efektīvāks, jo lielāka temperatūras starpība starp sildītāju un ledusskapi.
Tikai ledusskapja temperatūrā, kas vienāda ar absolūto nulli, η = 1. Turklāt ir pierādīts, ka efektivitāte, kas aprēķināta, izmantojot formulu (13.17), nav atkarīga no darba vielas.
Bet ledusskapja temperatūra, kuras lomu parasti spēlē atmosfēra, praktiski nevar būt zemāka par apkārtējā gaisa temperatūru. Jūs varat paaugstināt sildītāja temperatūru. Tomēr jebkuram materiālam (cietam) ir ierobežota karstumizturība vai karstumizturība. Sildot, tas pamazām zaudē savas elastīgās īpašības, un pietiekami augstā temperatūrā kūst.
Tagad galvenie inženieru centieni ir vērsti uz dzinēju efektivitātes paaugstināšanu, samazinot to detaļu berzi, degvielas zudumus nepilnīgas sadegšanas dēļ utt.
Tvaika turbīnai sākotnējā un beigu tvaika temperatūra ir aptuveni šāda: T 1 - 800 K un T 2 - 300 K. Šajās temperatūrās maksimālā efektivitātes vērtība ir 62% (ņemiet vērā, ka efektivitāti parasti mēra procentos) . Faktiskā efektivitātes vērtība dažādu veidu enerģijas zudumu dēļ ir aptuveni 40%. Maksimālo efektivitāti – aptuveni 44% – panāk dīzeļdzinēji.
Vides aizsardzība.
Mūsdienu pasauli ir grūti iedomāties bez siltumdzinējiem. Viņi ir tie, kas nodrošina mums ērtu dzīvi. Siltuma dzinēji vada transportlīdzekļus. Apmēram 80% elektroenerģijas, neskatoties uz atomelektrostaciju klātbūtni, tiek ražoti, izmantojot termodzinējus.
Tomēr siltumdzinēju darbības laikā rodas neizbēgams vides piesārņojums. Tā ir pretruna: no vienas puses, cilvēcei ar katru gadu nepieciešams arvien vairāk enerģijas, kuras galvenā daļa tiek iegūta, sadedzinot degvielu, no otras puses, degšanas procesus neizbēgami pavada vides piesārņojums.
Degvielai degot, skābekļa saturs atmosfērā samazinās. Turklāt paši sadegšanas produkti veido ķīmiskus savienojumus, kas ir kaitīgi dzīviem organismiem. Piesārņojums notiek ne tikai uz zemes, bet arī gaisā, jo jebkuru lidmašīnas lidojumu pavada kaitīgu piemaisījumu emisija atmosfērā.
Viena no dzinēju sekām ir oglekļa dioksīda veidošanās, kas absorbē infrasarkano starojumu no Zemes virsmas, kas izraisa atmosfēras temperatūras paaugstināšanos. Tas ir tā sauktais siltumnīcas efekts. Mērījumi liecina, ka atmosfēras temperatūra paaugstinās par 0,05 °C gadā. Šāda nepārtraukta temperatūras paaugstināšanās var izraisīt ledus kušanu, kas savukārt izraisīs ūdens līmeņa izmaiņas okeānos, t.i., kontinentu applūšanu.
Lietojot siltumdzinējus, atzīmēsim vēl vienu negatīvu punktu. Tāpēc dažreiz dzinēju dzesēšanai tiek izmantots upju un ezeru ūdens. Pēc tam sakarsētais ūdens tiek atgriezts atpakaļ. Temperatūras paaugstināšanās ūdenstilpēs izjauc dabisko līdzsvaru, šo parādību sauc par termisko piesārņojumu.
Lai aizsargātu vidi, plaši tiek izmantoti dažādi tīrīšanas filtri, kas novērš kaitīgu vielu nokļūšanu atmosfērā, tiek pilnveidotas dzinēju konstrukcijas. Pastāvīgi tiek pilnveidota degviela, kas degšanas laikā rada mazāk kaitīgo vielu, kā arī tās sadegšanas tehnoloģija. Aktīvi tiek izstrādāti alternatīvi enerģijas avoti, kuros izmanto vēju, saules starojumu un kodolenerģiju. Jau tagad tiek ražoti elektriskie un saules enerģijas transportlīdzekļi.
