Ang thermal engine ay isang makina na gumaganap ng trabaho gamit ang pinagmumulan ng thermal energy.
Thermal energy ( Heater Q) ay inililipat mula sa pinagmulan patungo sa makina, at ang makina ay gumugugol ng bahagi ng natanggap na enerhiya upang maisagawa ang trabaho W, hindi nagamit na enerhiya ( refrigerator Q) ay ipinadala sa refrigerator, ang papel na maaaring i-play, halimbawa, ng nakapaligid na hangin. Ang heat engine ay maaari lamang gumana kung ang temperatura ng refrigerator ay mas mababa kaysa sa temperatura ng heater.
Ang coefficient of performance (COP) ng isang heat engine ay maaaring kalkulahin gamit ang formula: Kahusayan = W/Q ng.
Efficiency = 1 (100%) kung ang lahat ng thermal energy ay gagawing trabaho. Efficiency = 0 (0%) kung walang thermal energy na na-convert sa trabaho.
Ang kahusayan ng isang tunay na makina ng init ay mula 0 hanggang 1; kung mas mataas ang kahusayan, mas mahusay ang makina.
Q x /Q ng = T x /T ng Efficiency = 1-(Q x /Q ng) Efficiency = 1-(T x /T ng)
Isinasaalang-alang ang ikatlong batas ng thermodynamics, na nagsasaad na imposibleng maabot ang temperatura ng absolute zero (T=0K), maaari nating sabihin na imposibleng bumuo ng isang heat engine na may kahusayan=1, dahil ang Tx ay palaging >0.
Kung mas mataas ang temperatura ng heater at mas mababa ang temperatura ng refrigerator, mas malaki ang kahusayan ng isang heat engine.
Ang gawaing ginawa ng makina ay:
Ang prosesong ito ay unang isinasaalang-alang ng French engineer at scientist na si N. L. S. Carnot noong 1824 sa aklat na "Reflections on the driving force of fire and on machines capable to develop this force."
Ang layunin ng pagsasaliksik ni Carnot ay alamin ang mga dahilan para sa di-kasakdalan ng mga heat engine noong panahong iyon (mayroon silang kahusayan na ≤ 5%) at maghanap ng mga paraan upang mapabuti ang mga ito.
Ang Carnot cycle ang pinakamabisa sa lahat. Ang kahusayan nito ay maximum.
Ipinapakita ng figure ang mga thermodynamic na proseso ng cycle. Sa panahon ng isothermal expansion (1-2) sa temperatura T 1 , ginagawa ang trabaho dahil sa pagbabago sa panloob na enerhiya ng pampainit, ibig sabihin, dahil sa supply ng init sa gas Q:
A 12 = Q 1 ,
Ang paglamig ng gas bago ang compression (3-4) ay nangyayari sa panahon ng adiabatic expansion (2-3). Pagbabago sa panloob na enerhiya ΔU 23 sa panahon ng prosesong adiabatic ( Q = 0) ay ganap na na-convert sa mekanikal na gawain:
A 23 = -ΔU 23 ,
Ang temperatura ng gas bilang resulta ng adiabatic expansion (2-3) ay bumababa sa temperatura ng refrigerator T 2 < T 1 . Sa proseso (3-4), ang gas ay isothermally compressed, na naglilipat ng dami ng init sa refrigerator Q 2:
A 34 = Q 2,
Ang cycle ay nagtatapos sa proseso ng adiabatic compression (4-1), kung saan ang gas ay pinainit sa isang temperatura T 1.
Pinakamataas na halaga ng kahusayan ng perpektong gas heat engine ayon sa Carnot cycle:
.
Ang kakanyahan ng formula ay ipinahayag sa napatunayan SA. Carnot's theorem na ang kahusayan ng anumang heat engine ay hindi maaaring lumampas sa kahusayan ng isang Carnot cycle na isinasagawa sa parehong temperatura ng heater at refrigerator.
Paksa: "Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang heat engine. Thermal engine na may pinakamataas na kahusayan."
Form: Pinagsanib na aralin gamit ang teknolohiya ng kompyuter.
Mga layunin:
Lesson plan.
Hindi. |
Mga tanong |
Oras |
| 1 | Ipakita ang pangangailangan para sa paggamit ng mga heat engine sa mga modernong kondisyon. | |
| 2 | Pag-uulit ng konsepto ng "heat engine". Mga uri ng mga makina ng init: mga makina ng panloob na pagkasunog (carburetor, diesel), steam at gas turbines, turbojet at rocket engine. | |
| 3 | Pagpapaliwanag ng bagong teoretikal na materyal. Diagram at istraktura ng isang heat engine, prinsipyo ng pagpapatakbo, kahusayan. Carnot cycle, perpektong init engine, ang kahusayan nito. Paghahambing ng kahusayan ng isang tunay at perpektong makina ng init. |
|
| 4 | Solusyon ng problema No. 703 (Stepanova), No. 525 (Bendrikov). | |
| 5 | Nagtatrabaho sa isang modelo ng heat engine. |
|
| 6 | Pagbubuod. Takdang-Aralin § 33, mga problema No. 700 at No. 697 (Stepanova) |
Teoretikal na materyal
Mula noong sinaunang panahon, nais ng tao na maging malaya mula sa pisikal na pagsisikap o upang mapagaan ito kapag gumagalaw ang isang bagay, upang magkaroon ng higit na lakas at bilis.
Ang mga alamat ay nilikha tungkol sa mga carpet ng eroplano, mga bota na may pitong liga at mga wizard na nagdadala ng isang tao sa malalayong lupain gamit ang alon ng isang wand. Kapag nagdadala ng mabibigat na karga, nag-imbento ang mga tao ng mga kariton dahil mas madaling gumulong. Pagkatapos ay inangkop nila ang mga hayop - mga baka, usa, aso, at higit sa lahat ng mga kabayo. Ganito lumitaw ang mga kariton at karwahe. Sa mga karwahe, ang mga tao ay naghanap ng kaginhawahan, na pinapabuti ang mga ito nang higit pa at higit pa.
Ang pagnanais ng mga tao na dagdagan ang bilis ay pinabilis din ang pagbabago ng mga kaganapan sa kasaysayan ng pag-unlad ng transportasyon. Mula sa Griyegong "autos" - "sarili" at ang Latin na "mobilis" - "mobile", ang pang-uri na "self-propelled", literal na "auto-mobile", ay nabuo sa mga wikang European.
Nalalapat ito sa mga relo, awtomatikong mga manika, sa lahat ng uri ng mga mekanismo, sa pangkalahatan, sa lahat ng bagay na nagsilbing isang uri ng karagdagan sa "pagpapatuloy", "pagpapabuti" ng isang tao. Noong ika-18 siglo, sinubukan nilang palitan ang lakas-tao ng lakas ng singaw at inilapat ang terminong “kotse” sa mga walang track na kariton.
Bakit nagsimula ang edad ng isang kotse mula sa unang "mga kotse ng gasolina" na may panloob na combustion engine, naimbento at itinayo noong 1885-1886? Para bang nakakalimutan ang tungkol sa mga tauhan ng singaw at baterya (electric). Ang katotohanan ay ang panloob na combustion engine ay gumawa ng isang tunay na rebolusyon sa teknolohiya ng transportasyon. Sa loob ng mahabang panahon, ito ay naging pinaka pare-pareho sa ideya ng isang kotse at samakatuwid ay pinanatili ang nangingibabaw na posisyon nito sa loob ng mahabang panahon. Ang bahagi ng mga sasakyan na may mga internal combustion engine ngayon ay nagkakahalaga ng higit sa 99.9% ng pandaigdigang transportasyon sa kalsada.<Annex 1 >
Mga pangunahing bahagi ng isang heat engine
Sa modernong teknolohiya, ang mekanikal na enerhiya ay pangunahing nakuha mula sa panloob na enerhiya ng gasolina. Ang mga aparato kung saan ang panloob na enerhiya ay na-convert sa mekanikal na enerhiya ay tinatawag na mga makina ng init.<Appendix 2 >
Upang magsagawa ng trabaho sa pamamagitan ng pagsunog ng gasolina sa isang aparato na tinatawag na pampainit, maaari kang gumamit ng isang silindro kung saan ang gas ay pinainit at pinalawak at nagpapagalaw ng isang piston.<Appendix 3 > Ang gas na ang pagpapalawak ay nagiging sanhi ng paggalaw ng piston ay tinatawag na working fluid. Lumalawak ang gas dahil mas mataas ang presyon nito kaysa sa panlabas na presyon. Ngunit habang lumalawak ang gas, bumababa ang presyon nito, at sa malao't madali ay magiging katumbas ito ng panlabas na presyon. Pagkatapos ang pagpapalawak ng gas ay magtatapos at ito ay titigil sa paggawa.
Ano ang dapat gawin upang hindi tumigil ang pagpapatakbo ng heat engine? Upang ang makina ay patuloy na gumana, kinakailangan na ang piston, pagkatapos mapalawak ang gas, ay bumalik sa orihinal na posisyon nito sa bawat oras, na pinipiga ang gas sa orihinal nitong estado. Ang compression ng isang gas ay maaari lamang mangyari sa ilalim ng impluwensya ng isang panlabas na puwersa, na sa kasong ito ay gumagana (ang puwersa ng presyon ng gas sa kasong ito ay negatibong gumagana). Pagkatapos nito, ang pagpapalawak ng gas at mga proseso ng compression ay maaaring mangyari muli. Nangangahulugan ito na ang pagpapatakbo ng isang heat engine ay dapat na binubuo ng pana-panahong paulit-ulit na mga proseso (cycle) ng pagpapalawak at compression.
Ipinapakita ng Figure 1 ang mga proseso ng pagpapalawak ng gas (linya AB) at compression sa orihinal na volume (line CD). Ang gawaing ginawa ng gas sa panahon ng pagpapalawak ay positibo ( AF > 0 ABEF. Ang gawaing ginawa ng gas sa panahon ng compression ay negatibo (mula noong A.F.< 0
) at katumbas ng numero sa lugar ng figure CDEF. Ang kapaki-pakinabang na gawain para sa cycle na ito ay katumbas ng numero sa pagkakaiba sa mga lugar sa ilalim ng mga kurba AB At CD(may shade sa picture).
Ang pagkakaroon ng heater, working fluid at refrigerator ay isang pangunahing kinakailangang kondisyon para sa tuluy-tuloy na paikot na operasyon ng anumang heat engine.
Ang kahusayan ng makina ng init
Ang gumaganang likido, na tumatanggap ng isang tiyak na halaga ng init Q 1 mula sa pampainit, ay nagbibigay ng bahagi ng dami ng init na ito, katumbas ng modulus |Q2|, sa refrigerator. Samakatuwid, ang gawaing ginawa ay hindi maaaring maging mas malaki A = Q 1 - |Q 2 |. Ang ratio ng gawaing ito sa dami ng init na natanggap ng lumalawak na gas mula sa pampainit ay tinatawag kahusayan init ng makina:
Ang kahusayan ng isang heat engine na tumatakbo sa isang closed cycle ay palaging mas mababa sa isa. Ang gawain ng thermal power engineering ay gawing mas mataas ang kahusayan hangga't maaari, iyon ay, gamitin ang mas maraming init na natanggap mula sa heater hangga't maaari upang makagawa ng trabaho. Paano ito makakamit?
Sa unang pagkakataon, ang pinakaperpektong proseso ng paikot, na binubuo ng isotherms at adiabats, ay iminungkahi ng Pranses na pisiko at inhinyero na si S. Carnot noong 1824.
Ikot ng Carnot.
Ipagpalagay natin na ang gas ay nasa isang silindro, ang mga dingding at piston na kung saan ay gawa sa isang heat-insulating material, at ang ilalim ay gawa sa isang materyal na may mataas na thermal conductivity. Ang dami na inookupahan ng gas ay katumbas ng V 1.
Ilagay natin ang silindro sa heater (Larawan 2) at bigyan ang gas ng pagkakataon na lumawak nang isothermally at gumana. . Ang gas ay tumatanggap ng isang tiyak na halaga ng init mula sa pampainit Q 1. Ang prosesong ito ay graphic na kinakatawan ng isang isotherm (curve AB).
Kapag ang dami ng gas ay naging katumbas ng isang tiyak na halaga V 1'< V 2 ,
ang ilalim ng silindro ay nakahiwalay sa pampainit ,
Pagkatapos nito, ang gas ay lumalawak nang adiabatically sa dami V 2, naaayon sa maximum na posibleng stroke ng piston sa cylinder (adiabatic Araw). Sa kasong ito, ang gas ay pinalamig sa isang temperatura T 2< T 1 .
Ang cooled gas ay maaari na ngayong i-compress isothermally sa isang temperatura T2. Upang gawin ito, dapat itong makipag-ugnay sa isang katawan na may parehong temperatura T 2, ibig sabihin, may refrigerator ,
at i-compress ang gas sa pamamagitan ng panlabas na puwersa. Gayunpaman, sa prosesong ito ang gas ay hindi babalik sa orihinal nitong estado - ang temperatura nito ay palaging mas mababa kaysa T 1.
Samakatuwid, ang isothermal compression ay dinadala sa isang tiyak na intermediate volume V 2 '>V 1(isotherm CD). Sa kasong ito, ang gas ay nagbibigay ng kaunting init sa refrigerator Q2, katumbas ng gawain ng compression na isinagawa dito. Pagkatapos nito, ang gas ay naka-compress na adiabatically sa isang volume V 1, kasabay ng pagtaas ng temperatura nito sa T 1(adiabatic D.A.). Ngayon ang gas ay bumalik sa orihinal nitong estado, kung saan ang dami nito ay katumbas ng V 1, temperatura - T1, presyon - p 1, at ang cycle ay maaaring ulitin muli.
Kaya, sa site ABC gumagana ang gas (A > 0), at sa site CDA gawaing ginawa sa gas (A< 0).
Sa mga site Araw At AD Ang trabaho ay ginagawa lamang sa pamamagitan ng pagbabago ng panloob na enerhiya ng gas. Dahil ang pagbabago sa panloob na enerhiya UBC = –UDA, kung gayon ang gawain sa panahon ng mga proseso ng adiabatic ay pantay: ABC = –ADA. Dahil dito, ang kabuuang gawaing ginawa sa bawat cycle ay tinutukoy ng pagkakaiba sa gawaing ginawa sa panahon ng isothermal na proseso (mga seksyon AB At CD). Sa bilang, ang gawaing ito ay katumbas ng lugar ng figure na nalilimitahan ng cycle curve A B C D.
Bahagi lamang ng dami ng init ang aktwal na na-convert sa kapaki-pakinabang na gawain QT, natanggap mula sa pampainit, katumbas ng QT 1 – |QT 2 |. Kaya, sa Carnot cycle, kapaki-pakinabang na gawain A = QT 1 – |QT 2 |.
Ang pinakamataas na kahusayan ng isang perpektong cycle, tulad ng ipinapakita ng S. Carnot, ay maaaring ipahayag sa mga tuntunin ng temperatura ng pampainit (T 1) at refrigerator (T 2):
Sa totoong mga makina, hindi posible na ipatupad ang isang cycle na binubuo ng perpektong isothermal at adiabatic na mga proseso. Samakatuwid, ang kahusayan ng cycle na isinasagawa sa mga tunay na makina ay palaging mas mababa kaysa sa kahusayan ng Carnot cycle (sa parehong mga temperatura ng mga heater at refrigerator):
Ipinapakita ng formula na mas mataas ang temperatura ng pampainit at mas mababa ang temperatura ng refrigerator, mas malaki ang kahusayan ng engine.
Problema Blg. 703
Ang makina ay gumagana ayon sa Carnot cycle. Paano magbabago ang kahusayan ng isang makina ng init kung, sa isang pare-parehong temperatura ng refrigerator na 17 o C, ang temperatura ng pampainit ay tataas mula 127 hanggang 447 o C?
Problema Blg. 525
Tukuyin ang kahusayan ng makina ng traktor, na nangangailangan ng 1.5 kg ng gasolina na may tiyak na init ng pagkasunog na 4.2 · 107 J/kg upang maisagawa ang gawaing 1.9 × 107 J.
Pagkuha ng pagsusulit sa computer sa paksa.<Appendix 4 > Nagtatrabaho sa isang modelo ng heat engine.
« Physics - ika-10 baitang"
Upang malutas ang mga problema, kailangan mong gumamit ng mga kilalang expression para sa pagtukoy sa kahusayan ng mga heat engine at tandaan na ang expression (13.17) ay may bisa lamang para sa isang perpektong heat engine.
Gawain 1.
Sa boiler ng isang steam engine ang temperatura ay 160 °C, at ang temperatura ng refrigerator ay 10 °C.
Ano ang pinakamataas na trabaho na maaaring gawin ng isang makina sa teorya kung ang karbon na tumitimbang ng 200 kg na may tiyak na init ng pagkasunog na 2.9 10 7 J/kg ay sinunog sa isang hurno na may kahusayan na 60%?
Solusyon.
Ang pinakamataas na trabaho ay maaaring gawin ng isang perpektong heat engine na nagpapatakbo ayon sa Carnot cycle, ang kahusayan nito ay η = (T 1 - T 2)/T 1, kung saan ang T 1 at T 2 ay ang ganap na temperatura ng heater at refrigerator. Para sa anumang heat engine, ang kahusayan ay tinutukoy ng formula η = A/Q 1, kung saan ang A ay ang gawaing ginagawa ng heat engine, Q 1 ay ang dami ng init na natanggap ng makina mula sa heater.
Mula sa mga kondisyon ng problema ay malinaw na ang Q 1 ay bahagi ng dami ng init na inilabas sa panahon ng pagkasunog ng gasolina: Q 1 = η 1 mq.
Kung gayon, saan ang A = η 1 mq(1 - T 2 /T 1) = 1.2 10 9 J.
Gawain 2.
Ang isang steam engine na may lakas na N = 14.7 kW ay kumokonsumo ng gasolina na tumitimbang ng m = 8.1 kg bawat 1 oras ng operasyon, na may tiyak na init ng pagkasunog q = 3.3 10 7 J/kg.
Temperatura ng boiler 200 °C, refrigerator 58 °C.
Tukuyin ang kahusayan ng makinang ito at ihambing ito sa kahusayan ng isang perpektong makina ng init.
Solusyon.
Ang kahusayan ng isang heat engine ay katumbas ng ratio ng nakumpletong mekanikal na gawain A sa ginugol na dami ng init na Qlt na inilabas sa panahon ng pagkasunog ng gasolina.
Dami ng init Q 1 = mq.
Gawaing ginawa sa parehong oras A = Nt.
Kaya, η = A/Q 1 = Nt/qm = 0.198, o η ≈ 20%.
Para sa perpektong makina ng init 
η < η ид.
Gawain 3.
Ang isang perpektong makina ng init na may kahusayan η ay gumagana sa isang reverse cycle (Larawan 13.15).
Ano ang pinakamataas na dami ng init na maaaring makuha mula sa refrigerator sa pamamagitan ng pagsasagawa ng mekanikal na gawain A?
Dahil ang makina ng pagpapalamig ay gumagana sa isang reverse cycle, upang ang init ay lumipat mula sa isang hindi gaanong pinainit na katawan patungo sa isang mas pinainit, kinakailangan para sa mga panlabas na puwersa na gumawa ng positibong trabaho.
Schematic diagram ng isang refrigeration machine: isang dami ng init Q 2 ay kinuha mula sa refrigerator, ang trabaho ay ginagawa ng mga panlabas na pwersa at isang dami ng init Q 1 ay inilipat sa heater.
Kaya naman, 
Q 2 = Q 1 (1 - η), Q 1 = A/η.
Panghuli, Q 2 = (A/η)(1 - η).
Pinagmulan: "Physics - ika-10 baitang", 2014, aklat-aralin Myakishev, Bukhovtsev, Sotsky
Mga Batayan ng thermodynamics. Thermal phenomena - Physics, textbook para sa grade 10 - Classroom physics
« Physics - ika-10 baitang"
Ano ang isang thermodynamic system at kung anong mga parameter ang nagpapakilala sa estado nito.
Sabihin ang una at ikalawang batas ng thermodynamics.
Ito ay ang paglikha ng teorya ng mga heat engine na humantong sa pagbabalangkas ng pangalawang batas ng thermodynamics.
Ang mga reserba ng panloob na enerhiya sa crust ng lupa at karagatan ay maaaring ituring na halos walang limitasyon. Ngunit upang malutas ang mga praktikal na problema, ang pagkakaroon ng mga reserbang enerhiya ay hindi sapat. Kinakailangan din na magamit ang enerhiya upang i-set in motion machine tool sa mga pabrika at pabrika, sasakyan, traktora at iba pang makina, upang paikutin ang mga rotor ng electric current generators, atbp. Ang sangkatauhan ay nangangailangan ng mga makina - mga aparatong may kakayahang gumawa ng trabaho. Karamihan sa mga makina sa Earth ay mga makinang pampainit.
Mga makinang pampainit- ito ay mga aparato na nagko-convert ng panloob na enerhiya ng gasolina sa gawaing mekanikal.
Prinsipyo ng pagpapatakbo ng mga heat engine.
Upang gumana ang isang makina, kailangang may pagkakaiba sa presyon sa magkabilang panig ng piston ng makina o mga blades ng turbine. Sa lahat ng mga makina ng init, ang pagkakaiba sa presyon na ito ay nakakamit sa pamamagitan ng pagtaas ng temperatura gumaganang likido(gas) ng daan-daan o libu-libong digri kumpara sa temperatura ng kapaligiran. Ang pagtaas ng temperatura na ito ay nangyayari kapag nasusunog ang gasolina.
Ang isa sa mga pangunahing bahagi ng makina ay isang sisidlan na puno ng gas na may isang movable piston. Ang gumaganang likido ng lahat ng mga makina ng init ay gas, na gumagana sa panahon ng pagpapalawak. Tukuyin natin ang paunang temperatura ng working fluid (gas) sa pamamagitan ng T 1 . Ang temperaturang ito sa mga steam turbine o makina ay nakakamit ng singaw sa steam boiler. Sa mga internal combustion engine at gas turbine, ang pagtaas ng temperatura ay nangyayari habang nasusunog ang gasolina sa loob mismo ng makina. Temperatura T 1 ay tinatawag temperatura ng pampainit.
Ang papel ng refrigerator.
Habang ginagawa ang trabaho, nawawalan ng enerhiya ang gas at hindi maiiwasang lumamig sa isang tiyak na temperatura T2, na kadalasang mas mataas nang bahagya kaysa sa temperatura sa paligid. tawag nila sa kanya temperatura ng refrigerator. Ang refrigerator ay ang atmospera o mga espesyal na kagamitan para sa paglamig at pagpapalapot ng singaw ng basura - mga kapasitor. Sa huling kaso, ang temperatura ng refrigerator ay maaaring bahagyang mas mababa kaysa sa ambient temperature.
Kaya, sa isang makina, ang gumaganang likido sa panahon ng pagpapalawak ay hindi maaaring ibigay ang lahat ng panloob na enerhiya nito upang gumawa ng trabaho. Ang ilan sa init ay hindi maiiwasang mailipat sa refrigerator (atmosphere) kasama ng mga basurang singaw o mga gas na tambutso mula sa mga internal combustion engine at gas turbine.
Ang bahaging ito ng panloob na enerhiya ng gasolina ay nawala. Ang isang heat engine ay gumaganap ng trabaho dahil sa panloob na enerhiya ng gumaganang likido. Bukod dito, sa prosesong ito, ang init ay inililipat mula sa mas maiinit na katawan (painit) patungo sa mas malamig (refrigerator). Ang schematic diagram ng isang heat engine ay ipinapakita sa Figure 13.13.
Ang gumaganang likido ng makina ay tumatanggap mula sa pampainit sa panahon ng pagkasunog ng gasolina ang dami ng init Q 1, gumagana A" at inililipat ang dami ng init sa refrigerator Q 2< Q 1 .
Upang ang makina ay patuloy na gumana, kinakailangan na ibalik ang gumaganang likido sa paunang estado nito, kung saan ang temperatura ng gumaganang likido ay katumbas ng T 1. Sinusunod nito na ang makina ay nagpapatakbo ayon sa pana-panahong paulit-ulit na mga saradong proseso, o, gaya ng sinasabi nila, sa isang ikot.
Ikot ay isang serye ng mga proseso bilang isang resulta kung saan ang system ay bumalik sa orihinal nitong estado.
Coefficient ng performance (efficiency) ng isang heat engine.
Ang imposibilidad ng ganap na pag-convert ng panloob na enerhiya ng gas sa gawain ng mga makina ng init ay dahil sa hindi maibabalik na mga proseso sa kalikasan. Kung ang init ay maaaring kusang bumalik mula sa refrigerator patungo sa pampainit, kung gayon ang panloob na enerhiya ay maaaring ganap na ma-convert sa kapaki-pakinabang na gawain ng anumang heat engine. Ang pangalawang batas ng thermodynamics ay maaaring ipahayag tulad ng sumusunod:
Pangalawang batas ng thermodynamics:
Imposibleng lumikha ng isang panghabang-buhay na makina ng paggalaw ng pangalawang uri, na ganap na magko-convert ng init sa gawaing mekanikal.
Ayon sa batas ng konserbasyon ng enerhiya, ang gawaing ginawa ng makina ay katumbas ng:
A" = Q 1 - |Q 2 |, (13.15)
kung saan ang Q 1 ay ang dami ng init na natanggap mula sa pampainit, at ang Q2 ay ang dami ng init na ibinigay sa refrigerator.
Ang koepisyent ng pagganap (kahusayan) ng isang makina ng init ay ang ratio ng gawaing "A" na isinagawa ng makina sa dami ng init na natanggap mula sa pampainit:
Dahil ang lahat ng mga makina ay naglilipat ng kaunting init sa refrigerator, pagkatapos ay η< 1.
Pinakamataas na halaga ng kahusayan ng mga heat engine.
Ginagawang posible ng mga batas ng thermodynamics na kalkulahin ang pinakamataas na posibleng kahusayan ng isang heat engine na nagpapatakbo sa isang heater sa temperatura T1 at isang refrigerator sa temperatura T2, pati na rin upang matukoy ang mga paraan upang mapataas ito.
Sa kauna-unahang pagkakataon, ang pinakamataas na posibleng kahusayan ng isang makina ng init ay kinakalkula ng inhinyero at siyentipikong Pranses na si Sadi Carnot (1796-1832) sa kanyang akdang "Mga pagninilay sa puwersa ng pagmamaneho ng apoy at sa mga makina na may kakayahang bumuo ng puwersang ito" (1824). ).
Nakagawa si Carnot ng isang perpektong makina ng init na may perpektong gas bilang isang gumaganang likido. Ang isang perpektong Carnot heat engine ay gumagana sa isang cycle na binubuo ng dalawang isotherms at dalawang adiabats, at ang mga prosesong ito ay itinuturing na nababaligtad (Fig. 13.14). Una, ang isang sisidlan na may gas ay dinadala sa pakikipag-ugnay sa pampainit, ang gas ay lumalawak nang isothermally, gumagawa ng positibong trabaho, sa temperatura T 1, at tumatanggap ito ng isang halaga ng init Q 1.
Pagkatapos ang sisidlan ay thermally insulated, ang gas ay patuloy na lumalawak nang adiabatically, habang ang temperatura nito ay bumababa sa temperatura ng refrigerator T 2. Pagkatapos nito, ang gas ay dinadala sa contact sa refrigerator; sa panahon ng isothermal compression, binibigyan nito ang dami ng init Q 2 sa refrigerator, na pinipiga sa isang volume na 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:
Tulad ng sumusunod mula sa formula (13.17), ang kahusayan ng isang Carnot machine ay direktang proporsyonal sa pagkakaiba sa ganap na temperatura ng heater at refrigerator.
Ang pangunahing kahalagahan ng formula na ito ay nagpapahiwatig ng paraan upang madagdagan ang kahusayan, para dito kinakailangan upang mapataas ang temperatura ng pampainit o babaan ang temperatura ng refrigerator.
Anumang tunay na makina ng init na gumagana sa isang pampainit sa temperaturang T1 at isang refrigerator sa temperaturang T2 ay hindi maaaring magkaroon ng kahusayan na higit sa isang perpektong makina ng init: 
Ang mga proseso na bumubuo sa cycle ng isang tunay na heat engine ay hindi nababaligtad.
Ang Formula (13.17) ay nagbibigay ng teoretikal na limitasyon para sa pinakamataas na halaga ng kahusayan ng mga heat engine. Ipinapakita nito na ang isang heat engine ay mas mahusay, mas malaki ang pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng heater at refrigerator.
Tanging sa temperatura ng refrigerator na katumbas ng absolute zero ang η = 1. Bilang karagdagan, napatunayan na ang kahusayan na kinakalkula gamit ang formula (13.17) ay hindi nakasalalay sa gumaganang sangkap.
Ngunit ang temperatura ng refrigerator, na ang papel ay karaniwang ginagampanan ng atmospera, ay halos hindi maaaring mas mababa kaysa sa ambient air temperature. Maaari mong taasan ang temperatura ng pampainit. Gayunpaman, ang anumang materyal (solid) ay may limitadong paglaban sa init o paglaban sa init. Kapag pinainit, unti-unting nawawala ang mga nababanat na katangian nito, at sa isang sapat na mataas na temperatura ay natutunaw ito.
Ngayon ang mga pangunahing pagsisikap ng mga inhinyero ay naglalayong dagdagan ang kahusayan ng mga makina sa pamamagitan ng pagbawas ng alitan ng kanilang mga bahagi, pagkalugi ng gasolina dahil sa hindi kumpletong pagkasunog, atbp.
Para sa isang steam turbine, ang paunang at panghuling temperatura ng singaw ay humigit-kumulang sa mga sumusunod: T 1 - 800 K at T 2 - 300 K. Sa mga temperaturang ito, ang pinakamataas na halaga ng kahusayan ay 62% (tandaan na ang kahusayan ay karaniwang sinusukat bilang isang porsyento) . Ang aktwal na halaga ng kahusayan dahil sa iba't ibang uri ng pagkalugi ng enerhiya ay humigit-kumulang 40%. Ang pinakamataas na kahusayan - mga 44% - ay nakakamit ng mga makina ng Diesel.
Proteksiyon ng kapaligiran.
Mahirap isipin ang modernong mundo na walang mga heat engine. Sila ang nagbibigay sa atin ng maginhawang buhay. Ang mga heat engine ay nagmamaneho ng mga sasakyan. Humigit-kumulang 80% ng kuryente, sa kabila ng pagkakaroon ng mga nuclear power plant, ay nabuo gamit ang mga thermal engine.
Gayunpaman, sa panahon ng pagpapatakbo ng mga heat engine, ang hindi maiiwasang polusyon sa kapaligiran ay nangyayari. Ito ay isang kontradiksyon: sa isang banda, ang sangkatauhan ay nangangailangan ng higit at higit na enerhiya bawat taon, ang pangunahing bahagi nito ay nakuha sa pamamagitan ng pagkasunog ng gasolina, sa kabilang banda, ang mga proseso ng pagkasunog ay hindi maiiwasang sinamahan ng polusyon sa kapaligiran.
Kapag nasusunog ang gasolina, bumababa ang nilalaman ng oxygen sa kapaligiran. Bilang karagdagan, ang mga produkto ng pagkasunog mismo ay bumubuo ng mga kemikal na compound na nakakapinsala sa mga buhay na organismo. Ang polusyon ay nangyayari hindi lamang sa lupa, kundi pati na rin sa himpapawid, dahil ang anumang paglipad ng eroplano ay sinamahan ng mga paglabas ng mga nakakapinsalang dumi sa kapaligiran.
Ang isa sa mga kahihinatnan ng mga makina ay ang pagbuo ng carbon dioxide, na sumisipsip ng infrared radiation mula sa ibabaw ng Earth, na humahantong sa pagtaas ng temperatura ng atmospera. Ito ang tinatawag na greenhouse effect. Ipinapakita ng mga sukat na ang temperatura ng atmospera ay tumataas ng 0.05 °C bawat taon. Ang ganitong patuloy na pagtaas ng temperatura ay maaaring maging sanhi ng pagtunaw ng yelo, na kung saan, ay hahantong sa mga pagbabago sa antas ng tubig sa mga karagatan, ibig sabihin, sa pagbaha ng mga kontinente.
Tandaan natin ang isa pang negatibong punto kapag gumagamit ng mga heat engine. Kaya, kung minsan ang tubig mula sa mga ilog at lawa ay ginagamit upang palamig ang mga makina. Ang pinainit na tubig ay ibinalik muli. Ang pagtaas ng temperatura sa mga katawan ng tubig ay nakakagambala sa natural na balanse; ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay tinatawag na thermal pollution.
Upang protektahan ang kapaligiran, ang iba't ibang mga filter ng paglilinis ay malawakang ginagamit upang maiwasan ang paglabas ng mga nakakapinsalang sangkap sa atmospera, at ang mga disenyo ng makina ay pinapabuti. Mayroong patuloy na pagpapabuti ng gasolina na gumagawa ng mas kaunting mga mapanganib na sangkap sa panahon ng pagkasunog, pati na rin ang teknolohiya ng pagkasunog nito. Ang mga alternatibong mapagkukunan ng enerhiya na gumagamit ng hangin, solar radiation, at nuclear energy ay aktibong binuo. Ginagawa na ang mga electric at solar powered na sasakyan.
