Obraz (20) 2

6.5.2. Silniki odwracalne i nieodwracalne

Układ fizyczny (urządzenie), który w pewnych warunkach może w sposób ciągły zmienić część ciepła na pracę, nazywa się silnikiem cieplnym. W silniku cieplnym czynnik termodynamiczny (gaz lub para) podlega obiegowi. W wyniku kolejnych przemian sprężania i rozprężania czynnik wykonuje pracę. Podczas tych przemian czerpie on ciepło ze źródła zwanego górnym (komora spalania, grzcjnica) i następnie część ciepła oddaje do źródła zwanego dolnym (skraplacz, chłodnica, atmosfera).

Silniki cieplne mogą być odwracalne i nieodwracalne, W silniku odwracalnym obieg jest odwracalny, tzn. że może się odbywać zarówno w przód (zmieniając ciepło na pracę), jak i wstecz (zmieniając uprzednio wykonaną pracę na ciepło i zwracając jc do źródła). Silniki, które nie spełniają tych warunków, nazywamy silnikami nieodwracalnymi.

W silnikach cieplnych rzeczywistych wskutek istnienia przemian nieodwracalnych. spowodowanych tarciem oraz stratami ciepła (pewna ilość ciepła przenika pracz ścianki cylindra), ilość energii oddanej na zewnątrz cylindra jest mniejsza od ilości doprowadzonego ciepła. Z tego powodu wprowadzone zostało pojęcie sprawności urządzenia. Sprawnością ą, silnika nazywamy stosunek ilości ciepła zamienionego na pracę do ilości ciepła pobranego zc źródła górnego

Q,-Q>

•I,

(6-57)

gdzie: Q, — całkowita ilość ciepła pobranego ze źródła górnego, Q₂ - ciepło oddane do źródła dolnego.

Największą sprawność miałby silnik odwracalny. Ponieważ silniki rzeczywiste są silnikami nieodwracalnymi, więc ich sprawność jest mniejsza niż sprawność silnika odwracalnego.

6.5.3 Obieg Carnota

Prace nad teorią obiegów cieplnych zapoczątkował francuski inżynier i uczony Sadi Carnot. Rezultatem jego prac było stwierdzenie faktu, iż warunkiem niezbędnym do urzeczywistnienia zamiany ciepła na pracę jest istnienie różnicy temperatury, tj, istnienie dwóch źródeł ciepła: górnego (gorącego) i dolnego (chłodnego). Carnot określił ponadto warunki, jakim powinien odpowiadać najprostszy obieg o najwyższej sprawności.

Obieg Carnota jest odwracalny, gdyż składa »ię wyłącznic z przemian odwracalnych. W skład tego obiegu (rys. 6.9e) wchodzą cztery przemiany: dwie izotcrmicznc / -2 i 3-4 oraz dwie adiabatyczne 2-3 i 4-1. Podczas przemiany izotcmiiczocj / 2 czynnik pobiera ciepło ze źródła o temperaturze wyższej, a podczas przemiany .? 4 oddaje ciepło do źródła o temperaturze niższej.

123