IMG$35

Obiegi w przód występują w silnikach, zaś obiegi wstecz — w chłodziarkach.

25. Silniki cieplne. Układ fizyczny, który w pewnych warunkach jest w stanie zamieniać część ciepia na pracę w sposób ciągły, nazywa się silnikiem c i e p 1 n y m. W silniku czynnik termodynamiczny (gaz lub para), pośredniczący w wymianie ciepła, ulega okresowym zmianom stanu. Dzięki kolejnemu rozprężaniu i kurczeniu się czynnika wykonywana jest praca, przy czym na końcu każdego okresu czynnik wraca do stanu wyjściowego, czyli podlega obiegowi.

Podczas odbywających się w silniku przemian czynnik czerpie ciepło ze źródła górnego, czyli z grzejnicy (np. z paleniska kotła w silniku parowym lub przestrzeni dawkowej w silniku spalinowym), dzięki czemu gaz się rozpręża, po czym następuje okres, gdy ciepło oddawane jest przez czynnik źródłu dolnemu, czyli chłodnicy (np. skraplaczowi w silniku parowym lub atmosferze zewnętrznej w silniku spalinowym czy parowozie), wobec czego gaz kurczy się i może wrócić do stanu pierwotnego wykonując w ten sposób obieg zamknięty, czyli cykl.

Silnik cieplny pracuje tym korzystniej, im więcej dostarczy pracy w stosunku do zaczerpniętego z grzejnicy ciepła, gdyż nie wszystko ciepło zaczerpnięte z grzejnicy zostaje zamienione w silniku na pracę; część oddana zostanie chłodnicy.

Jeżeli praca wykonywana przez silnik równa się L a pobrane ciepło Q to o jakości silnika świadczy stosunek

Q

zwany sprawnością cieplną silnika.

26. Silniki odwracalne i nieodwracalne. Silnikiem odwracalnym na--zywa się taki silnik, w którym obieg jest odwracalny, a więc może odbywać się,w przód, zamieniając ciepło na pracę, ale również może się odbywać wstecz, zamieniając poprzednio wykonaną pracę na ciepło i oddając je z powrotem grzejnicy, z której przy obiegu w przód zostało przez silnik zaczerpnięte. Jeżeli więc przy obiegu w przód silnik wykonał pewną pracę zewnętrzną kosztem pewnej ilości ciepła zaczerpniętego z grzejnicy ł częścidwo oddanego chłodnicy, to ten sam silnik w obiegu wstecz jest w stanic kosztem tej wykonanej pracy odebrać poprzednio oddane chłodnicy ciepło i zwrócić je grzejnicy bez strat. Tak więc po zakończeniu odwracalnego obiegu w obu kierunkach w układzie żadnych zmian nic będzić i wszystko wróci do takiego stanu, jaki był przed rozpoczęciem odwracalnego obiegu w przód.

Silniki, które tym warunkom nie odpowiadają, nazywają się silnikami nieodwracalnymi. W silnikach więc nieodwracalnych po ukończeniu obiegu w przód, a następnie wstecz, choćby gaz wrócił do stanu wyjściowego, cały układ różnić się będzie od tego, jaki był przed rozpoczęciem odwracalnego obiegu w przód.

Porównajmy sprawność silników odwracalnych i nieodwracalnych.

Załóżmy; że pomiędzy dwoma nieskończenie pojemnymi źródłami ciepła o temperaturze T i T₀ (rys. 25) pracują dwa silniki: odwracalny O i nieodwracalny N, tak dobrane, źe praca przez nie dostarczana jest jednakowa, więc L₀ = L„.

Przypuśćmy teraz, źe silnik odwracalny jest gorszy, zatem jego sprawność jest mniejsza niż sprawność silnika nieodwracalnego, czyli rj₀ < ^ł?n- Silnik odwracalny czerpie z grzejnicy Q₀ ciepła, silnik zaś nieodwracalny Q„ ciepła; ponieważ prace wykonywane przez oba silniki są jednakowe, a sprawność różna, więc Q„ < Q₀.

Rys. 25-Sprawność silnika odwracalnego i nieodwracalnego

Jeżeli silnik odwracalny pracować będzie obiegiem wstecz, napędzany silnikiem nieodwracalnym, co jest możliwe, bo silnik odwracalny posiada właściwość pracy z jednakowym skutkiem w obu kierunkach, | prace wykonywane przez oba silniki są jednakowe L₀ — L_n, to silnik będzie oddawać do grzejnicy Q„ ciepła, podczas gdy jednocześnie silnik nieodwracalny czerpie z grzejnicy tylko Q_n < Q₀. Powstała nadwyżka ciepła (Q₀ — Q„) jest nieuzasadniona, wbrew pierwszemu prawu termodynamiki powstało ciepło z niczego, bo przecież nic w układzie nie uległo zmianie. Istniałaby więc w tych założeniach możność czerpania ciepła w dowolnej ilości bez żadnego równoważnika w układzie, co jest sprzeczne z podstawami fizyki.

Z tego wynika, że założenie było fałszywe, sprawność obiegu odwracalnego musi być nie mniejsza, lecz większa od sprawności obiegu nieodwracalnego; w skrajnym przypadku może być jej równa

Najlepsze więc wyzyskanie ciepła przy zamianie na pracę daje silnik odwracalny.

Silnik odwracalny czerpie ciepło z grzejnicy przy nieskończenie małej różnicy temperatur i w tych samych warunkach oddaje ciepło chłód-

81

| Podłtfrwy techniki cieplnej