Eficiencia del motor térmico. Eficiencia del motor térmico: fórmula de determinación. Motor térmico. Segunda ley de la termodinámica Tipos de eficiencia térmica de los motores térmicos

El tema de la lección actual será la consideración de los procesos que ocurren en dispositivos muy concretos, y no abstractos, como en lecciones anteriores: los motores térmicos. Definiremos dichas máquinas, describiremos sus componentes principales y su principio de funcionamiento. También durante esta lección consideraremos la cuestión de encontrar la eficiencia: el factor de eficiencia de los motores térmicos, tanto real como máximo posible.

Tema: Fundamentos de termodinámica.
Lección: Cómo funciona un motor térmico

El tema de la última lección fue la primera ley de la termodinámica, que especificaba la relación entre una cierta cantidad de calor que se transfirió a una porción de un gas y el trabajo realizado por este gas durante la expansión. Y ahora ha llegado el momento de decir que esta fórmula es de interés no sólo para algunos cálculos teóricos, sino también en una aplicación bastante práctica, porque el trabajo del gas no es más que el trabajo útil que extraemos cuando utilizamos motores térmicos.

Definición. Motor térmico- un dispositivo en el que la energía interna del combustible se convierte en trabajo mecánico (Fig. 1).

Arroz. 1. Varios ejemplos de motores térmicos (), ()

Como puede ver en la figura, los motores térmicos son cualquier dispositivo que funciona según el principio anterior y su diseño varía desde increíblemente simple hasta muy complejo.

Sin excepción, todos los motores térmicos se dividen funcionalmente en tres componentes (ver Fig. 2):

• Calentador
• Trabajando fluidamente
• Refrigerador

Arroz. 2. Diagrama funcional de un motor térmico ()

Un calentador es el proceso de combustión de combustible, que durante la combustión transfiere una gran cantidad de calor al gas, calentándolo a altas temperaturas. El gas caliente, que es el fluido de trabajo, se expande debido al aumento de temperatura y, en consecuencia, de presión, realizando trabajo. Por supuesto, dado que siempre hay transferencia de calor con la carrocería del motor, el aire circundante, etc., el trabajo no será numéricamente igual al calor transferido: parte de la energía va al refrigerador, que, por regla general, es el medio ambiente. .

La forma más sencilla de imaginar el proceso que se produce es en un cilindro simple debajo de un pistón en movimiento (por ejemplo, el cilindro de un motor de combustión interna). Naturalmente, para que el motor funcione y tenga sentido, el proceso debe ocurrir cíclicamente y no una sola vez. Es decir, después de cada expansión, el gas debe volver a su posición original (Fig. 3).

Arroz. 3. Ejemplo de funcionamiento cíclico de un motor térmico ()

Para que el gas vuelva a su posición inicial, se debe realizar algún trabajo sobre él (el trabajo de fuerzas externas). Y dado que el trabajo del gas es igual al trabajo sobre el gas con el signo opuesto, para que el gas realice un trabajo positivo total durante todo el ciclo (de lo contrario, no tendría sentido en el motor), es necesario que el trabajo de las fuerzas externas sea menor que el trabajo del gas. Es decir, la gráfica del proceso cíclico en coordenadas P-V debe tener la forma: un circuito cerrado con recorrido en el sentido de las agujas del reloj. Bajo esta condición, el trabajo realizado por el gas (en la sección del gráfico donde aumenta el volumen) es mayor que el trabajo realizado sobre el gas (en la sección donde el volumen disminuye) (Fig. 4).

Arroz. 4. Un ejemplo de un gráfico de un proceso que ocurre en un motor térmico.

Dado que estamos hablando de un determinado mecanismo, es imperativo decir cuál es su eficiencia.

Definición. Eficiencia (coeficiente de rendimiento) de un motor térmico- la relación entre el trabajo útil realizado por el fluido de trabajo y la cantidad de calor transferido al cuerpo desde el calentador.

Si tenemos en cuenta la conservación de energía: la energía que sale del calentador no desaparece en ninguna parte; parte de ella se elimina en forma de trabajo, el resto va al refrigerador:

Obtenemos:

Esta es una expresión para la eficiencia en partes, si necesita obtener el valor de la eficiencia en porcentaje, debe multiplicar el número resultante por 100. La eficiencia en el sistema de medición SI es una cantidad adimensional y, como puede verse en la fórmula, no puede ser más de uno (o 100).

También hay que decir que esta expresión se llama eficiencia real o eficiencia de un motor térmico real (motor térmico). Si asumimos que de alguna manera logramos deshacernos por completo de las deficiencias del diseño del motor, entonces obtendremos un motor ideal y su eficiencia se calculará utilizando la fórmula para la eficiencia de un motor térmico ideal. Esta fórmula fue obtenida por el ingeniero francés Sadi Carnot (Fig.5):

Las realidades modernas exigen el uso generalizado de motores térmicos. Hasta ahora han fracasado numerosos intentos de sustituirlos por motores eléctricos. Los problemas asociados con la acumulación de electricidad en sistemas autónomos son difíciles de resolver.

Los problemas de la tecnología de fabricación de baterías eléctricas, teniendo en cuenta su uso a largo plazo, siguen siendo relevantes. Las características de velocidad de los vehículos eléctricos están lejos de las de los automóviles con motor de combustión interna.

Los primeros pasos para crear motores híbridos pueden reducir significativamente las emisiones nocivas en las megaciudades, resolviendo problemas ambientales.

Una pequeña historia

La posibilidad de convertir la energía del vapor en energía de movimiento era conocida desde la antigüedad. 130 a.C.: El filósofo Herón de Alejandría presentó al público un juguete de vapor, el aeolipile. La esfera llena de vapor comenzó a girar bajo la influencia de los chorros que emanaban de ella. Este prototipo de turbina de vapor moderna no se utilizaba en aquella época.

Durante muchos años y siglos, los desarrollos del filósofo se consideraron simplemente un juguete divertido. En 1629, el italiano D. Branchi creó una turbina activa. El vapor impulsaba un disco equipado con palas.

A partir de ese momento se inició el rápido desarrollo de las máquinas de vapor.

Motor térmico

La conversión de combustible en energía de movimiento de piezas y mecanismos de máquinas se utiliza en los motores térmicos.

Las partes principales de las máquinas: calentador (sistema de obtención de energía del exterior), fluido de trabajo (realiza una acción útil), frigorífico.

El calentador está diseñado para garantizar que el fluido de trabajo acumule un suministro suficiente de energía interna para realizar un trabajo útil. El frigorífico elimina el exceso de energía.

La principal característica de eficiencia se denomina eficiencia de los motores térmicos. Este valor muestra cuánta energía gastada en calefacción se gasta en realizar un trabajo útil. Cuanto mayor sea la eficiencia, más rentable será el funcionamiento de la máquina, pero este valor no puede superar el 100%.

Cálculo de eficiencia

Deje que el calentador adquiera del exterior energía igual a Q 1 . El fluido de trabajo realizó el trabajo A, mientras que la energía entregada al refrigerador ascendió a Q 2.

Con base en la definición, calculamos el valor de eficiencia:

η= A / Q 1 . Tengamos en cuenta que A = Q 1 - Q 2.

Por tanto, la eficiencia del motor térmico, cuya fórmula es η = (Q 1 - Q 2) / Q 1 = 1 - Q 2 / Q 1, nos permite sacar las siguientes conclusiones:

• La eficiencia no puede exceder 1 (o 100%);
• para maximizar este valor, es necesario aumentar la energía recibida del calentador o disminuir la energía entregada al refrigerador;
• el aumento de la energía del calentador se logra cambiando la calidad del combustible;
• Las características de diseño de los motores pueden reducir la energía entregada al refrigerador.

Motor térmico ideal

¿Es posible crear un motor cuya eficiencia sea máxima (idealmente igual al 100%)? El físico teórico y talentoso ingeniero francés Sadi Carnot intentó encontrar la respuesta a esta pregunta. En 1824 se hicieron públicos sus cálculos teóricos sobre los procesos que ocurren en los gases.

Se puede considerar que la idea principal inherente a la máquina ideal es realizar procesos reversibles con un gas ideal. Empezamos expandiendo el gas isotérmicamente a la temperatura T 1 . La cantidad de calor necesaria para ello es Q 1. Después el gas se expande sin intercambio de calor y, al alcanzar la temperatura T 2, el gas se comprime isotérmicamente transfiriendo energía Q 2 al frigorífico. El gas vuelve adiabáticamente a su estado original.

La eficiencia de una máquina térmica de Carnot ideal, cuando se calcula con precisión, es igual a la relación entre la diferencia de temperatura entre los dispositivos de calefacción y refrigeración y la temperatura del calentador. Se ve así: η=(T 1 - T 2)/ T 1.

La posible eficiencia de un motor térmico, cuya fórmula es: η = 1 - T 2 / T 1, depende únicamente de las temperaturas del calentador y del refrigerador y no puede superar el 100%.

Además, esta relación nos permite demostrar que la eficiencia de los motores térmicos puede ser igual a la unidad sólo cuando el frigorífico alcanza la temperatura. Como se sabe, este valor es inalcanzable.

Los cálculos teóricos de Carnot permiten determinar la eficiencia máxima de una máquina térmica de cualquier diseño.

El teorema demostrado por Carnot es el siguiente. En ningún caso un motor térmico arbitrario puede tener una eficiencia superior al mismo valor de eficiencia de un motor térmico ideal.

Ejemplo de resolución de problemas

Ejemplo 1. ¿Cuál es la eficiencia de un motor térmico ideal si la temperatura del calentador es de 800 o C y la temperatura del refrigerador es 500 o C menor?

T 1 = 800 o C = 1073 K, ∆T = 500 o C = 500 K, η - ?

Por definición: η=(T 1 - T 2)/ T 1.

No nos dan la temperatura del frigorífico, sino ∆T= (T 1 - T 2), por tanto:

η= ∆T / T 1 = 500 K/1073 K = 0,46.

Respuesta: Eficiencia = 46%.

Ejemplo 2. Determine la eficiencia de una máquina térmica ideal si, debido al kilojulio adquirido de energía del calentador, se realiza un trabajo útil de 650 J. ¿Cuál es la temperatura del calentador de la máquina térmica si la temperatura del refrigerador es de 400 K?

Q 1 = 1 kJ = 1000 J, A = 650 J, T 2 = 400 K, η - ?, T 1 = ?

En este problema hablamos de una instalación térmica cuyo rendimiento se puede calcular mediante la fórmula:

Para determinar la temperatura del calentador, utilizamos la fórmula de eficiencia de un motor térmico ideal:

η = (T 1 - T 2)/ T 1 = 1 - T 2 / T 1.

Después de realizar transformaciones matemáticas, obtenemos:

T 1 = T 2 /(1- η).

T 1 = T 2 /(1- A / Q 1).

Calculemos:

η= 650 J/ 1000 J = 0,65.

T1 = 400 K / (1- 650 J / 1000 J) = 1142,8 K.

Respuesta: η= 65%, T 1 = 1142,8 K.

Condiciones reales

Un motor térmico ideal se diseña teniendo en cuenta los procesos ideales. El trabajo se realiza sólo en procesos isotérmicos; su valor se determina como el área limitada por la gráfica del ciclo de Carnot.

En realidad, es imposible crear las condiciones para que se produzca el proceso de cambio de estado de un gas sin los cambios de temperatura que lo acompañan. No existen materiales que excluyan el intercambio de calor con los objetos circundantes. El proceso adiabático se vuelve imposible de realizar. En el caso del intercambio de calor, la temperatura del gas necesariamente debe cambiar.

La eficiencia de los motores térmicos creados en condiciones reales difiere significativamente de la eficiencia de los motores ideales. Tenga en cuenta que los procesos en motores reales ocurren tan rápidamente que la variación en la energía térmica interna de la sustancia de trabajo en el proceso de cambiar su volumen no puede compensarse mediante la entrada de calor desde el calentador y su transferencia al refrigerador.

Otros motores térmicos

Los motores reales funcionan en diferentes ciclos:

• Ciclo Otto: un proceso con un volumen constante cambia adiabáticamente, creando un ciclo cerrado;
• Ciclo diésel: isobárico, adiabático, isocoro, adiabático;
• el proceso que ocurre a presión constante se reemplaza por uno adiabático, cerrando el ciclo.

No es posible crear procesos de equilibrio en motores reales (acercarlos a los ideales) con la tecnología moderna. La eficiencia de los motores térmicos es sensiblemente menor, incluso teniendo en cuenta las mismas condiciones de temperatura que en una instalación térmica ideal.

Pero no se debe reducir el papel de la fórmula de cálculo de la eficiencia, ya que es precisamente ella la que se convierte en el punto de partida en el proceso de trabajo para aumentar la eficiencia de los motores reales.

Formas de cambiar la eficiencia

Al comparar motores térmicos ideales y reales, cabe señalar que la temperatura del frigorífico de este último no puede ser cualquiera. Por lo general, la atmósfera se considera un refrigerador. La temperatura de la atmósfera sólo puede aceptarse mediante cálculos aproximados. La experiencia demuestra que la temperatura del refrigerante en los motores es igual a la temperatura de los gases de escape, como ocurre en los motores de combustión interna (abreviado como ICE).

ICE es el motor térmico más común en nuestro mundo. La eficiencia del motor térmico en este caso depende de la temperatura creada por el combustible quemado. Una diferencia significativa entre los motores de combustión interna y los motores de vapor es la fusión de las funciones del calentador y el fluido de trabajo del dispositivo en una mezcla de aire y combustible. A medida que la mezcla se quema, crea presión sobre las partes móviles del motor.

Se consigue un aumento de la temperatura de los gases de trabajo, cambiando significativamente las propiedades del combustible. Lamentablemente, esto no se puede hacer indefinidamente. Cualquier material del que esté hecha la cámara de combustión de un motor tiene su propio punto de fusión. La resistencia al calor de dichos materiales es la característica principal del motor, así como la capacidad de afectar significativamente la eficiencia.

Valores de eficiencia del motor

Si consideramos la temperatura del vapor de trabajo en la entrada, que es de 800 K y la de los gases de escape, de 300 K, entonces la eficiencia de esta máquina es del 62%. En realidad, este valor no supera el 40%. Esta disminución se produce debido a las pérdidas de calor al calentar la carcasa de la turbina.

El valor más alto de combustión interna no supera el 44%. Aumentar este valor es una cuestión de futuro próximo. Cambiar las propiedades de los materiales y los combustibles es un problema en el que están trabajando las mejores mentes de la humanidad.

Desde la antigüedad, la gente ha intentado convertir la energía en trabajo mecánico. Convirtieron la energía cinética del viento, la energía potencial del agua, etc. A partir del siglo XVIII comenzaron a aparecer máquinas que convertían la energía interna del combustible en trabajo. Estas máquinas funcionaban gracias a motores térmicos.

Un motor térmico es un dispositivo que convierte la energía térmica en trabajo mecánico debido a la expansión (con mayor frecuencia de gases) debido a las altas temperaturas.

Cualquier motor térmico tiene los siguientes componentes:

• un elemento calefactor. Un cuerpo con una temperatura alta en relación con su entorno.
• Trabajando fluidamente. Dado que la expansión proporciona trabajo, este elemento debería expandirse bien. Normalmente se utiliza gas o vapor.
• Enfriador. Cuerpo con baja temperatura.

El fluido de trabajo recibe energía térmica del calentador. Como resultado, comienza a expandirse y a funcionar. Para que el sistema vuelva a funcionar, es necesario devolverlo a su estado original. Por lo tanto, el fluido de trabajo se enfría, es decir, el exceso de energía térmica se vierte, por así decirlo, en el elemento de enfriamiento. Y el sistema vuelve a su estado original, luego el proceso se repite nuevamente.

Cálculo de eficiencia

Para calcular la eficiencia, introducimos la siguiente notación:

P 1: cantidad de calor recibido del elemento calefactor

A’– Trabajo realizado por el fluido de trabajo

P 2: cantidad de calor que recibe el fluido de trabajo del enfriador

Durante el proceso de enfriamiento, el cuerpo transfiere calor, por lo que Q 2< 0.

El funcionamiento de un dispositivo de este tipo es un proceso cíclico. Esto significa que después de completar un ciclo completo, la energía interna volverá a su estado original. Entonces, de acuerdo con la primera ley de la termodinámica, el trabajo realizado por el fluido de trabajo será igual a la diferencia entre la cantidad de calor recibido del calentador y el calor recibido del enfriador:

Q 2 es un valor negativo, por lo que se toma módulo

La eficiencia se expresa como la relación entre el trabajo útil y el trabajo total realizado por el sistema. En este caso, el trabajo total será igual a la cantidad de calor que se gasta en calentar el fluido de trabajo. Toda la energía gastada se expresa mediante Q 1.

El principal significado de la fórmula (5.12.2) obtenida por Carnot para la eficiencia de una máquina ideal es que determina la máxima eficiencia posible de cualquier máquina térmica.

Carnot demostró, basándose en la segunda ley de la termodinámica*, el siguiente teorema: cualquier motor térmico real que funcione con un calentador de temperaturat 1 y temperatura del refrigeradort 2 , no puede tener una eficiencia que supere la eficiencia de un motor térmico ideal.

* De hecho, Carnot estableció la segunda ley de la termodinámica antes que Clausius y Kelvin, cuando la primera ley de la termodinámica aún no se había formulado estrictamente.

Consideremos primero una máquina térmica que funciona en un ciclo reversible con gas real. El ciclo puede ser cualquier cosa, sólo es importante que las temperaturas del calentador y del refrigerador sean t 1 Y t 2 .

Supongamos que la eficiencia de otra máquina térmica (que no funciona según el ciclo de Carnot) η ’ > η . Las máquinas funcionan con un calentador común y un refrigerador común. Deje que la máquina de Carnot funcione en un ciclo inverso (como una máquina de refrigeración) y deje que la otra máquina funcione en un ciclo directo (figura 5.18). La máquina térmica realiza un trabajo igual a, según las fórmulas (5.12.3) y (5.12.5):

Una máquina de refrigeración siempre se puede diseñar de manera que absorba la cantidad de calor del frigorífico. q 2 = ||

Luego, según la fórmula (5.12.7), se trabajará en él.

(5.12.12)

Dado que por condición η" > η , Eso A" > A. Por lo tanto, un motor térmico puede impulsar una máquina de refrigeración y todavía quedará un exceso de trabajo. Este exceso de trabajo se realiza mediante calor tomado de una fuente. Después de todo, el calor no se transfiere al frigorífico cuando dos máquinas funcionan a la vez. Pero esto contradice la segunda ley de la termodinámica.

Si suponemos que η > η ", entonces puedes hacer que otra máquina funcione en un ciclo inverso y una máquina de Carnot en un ciclo directo. Nuevamente llegaremos a una contradicción con la segunda ley de la termodinámica. En consecuencia, dos máquinas que operan en ciclos reversibles tienen la misma eficiencia: η " = η .

Es diferente si la segunda máquina funciona en un ciclo irreversible. Si asumimos η " > η , entonces volveremos a entrar en contradicción con la segunda ley de la termodinámica. Sin embargo, el supuesto t|"< г| не противоречит второму закону термодинамики, так как необратимая тепловая машина не может работать как холодильная машина. Следовательно, КПД любой тепловой машины η" ≤ η, o

Este es el resultado principal:

(5.12.13)

Eficiencia de motores térmicos reales.

La fórmula (5.12.13) da el límite teórico para el valor máximo de eficiencia de los motores térmicos. Muestra que cuanto mayor es la temperatura del calentador y menor es la temperatura del refrigerador, más eficiente es un motor térmico. Sólo a una temperatura del refrigerador igual al cero absoluto η = 1.

Pero la temperatura del frigorífico prácticamente no puede ser mucho más baja que la temperatura ambiente. Puede aumentar la temperatura del calentador. Sin embargo, cualquier material (cuerpo sólido) tiene una resistencia al calor o resistencia al calor limitada. Cuando se calienta, pierde gradualmente sus propiedades elásticas y, a una temperatura suficientemente alta, se funde.

Ahora los principales esfuerzos de los ingenieros están dirigidos a aumentar la eficiencia de los motores reduciendo la fricción de sus piezas, las pérdidas de combustible por combustión incompleta, etc. Las oportunidades reales para aumentar la eficiencia siguen siendo grandes. Así, para una turbina de vapor, las temperaturas inicial y final del vapor son aproximadamente las siguientes: t 1 = 800K y t 2 = 300 K. A estas temperaturas, el valor máximo de eficiencia es:

El valor real de eficiencia debido a varios tipos de pérdidas de energía es aproximadamente del 40%. La eficiencia máxima, alrededor del 44%, se logra con los motores de combustión interna.

La eficiencia de cualquier motor térmico no puede exceder el valor máximo posible.
, donde T 1 - temperatura absoluta del calentador, y T 2 - Temperatura absoluta del frigorífico.

Incrementar la eficiencia de los motores térmicos y acercarla al máximo posible- el desafío técnico más importante.

En el modelo teórico de una máquina térmica se consideran tres cuerpos: calentador, trabajando fluidamente Y refrigerador.

Calentador – un depósito térmico (cuerpo grande), cuya temperatura es constante.

En cada ciclo de funcionamiento del motor, el fluido de trabajo recibe una cierta cantidad de calor del calentador, se expande y realiza un trabajo mecánico. La transferencia de parte de la energía recibida del calentador al refrigerador es necesaria para devolver el fluido de trabajo a su estado original.

Dado que el modelo supone que la temperatura del calentador y del refrigerador no cambia durante el funcionamiento del motor térmico, luego al finalizar el ciclo: calentamiento-expansión-enfriamiento-compresión del fluido de trabajo, se considera que la máquina regresa a su estado original.

Para cada ciclo, basándonos en la primera ley de la termodinámica, podemos escribir que la cantidad de calor q calor recibido del calentador, cantidad de calor | q frío| dado al frigorífico, y el trabajo realizado por el cuerpo de trabajo A están relacionados entre sí por la relación:

A = q calor – | q frío|.

En los dispositivos técnicos reales, llamados motores térmicos, el fluido de trabajo se calienta mediante el calor liberado durante la combustión del combustible. Entonces, en una turbina de vapor de una central eléctrica, el calentador es un horno con carbón caliente. En un motor de combustión interna (ICE), los productos de la combustión pueden considerarse un calentador y el exceso de aire, un fluido de trabajo. Utilizan aire atmosférico o agua de fuentes naturales como frigorífico.

Eficiencia de un motor térmico (máquina)

Eficiencia del motor térmico (eficiencia) es la relación entre el trabajo realizado por el motor y la cantidad de calor recibido del calentador:

La eficiencia de cualquier máquina térmica es menor que la unidad y se expresa como porcentaje. La imposibilidad de convertir toda la cantidad de calor recibida del calentador en trabajo mecánico es el precio a pagar por la necesidad de organizar un proceso cíclico y se deriva de la segunda ley de la termodinámica.

En los motores térmicos reales, la eficiencia está determinada por la potencia mecánica experimental. norte motor y la cantidad de combustible quemado por unidad de tiempo. Entonces, si a tiempo t masa de combustible quemado metro y calor específico de combustión q, Eso

Para los vehículos, la característica de referencia suele ser el volumen. V combustible quemado en el camino s a la potencia del motor mecánico norte y a velocidad. En este caso, teniendo en cuenta la densidad r del combustible, podemos escribir la fórmula para calcular la eficiencia:

Segunda ley de la termodinámica

Hay varias formulaciones. segunda ley de la termodinámica. Uno de ellos dice que es imposible tener un motor térmico que funcione únicamente gracias a una fuente de calor, es decir, sin refrigerador. Los océanos del mundo podrían servirle como una fuente prácticamente inagotable de energía interna (Wilhelm Friedrich Ostwald, 1901).

Otras formulaciones de la segunda ley de la termodinámica son equivalentes a ésta.

formulación de clausius(1850): es imposible un proceso en el que el calor se transfiera espontáneamente de cuerpos menos calentados a cuerpos más calentados.

La formulación de Thomson.(1851): es imposible un proceso circular cuyo único resultado sería la producción de trabajo reduciendo la energía interna del depósito térmico.

formulación de clausius(1865): todos los procesos espontáneos en un sistema cerrado en desequilibrio ocurren en una dirección en la que aumenta la entropía del sistema; en estado de equilibrio térmico es máximo y constante.

formulación de Boltzmann(1877): un sistema cerrado de muchas partículas pasa espontáneamente de un estado más ordenado a uno menos ordenado. El sistema no puede abandonar espontáneamente su posición de equilibrio. Boltzmann introdujo una medida cuantitativa del desorden en un sistema que consta de muchos cuerpos: entropía.

Eficiencia de un motor térmico con un gas ideal como fluido de trabajo.

Si se proporciona un modelo del fluido de trabajo en un motor térmico (por ejemplo, un gas ideal), entonces es posible calcular el cambio en los parámetros termodinámicos del fluido de trabajo durante la expansión y la compresión. Esto permite calcular la eficiencia de un motor térmico basándose en las leyes de la termodinámica.

La figura muestra ciclos para los cuales se puede calcular la eficiencia si el fluido de trabajo es un gas ideal y los parámetros se especifican en los puntos de transición de un proceso termodinámico a otro.

Ciclo de Carnot. Eficiencia de un motor térmico ideal.

Máxima eficiencia a determinadas temperaturas del calentador t calentador y refrigerador t La sala tiene un motor térmico, donde el fluido de trabajo se expande y contrae según ciclo de carnot(Fig. 2), cuya gráfica consta de dos isotermas (2–3 y 4–1) y dos adiabáticas (3–4 y 1–2).

teorema de carnot demuestra que la eficiencia de dicho motor no depende del fluido de trabajo utilizado, por lo que se puede calcular utilizando las relaciones termodinámicas para un gas ideal:

Consecuencias ambientales de los motores térmicos

El uso intensivo de motores térmicos en el transporte y la energía (centrales térmicas y nucleares) afecta significativamente a la biosfera de la Tierra. Aunque existen disputas científicas sobre los mecanismos de influencia de la actividad humana en el clima de la Tierra, muchos científicos señalan los factores por los cuales puede ocurrir tal influencia:

1. El efecto invernadero es un aumento de la concentración de dióxido de carbono (producto de la combustión en los calentadores de los motores térmicos) en la atmósfera. El dióxido de carbono permite el paso de la radiación visible y ultravioleta del Sol, pero absorbe la radiación infrarroja de la Tierra hacia el espacio. Esto provoca un aumento de la temperatura de las capas inferiores de la atmósfera, un aumento de los vientos huracanados y el derretimiento global del hielo.
2. Impacto directo de los gases de escape tóxicos en la vida silvestre (carcinógenos, smog, lluvia ácida de los subproductos de la combustión).
3. Destrucción de la capa de ozono durante vuelos de aviones y lanzamientos de cohetes. El ozono en la atmósfera superior protege toda la vida en la Tierra del exceso de radiación ultravioleta del Sol.

La salida a la crisis medioambiental emergente pasa por aumentar la eficiencia de los motores térmicos (la eficiencia de los motores térmicos modernos rara vez supera el 30%); utilizar motores en buen estado y neutralizadores de gases de escape nocivos; el uso de fuentes de energía alternativas (paneles solares y calentadores) y medios de transporte alternativos (bicicletas, etc.).