§26. КПД теплового двигателя
Любой тепловой двигатель — будь то двигатель внутреннего сгорания, паровая турбина или другой агрегат — преобразует энергию, выделяющуюся при сгорании топлива, в механическую работу. Однако полностью использовать всю подведённую энергию невозможно: часть неизбежно уходит в виде потерь и не превращается в полезное действие.
Классический тепловой двигатель включает три обязательных компонента:
- Нагреватель — источник тепла (топливо, котёл, камера сгорания).
- Рабочее тело — вещество, которое получает тепло и совершает работу (газ или пар).
- Холодильник — объект с низкой температурой, куда отводится неизбежный излишек тепла (как правило, окружающая среда).
Рабочее тело получает от нагревателя энергию Q₁.
Часть этой энергии преобразуется в механическую работу A, а оставшаяся часть передаётся холодильнику — это Q₂.
Согласно закону сохранения энергии:
A = Q₁ – Q₂.
Для оценки эффективности работы двигателя вводится показатель коэффициента полезного действия (КПД). Он показывает, какая доля полученной энергии превращается в полезную работу:
η = A / Q₁ = (Q₁ – Q₂) / Q₁.
Поскольку всегда есть потери тепла (Q₂ > 0), КПД любого теплового двигателя меньше 1 (меньше 100%).
Примерные значения КПД различных установок:
- бензиновый двигатель — 20–25%,
- дизельный — около 35%,
- турбоустановки электростанций — 40–50%.