Тепловой двигатель

Работа, совершаемая двигателем, равна:

${\displaystyle A=Q_{H}-\left|Q_{X}\right|\ }$, где:

• ${\displaystyle Q_{H}}$ — количество теплоты, полученное от нагревателя,
• ${\displaystyle Q_{X}}$ — количество теплоты, отданное охладителю.

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя рассчитывается как отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя: ${\displaystyle \eta ={\frac {\left|Q_{H}\right|-\left|Q_{X}\right|}{\left|Q_{H}\right|}}=1-{\frac {\left|Q_{X}\right|}{\left|Q_{H}\right|}}}$

Часть теплоты при передаче неизбежно теряется, поэтому КПД двигателя менее 1. Максимально возможным КПД обладает двигатель Карно. КПД двигателя Карно зависит только от абсолютных температур нагревателя(${\displaystyle T_{H}}$) и холодильника(${\displaystyle T_{X}}$):

${\displaystyle \eta _{K}={T_{H}-T_{X} \over T_{H}}=1-{T_{X} \over T_{H}}}$

Однако, смотря по устройству двигателя, его теоретический КПД может быть меньше такого для цикла Карно. Так, для наиболее распространённого двигателя Отто, работающего по циклу Отто, теоретический КПД цикла составляет:

${\displaystyle \eta =1-{\frac {1}{n^{k-1}}}}$, где:

• ${\displaystyle n=V_{1}/V_{2}}$ — степень сжатия,
• ${\displaystyle k}$ — показатель адиабаты.

Так называемый индикаторный КПД меньше теоретического, что показывает несовершенство осуществляемого цикла (отличие индикаторной диаграммы от теоретической ввиду потерь теплоты в стенки, отличного от нуля времени нагрева газа, наполнения и очистки цилиндра).

В свою очередь, эффективный КПД (учитывающий все потери, до выходного вала) ещё меньше на сумму механических потерь и потерь на привод систем двигателя (масляный насос, системы газораспределения, охлаждения и другие - в зависимости от устройства).

Почти любая спроектированная конструкция теплового двигателя использует термодинамический цикл, показывающий изменение состояния рабочего тела. Это не относится к твердотельным двигателям, у которых меняется состояние конструкции двигателя, а не газа или жидкости внутри него. Наиболее широко известны цикл Ренкина, регенеративный цикл (паровые машины), классический цикл Отто, цикл Дизеля.

• http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/heaeng.html
• https://www.bluffton.edu/homepages/facstaff/bergerd/NSC_111/thermo4.html
• http://aether.lbl.gov/www/classes/p10/heat-engine.html