Tepelný stroj
V technice a termodynamice přeměňuje tepelný motor tepelnou energii na mechanickou práci pomocí rozdílu teplot mezi horkým "zdrojem" a studeným "chladičem". Teplo se přenáší ze zdroje přes "pracovní těleso" motoru do "sání" a při tomto procesu se část tepla mění na práci využitím vlastností plynu nebo kapaliny uvnitř motoru.
Existuje mnoho druhů tepelných motorů. Každý z nich má svůj termodynamický cyklus. Tepelné motory jsou často pojmenovány podle termodynamického cyklu, který používají, například Carnotův cyklus. Často přebírají každodenní názvy, jako jsou benzinové/benzínové, turbínové nebo parní motory.
Spalovací motory vytvářejí teplo uvnitř samotného motoru. Ostatní tepelné motory mohou absorbovat teplo z vnějšího zdroje. Tepelné motory mohou být otevřené vzduchu nebo utěsněné a uzavřené směrem ven (tomu se říká otevřený nebo uzavřený cyklus).
Obrázek 1: Schéma tepelného motoru. TH je zdroj tepla a TC chladič. QH je teplo proudící do motoru. QC je odpadní teplo proudící do chladného chladiče. W je užitečná práce vystupující z motoru.
Přehled
Když vědci studují tepelné motory, přicházejí s nápady na motory, které ve skutečnosti nelze postavit. Těmto motorům se říká ideální motory nebo cykly. Skutečné tepelné motory jsou často zaměňovány s ideálními motory nebo cykly, které se snaží napodobit.
Při popisu fyzického zařízení se obvykle používá termín "motor". Při popisu ideálu se používá termín "cyklus".
Dalo by se říci, že termodynamický cyklus je ideálním případem mechanického motoru. Stejně tak by se dalo říci, že model neodpovídá mechanickému motoru zcela dokonale. Zjednodušené modely a ideální případy, které mohou představovat, však přinášejí mnoho výhod.
Obecně platí, že čím větší je rozdíl teplot mezi zdrojem tepla a chladičem, tím je cyklus nebo motor účinnější. Na Zemi je studená strana každého tepelného motoru omezena teplotou vzduchu v místě, kde se motor nachází.
Většina snah o zlepšení účinnosti tepelných motorů směřuje ke zvýšení teploty zdroje tepla, ale při velmi vysokých teplotách začíná kov motoru měknout.
Účinnost různých tepelných motorů, které jsou dnes navrhovány nebo používány, se pohybuje od 3 % (97 % odpadního tepla) v případě návrhu oceánské elektrárny OTEC přes 25 % u většiny automobilových motorů až po 45 % u nadkritické uhelné elektrárny a přibližně 60 % u parou chlazené plynové turbíny s kombinovaným cyklem. Všechny tyto procesy získávají svou účinnost (nebo její nedostatek) díky poklesu teploty v jejich průběhu.
Nejméně účinná technologie, OTEC, využívá rozdíl teplot oceánské vody na povrchu a oceánské vody z hloubky, což je malý rozdíl snad 25 stupňů Celsia, a proto musí být účinnost nízká.
Nejúčinnější plynová turbína s kombinovaným cyklem spaluje zemní plyn k ohřevu vzduchu na teplotu téměř 1530 stupňů Celsia, což představuje velký teplotní rozdíl 1500 stupňů Celsia, a proto může být účinnost velmi vysoká, pokud se přidá cyklus chlazení parou.
Příklady z každodenního života
Lidé většinou používají tepelné motory, kde teplo pochází z ohně, který rozpíná pracovní kapalinu (obvykle vodu nebo vzduch), a chladičem je buď vodní nádrž, nebo atmosféra jako v chladicí věži.
Mezi známé motory, které využívají expanzi zahřátých plynů, patří parní stroj, vznětový motor a benzinový motor v automobilu.
Stirlingův motor je mnohem vzácnější, ale vyskytuje se v malých modelech, které mohou pracovat na teplo ruky.
Jedním z druhů tepelných motorů je pítko.
Bimetalový pásek je zařízení, které převádí teplotu na mechanický pohyb a používá se v termostatech k regulaci teploty. Jedná se o tepelný motor, který nepoužívá kapalinu ani plyn.
Související stránky
- Tepelné čerpadlo
Otázky a odpovědi
Otázka: Co je to tepelný motor v technice a termodynamice?
Odpověď: Tepelný motor je zařízení, které přeměňuje tepelnou energii na mechanickou práci využitím rozdílu teplot mezi horkým "zdrojem" a studeným "chladičem".
Otázka: Jak tepelný motor funguje?
Odpověď: Teplo se přenáší ze zdroje přes pracovní těleso motoru do chladiče a při tomto procesu se část tepla přeměňuje na práci s využitím vlastností plynu nebo kapaliny uvnitř motoru.
Otázka: Jaké jsou termodynamické cykly spojené s tepelnými motory?
Odpověď: Existuje mnoho druhů tepelných motorů, z nichž každý má specifický termodynamický cyklus. Jsou pojmenovány podle termodynamického cyklu, který používají, například Carnotův cyklus.
Otázka: Jaké jsou příklady tepelných motorů pojmenovaných podle předmětů každodenní potřeby?
Odpověď: Mezi příklady tepelných motorů pojmenovaných podle předmětů denní potřeby patří benzínové motory, turbínové motory a parní motory.
Otázka: Jak spalovací motory vyrábějí teplo?
Odpověď: Spalovací motory vytvářejí teplo v samotném motoru.
Otázka: Mohou být tepelné motory otevřené vzduchu?
Odpověď: Ano, tepelné motory mohou být otevřené vzduchu nebo uzavřené a uzavřené venku. Tomu se říká otevřený nebo uzavřený cyklus.
Otázka: Absorbují všechny tepelné motory teplo z vnějšího zdroje?
Odpověď: Ne, zatímco některé tepelné motory mohou absorbovat teplo z vnějšího zdroje, jiné mohou vytvářet teplo uvnitř samotného motoru.
