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Un motor térmico o máquina térmica es una máquina que puede convertir parte del calor proporcionado por una fuente de calor en energía mecánica para su emisión externa. La energía mecánica producida por un motor térmico se llama trabajo de salida. El modo de funcionamiento de un motor térmico generalmente se puede simplificar a un modelo de ciclo termodinámico. Los tipos de motores térmicos también se denominan según los diferentes modelos térmicos que hay detrás de ellos, como motores térmicos de Carnot, motores térmicos diésel, etc. Además, también existen nombres convencionales basados en la fuente de calor o las características de trabajo, como motor diésel, motor de gasolina, motor de vapor, etc. Los motores térmicos pueden ser sistemas abiertos o sistemas cerrados. Las fuentes de calor pueden ser hornos de vapor a base de carbón, cámaras de combustión de motores de automóviles, hornos de vapor solares, energía geotérmica y reactores nucleares. Los motores térmicos se dividen en motores de combustión interna y motores de combustión externa.
Por un lado, la gente utiliza la energía térmica existente o quema combustible para generar energía térmica para los motores térmicos; por otro lado, desperdicia mucha energía térmica. Por ejemplo, muchas centrales eléctricas tienen que utilizar grandes cantidades de agua para enfriar. El ingeniero francés Nicolas Carnot introdujo el teorema de Carnot en su investigación en 1824. Este teorema muestra que incluso para un motor térmico ideal, la eficiencia de convertir energía térmica en energía mecánica es inferior a 100. Esta fórmula es:
Eficiencia = trabajo/energía útil inyectada en el sistema
Para todos los motores térmicos
Para el motor térmico de Carnot, la fórmula se convierte en:< /p >
Aquí está el calor de la fuente de calor de alta temperatura al sistema de trabajo, y es el calor (negativo) de la fuente de calor de baja temperatura al sistema de trabajo.
Cambio de entropía
Representa la cantidad de cambio
Los puntos en el gráfico de la máquina térmica de Carnot eventualmente regresarán al origen, por lo que
Entropía de reemplazo Cambiar la fórmula
Coloque la fórmula anterior en la fórmula anterior.
Aplicable únicamente a motores térmicos de Carnot.
Según el teorema de Carnot:
Aquí la suma es la temperatura en unidades de Calvin, y el signo igual sólo es válido cuando el ciclo del motor térmico es reversible.
Por lo tanto podemos sacar las siguientes conclusiones:
[1]
De esta fórmula se puede observar que para obtener una eficiencia de 100, la baja -La fuente de calor de temperatura debe estar en cero grados absolutos, o una fuente de calor de alta temperatura debe tener una temperatura infinita.