Toplotni stroj
V tehniki in termodinamiki toplotni motor pretvarja toplotno energijo v mehansko delo z uporabo temperaturne razlike med vročim "virom" in hladnim "ponorom". Toplota se prenaša od vira prek "delovnega telesa" motorja do "ponora", pri tem pa se del toplote spremeni v delo z uporabo lastnosti plina ali tekočine v motorju.
Obstaja več vrst toplotnih motorjev. Vsak ima termodinamični cikel. Toplotni motorji so pogosto poimenovani po termodinamičnem ciklu, ki ga uporabljajo, na primer Carnotov cikel. Pogosto se uporabljajo tudi vsakdanja imena, kot so bencinski/bencinski, turbinski ali parni motorji.
V motorjih z notranjim izgorevanjem se toplota ustvarja v samem motorju. Drugi toplotni motorji lahko absorbirajo toploto iz zunanjega vira. Toplotni motorji so lahko odprti na zrak ali pa so zaprti in zaprti pred zunanjimi vplivi (to se imenuje odprt ali zaprt cikel).
Slika 1: Shema toplotnega motorja. TH je vir toplote, TC pa hladni odvodnik. QH je toplota, ki priteče v motor. QC je odpadna toplota, ki gre v hladni ponor. W je koristno delo, ki izhaja iz motorja.
Pregled
Ko znanstveniki preučujejo toplotne motorje, pridejo do idej za motorje, ki jih dejansko ni mogoče izdelati . To so tako imenovani idealni motorji ali cikli. Pravi toplotni motorji se pogosto zamenjujejo z idealnimi motorji ali cikli, ki jih poskušajo posnemati.
Pri opisu fizične naprave se običajno uporablja izraz "motor". Pri opisu idealne naprave se uporablja izraz "cikel".
Lahko bi rekli, da je termodinamični cikel idealen primer mehanskega motorja. Prav tako bi lahko rekli, da model ne ustreza popolnoma mehanskemu motorju. Vendar pa poenostavljeni modeli in idealni primeri, ki jih lahko predstavljajo, prinašajo veliko koristi.
Na splošno velja, da večja kot je temperaturna razlika med vročim virom in hladnim ponorom, učinkovitejši je cikel ali motor. Na Zemlji je hladna stran vsakega toplotnega motorja omejena s temperaturo zraka v kraju, kjer je motor.
Večina prizadevanj za izboljšanje učinkovitosti toplotnih motorjev je usmerjena v povečanje temperature vira toplote, vendar se pri zelo visokih temperaturah kovina motorja začne mehčati.
Učinkovitost različnih toplotnih motorjev, ki se danes predlagajo ali uporabljajo, se giblje od 3 odstotkov (97 odstotkov odpadne toplote) pri predlogu za oceansko energijo OTEC, prek 25 odstotkov pri večini avtomobilskih motorjev, 45 odstotkov pri superkritični premogovni elektrarni do približno 60 odstotkov pri parno hlajeni plinski turbini s kombiniranim ciklom. Vsi ti procesi so učinkovitejši (ali manj učinkoviti) zaradi padca temperature v njih.
Najmanj učinkovita tehnologija OTEC uporablja razliko v temperaturi oceanske vode na površini in oceanske vode v globinah, ki je majhna, morda 25 stopinj Celzija, zato mora biti njena učinkovitost nizka.
Najučinkovitejša je plinska turbina s kombiniranim ciklom, ki za segrevanje zraka na skoraj 1530 stopinj Celzija, kar pomeni veliko temperaturno razliko 1500 stopinj Celzija, zgoreva zemeljski plin, zato je lahko učinkovitost zelo velika, če se doda cikel hlajenja s paro.
Vsakdanji primeri
Ljudje večinoma uporabljajo toplotne motorje, pri katerih toplota izvira iz ognja, ki širi delovno tekočino (običajno vodo ali zrak), ponor toplote pa je bodisi vodno telo bodisi ozračje, kot pri hladilnem stolpu.
Znani so parni, dizelski in bencinski motor v avtomobilu, ki uporabljajo ekspanzijo segretih plinov.
Stirlingov motor je veliko redkejši, vendar ga najdemo v majhnih modelih, ki lahko delujejo na toploto roke.
Ena od vrst toplotnih motorjev za igrače je ptič za pitje.
Bimetalni trak je naprava, ki pretvarja temperaturo v mehansko gibanje in se uporablja v termostatih za uravnavanje temperature. Gre za toplotni motor, ki ne uporablja tekočine ali plina.
Sorodne strani
- Toplotna črpalka
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je v tehniki in termodinamiki toplotni motor?
O: Toplotni motor je naprava, ki pretvarja toplotno energijo v mehansko delo z izkoriščanjem temperaturne razlike med vročim "virom" in hladnim "ponorom".
V: Kako deluje toplotni motor?
O: Toplota se prenaša od vira prek delovnega telesa motorja do ponora, pri tem pa se del toplote pretvori v delo z uporabo lastnosti plina ali tekočine v motorju.
V: Kateri so termodinamični cikli, povezani s toplotnimi motorji?
O: Obstaja veliko vrst toplotnih motorjev, vsak pa ima svoj termodinamični cikel. Poimenovani so po termodinamičnem ciklu, ki ga uporabljajo, na primer Carnotov cikel.
V: Kateri so primeri toplotnih motorjev, poimenovanih po vsakdanjih predmetih?
O: Nekateri primeri toplotnih motorjev, poimenovanih po vsakdanjih predmetih, so bencinski/bencinski motorji, turbinski motorji in parni motorji.
V: Kako motorji z notranjim izgorevanjem proizvajajo toploto?
O: Motorji z notranjim izgorevanjem proizvajajo toploto v samem motorju.
V: Ali so lahko toplotni motorji odprti na zrak?
O: Da, toplotni motorji so lahko odprti na zrak ali zaprti in zaprti navzven. To se imenuje odprt ali zaprt cikel.
V: Ali vsi toplotni motorji absorbirajo toploto iz zunanjega vira?
O: Ne, nekateri toplotni motorji lahko absorbirajo toploto iz zunanjega vira, drugi pa lahko proizvajajo toploto v samem motorju.
