Toplinski stroj: razlika između inačica

{{Pogledaj|Thermodynamic cycle}}

 

 

U principu [[motor]] pretvara energiju u mehanički [[Work (physics)|rad]]. Toplinski strojevi se razlikuju od drugih vrsta strojeva po tome što je njihova korisnost fundamentalno ograničena [[Carnot's theorem (thermodynamics)|Carnotovim teoremom]].<ref>''Thermal physics: entropy and free energies'', by Joon Chang Lee (2002), Appendix A, p. 183: "A heat engine absorbs energy from a heat source and then converts it into work for us.","When the engine absorbs heat energy, the absorbed heat energy comes with entropy." (heat energy <math>\Delta Q=T \Delta S</math>), "When the engine performs work, on the other hand, no entropy leaves the engine. This is problematic. We would like the engine to repeat the process again and again to provide us with a steady work source.[..] In order to do so, the working substance inside the engine must return to its initial thermodynamic condition after a cycle, which requires to remove the remaining entropy. The engine can do this only in one way. It must let part of the absorbed heat energy leave without converting it into work. Therefore the engine cannot convert all of the input energy into work!"</ref> Iako ova ograničenja efikasnosti mogu biti nedostatak, prednost toplinskih strojeva je da se većina oblika energije može lako pretvoriti u toplinu procesima poput egzotermnih reakcija [[egzotermnih reakcija]] (kao npr. izgaranje), [[Absorption (electromagnetic radiation)|absorpcija]] svjetlosti ili energetskih čestica, [[trenja]], [[rasipanja]] i [[Electrical resistance|električnog otpora]]. Budući da izvor topline koji dobavlja toplinsku energiju do motora može biti opskrbljivan gotovo svakom vrstom energije, toplinski strojevi su jako raznovrsni i imaju širok raspon primjene.

Izraz toplinski stroj se često zamjenjuje ciklusom kojeg se pokušava oponašati. Obično kad se opisuje fizički uređaj upotrebljava se izraz 'stroj'. Kada se opisuje proces koristi se termin 'ciklus'.

 

 

U [[termodinamici]], toplinski strojevi su često modelirani korištenjem standardnih inženjerskih modela kao što je npr. [[Ottov ciklus]]. Teoretski model može biti poboljšan i proširen konkretnim podacima s operativnog stroja korištenjem [[dijagrama stanja]]. Since very few actual implementations of heat engines exactly match their underlying thermodynamic cycles, one could say that a thermodynamic cycle is an ideal case of a mechanical engine. U svakom slučaju, potpuno razumijevanje stroja i njegove iskoristivosti zahtijeva dobro poznavanje (eventualno pojednostavljenih) teoretskih modela, praktičnih pojedinosti stvarnih motora, i poznavanje razlika između njih.

 

===Ciklusi korišteni za hlađenje===

Ciklusi za hlađenje uključuju:

* [[Hlađenje pomoću kompresije vodene pare]]

 

==Povijest==

 

Toplinski strojevi poznati su od davnina, ali korisni uređaji na njihovom principu počeli su se izrađivati tek u 18. Stoljeću za vrijeme industrijske revolucije. Na njihovom razvijanju radi se i danas.

Inženjeri su proučavali različite kružne procese toplinskih strojeva ponajviše zbog toga da se poveća vrijednost korisnog rada koji se može dobiti od određenog izvora snage. Gornja granica korisnosti Carnotovog procesa ne može se postići nijednim kružnim procesom na bazi plina, ali inženjeri su izradili najmanje dva načina kako je moguće približiti se toj gornjoj granici i jedan način kako dobiti bolju efikasnost bez kršenja bilo kakvih pravila.

# Povećanje razlike temperatura u toplinskom stroju. Najjednostavniji način postizanja veće temperaturne razlike je povisiti temperaturu ogrijevnog spremnika, što je i način koji se koristi u kombiniranim ciklusima [[plinske turbine]]. Nažalost, fizičke granice(točka tališta materijala od koje je motor izrađen) i ekološka pitanja u vezi [[NOx|NO_x]] proizvodnje ograničavaju najveću dopuštenu temperaturu kod toplinskih strojeva. Moderne plinske turbine rade na što je moguće višim temperaturama, ali opet u granicama koje se moraju ispoštovati kako bi se zadržala prihvatljiva količina ispuštenih NO_x {{Citation needed|date=January 2010}}. Drugi način postizanja veće temperaturne razlike je pomoću smanjivanja izlazne temperature. Jedna nova metoda kako se to postiže je da se koriste miješani radni fluidi, a tada se iskorištava promjena ponašanja smjese. Jedan od najpoznatijih takvih je takozvani [[Kalina ciklus]], koji kao radni fluid koristi smjesu [[amonijaka]] i vode u omjeru 70/30 . Ova mješavina omogućava da se u ciklusu snaga generira pri znatno nižim temperaturama nego kod ostalih procesa.