Motor termic
În inginerie și termodinamică, un motor termic convertește energia termică în lucru mecanic prin utilizarea diferenței de temperatură dintre o "sursă" fierbinte și un "radiator" rece. Căldura este transferată de la sursă, prin "corpul de lucru" al motorului, la "chiuveta", iar în acest proces o parte din căldură se transformă în lucru prin utilizarea calităților gazului sau lichidului din interiorul motorului.
Există mai multe tipuri de motoare termice. Fiecare dintre ele are un ciclu termodinamic. Motoarele termice sunt adesea denumite după ciclul termodinamic pe care îl folosesc, cum ar fi ciclul Carnot. Deseori, acestea capătă denumiri obișnuite, cum ar fi motoare pe benzină/petrol, turbine sau motoare cu abur.
Motoarele cu combustie internă generează căldură în interiorul motorului însuși. Alte motoare termice pot absorbi căldura dintr-o sursă externă. Motoarele termice pot fi deschise la aer sau sigilate și închise la exterior (acest lucru se numește ciclu deschis sau închis).
Figura 1: Schema motorului termic. T Heste sursa de căldură, iar TC este radiatorul de răcire. Q Heste căldura care pătrunde în motor. QC este căldura reziduală care intră în radiatorul rece. W este lucrul util care iese din motor.
Prezentare generală
Atunci când oamenii de știință studiază motoarele termice, ei vin cu idei pentru motoare care nu pot fi construite. Acestea se numesc motoare sau cicluri ideale. Motoarele termice reale sunt adesea confundate cu motoarele sau ciclurile ideale pe care încearcă să le imite.
În mod obișnuit, atunci când se descrie dispozitivul fizic, se folosește termenul "motor". Atunci când se descrie idealul, se folosește termenul "ciclu".
Se poate spune că ciclul termodinamic este un caz ideal de motor mecanic. Se poate spune, de asemenea, că modelul nu corespunde perfect motorului mecanic. Cu toate acestea, modelele simplificate și cazurile ideale pe care acestea le pot reprezenta aduc multe beneficii.
În termeni generali, cu cât este mai mare diferența de temperatură dintre sursa caldă și radiatorul rece, cu atât este mai eficient ciclul sau motorul. Pe Pământ, partea rece a oricărui motor termic este limitată la temperatura aerului din locul în care se află motorul.
Majoritatea eforturilor de îmbunătățire a eficienței motoarelor termice se concentrează pe creșterea temperaturii sursei de căldură, dar la temperaturi foarte ridicate, metalul motorului începe să se înmoaie.
Eficiența diferitelor motoare termice propuse sau utilizate în prezent variază de la 3% (97% căldură reziduală) pentru propunerea de energie oceanică OTEC, la 25% pentru majoritatea motoarelor auto, la 45% pentru o centrală pe cărbune supercritică și la aproximativ 60% pentru o turbină cu gaz cu ciclu combinat răcit cu abur. Toate aceste procese își câștigă eficiența (sau lipsa acesteia) datorită scăderii temperaturii care le traversează.
Cea mai puțin eficientă, OTEC, folosește diferența de temperatură dintre apa oceanică de la suprafață și apa oceanică din adâncuri, o diferență mică, de aproximativ 25 de grade Celsius, astfel încât eficiența trebuie să fie scăzută.
Cea mai eficientă, turbina cu gaz cu ciclu combinat, arde gazul natural pentru a încălzi aerul la aproape 1530 de grade Celsius, o diferență mare de temperatură de 1500 de grade Celsius, astfel încât eficiența poate fi foarte mare atunci când se adaugă ciclul de răcire cu abur.
Exemple de zi cu zi
Oamenii folosesc mai ales motoare termice în care căldura provine de la un foc care dilată un fluid de lucru (de obicei, fie apă, fie aer), iar radiatorul de căldură este fie un corp de apă, fie atmosfera, ca într-un turn de răcire.
Printre cele cunoscute care utilizează expansiunea gazelor încălzite se numără: motorul cu aburi, motorul diesel și motorul pe benzină (benzină) al unui automobil.
Motorul Stirling este mult mai rar, dar se găsește în modele mici care pot funcționa la căldura unei mâini.
Un tip de motor termic de jucărie este pasărea de băut.
O bandă bimetalică este un dispozitiv care transformă temperatura în mișcare mecanică și este utilizat în termostate pentru a controla temperatura. Este un motor termic care nu utilizează un lichid sau un gaz.
Pagini conexe
- Pompă de căldură
Întrebări și răspunsuri
Î: Ce este un motor termic în inginerie și termodinamică?
R: Un motor termic este un dispozitiv care transformă energia termică în lucru mecanic prin utilizarea diferenței de temperatură dintre o "sursă" fierbinte și un "radiator" rece.
Î: Cum funcționează un motor termic?
R: Căldura este transferată de la sursă prin corpul de lucru al motorului către radiator, iar în acest proces, o parte din căldură este transformată în muncă prin intermediul proprietăților gazului sau lichidului din interiorul motorului.
Î: Care sunt ciclurile termodinamice asociate cu motoarele termice?
R: Există mai multe tipuri de motoare termice, fiecare cu un ciclu termodinamic specific. Acestea sunt denumite după ciclul termodinamic pe care îl utilizează, cum ar fi ciclul Carnot.
Î: Care sunt câteva exemple de motoare termice care poartă numele unor obiecte de zi cu zi?
R: Printre exemplele de motoare termice care poartă numele unor obiecte de uz cotidian se numără motoarele pe benzină, motoarele cu turbină și motoarele cu abur.
Î: Cum generează căldură motoarele cu combustie internă?
R: Motoarele cu combustie internă generează căldură în interiorul motorului însuși.
Î: Motoarele termice pot fi deschise la aer?
R: Da, motoarele termice pot fi deschise la aer sau sigilate și închise la exterior. Acest lucru se numește ciclu deschis sau închis.
Î: Toate motoarele termice absorb căldură dintr-o sursă externă?
R: Nu, în timp ce unele motoare termice pot absorbi căldură dintr-o sursă externă, altele pot genera căldură în interiorul motorului însuși.
