§ 15. Тепловые двигатели. Принцип действия тепловых двигателей и их КПД. Экологические проблемы использования тепловых двигателей
Коэффициент полезного действия идеального теплового двигателя. В 1824 г. Карно доказал, что коэффициент полезного действия всех обратимых машин, работающих в идентичных условиях (т. е. при одинаковых температурах нагревателя Т1 и холодильника Т2), определяется только температурами нагревателя и холодильника и не зависит от рода вещества рабочего тела. КПД идеального цикла Карно ηК является максимально возможным при заданных Т1 и Т2:
Таким образом, КПД любого реального теплового двигателя не может превышать КПД идеального цикла Карно: .
Анализ последнего неравенства позволяет выявить возможные пути увеличения КПД тепловых двигателей: повышение температуры нагревателя Т1 и понижение температуры холодильника Т2.
КПД идеального теплового двигателя мог бы быть равен единице, если бы было возможно использовать холодильник с температурой, равной абсолютному нулю (Т2 = 0). В этом случае . Но, как известно, это невозможно даже теоретически, потому что абсолютного нуля температуры достичь нельзя. Основным направлением увеличения КПД тепловых двигателей является повышение разности температур Т1 − Т2 — нагревателя и холодильника.