Для непрерывной работы теплового двигателя процесс, происходящий в двигателе, должен быть циклическим. С этой целью двигатель регулируется так, чтобы рабочее тело (газ), вначале расширившись после получения количества теплоты, толкает поршень в цилиндре и совершает работу над ним, а затем, сжимаясь, возвращается в первоначальное состояние. После этого газ снова расширяется, и процесс циклически повторяется (трение подвижных частей двигателя и теплообмен с окружающей средой сводится до минимума) (см.: c).
Действительно, количество теплоты 𝑄1, полученное от нагревателя, затрачивается на совершение полезной работы в двигателе не полностью, на это
уходит только его определенная часть, остальная же его часть – количество
теплоты 𝑄2, передается холодильнику. Характеристика, определяющая, какая
часть количества теплоты, полученного от нагревателя, затрачивается на совершение полезной работы, называется коэффициентом полезного действия (КПД) теплового двигателя.
● Коэффициентом полезного действия (η) теплового двигателя называют
отношение совершенной им полезной работы к количеству теплоты, полученному от нагревателя:
η = A'
Q1 = Q1 − Q2
Q1 = 1 − Q2
Q1.
(7.28)
Невозможность работы теплового двигателя без холодильника приводит к
тому, что их КПД всегда меньше 100%. Это значит, что II закон термодинамики
подтверждает невозможность создания вечного двигателя второго рода (perpetuum mobile II):
● Вечный двигатель второго рода (perpetuum mobile II) – это двигатель, превра- щающий полностью количество теплоты, полученное от нагревателя, в полезную работу.
Таким образом, второй закон термодина- мики можно выразить следующим образом:
В 1824 году французский инженер Сади Карно (1796–1832) разработал теорию принципа работы идеального теплового двигателя (двигатель, принцип работы которого подчиняется газовым законам). По этой теории, максимальное КПД идеального теплового двигателя зависит только от абсолютных температур нагревателя и холодильника:
ηmax = T1 - T2
T1 =
1 - T2
T1.
(7.29)