Maszyna cieplna

Maszyna cieplna – zespół urządzeń energetycznych realizujący zamknięty cykl przemian (obieg termodynamiczny), w wyniku których następuje wymiana energii między układem mechanicznym a dwoma zbiornikami ciepła o różnych temperaturach[1].

Klasyfikacja

Schemat energetyczny silnika cieplnego

Silnik cieplny

Silnik cieplny to urządzenie, które zamienia energię termiczną (cieplną) w energię mechaniczną (praca)[2][3][4][5][6] lub elektryczną[7].

Pompa ciepła

Schemat sprężarkowej pompy ciepła: 1) skraplacz, 2) zawór dławiący (lub kapilara), 3) parownik, 4) sprężarka.

Pompa ciepła to urządzenie, które ogrzewa obszar o temperaturze wyższej poprzez podnoszenie ciepła z obszaru o niższej temperaturze do tego obszaru[8].

Chłodziarka

Chłodziarka to urządzenie, którego celem jest obniżenie temperatury jakiegoś ciała do temperatury niższej od temperatury otoczenia[9].

Cieplne maszyny przepływowe

Maszynami cieplnymi są także maszyny przepływowe o przepływie ciągłym (maszyny wirnikowe) lub okresowym (maszyny tłokowe), jeżeli wewnątrz maszyny występuje istotna zmiana temperatury czynnika roboczego[10]. Przykładami maszyn przepływowych są: sprężarki przepływowe i turbiny.

Wnioski z zasad termodynamiki

Wszystkie maszyny działają zgodnie z zasadami termodynamiki. Z pierwszej zasady termodynamiki, wynika, że zachowany jest całkowity bilans energii. Dla silnika cieplnego: praca wykonana (W) jest równa różnicy energii pobranej na sposób cieplny ze źródła ciepła i oddanej do chłodnicy:

Z drugą zasadę termodynamiki, z której wynika że nie można skonstruować silnika cieplnego w całości zamieniającego dostarczone ciepło na pracę, a maksymalna sprawność silnika cieplnego zależy od różnicy temperatur źródła ciepła i chłodnicy i wyraża się wzorem:

W praktyce oznacza to, że silniki cieplne oprócz użytecznej pracy zawsze oddają do otoczenia ciepło, które jeśli nie jest wykorzystane, staje się ciepłem odpadowym. Stanowi to podstawę skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła w elektrociepłowniach.

Zobacz też

Przypisy

  1. ↑ Waldemar Ufnalski, Wprowadzenie do termodynamiki chemicznej, wykład 7: 7. Elementy teorii maszyn cieplnych, 7.1. Maszyny cieplne - zasada działania, Warszawa, Politechnika Warszawska, slide. 3, materiały dla studentów.
  2. ↑ Douglas C. Giancoli: Physics- Principles with Applications (6th. Ed.). New Jersey, USA: Pearson Education, Inc., 2005, s. 416. ISBN 0-13-060620-0.
  3. ↑ IMB Innovation: Silniki cieplne (pol.). [dostęp 2008-03-19]. [zarchiwizowane z tego adresu (14 marca 2008)].
  4. ↑ Departament Fizyki Uniwersytetu Rutgers, New Jersey: O silniku cieplnym (ang.). [dostęp 2008-03-10]. [zarchiwizowane z tego adresu (13 września 2006)].
  5. ↑ Departament Fizyki Uniwersytetu George Mason, Wirginia: Eksperyment z Silnikiem Cieplnym (ang.). [dostęp 2008-03-10].
  6. ↑ Departament Fizyki Uniwersytetu Ohio State, Ohio: Aplikacje praw Termodynamiki (ang.). [dostęp 2008-03-10].
  7. ↑ Departament Fizyki Uniwersytetu Toledo, Ohio: Termodynamika (ang.). [dostęp 2008-03-10]. [zarchiwizowane z tego adresu (14 marca 2007)].
  8. ↑ Stanisław Ochęduszko, Termodynamika stosowana, rozdział: D. Druga zasada termodynamiki, XIV Obiegi termodynamiczne, Warszawa, Wydawnictwa Naukowo-Technicznei, s. 127–128, 1974.
  9. ↑ Jan Szargut, Teoria procesów cieplnych, rozdział: 7. Ziębiarki i pompy grzejne, Warszawa, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1973, s. 190, ISBN n/a.
  10. ↑ G. Przybyła, T. Malkiewicz Laboratorium Techniki Cieplnej Instytutu Techniki Cieplnej Wydziału Inzynierii Środowiska i Energetyki Politechniki Śląskiej, Instrukcja Laboratoryjna, Temat ćwiczenia: Badanie wykresu indykatorowego maszyn tłokowych, s. 3 [1].

Media użyte na tej stronie

Carnot heat engine 2.svg
Working principle of Carnot's heat engine.
Heatpump.svg
Diagram of a phase change heat pump.
Note that the arrows in the diagram are meant to indicate the flow of air and coolant; they do not correspond to heat flow, which in the system depicted is (generally) from right to left.