ГЛАВА 21. РАБОТА ГАЗА В ЦИКЛИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ. ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

Тепловым двигателем называют устройство, которое совершает механическую работу, используя для этого внутреннюю (тепловую) энергию какого-то тела, которое называется нагревателем двигателя. Для технической реализации этого устройства, работающего в непрерывном (циклическом) режиме, необходим газ, который называется рабочим телом двигателя и который собственно и совершает работу, не затрачивая своей внутренней энергии. Поэтому из первого закона термодинамики следует, что если рабочее тело совершило за цикл работу A, то такое же количество теплоты оно должно получить от нагревателя

(21.1)

где - количество теплоты, взятое газом у нагревателя в течение цикла. В связи с формулой (21.1) в применении к тепловому двигателю говорят, что двигатель превращает в работу энергию, взятую у нагревателя. Опыт, однако, показывает, что внутреннюю энергию, взятую у какого-то тела нельзя полностью превратить в работу в циклическом процессе. Это означает следующее. Если отобрать у какого-то тела часть его внутренней энергии, то можно превратить в механическую работу не всю эту энергию, а только какую-то ее часть. Оставшаяся часть должна по-прежнему остаться внутренней энергией и должна быть передана телу с меньшей температурой. В применении к тепловому двигателю это означает, что наряду с рабочим телом и нагревателем двигателю необходимо еще одно тело, с температурой, меньшей температуры нагревателя, которому будет отдаваться не превращенная в механическую работу часть внутренней энергии нагревателя. Такое тело называется холодильником двигателя. Утверждение о невозможности работы теплового двигателя без холодильника называется вторым законом (или началом) термодинамики.