ГЛАВА 21. РАБОТА ГАЗА В ЦИКЛИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ. ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
4 августа 1877 г. Николаус Отто получил патент на свой четырехтактный мотор, а за последующие 20 лет было продано 42 тысячи двигателей. КПД двигателей Отто доходил до 22 %, что было значительно выше, чем КПД любых других двигателей того времени. Удачная конструкция и высокая экономичность двигателей Отто позволили его компании занять значительную долю на рынке приводов для различных механизмов.
А можно ли не терять эту энергию? Второй закон термодинамики говорит о том, что нельзя. В применении к двигателю внутреннего сгорания это означает, что полностью превратить энергию бензина в механическую работу невозможно. Какая-то ее часть обязательно останется внутренней и будет именно в таком виде передана окружающему воздуху, то есть неизбежно пойдет на «отопление улицы». Отсюда сразу следует, что эффективность работы любого теплового двигателя определяется тем, какую долю от энергии, полученной от нагревателя, двигатель способен превратить в работу. Эту долю принято называть коэффициентом полезного действия двигателя (КПД):
где работа A, совершенная двигателем в течение цикла. В соответствии со вторым началом термодинамики эта работа обязательно меньше, чем количество теплоты Qн, которое было получено от нагревателя за цикл. Поэтому КПД теплового двигателя всегда строго меньше единицы.
Создание автомобиля (XVII в. - XIX в.). Идею двигателя внутреннего сгорания (ДВС) в XVII в. сформулировал Х. Гюйгенс, предложив использовать в качестве топлива порох. Первый работающий ДВС создали в 1806 г. французские изобретатели братья Ньепсы, использовав в качестве топлива угольную пыль, которая может взрываться. В 1799 г. французский инженер Ф. Лебон открыл светильный газ (смесь водорода, метана и окиси углерода, получаемую путем перегонки угля или древесины), а позже попытался сконструировать газовый ДВС.
Первый успешный ДВС создал в 1858 г. Ж. Ленуар, который разработал принцип воспламенения газовой смеси с помощью искры. В 1863 г. Ленуар улучшил свой двигатель, использовав вместо газового топлива керосин. На нем трехколесный прототип современных машин проехал исторические 20 км со скоростью 6 км/ч. Интересно, что уже через несколько месяцев после первого испытания Ленуар получил заказ на производство автомобиля от русского царя Александра II, хотя об испытаниях нигде не сообщалось (видимо, разведка!).
