Lämpövoimakone
Koneen periaate
- Lämpövoimakoneessa lämpöenergia muutetaan mekaaniseksi energiaksi. Prosessin aikana lämpötila laskee arvosta T1 arvoon T2.
- Samalla osa systeemin luovuttamasta lämpöenergiasta muuttuu työksi W.
- Ihannetapauksessa kaikki luovutettu lämpöenergia muuttu työksi Wmax = Q1 - Q2. Käytännössä tämä ei kuitenkaan ole mahdollista, vaan osa energiasta menee hukkaan W < Wmax.
- Koneen hyötysuhde lasketaan vertaamalla koneen tekemää työtä systeemin koko lämpöenergiaan:
- Maksimaalinen hyötysuhde eli Carnot-hyötysuhde [[$ \eta_{max} $]] saavutetaan kun kaikki luovutettu lämpöenergia muuttuu työksi Wmax = Q1 - Q2.
- Kaikkea lämpöenergiaa ei voida koskaan muuttaa työksi. Tämä edellyttäisi, että T2 olisi absoluuttinen nollapiste.
- Mutta mitä suurempi lämpötilaero saadaan aikaiseksi, sitä suurempi hyötysuhde saadaan ainakin periaatteessa aikaiseksi. Tavoitteena on siis, että prosessin aikana lämpötila laskisi mahdollisimman paljon.
- Auton polttomoottori on lämpövoimakone.
- Lämpöenergia syntyy polttoaineen palamisen seurauksena.
- Lämpötilan noustessa paine sylinterissä nousee ja kuuma palokaasu laajenee ja samalla työntää mäntää alaspäin.
- Männän työntyessä alaspäin lämpöenergia muuttuu mekaaniseksi energiaksi; systeemi tekee männälle työtä (W).
- Palokaasun laajentuessa sylinterissä sen lämpötila ja lämpöenergia laskee (Q1 - Q2).
- Osa energiasta menee kitkan ja lämmön johtumisen seurauksena hukkaan.