熱機,指的是利用熱能來做功的機械。它是把內能轉化為了機械能。
但是咱們知道,在內能轉化為機械能的過程中,必然是要向周圍環境中散發熱量,內能也就不能完全轉化為機械能,因此存在著一個轉化效率的問題。
簡單說,熱機就是想利用熱傳遞過程中傳遞的熱量對外做功,就好像渦輪機利用水流的動能做功一樣,顯然,渦輪機是不可能把水的動能全部轉化為渦輪的機械能的,否則水就不流動了,渦輪機也沒法轉了。
同理,即使是理想的熱機(不計摩擦)也不能把熱量完全用來做功。否則的話就違背了熱力學第二定律。
除了散發到環境中的熱量,實際上,熱機工作的過程中還有很多能量以其他種方式浪費掉了,比如燃氣沒有完全燃燒,機械之間有摩擦需要消耗能量等。
因此,常見的熱機,比如蒸汽機,汽輪機,內燃機等等效率都不是特別高。
常見熱機效率
既然熱機效率離百分之百還差這麼多,那能不能想辦法提高它呢?
其實,很早以前法國工程師薩迪·卡諾就通過卡諾循環推出理想熱機的效率η與熱傳遞的過程中高溫物體溫度及低溫物體溫度的關係式。
卡諾循環
熱機效率
從這個關係式中我們可以看出,熱機效率與高溫熱源的溫度以及低溫熱源的溫度有關,兩者溫度差越大,效率越高。
高溫熱源是我們人為可以控制的,低溫熱源通常指的是周圍環境,它的溫度是我們不能控制的。
所以,要想提高熱機效率的話,咱們可以提高高溫熱源的溫度,從而來提高效率。
除此之外,我們還可以通過減小機械摩擦,提高熱機絕熱性的方式來提高效率。