Hőerőgép

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Kalorikus gép (gőzgép),1861, Vasárnapi Ujság

A hőerőgép olyan valóságos vagy elméleti erőgép, amely hőenergiát mechanikai munkává alakít át. Más definíció szerint a hőerőgép olyan kalorikus gép, mely hasznos mechanikai munkát szolgáltat. A kalorikus gépek a hőerőgépek és a hőszivattyúk és termodinamikai elven működő hűtőgépek összefoglaló neve. A hőerőgépek termodinamikai körfolyamatot (ciklust) valósítanak meg működésük folyamán. A hőerőgépeket rendszerint az általuk megvalósított körfolyamatról nevezik el, de gyakran alternatív elnevezéseket is használnak: benzinmotor, gőzgép, gázturbina. A belsőégésű gépek (motorok) a gép belsejében fejlesztenek hőenergiát, a külső hőbevezetésű gépek külső hőforrás által fejlesztett hőenergiát abszorbeálják. Egyes hőerőgépek a külső atmoszféra felé nyitott szerkezetűek, mások el vannak szigetelve a környezettől (nyitott vagy zárt rendszerek).

A hőerőgép a magas hőmérsékletű hőforrásból hőt vesz fel, egy részét átalakítja hasznos mechanikai munkává, a maradékot pedig leadja az alacsony hőmérsékletű hőnyelő rendszerbe.

Hatásfok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A termodinamika első főtételéből írható:

 dW \ =  \ dQ_c \ - \  (-dQ_h) \,

ahol

 dW = -PdV \, a hőerőgép által termelt hasznos munka (ez negatív, mivel a munkát a gép végzi)
 dQ_h = T_hdS_h \, a bevezetett hő a nagyhőmérsékletű rendszerből (ez negatív, mivel a hőt a nagyhőmérsékletű tartályból vonja el, így (-dQ_h)\, pozitív.
 dQ_c = T_cdS_c \, ez a hőmennyiség, mely a hűtőn keresztül távozik az alacsony hőfokú rendszerbe (Ez pozitív, mivel a hőt átadja a hűtőnek)
Energiaáramlás vázlata hőerőgépben

Az energiaátalakító berendezés (legyen az hűtőgép, hőszivattyú, vagy erőgép) hatásfoka általánosságban a hasznos munka és a befektetett energia viszonya.

Erőgép esetében hasznos munkát akarunk nyerni hőátszármaztatás útján:

\eta = \frac{-dW}{-dQ_h} = \frac{-dQ_h - dQ_c}{-dQ_h} = 1 - \frac{dQ_c}{-dQ_h}

Egy hőerőgép elméletileg lehetséges legjobb hatásfoka csak a hőforrás és a hőnyelő hőmérsékletétől függ, melyek mellett a gép működik. Ezt a hatásfokot egy ideális képzeletbeli hőerőgép esetére szokás levezetni, mint amilyen a Carnot-féle hőerőgép, bár más hőerőgépek, melyek más körfolyamatot valósítanak meg, szintén elérhetik a legjobb hatásfokot. Matematikailag ez ezért lehetséges, mert reverzibilis állapotváltozások esetén a hideg tartály entrópiaváltozása egyenlő a meleg tartály ellenkező előjelű entrópiaváltozásával (vagyis dS_c = -dS_h), így az összentrópia nem változik a körfolyamat során:

\eta_\text{max} = 1 - \frac{T_cdS_c}{-T_hdS_h} = 1 - \frac{T_c}{T_h}

ahol T_h a hőforrás, T_c pedig a hőnyelő abszolút hőmérséklete kelvinben mérve. Megjegyzendő, hogy dS_c pozitív, dS_h negatív minden reverzibilis munkavégző körfolyamatnál, az entrópia összességében nem változik, hanem a nagy entrópiájú rendszerből a kis entrópiájú rendszer felé áramlik csökkentve a hőforrás entrópiáját és növelve a hőnyelőét.

Fajtái[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Külső hivatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]