Question

Почему кпд идеальной тепловой машины не превышает 70%?​

Answer 1

Ответ:

Поскольку идеальные процессы могут осуществляться лишь с бесконечно малой скоростью, мощность тепловой машины в цикле Карно равна нулю. Мощность реальных тепловых машин не может быть равна нулю, поэтому реальные процессы могут приближаться к идеальному процессу Карно только с большей или меньшей степенью точности.

Коэффициент полезного действия (КПД) любой тепловой машины не может превосходить КПД идеальной тепловой машины, работающей по циклу Карно с теми же самыми температурами нагревателя и холодильника[6]. По этой причине, позволяя оценить верхний предел КПД тепловой машины, цикл Карно важен для теории тепловых машин. В то же время КПД цикла Карно настолько чувствителен к отклонениям от идеальности (потерям на трение), что данный цикл никогда не применяли в реальных тепловых машинах[K 1][8].

Answer 2

Эффективность идеальной тепловой машины ограничена законами термодинамики, в частности вторым законом термодинамики, который формулируется как закон Карно. Этот закон утверждает, что для процесса перевода тепла в работу (или в другие виды энергии) с помощью тепловой машины существует максимально возможная эффективность, которая зависит от температурных уровней машины. Эта максимально возможная эффективность определяется разницей температур между источником тепла и поглощателем тепла.

Максимальная эффективность тепловой машины Карно вычисляется по формуле:

$\text{Эффективность Карно} = 1 - \frac{T_с}{T_г},$

где:

• $T_г$ - абсолютная температура источника тепла (в Кельвинах).
• $T_с$ - абсолютная температура поглощателя тепла (в Кельвинах).

Из этой формулы видно, что максимальная эффективность Карно возрастает с увеличением разницы температур между источником тепла и поглощателем тепла. Однако, при коммерческой эксплуатации тепловых машин, не всегда возможно сделать эту разницу очень большой. Температурные ограничения материалов и другие практические ограничения могут ограничивать разницу температур.

Поэтому максимальная эффективность тепловых машин, работающих на реальных процессах, обычно меньше 70% и зависит от конкретных условий эксплуатации. Инженеры и ученые постоянно работают над улучшением эффективности тепловых машин, разрабатывая новые технологии и материалы, чтобы приблизиться к максимальной эффективности Карно, но соблюдение фундаментальных законов термодинамики всегда накладывает определенные ограничения.