toplinski stroj

toplinski stroj, stroj koji pretvara toplinu u mehanički rad. Njegovi su glavni dijelovi spremnici topline različitih temperatura (topliji i hladniji spremnik), radna tvar (plin ili tekućina) i radno tijelo (pomični dio stroja, može biti cilindar s pomičnim klipom).

Način rada

Prvo znanstveno proučavanje rada toplinskoga stroja proveo je Nicolas Léonard Sadi Carnot 1824. S pomoću procesa, koji se danas naziva Carnotov kružni proces, opisao je rad idealnoga toplinskoga stroja u kojem su procesi reverzibilni, tj. stroja bez energijskih gubitaka i povećanja entropije. Njegove su ideje razvili Rudolf Julius Emanuel Clausius i Émile Clapeyron.

U toplinskome stroju toplina se iz toplijeg spremnika spontano prenosi na radnu tvar. Povećavajući volumen radnoga tijela, radna tvar pretvara jedan dio topline u mehanički rad. Sažimanje radnoga tijela u početni volumen postiže se oslobađanjem dijela topline u okoliš. Mehanički rad jednak je razlici između topline Q1 koju je radno tijelo primilo od toplijega spremnika i topline Q2 koju je predalo hladnijemu spremniku: W = Q1 – Q2. Prema drugome zakonu termodinamike ni idealni toplinski stroj ne može svu toplinu primljenu iz toplijega spremnika pretvoriti u mehanički rad, neizbježan je gubitak energije, tj. otpuštanje topline u okoliš.

Djelotvornost toplinskoga stroja

Djelotvornost toplinskoga stroja jednaka je omjeru obavljenoga mehaničkoga rada i topline primljene od toplijega spremnika η = W/Q1. Djelotvornost je veća što je veća razlika između temperatura toplijega i hladnijega spremnika.

Djelotvornost realnoga toplinskoga stroja uvijek je manja od djelotvornosti idealnoga zato što se u realnome stroju pojavljuju i dodatni gubitci topline. Realni su toplinski strojevi npr. parni stroj i motor s unutarnjim izgaranjem. Razvoju parnoga stroja i povećanju njegove djelotvornosti pridonijeli su Denis Papin i James Watt, a razvoju motora s unutarnjim izgaranjem Nikolaus August Otto, Rudolf Diesel i mnogi drugi. (→ djelotvornost)

toplinski stroj. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 13.12.2019. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=70693>.