Často se setkáváme s dělením na děje vratné a nevratné. Vratné děje jsou fyzikální model a přírodě se prakticky nevyskytují. U vratného děje předpokládáme, že soustava prochází spojitou řadou téměř rovnovážných stavů. Prochází jimi nekonečně pomalu oběmi směry bez zanechání sebemenších stop na okolí. Nejvíce se jim blíží izotermický děj, protože probíhá kvazistaticky. Dalším příkladem vratného děje je třeba mechanický pohyb, když zanedbáme tření. V nevratném ději, probíhá jen jedním směrem, dochází vždy k částečné přeměně energie v teplo. Tím je tato energie pro daný cyklus ztracena.
Carnotův cyklus
Francouz Saddi Carnot studoval, jakou maximální práci můžeme dostat z tepelného stroje. Do cyklu dodáme teplo Q. Kvalitu tepelného stroje popisujeme pomocí jeho účinnosti h .Účinnost je definována jako podíl výkonu P a příkonu P0, neboli podíl práce W vykonané strojem a energie E dodané stroji.
Definice účinnosti kruhového děje: Účinnost kruhového děje je
W
je práce vykonaná při kruhovém ději během jednoho cyklu, Q je teplo přijaté během tohoto cyklu z ohřívače.
Cykl
us můžeme rozdělit do čtyř různých dějů:
Q
je teplo přijaté z ohřívače a Q0 je teplo odevzdané chladiči.Ekvivalentní v
yjádření pomocí teplot:
Z
vyjádření pomocí termodynamických teplot vyplývá následující závěr. Maximální účinnost obdržíme, pokud teplo odebrané ohřívači je maximální a odevzdané chladiči je minimální. Lepší je vysoká teplota ohřívače a nízká chladiče. Přesto však účinnost tepelného stroje, který pracuje bez mechanických ztrát, nemůže být stoprocentní.
Historicky první v řadě tepelných motorů byl parní stroj. Má velmi nízkou účinnost, jen 9 – 15%. Objev parního stroje měl význam pro dopravu. Využívaly se hlavně v lodích a lokomotivách. Dnes používané parní motory najdeme v elektrárnách. Průmyslové parní turbíny mají účinnost 25 – 35%.
Zážehový motorRozlišujeme dva typy zážehových motorů: dvoudobý a čtyřdobý. U čtyřdobého motoru se nejprve nasaje do válce směs tvořená benzínem a vzduchem. Směs se vytváří v karburátoru. Následuje stlačení vzduchu a v horní
úvrati (krajní poloze) přeskočí jiskra ze svíčky. Směs zhoří, expanduje a opouští výfukem motor. Cyklus se neustále opakuje. Pro zvýšení výkonu se v motoru spojuje více válců. Účinnost čtyřdobého zážehového motoru je 23 – 35%. Běžně se využívají v osobních automobilech. Dvoudobý motor má menší účinnost. I on se dříve montoval do osobních automobilů (Wartburg, Trabant). Ve dvoudobém motoru nejsou ventily. Cyklus je řízen polohou pístu. Vznětový motor Historickým předchůdcem byl Dieselův motor. Spotřeba u vznětových motorů je většinou menší než u zážehových, jejich pořizovací cena je ale vyšší. Ve vznětových motorech je pracovní teplota vyšší než u klasických zážehových motorů. Vznětový motor má podobnou konstrukci jako zážehový. Není v něm ale zapalovací svíčka a karburátor. Mechanismus zapálení směsi je jiný. Čistý vzduch se ve válci stlačí na teplotu asi 600 °C. Čerpadlo do něj vstříkne naftu a ta se při této teplotě zapálí. Účinnost je asi 30 – 45%. Využívají se v nákladních a osobních automobilech, lodích, generátorech atd.
