Motoare Termice

Orice motor termic este un transformator de energie termică (căldură) în energie mecanică. Un sistem efectuează lucru mecanic numai dacă se acţionează asupra sa, pentru ca energia sa să crească.

Experiment :

Pe cărămida încălzită (caloriferul cald) se aşează un pahar înalt folosit în chimie. Pe fundul vasului se află un strat de anilină şi deasupra o cantitate suficient de mare de apă (fig. A). După un timp o picătură de anilină se ridică deasupra apei; deoarece prin încălzire îşi măreşte volumul, picătura efectuează un lucru mecanic asupra apei. La suprafaţa apei, picătura fiind în contact cu aerulul cedează căldură, îşi micşorează volumul şi cade din nou la fund. Acest proces se va repeta atât timp cât este caldă cărămida.

În acest experiment, avem un motor termic, în care cărămida este sursa caldă, iar aerul atmosferic este sursa rece.

Randamentul motorului termic

Dacă analizăm acest experiment observăm că nu întreaga căldură Q1 primită de sistemul termodinamic de la sursa caldă contribue la efectuarea de către acesta a unui lucru mecanic L. O parte Q2 < 0 din căldura primită este cedată sursei reci (aerului atmosferic), deci L=Q1- Q2 . Un motor termic este un dispozitiv care transformă o parte din căldura primită în lucru mecanic.

Dacă Q1 este căldura absorbită de un motor termic, iar L lucrul mecanic efectuat de acesta, atunci raportul L/ Q1 reprezintă randamentul motorului termic. Deci :

Din cele de mai sus rezultă că L< Q1, astfel că <1. Maşinile termice care folosesc forţa de presiune a aburului au randamentul destul de mic (sub 10%). Maşinile termice moderne se bazează pe forţe de presiune exercitate direct de gazele ce rezultă din arderea combustibilului. Randamentul lor este de câteva ori mai mare decât cel al maşinilor cu abur.

Motorul termic este un sistem termodinamic care efectuează lucru mecanic când se acţionează termic asupra sa şi în anumite condiţii. Căldura pe care motoarele termice o transformă parţial în lucru mecanic se obţine prin arderea în motor a unui combustibil (cărbune, păcură, benzină, motorină, metanol). Această căldură este transmisă substanţei de lucru care îşi măreşte presiunea şi apasă pe pistonul mobil al unui cilindru punându-l în mişcare. Se produce în acest fel un lucru mecanic. În funcţie de construcţia motorului, combustibilul arde în interiorul cilindrului cu pistonul mobil sau în exteriorul său.

În funcţie de locul unde se produce arderea, motoarele termice se împart în:

- motoare cu ardere externă (ex: locomotiva cu aburi, turbina cu aburi);

- motoare termice cu ardere internă (ex: motorul cu aprindere prin scânteie, motorul Diesel, motorul cu reacţie etc.)

La maşinile cu aburi, până nu demult, evacuarea se fâcea sub presiune ridicată, o astfel de funcţionare se numeşte funcţionare cu „plină admisie”. Maşinile moderne funcţionează cu „expansiune”; adică admisia aburului, care se află, de exemplu, sub presiunea de 25 at. se întrerupe după ce pistonul a parcurs 1/5 din cursa sa. Apoi, aburul se destinde în cilindru până ocupă un volum de 5 ori mai mare. Evacuarea are loc numai când presiunea la sfârşitul cursei pistonului a scăzut la 1 at. În acest fel, funcţionarea maşinii devine mai economică.