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
Sadi Carnot 1824. S pomoću
reverzibilnoga procesa, koji se danas naziva
Carnotov kružni proces, opisao je rad idealnog toplinskoga stroja, tj. stroja bez energijskih gubitaka i povećanja entropije. Njegove su ideje razvili
Rudolf 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)
