Para makabuo ng heat engine na maaaring gumana sa pamamagitan ng paggamit ng init, kailangan mong gumawa ng ilang partikular na kundisyon. Una sa lahat, ang isang heat engine ay dapat gumana sa isang cyclic mode, kung saan ang isang serye ng mga sunud-sunod na thermodynamic na proseso ay lumikha ng isang cycle. Bilang resulta ng cycle, gumagana ang gas na nakapaloob sa isang silindro na may movable piston. Ngunit ang isang cycle ay hindi sapat para sa isang pana-panahong nagpapatakbo ng makina; dapat itong magsagawa ng mga pag-ikot nang paulit-ulit para sa isang tiyak na oras. Ang kabuuang gawaing isinagawa sa isang partikular na oras sa katotohanan, na hinati sa oras, ay nagbibigay ng isa pang mahalagang konsepto - kapangyarihan.
Sa kalagitnaan ng ika-19 na siglo, nilikha ang mga unang heat engine. Nagtrabaho sila, ngunit gumugol ng malaking halaga ng init na nakuha mula sa pagkasunog ng gasolina. Noon ang mga teoretikal na pisiko ay nagtanong sa kanilang sarili: Paano gumagana ang gas sa isang makina ng init? Paano makakuha ng maximum na performance sa pinakamababang paggamit ng gasolina?”
Upang magsagawa ng pagsusuri ng gawaing pang-gas, kinakailangan na ipakilala ang isang buong sistema ng mga kahulugan at konsepto. Ang kabuuan ng lahat ng mga kahulugan ay lumikha ng isang buong pang-agham na direksyon, na natanggappamagat: "Technical thermodynamics". Sa thermodynamics, isang bilang ng mga pagpapalagay ang ginawa na sa anumang paraan ay hindi nakakabawas sa mga pangunahing konklusyon. Ang gumaganang likido ay isang ephemeral gas (hindi umiiral sa kalikasan), na maaaring i-compress sa zero volume, ang mga molekula na hindi nakikipag-ugnayan sa isa't isa. Sa kalikasan, mayroon lamang mga tunay na gas na may mahusay na natukoy na mga katangian na iba sa perpektong gas.
Upang isaalang-alang ang mga modelo ng dynamics ng working fluid, iminungkahi ang mga batas ng thermodynamics, na naglalarawan sa mga pangunahing proseso ng thermodynamic, gaya ng:
Ang
Ang
Ang prosesong
Ang
Sa panahon ng paglikha ng mga unang heat engine, naghahanap sila ng isang cycle kung saan makakakuha ka ng pinakamataas na kahusayan(kahusayan). Si Sadi Carnot, na ginalugad ang kabuuan ng mga proseso ng thermodynamic, sa isang kapritso ay dumating sa pagbuo ng kanyang sariling cycle, na tumanggap ng kanyang pangalan - ang Carnot cycle. Sunud-sunod itong nagsasagawa ng isothermal, pagkatapos ay isang proseso ng adiabatic compression. Ang gumaganang likido pagkatapos isagawa ang mga prosesong ito ay may reserbang panloob na enerhiya, ngunit ang cycle ay hindi pa nakumpleto, kaya ang gumaganang likido ay lumalawak at nagsasagawa ng isothermal na proseso ng pagpapalawak. Upang makumpleto ang cycle at bumalik sa orihinal na mga parameter ng working fluid, isang proseso ng adiabatic expansion ang isinasagawa.
Carnot pinatunayan na ang kahusayan sa kanyang cycle ay umabot sa isang maximum at depende lamang sa mga temperatura ng dalawang isotherms. Ang mas mataas na pagkakaiba sa pagitan ng mga ito, ang katumbas na mas mataas na thermal efficiency. Ang mga pagtatangka na lumikha ng heat engine ayon sa Carnot cycle ay hindi naging matagumpay. Ito ay isang perpektong cycle na hindi maaaring matupad. Ngunit pinatunayan niya ang pangunahing prinsipyo ng pangalawang batas ng thermodynamics tungkol sa imposibilidad ng pagkuha ng trabaho na katumbas ng halaga ng thermal energy. Ang isang bilang ng mga kahulugan ay nabuo para sa pangalawang batas ng thermodynamics, sa batayan kung saan ipinakilala ni Rudolf Clausius ang konsepto ng entropy. Ang pangunahing konklusyon ng kanyang pananaliksik ay ang entropy ay patuloy na tumataas, na humahantong sa thermal "kamatayan".
Ang pinakamahalagang tagumpay ni Clausius ay ang pag-unawa sa kakanyahan ng proseso ng adiabatic, kapag ito ay ginanap, ang entropy ng working fluid ay hindi nagbabago. Samakatuwid, ayon kay Clausius, ang proseso ng adiabatic ay s=const. Narito ang entropy, na nagbibigay ng isa pang pangalan sa prosesong ginanap nang walang supply o pag-alis ng init, ang isentropic na proseso. Hinahanap ng scientisttulad ng isang cycle ng isang heat engine kung saan walang pagtaas sa entropy. Ngunit, sa kasamaang-palad, nabigo siyang gawin ito. Samakatuwid, naisip niya na ang isang heat engine ay hindi maaaring gawin.
Ngunit hindi lahat ng mananaliksik ay napaka-pesimistic. Naghahanap sila ng mga totoong cycle para sa mga heat engine. Bilang resulta ng kanilang paghahanap, si Nikolaus August Otto ay lumikha ng kanyang sariling cycle ng heat engine, na ngayon ay ipinatupad sa mga makina ng gasolina. Dito, ang proseso ng adiabatic ng compression ng working fluid at isochoric heat supply (pagkasunog ng gasolina sa isang pare-pareho ang dami) ay ginaganap, pagkatapos ay lilitaw ang adiabatic expansion (ang trabaho ay ginagawa ng working fluid sa proseso ng pagtaas ng volume nito) at isochoric pagtanggal ng init. Ang mga unang internal combustion engine ng Otto cycle ay gumamit ng mga nasusunog na gas bilang gasolina. Makalipas ang ilang sandali, naimbento ang mga carburetor, na nagsimulang lumikha ng mga pinaghalong hangin ng gasoline-air na may mga singaw ng gasolina at ibigay ang mga ito sa silindro ng makina.
Sa Otto cycle, ang combustible mixture ay na-compress, kaya ang compression nito ay medyo maliit - ang combustible mixture ay may posibilidad na sumabog (sumasabog kapag naabot ang mga kritikal na pressure at temperatura). Samakatuwid, ang trabaho sa panahon ng proseso ng adiabatic compression ay medyo maliit. Isa pang konsepto ang ipinakilala dito: ang compression ratio ay ang ratio ng kabuuang volume sa volume ng compression.
Nagpatuloy ang paghahanap ng mga paraan upang mapataas ang kahusayan sa enerhiya ng gasolina. Ang isang pagtaas sa kahusayan ay nakita sa isang pagtaas sa ratio ng compression. Si Rudolf Diesel ay bumuo ng kanyang sariling cycle kung saan ang init ay ibinibigaysa pare-parehong presyon (sa proseso ng isobaric). Ang kanyang cycle ay naging batayan ng mga makina na gumagamit ng diesel fuel (tinatawag din itong diesel fuel). Ang siklo ng Diesel ay hindi pinipiga ang nasusunog na timpla, ngunit hangin. Samakatuwid, ang trabaho ay sinasabing ginagawa sa isang proseso ng adiabatic. Ang temperatura at presyon sa dulo ng compression ay mataas, kaya ang gasolina ay iniksyon sa pamamagitan ng mga injector. Naghahalo ito sa mainit na hangin, bumubuo ng nasusunog na halo. Ito ay nasusunog, habang ang panloob na enerhiya ng gumaganang likido ay tumataas. Dagdag pa, ang pagpapalawak ng gas ay sumasabay sa adiabatic, isang gumaganang stroke ang ginawa.
Ang pagtatangkang ipatupad ang Diesel cycle sa mga heat engine ay nabigo, kaya ginawa ni Gustav Trinkler ang pinagsamang Trinkler cycle. Ito ay ginagamit sa mga diesel engine ngayon. Sa Trinkler cycle, ang init ay ibinibigay kasama ang isochore at pagkatapos ay kasama ang isobar. Pagkatapos lamang nito, isasagawa ang adiabatic na proseso ng pagpapalawak ng working fluid.
Sa pamamagitan ng pagkakatulad sa mga reciprocating heat engine, gumagana din ang mga turbine engine. Ngunit sa kanila, ang proseso ng pag-alis ng init pagkatapos ng pagkumpleto ng kapaki-pakinabang na pagpapalawak ng adiabatic ng gas ay isinasagawa kasama ang isobar. Sa sasakyang panghimpapawid na may gas turbine at turboprop engine, ang proseso ng adiabatic ay nangyayari nang dalawang beses: sa panahon ng compression at expansion.
Upang patunayan ang lahat ng pangunahing konsepto ng proseso ng adiabatic, iminungkahi ang mga formula ng pagkalkula. Lumilitaw dito ang isang mahalagang dami, na tinatawag na adiabatic exponent. Ang halaga nito para sa isang diatomic gas (oxygen at nitrogen ay ang pangunahing diatomic gases na nasa hangin) ay 1.4. Upang kalkulahinang adiabatic exponent, dalawa pang kawili-wiling katangian ang ginagamit, ibig sabihin: ang isobaric at isochoric heat capacities ng working fluid. Ang kanilang ratio k=Cp/Cv ay ang adiabatic exponent.
Bakit ginagamit ang prosesong adiabatic sa mga theoretical cycle ng mga heat engine? Sa katunayan, ang mga polytropic na proseso ay ginagawa, ngunit dahil sa ang katunayan na ang mga ito ay nangyayari sa isang mataas na bilis, ito ay kaugalian na ipagpalagay na walang init exchange sa kapaligiran.
90% ng kuryente ay nalilikha ng mga thermal power plant. Gumagamit sila ng singaw ng tubig bilang gumaganang likido. Ito ay nakuha sa pamamagitan ng tubig na kumukulo. Upang madagdagan ang potensyal na gumagana ng singaw, ito ay sobrang init. Ang sobrang init na singaw ay pagkatapos ay pinapakain sa mataas na presyon sa isang steam turbine. Ang adiabatic na proseso ng pagpapalawak ng singaw ay nagaganap din dito. Ang turbine ay tumatanggap ng pag-ikot, inililipat ito sa isang electric generator. Na, sa turn, ay bumubuo ng kuryente para sa mga mamimili. Gumagana ang mga steam turbin sa Rankine cycle. Sa isip, ang pagtaas ng kahusayan ay nauugnay din sa pagtaas ng temperatura at presyon ng singaw ng tubig.
Tulad ng makikita mula sa itaas, ang proseso ng adiabatic ay karaniwan sa paggawa ng mekanikal at elektrikal na enerhiya.
