Isı motoru

Termodinamik
Klasik Carnot ısı makinesi
Dallar Klasik İstatistiksel Kimyasal Kuantum termodinamiği Denge / Dengesizlik
Kanunlar Sıfırıncı Birinci İkinci Üçüncü
Sistemler Kapalı sistem İzole sistem Durum Hâl denklemi İdeal gaz Gerçek gaz Maddenin hâlleri Faz (madde) Denge Kontrol hacmi Enstrümanlar Süreçler İzobarik İzokorik İzotermal Adyabatik İzentropik İzentalpik Kuazi-statik Politropik Serbest genişleme Tersinirlik Tersinmezlik Endotersinirlik Çevrimler Isı motorları Isı pompaları Isıl verim
Sistem özellikleri Not: Eşlenik değişkenler italik yazılmıştır. Özellik diyagramları Yeğin ve yaygın özellikler Süreç fonksiyonları İş Isı Hâl fonksiyonları Sıcaklık / Entropi (giriş) Basınç / Hacim Kimyasal potansiyel / Parçacık sayısı Buhar kalitesi İndirgenmiş özellik
Malzeme özellikleri Özellik veritabanları Isı sığası  ${\displaystyle c=}$ ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle \partial S}$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle \partial T}$ Sıkıştırılabilirlik  ${\displaystyle \beta =-}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial p}$ Genleşme  ${\displaystyle \alpha =}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial T}$
Denklemler Carnot teoremi Clausius teoremi Temel ilişki İdeal gaz yasası Maxwell ilişkileri Çift taraflı Onsager bağıntıları Bridgman denklemleri Termodinamik denklemler tablosu
Potansiyeller Serbest enerji Serbest entropi İç enerji ${\displaystyle U(S,V)}$ Entalpi ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ Helmholtz serbest enerjisi ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ Gibbs serbest enerjisi ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
Tarih Kültür Tarih Genel Entropi Gaz yasaları "Devridaim" makineleri Felsefe Entropi ve zaman Entropi ve yaşam Brownian ratchet Maxwell'in Cini Isı ölümü paradoksu Loschmidt paradoksu Sinerjetik Teoriler Kalorik teorisi Vis viva ("yaşam gücü") Isının mekanik eşdeğeri Tahrik gücü Temel yayınlar "An Experimental Enquiry Concerning ... Heat" "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances" "Reflections on the Motive Power of Fire" Zaman çizelgeleri Termodinamik Isı makineleri Sanat Eğitim Maxwell'in termodinamik yüzeyi Enerji dağıtımı olarak entropi
Bilim insanları Bernoulli Boltzmann Carnot Clapeyron Clausius Carathéodory Duhem Gibbs von Helmholtz Joule Maxwell von Mayer Onsager Rankine Smeaton Stahl Thompson Thomson van der Waals Waterston
Diğer Çekirdeklenme Öztoplanma Özörgütlenme Düzen ve düzensizlik
Kategori

Termodinamikte, ısı enerjisini mekanik enerjiye çeviren sistemlere Isı Motoru denir. Bu çeviriyi maddeyi çok yüksek sıcaklıklara getirip daha sonra düşük sıcaklıklara getirerek yapar. Isınan madde jeneratörün devinimsel kısmında "iş" yaparak enerjisini jeneratöre aktarır ve soğur. Bu işlem esnasında bir miktar termal enerji "iş"e dönüşür. Dönüşüm miktarı kullanılan maddeye bağlıdır.

kullanılan madde ısı kapasitesi "0" olmayan herhangi bir madde olabilir ancak genellikle sıvı veya gazlar kullanılır.

Genellikle motorlar enerjiyi mekanik "iş"'e çevirirler. Ancak ısı motorları kendilerini bu tip motorlardan verimliliklerinin Carnot kuramı ile sınırlı olmasından dolayı ayırırlar ama bu limitleme tersine çevrilebilr. Isı motorlarının en büyük avantajı pek çok enerjinin egzotermik reaksiyonlarla(yanma reaksiyonları gibi), ışığın soğurulması ile ve sürtünmeyle kolaylıkla ısı enerjisine çevrilebilmesidir.

Isı motorları genellikle döngülerle karıştırılır.

Termodinamikte ısı motorları çoğu zaman "Otto döngüsü" gibi standart mühendislik döngüleri ile modellenir.

Kuramsal modeller gerçek motorlardan çalışma esnasında alınan verilerle oluşturulur. Ancak motor uygulamalarının pek azı altında yatan termodinamik döngüleriyle gerçekten uyuşur.

Genel terimlerle, ısı farkı ne kadar çok ise, teral verim o kadar fazladır. Dünya üzerinde herhangi bir ısı motorunun soğuk kısmı çevresel etkiler tarafından limitlenmiştir. yani 300 kelvinden daha düşük bir sıcaklıkta olamaz. Bu nedenle ısı motorlarının verimini arttırmaya yönelik çalışmalar genelde bu limiti esnetebilmek veya ortadan kaldırabilmek üzerine yapılmaktadır.

En çok kuramsal ısı motor verimi (hiçbir motor bu verime ulaşamamaktadır) sıcak ve soğuk kısmın sıcaklık farklarının sıcak kısmın sıcaklığına bölümü ile bulundan değerdir (sıcaklık değerleri kelvin cinsinden olmalıdır)

Isı motorları spesifik güçleri tarafından karakterize edilirler. Bu litre başına verilen Kw(beygir gücü olarak da geçebilir) güçlerine göre ayrım anlamına gelir. Ancak bu ayrım benzin kullanım verimiyle karıştırılmamalıdır. Modern yüksek performanslı bir araba 1 litre benzinden 75 kW güç elde edebilir.

Isı Motoru Örnekleri

Faz değişim döngüleri

Bu sistemlerde genellikle sıvı ve gaz kullanılır. Motor kullanılan sıvıyı gaza, kullanılan gazı sıvıya dönüştürür. bunların kisini de yapabilir.

• Rankine döngüsü

• İyileştirici döngü (regenerative cycle)

• Organik rankine döngüsü

• Buhardan sıvıya döngü

• Sıvıdan katıya döngü

• Katıdan gaza döngü

Gibi türevleri vardır.

Sadece gaz içeren döngüler

• Carnot döngüsü

• Ericsson döngüsü

• Stirling döngüsü

• İçten yanmalı motorlar

• Otto döngüsü (benzin/petrol motorları9

• Dizel döngüsü

• Atkinson döngüsü

• Joule döngüsü

• Lenoir döngüsü

• Miller döngüsü

Sadece sıvı içeren döngüler

• Malone motoru

• Rejeneratif ısı döngüsü (Heat Regenerative Cyclone)

Elektron döngüleri

• Johnson termoelektrik enerji dönüştürücüsü

• Termoelektrik (Peltier-Seebeck etkisi)

• Termoiyonik emisyon

• Termotünel soğutma

Manyetik döngüler

• Termo-manyetik motor (Nikola Tesla)

Soğutma amaçlı kullanılan döngüler (buzdolapları vs)

• Buhar sıkıştırmalı soğutma

• Stirling dondurucuları (stirling cryocoolers)

• Gaz soğurmalı soğutma

• Hava döngüsü makinesi

• Vuilleumier soğutma

• Manyetik soğutma

Isı motorlarında verim giren enerjiye göre ne kadar çıkarn enerji elde edildiğiyle hesaplanır

${\displaystyle dW\ =\ dQ_{c}\ -\ (-dQ_{h})}$

Burada;

${\displaystyle dW=-PdV}$

Motor tarafından yapılan işin miktarıdır. Eksi olmasının sebebi motorun iş yapmasıdır.

${\displaystyle dQ_{h}=T_{h}dS_{h}}$

yüksek sıcaklıktaki sistemden alınan ısı enerjisidir

${\displaystyle dQ_{c}=T_{c}dS_{c}}$

düşük sıcaklıktaki sisteme verilern ısı enerjisidir.

Genel olarak ısı aktarım süreçlerinde (motor soğutucu veya ısı pompası olması önemli değil) verim "ne verdin? " "ne aldın?" oranıdır.

${\displaystyle \eta ={\frac {-dW}{-dQ_{h}}}={\frac {-dQ_{h}-dQ_{c}}{-dQ_{h}}}=1-{\frac {dQ_{c}}{-dQ_{h}}}}$

en çok verim için ise;

${\displaystyle \eta _{\text{max}}=1-{\frac {T_{c}dS_{c}}{-T_{h}dS_{h}}}=1-{\frac {T_{c}}{T_{h}}}}$

Burada;

${\displaystyle T_{h}}$ısı kaynağının kelvin cinsinden kesin sıcaklığı ${\displaystyle T_{c}}$ de ısının aktarıldığı "küvetin" (sink) kelvin cinsinden kesin sıcaklığıdır.

Verim için bir örnek vermemiz gerkirse

Bu tablolarda Carnot döngüsündeki verim farklılıkları gösterilmiştir. 1. grafikte eklenen ısı enerjisi ile verimdeki artışı göstermektedir. 2. grafikte ise ısı ret sıcaklığındaki bir artış ile verimin nasıl değiştiği gösterilmektedir.