Почему КПД реальных тепловых двигателей значительно меньше единицы (100 %)?

КПД (коэффициент полезного действия) тепловых двигателей, таких как двигатели внутреннего сгорания и паровые турбины, обычно меньше единицы (100%) по ряду причин:

1. Тепловые потери: В реальных тепловых двигателях происходят различные виды тепловых потерь, которые приводят к снижению КПД. Например, тепло может потеряться через теплопроводность и конвекцию через стенки двигателя или выхлопную систему. Также возникают потери в результате трения механических частей двигателя, что приводит к тепловым потерям.
2. Неполное сгорание: Внутренние сгорания в двигателях не всегда происходят идеально, и в результате может происходить неполное сгорание топлива. Неполное сгорание приводит к потере энергии, поскольку часть топлива не используется для выпуска полезной работы.
3. Циклы тепловых двигателей: Реальные тепловые двигатели работают по циклам, таким как циклы Лошмидта, Отто или Дизеля. Эти циклы имеют ограничения и недостатки, которые приводят к потерям энергии. Например, в цикле Лошмидта происходят потери из-за необходимости нагрева и охлаждения рабочей среды.
4. Температурные потери: В реальных тепловых двигателях всегда есть разница в температуре между источником тепла (например, горячие газы или пар) и окружающей средой (например, атмосфера). Эта разница в температуре ограничивает максимально возможную эффективность двигателя в соответствии с термодинамическими ограничениями, такими как Карно-Цикл.

Все эти факторы, а также другие потери, приводят к снижению КПД реальных тепловых двигателей ниже единицы. Однако совершенствование конструкции двигателей, использование более эффективных материалов и разработка новых технологий позволяют улучшать КПД и уменьшать потери энергии в тепловых двигателях.