Varmekraftmaskin

En varmekraftmaskin omdanner varme (termisk energi) til arbeid ved å utnytte temperaturforskjellen mellom en varmekilde og et varmesluk. Varme blir overført fra varmekilden til sluket og i denne prosessen blir noe av varmen omdannet til arbeid. Energiomforming er definert ved termodynamikkens andre lov.

Den teoretisk høyeste effektiviteten på noen varmekraftmaskin er definert av carnotprosessen. Carnotprosessen har en effektivitet på $(T_{1}-T_{2})/{T_{1}}$ hvor $T_{1}$ er temperaturen på varmekilden og $T_{2}$ er temperaturen på varmesluket.

Eksempler på dagligdagse varmekraftmaskiner er dieselmotorer og bensinmotorer. Disse drives av ekspansjon av varme gasser. Omgivelsene er varmesluket som tilfører relativt kalde gasser som ekspanderer hurtig når de varmes opp og driver mekaniske stempler.

Eksempler på varmekraftmaskiner:

• Damp/gass prosesser. Disse prosessene og motorene bruker væsker og gasser som arbeidsmedium:
  • Carnotprosess (carnotmaskin/motor)
  • Rankineprosess (dampmaskin/turbin)
• Gassprosesser. Disse prosessene og motorene bruker arbeidsmedium som oppfører seg som gass:
  • Braytonprosess eller Jouleprosessen (gassturbin)
  • Stirlingprosess (stirlingmotor)
  • Forbrenningsmotorer:
    • Ottoprosess (bensinmotor)
    • Dieselprosess (dieselmotor)
    • Atkinsonprosess
    • Lenoirprosess (pulsjetmotor)
• Direkte omdanning:
  • termoelektrisitet (Peltier-Seebeck effekten)
  • termionisk emisjon
• Kuldeprosesser:
  • Carnotkuldeprosess
  • varmepumpe

En kuldemaskin er praktisk talt en varmepumpe, en reversert varmekraftmaskin, som bruker arbeid for å skape en temperaturforskjell.

Fra termodynamikkens lover får vi at:

$H=C-W$

Hvor H er energien fra varmekilden, C er energien overført til varmesluket og W er arbeidet motoren utfører.

Effektiviteten til en varmekraftmaskin er:

$e={\frac {W}{H}}={\frac {C}{H}}-1$

Ingen varmekraftmaskin kan ha en virkningsgrad på 1. Det mest effektive en varmekraftmaskin som opererer mellom 2 temperaturer kan være er gitt av hvor effektivt en carnotprosess mellom disse temperaturene vil være.