I.17.1. Mașini termice
Încă din veacul al doilea î.e.n. Heron din Alexandria cunoștea forţa de expansiune a vaporilor şi a construit chiar o turbină cu reacție. Invenția lui nu a avut succes datorită faptului că nu avea aplicații în practică.
În 1679, Denis Papin construiește o mașină cu vapori pe care o instalează pe o corabie. Principiul de funcționare era următorul: apa fierbea într-un cazan închis şi vaporii treceau într-un cilindru care împingea un piston; mișcarea alternativă a pistonului era comandată manual prin deschiderea şi închiderea unor robinete.
Primul motor cu abur a fost proiectat în 1698 de Thomas Savery.
Primul motor cu abur performant a fost proiectat în 1712 de Thomas Newcomen.
Mai târziu, în anul 1776, James Watt perfecționează motorul cu aburi, dându-i forma definitivă sub care funcționează şi astăzi.
Un alt motor termic este motorul Diesel cu motorină, apărut în 1900, în Germania şi a fost inventat de Rudolf Diesel.
Invenția motorului cu ardere internă cu piston, în patru timpi, cu aprindere prin scânteie, pe scurt motorul pe benzină, este atribuită lui Nicolaus Otto.
Pentru propulsarea autovehiculelor cu roți se folosesc motoare cu ardere internă cu piston. Combustibilul arde în interiorul motorului și degajă căldură, care este transformată în lucru mecanic.
În cursul unei transformări ciclice biterme, sistemul termodinamic schimbă căldurile Q1, respectiv Q2 cu două izvoare de căldură ale căror temperaturi sunt T1 (izvor cald) și T2 (izvor rece), cu T1 > T2.
Cum transformările ciclice au ΔU = 0, conform principiului I al termodinamicii avem
Q1 + Q2 = L
Mașina termică este un sistem termodinamic care efectuează o transformare ciclică în care schimbă căldură și lucru mecanic cu mediul exterior.
Rentabilitatea transformărilor energetice la mașina frigorifică se exprimă prin eficiență, care este diferită de randament deoarece energia utilă nu este o fracțiune din energia consumată.
Eficiența poate fi supraunitară, de exemplu 4 (400%).
Randamentul motorului termic este întotdeauna subunitar și se exprimă în procente.
Eficiența și randamentul sunt mărimi adimensionale.