Почему в тепловых двигателях только часть энергии топлива превращается в механическую энергию?

Причина, по которой в тепловых двигателях только часть энергии топлива превращается в механическую энергию, заключается в особенностях физики тепловых процессов и ограничениях, связанных с законами термодинамики.

1. Термодинамическое неравенство. В процессе сжигания топлива выделяется тепло, которое нагревает рабочее тело двигателя (например, газ или жидкость). Однако не все тепло может быть превращено в механическую работу. Основным ограничением является второй закон термодинамики, который утверждает, что невозможно полностью преобразовать тепло в работу. Часть энергии обязательно теряется, обычно в виде тепла, которое уходит в окружающую среду.

2. Неидеальные процессы. В реальных двигателях процесс преобразования энергии не является идеальным. Тепло передается не полностью эффективно из-за потерь в виде трения, сопротивления и теплопотерь в процессе передачи энергии от рабочего вещества к механическим частям. Эти потери уменьшают процент энергии, который можно использовать для выполнения работы.

3. Цикл Карно. Эффективность тепловых машин ограничена циклом Карно, который описывает идеальный цикл преобразования тепла в работу. Согласно этому циклу, для эффективного превращения тепла в работу необходимо, чтобы рабочее тело находилось в контакте с двумя резервуарами с разными температурами (горячим и холодным). Однако в реальных условиях температура холодного резервуара не может быть абсолютно низкой, и из-за этого часть энергии не может быть использована для совершения работы.

Таким образом, в любом тепловом двигателе часть энергии топлива теряется, и только часть её может быть превращена в механическую работу из-за этих физических и термодинамических ограничений.