Cilvēkam vienmēr ir bijusi vēlme sev atvieglot dzīvi, būvējot dažādas iekārtas, kas darbus dara viņu vietā. Dažādus siltuma avotus, kuru radīto enerģiju varētu izmantot darba veikšanai, cilvēki ir pazinuši jau sen, bet izdomāt, kā siltuma enerģiju pārvērst lietderīgā darbā, nav bijis viegli. Tomēr laika gaitā tika radītas siltuma mašīnas, kas veica tieši šādu uzdevumu. Siltuma mašīna, patērējot siltuma daudzumu, pastrādā mehānisko darbu. Lai siltuma mašīna darbotos nepārtraukti, procesam ir jābūt cikliskam, bet tā nav obligāta prasība, lai siltumu varētu pārvērst mehāniskā darbā, piemēram, uguņošanā gāzes veic darbu, lai raķetes nogādātu debesīs (1. att.). Darbs tiek padarīts, bet process ir neatgriezenisks.
1.att. Darba veikšana neatgriezeniskā procesā
Siltuma mašīnai ir trīs galvenās sastāvdaļas (2. att.):
1) sildītājs,
2) darba viela,
3) dzesētājs.
Sildītājs katra cikla sākumā nodrošina siltuma daudzuma QSpievadīšanu.
Darba viela mašīnas darbības laikā pastrādā darbu.
Dzesētāja uzdevums ir katra cikla beigās uzņemt darbam neiztērēto siltumu.
Siltuma mašīnas darbību raksturo ar lietderības koeficientu η = A : QS jeb η = (QS - QD): QS, kā arī η = (TS - TD) : TS.
2.att. Siltuma mašīnas sastāvdaļas
3. attēlā redzama vienkārša siltuma mašīna, kuras darbība nav cikliska. Par sildītāju izmanto kādu kurināmo, piemēram, malku. Darba viela ir ūdens tvaiks, kas izplešanās procesā, kustoties pa cauruli, iekustina ratu. Šajā gadījumā par dzesētāju darbojas apkārtējā vide. Šīs siltuma mašīnas necikliskums izpaužas faktā, ka pēc kāda laika darba viela – ūdens – beigsies, līdz ar to turbīna vairs netiks griezta, lai arī cik spēcīgi sildīs sildītājs.
3.att. Vienkārša siltuma mašīna
Nedaudz sarežģītāka cikliska siltuma mašīna ir benzīna iekšdedzes dzinējs. Šāda dzinēja darbības ciklu var sadalīt četrās daļās (4. att.):
1)ieplūde (4. att. a). Atveras ieplūdes vārsts, un cilindrā tiek iesūkts degmaisījums (benzīns + gaiss);
2) kompresija (4. att. b). Abi vārsti ir ciet (ieplūdes un izplūdes). Virzulim pārvietojoties uz augšu, degmaisījums tiek saspiests;
3)uzliesmošana (4. att. c). Aizdedzes svecē rodas dzirkstele, un degmaisījums aizdegas un izplešoties padara darbu, pārbīdot virzuli uz leju.
4) izplūde (4. att. d). Atveras izplūdes vārsts, un sadegšanas procesā radušās gāzes tiek izvadītas atmosfērā. Tad vārsts aizveras un dzinējs ir gatavs nākamajam ciklam.
4.att. Benzīna iekšdedzes dzinēja darbība
Cilvēks arī ir siltuma mašīna, kas enerģiju uzņem ēdot (5. att. a). Cilvēka kā siltuma mašīnas lietderīgais darbs ir tas, ko tas paveic, fiziski strādājot, tomēr tādējādi tiek iztērēta tikai maza daļa no tā, kas tiek uzņemts. Pārēja enerģijas daļa (5. att. b) tiek novirzīta cilvēka kā siltuma mašīnas uzturēšanai, jo cilvēkam vajag enerģiju, gan lai augtu un atjaunotos, gan arī nepārtraukti jāuztur nemainīga ķermeņa temperatūru, jo siltums nemitīgi tiek atdots apkārtējai videi (dzesētājam).
Apskaties animāciju, kurā parādīts, kā darbojas 4 taktu dzinējs.
Apskaties animāciju, kurā parādīts, kā darbojas 4 taktu četru cilindru motors.
5.att. Cilvēks arī ir siltuma mašīna
