Ефективността е начин за описване на количеството полезноизходпроцес или машина може да генерира като процент отвходнеобходими, за да го накара. С други думи, той сравнява колко енергия се използва за извършване на работа спрямо това колко се губи или губи за околната среда. Колкото по-ефективна е машината, толкова по-малко енергия се губи.
Например, ако топлинната машина е в състояние да превърне 75% от полученото гориво в движение, докато 25% се губи като топлина в процеса, това би било 75% ефективно. От първоначалните 100 процента от горивото, 75 процента бяха получени като полезна работа.
Топлинни двигатели
Във физиката терминъттоплинни двигателиможе да се отнася до множество видове машини или процеси. Формално топлинната машина е всяка термодинамична система, която преобразува топлинната енергия в механична енергия или движение.
Основната рецепта за топлинна машина включва следното:
- Топлинна баня или някакъв вид високотемпературен източник на топлина
- Нискотемпературен студен резервоар, в който се отделя топлината
- Самият двигател, който абсорбира топлината от горещия резервоар, за да създаде някаква форма на разширяване на системата, която работи околната среда (като например завъртане на мотор) и след това отделя топлинна енергия в студения резервоар, когато тя се връща към първоначалната си стойност държава.
Например, в автомобил горивото е източникът на топлина, околната среда около автомобила е резервоарът за студ и горенето двигателят е това, което върши работата, превръщайки топлината в изгорели газове, докато движи буталата и върти коляновия вал, позволявайки на колата да карам.
Енергийна ефективност на топлинен двигател
Ефективността на топлинната машина е съотношението на полезната работа, извършена от системата (наричана още полезна енергия или изходна енергия на системата) върху топлинната енергия, добавена към системата (входната енергия).
Той е мярка за това колко добър е топлинният двигател при превръщането на топлинната енергия в механична работа.
Математически:
КъдетоWсвършена ли е работа,Въпрос:е добавена топлина и двете са дадени в единицата SI за енергия: джаули.
Тъй като ефективността е съотношение, тя винаги се изразява като процент или като стойност между 0 (без ефективност) и 1 (обща ефективност - цялата вложена енергия се превръща в полезна продукция). Ефективността никога не може да бъде повече от 1 или 100 процента, защото това би нарушило закона за запазване на енергията, ако количеството на произведената енергия е повече от вложената енергия! Това би означавало, че енергията се създава от нищото, невъзможност в тази вселена.
Ефективност на Карно
Цикълът на Карно е термодинамичен цикъл с максимално възможна ефективност. Тъй като нито един процес в природата не е напълно обратим - част от енергията винаги се губи като топлина благодарение на втория закон на термодинамиката - цикъл на Карно описваидеалентоплинна машина. С други думи, всъщност никой не би могъл да го построи.
Стойността на цикъла на Карно е в определянето на горните граници за това колко ефективен може да бъде всеки действителен двигател. Изразява се вTзиT° С, температурите на резервоарите за топла и студена енергия, съответно, както в SI единицата на Келвини.
Съвети
\ textnormal {ефективност на Карно} = \ frac {T_h - T_c} {T_h}
Може да се изрази и чрезВъпрос:зиВъпрос:° С, добавената топлина и отделената топлина, съответно, в джаули.