Účinnost (fyzika): definice, vzorec a příklady

Efektivita je způsob, jak popsat množství užitečnýchvýstupproces nebo stroj může generovat jako procento zvstuppožadováno, aby to šlo Jinými slovy porovnává, kolik energie se spotřebuje na práci, a kolik se ztratí nebo zbytečně pro životní prostředí. Čím efektivnější je stroj, tím méně zbytečné energie.

Například pokud je tepelný motor schopen přeměnit 75 procent přijatého paliva na pohyb, zatímco 25 procent je ztraceno jako teplo v procesu, bylo by to 75 procent účinné. Z původních 100 procent paliva bylo 75 procent vyrobeno jako užitečná práce.

Ve fyzice termíntepelné motorymůže odkazovat na více typů strojů nebo procesů. Formálně je tepelný motor jakýkoli termodynamický systém, který přeměňuje tepelnou energii na mechanickou energii nebo pohyb.

Základní recept na tepelný motor zahrnuje následující:

• Tepelná lázeň nebo nějaký druh vysokoteplotního zdroje tepla
• Nízkoteplotní studený zásobník, do kterého se uvolňuje teplo
  
• Samotný motor, který absorbuje teplo z horkého zásobníku, aby vytvořil nějakou formu rozšíření systému, která funguje prostředí (například otáčení motoru) a poté uvolní tepelnou energii do studené nádrže, když se vrátí do své původní polohy Stát.
  instagram story viewer
  
  

Například v automobilu je spalujícím palivem zdroj tepla, prostředím v okolí automobilu je chladicí nádrž a spalování motor je to, co dělá práci přeměňující teplo na výfukové plyny, když pohybuje písty a otáčí klikovým hřídelem, což umožňuje vozu řídit.

Účinnost tepelného motoru je poměr užitečné práce odvedené systémem (také nazývaný užitečná energie nebo výstupní energie systému) nad tepelnou energií přidanou do systému (vstup energie).

Je měřítkem toho, jak dobrý je tepelný motor při přeměně tepelné energie na mechanickou práci.

Matematicky:

KdeŽje práce hotová,Qje přidané teplo a oba jsou uvedeny v jednotce SI pro energii: jouly.

Protože účinnost je poměr, je vždy vyjádřena jako procento nebo jako hodnota mezi 0 (žádná účinnost) a 1 (celková účinnost - veškerá vstupní energie převedená na užitečný výkon). Účinnost nikdy nemůže být vyšší než 1 nebo 100 procent, protože by to porušilo zákon zachování energie, pokud by množství energetického výdeje bylo větší než vložená energie! To by znamenalo, že energie se vytváří z ničeho, což je v tomto vesmíru nemožné.

Carnotův cyklus je termodynamický cyklus s maximální možnou účinností. Protože žádné procesy v přírodě nejsou dokonale reverzibilní - část energie se díky druhému zákonu termodynamiky vždy ztrácí jako teplo - popisuje Carnotův cyklusideáltepelný motor. Jinými slovy, nikdo ve skutečnosti žádný nemohl postavit.

Hodnota Carnotova cyklu spočívá v nastavení horních hranic toho, jak efektivní může být jakýkoli skutečný motor. Vyjadřuje se ve smysluT_haT_C, teploty zásobníků teplé a studené energie, a to jak v jednotce SI Kelvins.

• \ textnormal {Carnotova účinnost} = \ frac {T_h - T_c} {T_h}

Lze jej vyjádřit také pomocíQ_haQ_C, přidané teplo a vydávané teplo v obou joulech.