Effektivitet er en måde at beskrive mængden af nyttige påproduktionen proces eller maskine kan generere som en procentdel afinputkræves for at få det til at gå. Med andre ord sammenlignes det, hvor meget energi der bruges til at arbejde, versus hvor meget, der går tabt eller spildes til miljøet. Jo mere effektiv maskinen er, desto mindre spildt energi.
For eksempel, hvis en varmemotor er i stand til at dreje 75 procent af det brændstof, den modtager i bevægelse, mens 25 procent går tabt som varme i processen, ville den være 75 procent effektiv. Ud af de oprindelige 100 procent af brændstoffet blev 75 procent leveret som nyttigt arbejde.
Varmemotorer
I fysik, udtrykketvarmemotorerkan henvise til flere typer maskiner eller processer. Formelt er en varmemotor ethvert termodynamisk system, der omdanner varmeenergi til mekanisk energi eller bevægelse.
Grundopskriften på en varmemotor inkluderer følgende:
- Et varmebad eller en eller anden form for højtemperatur varmekilde
- Et koldt reservoir ved lav temperatur, hvori varmen slippes ud
- Selve motoren, som absorberer varme fra det varme reservoir for at skabe en eller anden form for systemudvidelse, der fungerer miljøet (såsom at dreje en motor) og frigiver derefter varmeenergi i det kolde reservoir, når det vender tilbage til dets oprindelige stat.
For eksempel i en bil er det brændende brændstof varmekilden, miljøet omkring bilen er det kolde reservoir og forbrændingen motor er, hvad omdanner arbejdet varmen til udstødning, når den bevæger stemplerne og roterer krumtapakslen, så bilen kan køre.
Energieffektivitet af en varmemotor
Effektiviteten af en varmemotor er forholdet mellem det nyttige arbejde udført af systemet (også kaldet brugbar energi eller systemets outputenergi) over den varmeenergi, der tilføjes systemet (input energi).
Det er et mål for, hvor god varmemotoren er til at omdanne varmeenergi til mekanisk arbejde.
Matematisk:
HvorWer arbejde udført,Spørgsmåler tilsat varme, og begge er angivet i SI-enheden for energi: joule.
Da effektivitet er et forhold, udtrykkes det altid som en procentdel eller som en værdi mellem 0 (ingen effektivitet) og 1 (total effektivitet - al inputenergi konverteret til nyttigt output). Effektivitet kan aldrig være mere end 1 eller 100 procent, fordi det ville bryde loven om bevarelse af energi, hvis mængden af energiproduktion var mere end den energi, der blev lagt i! Dette ville antyde, at der blev skabt energi fra ingenting, en umulighed i dette univers.
Carnot effektivitet
En Carnot-cyklus er en termodynamisk cyklus med den maksimale mulige effektivitet. Fordi ingen processer i naturen er helt reversible - noget energi går altid tabt som varme takket være termodynamikens anden lov - beskriver en Carnot-cyklus enideelvarmemotor. Med andre ord kunne ingen faktisk bygge en.
Værdien af en Carnot-cyklus er at indstille de øvre grænser for, hvor effektiv en faktisk motor kan være. Det udtrykkes i form afThogTc, temperaturerne i henholdsvis de varme og kolde energireservoirer, begge i SI-enheden i Kelvins.
Tips
\ textnormal {Carnot effektivitet} = \ frac {T_h - T_c} {T_h}
Det kan også udtrykkes i form afSpørgsmålhogSpørgsmålc, henholdsvis den tilsatte varme og den afgivne varme begge i joule.