Tehokkuus on tapa kuvata hyödyllisen määrääulostuloprosessi tai kone voi tuottaa prosentteinatulovaaditaan sen tekemiseen. Toisin sanoen se vertaa kuinka paljon energiaa käytetään työn tekemiseen verrattuna siihen, kuinka paljon menetetään tai hukkaan ympäristöön. Mitä tehokkaampi kone, sitä vähemmän energiaa hukkaan.
Esimerkiksi, jos lämpömoottori pystyy kääntämään 75 prosenttia vastaanotetusta polttoaineesta liikkeeksi, kun taas 25 prosenttia menetetään lämpönä prosessissa, se olisi 75 prosenttia tehokas. Alkuperäisistä 100 prosentista polttoainetta 75 prosenttia tuotettiin hyödyllisenä työnä.
Lämpömoottorit
Fysiikassa termilämpömoottoritvoi viitata monentyyppisiin koneisiin tai prosesseihin. Lämpömoottori on muodollisesti mikä tahansa termodynaaminen järjestelmä, joka muuntaa lämpöenergian mekaaniseksi energiaksi tai liikkeeksi.
Lämpömoottorin perusresepti sisältää seuraavat:
- Lämpökylpy tai jonkinlainen korkean lämpötilan lämmönlähde
- Matalan lämpötilan kylmäsäiliö, johon lämpö päästetään
- Itse moottori, joka absorboi lämpöä kuumasta säiliöstä luomaan jonkinlaisen järjestelmän laajennuksen, joka toimii ympäristö (kuten moottorin kääntäminen) ja vapauttaa sitten lämpöenergiaa kylmäsäiliöön palatessaan alkuperäiseen osavaltio.
Esimerkiksi autossa palava polttoaine on lämmönlähde, auton ympärillä oleva ympäristö on kylmäsäiliö ja palaminen moottori tekee työn, joka muuttaa lämmön pakokaasuksi, kun se liikuttaa mäntiä ja pyörittää kampiakselia, jolloin auto voi ajaa.
Lämpömoottorin energiatehokkuus
Lämpömoottorin hyötysuhde on järjestelmän käyttämän hyödyllisen työn suhde järjestelmän hyötylähde tai lähtöenergia) järjestelmään lisätyn lämpöenergian (tulo energia).
Se on mitta siitä, kuinka hyvä lämpömoottori muuttaa lämpöenergian mekaaniseksi työksi.
Matemaattisesti:
MissäWonko työ tehty,Qon lämpöä lisätty ja molemmat on ilmoitettu SI-yksikössä energiaksi: joulea.
Koska hyötysuhde on suhde, se ilmaistaan aina prosentteina tai arvona välillä 0 (ei hyötysuhdetta) ja 1 (kokonaishyötysuhde - kaikki syötetty energia muunnetaan hyödylliseksi tuotokseksi). Tehokkuus ei voi koskaan olla yli 1 tai 100 prosenttia, koska se rikkoo energiansäästölakia, jos energiantuotannon määrä olisi enemmän kuin syötetty energia! Tämä tarkoittaisi, että energiaa luotiin tyhjästä, mahdottomuudesta tässä maailmankaikkeudessa.
Carnot-tehokkuus
Carnot-sykli on maksimaalisen hyötysuhteen termodynaaminen sykli. Koska mikään luonnossa tapahtuva prosessi ei ole täysin palautuva - osa energiaa häviää aina lämpönä toisen termodynamiikan ansiosta - Carnot-sykli kuvaaihanteellinenlämpömoottori. Toisin sanoen kukaan ei voi todellakaan rakentaa sellaista.
Carnot-syklin arvo on asetettaessa ylärajat sille, kuinka tehokas moottori voisi olla. Se ilmaistaanThjaTc, kuuman ja kylmän energiasäiliön lämpötilat, vastaavasti, molemmat Kelvinsin SI-yksikössä.
Vinkkejä
\ textnormal {Carnot-tehokkuus} = \ frac {T_h - T_c} {T_h}
Se voidaan ilmaista myös muodossaQhjaQc, lisätty lämpö ja vastaavasti annettu lämpö, molemmat jouleina.