L'efficience est une façon de décrire la quantité deproductionun processus ou une machine peut générer en pourcentage de lacontributionnécessaire pour le faire avancer. En d'autres termes, il compare la quantité d'énergie utilisée pour effectuer un travail par rapport à la quantité perdue ou gaspillée dans l'environnement. Plus la machine est efficace, moins d'énergie est gaspillée.
Par exemple, si un moteur thermique est capable de transformer 75 pour cent du carburant qu'il reçoit en mouvement, tandis que 25 pour cent sont perdus sous forme de chaleur dans le processus, il serait efficace à 75 pour cent. Sur les 100 pour cent d'origine du carburant, 75 pour cent ont été produits en tant que travail utile.
Moteurs thermiques
En physique, le termemoteurs thermiquespeut faire référence à plusieurs types de machines ou de processus. Formellement, un moteur thermique est tout système thermodynamique qui convertit l'énergie thermique en énergie mécanique, ou en mouvement.
La recette de base d'un moteur thermique comprend les éléments suivants :
- Un bain de chaleur ou un type de source de chaleur à haute température
- Un réservoir froid à basse température dans lequel la chaleur est évacuée
- Le moteur lui-même, qui absorbe la chaleur du réservoir chaud afin de créer une certaine forme d'expansion du système qui fonctionne sur l'environnement (comme faire tourner un moteur), puis libère de l'énergie thermique dans le réservoir froid lorsqu'il revient à son état initial Etat.
Par exemple, dans une voiture, le carburant brûlant est la source de chaleur, l'environnement autour de la voiture est le réservoir froid et la combustion le moteur est ce qui fait le travail en transformant la chaleur en gaz d'échappement lorsqu'il déplace les pistons et fait tourner le vilebrequin, permettant à la voiture de conduire.
Efficacité énergétique d'un moteur thermique
Le rendement d'un moteur thermique est le rapport du travail utile effectué par le système (appelé aussi le l'énergie utile ou l'énergie de sortie du système) sur l'énergie thermique ajoutée au système (l'entrée énergie).
C'est une mesure de la capacité du moteur thermique à transformer l'énergie thermique en travail mécanique.
Mathématiquement:
OùWle travail est-il fait,Qest la chaleur ajoutée et les deux sont donnés dans l'unité SI pour l'énergie: joules.
L'efficacité étant un rapport, elle est toujours exprimée en pourcentage ou en valeur comprise entre 0 (aucune efficacité) et 1 (efficacité totale – toute l'énergie d'entrée est convertie en sortie utile). L'efficacité ne peut jamais être supérieure à 1 ou 100 %, car cela enfreindrait la loi de conservation de l'énergie si la quantité d'énergie produite était supérieure à l'énergie injectée! Cela impliquerait que l'énergie était créée à partir de rien, une impossibilité dans cet univers.
Efficacité Carnot
Un cycle de Carnot est un cycle thermodynamique au rendement maximum possible. Parce qu'aucun processus dans la nature n'est parfaitement réversible - une partie de l'énergie est toujours perdue sous forme de chaleur grâce à la deuxième loi de la thermodynamique - un cycle de Carnot décrit uneidéalmoteur thermique. En d'autres termes, personne ne pouvait réellement en construire un.
La valeur d'un cycle de Carnot réside dans la définition des limites supérieures de l'efficacité d'un moteur réel. Il s'exprime en termes deThetTc, les températures des réservoirs d'énergie chaude et froide, respectivement, toutes deux dans l'unité SI de Kelvins.
Conseils
\textnormal{Efficacité Carnot} = \frac {T_h - T_c}{T_h}
Elle peut aussi s'exprimer en termes deQhetQc, la chaleur ajoutée et la chaleur dégagée, respectivement, toutes deux en joules.