दक्षता (भौतिकी): परिभाषा, सूत्र और उदाहरण

दक्षता उपयोगी की मात्रा का वर्णन करने का एक तरीका हैउत्पादनएक प्रक्रिया या मशीन के प्रतिशत के रूप में उत्पन्न कर सकती हैइनपुटइसे जाने की आवश्यकता है। दूसरे शब्दों में, यह तुलना करता है कि काम करने के लिए कितनी ऊर्जा का उपयोग किया जाता है बनाम कितना खो जाता है या पर्यावरण में बर्बाद हो जाता है। मशीन जितनी अधिक कुशल होगी, उतनी ही कम ऊर्जा बर्बाद होगी।

उदाहरण के लिए, यदि कोई ऊष्मा इंजन प्राप्त होने वाले ईंधन के 75 प्रतिशत को गति में बदलने में सक्षम है, जबकि इस प्रक्रिया में 25 प्रतिशत ऊष्मा के रूप में नष्ट हो जाता है, तो यह 75 प्रतिशत कुशल होगा। मूल 100 प्रतिशत ईंधन में से 75 प्रतिशत उत्पादन उपयोगी कार्य के रूप में था।

भौतिकी में, शब्दऊष्मा इंजनकई प्रकार की मशीनों या प्रक्रियाओं को संदर्भित कर सकता है। औपचारिक रूप से, एक ऊष्मा इंजन कोई थर्मोडायनामिक प्रणाली है जो ऊष्मा ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा या गति में परिवर्तित करती है।

ऊष्मा इंजन के लिए मूल नुस्खा में निम्नलिखित शामिल हैं:

• गर्मी स्नान, या किसी प्रकार का उच्च तापमान ताप स्रोत
• एक कम तापमान वाला ठंडा जलाशय जिसमें गर्मी निकलती है
  
• इंजन ही, जो गर्म जलाशय से गर्मी को अवशोषित करता है ताकि कुछ प्रकार के सिस्टम विस्तार का निर्माण किया जा सके जो काम करता है पर्यावरण (जैसे मोटर मोड़ना) और फिर ठंडे जलाशय में गर्मी ऊर्जा छोड़ता है क्योंकि यह अपने प्रारंभिक पर लौटता है राज्य
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उदाहरण के लिए, एक कार में, जलता हुआ ईंधन ऊष्मा का स्रोत है, कार के चारों ओर का वातावरण ठंडा जलाशय और दहन है इंजन वह है जो गर्मी को निकास में बदलने का काम करता है क्योंकि यह पिस्टन को घुमाता है और क्रैंकशाफ्ट को घुमाता है, जिससे कार चलाना।

एक ऊष्मा इंजन की दक्षता प्रणाली द्वारा किए गए उपयोगी कार्य का अनुपात है (जिसे भी कहा जाता है) सिस्टम में जोड़ी गई ऊष्मा ऊर्जा के ऊपर उपयोगी ऊर्जा या सिस्टम की आउटपुट ऊर्जा (इनपुट .) ऊर्जा)।

यह इस बात का माप है कि ऊष्मा ऊर्जा को यांत्रिक कार्य में बदलने में ऊष्मा इंजन कितना अच्छा है।

गणितीय रूप से:

कहा पेवूकाम हो गया है,क्यूऊष्मा जोड़ी जाती है और दोनों को ऊर्जा के लिए SI इकाई में दिया जाता है: जूल।

क्योंकि दक्षता एक अनुपात है, इसे हमेशा प्रतिशत के रूप में या 0 (कोई दक्षता नहीं) और 1 (कुल दक्षता - सभी इनपुट ऊर्जा को उपयोगी आउटपुट में परिवर्तित) के बीच के मान के रूप में व्यक्त किया जाता है। दक्षता कभी भी १, या १०० प्रतिशत से अधिक नहीं हो सकती है, क्योंकि यह ऊर्जा के संरक्षण के नियम को तोड़ देगी यदि ऊर्जा उत्पादन की मात्रा इसमें लगाई गई ऊर्जा से अधिक होती! इसका मतलब यह होगा कि ऊर्जा इस ब्रह्मांड में असंभव, कुछ भी नहीं से बनाई जा रही थी।

एक कार्नोट चक्र अधिकतम संभव दक्षता का थर्मोडायनामिक चक्र है। क्योंकि प्रकृति में कोई भी प्रक्रिया पूरी तरह से प्रतिवर्ती नहीं होती है - ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम के कारण कुछ ऊर्जा हमेशा ऊष्मा के रूप में खो जाती है - एक कार्नो चक्र एक का वर्णन करता हैआदर्शइंजन गर्म करें। दूसरे शब्दों में, कोई भी वास्तव में एक का निर्माण नहीं कर सका।

एक कार्नोट चक्र का मूल्य ऊपरी सीमाओं को निर्धारित करने में है कि कोई वास्तविक इंजन कितना कुशल हो सकता है। इसे के रूप में व्यक्त किया जाता हैटी_एचतथाटी_सी, केल्विन की एसआई इकाई में क्रमशः गर्म और ठंडे ऊर्जा जलाशयों का तापमान।

• \textnormal{Carnot दक्षता} = \frac {T_h - T_c}{T_h}

इसे के रूप में भी व्यक्त किया जा सकता हैक्यू_एचतथाक्यू_सी, जूल में क्रमशः जोड़ा गया ताप और उष्मा दी जाती है।