Učinkovitost je način opisivanja količine korisnogizlazpostupak ili stroj mogu generirati kao postotak odulaznipotrebno da to krene. Drugim riječima, uspoređuje se koliko se energije koristi za obavljanje posla u odnosu na količinu izgubljene ili izgubljene u okoliš. Što je stroj učinkovitiji, manje se energije troši.
Primjerice, ako je toplinski stroj u stanju pretvoriti 75 posto goriva koje primi, dok se 25 posto gubi kao toplina u tom procesu, to bi bilo 75 posto učinkovito. Od izvornih 100 posto goriva, 75 posto je proizvedeno kao koristan rad.
Toplinski motori
U fizici pojamtoplinski strojevimogu se odnositi na više vrsta strojeva ili procesa. Formalno, toplinski stroj je bilo koji termodinamički sustav koji toplinsku energiju pretvara u mehaničku energiju ili gibanje.
Osnovni recept za toplinski stroj uključuje sljedeće:
- Toplinska kupka ili neka vrsta visokotemperaturnog izvora topline
- Niskotemperaturni hladni rezervoar u koji se ispušta toplina
- Sam motor koji apsorbira toplinu iz vrućeg ležišta kako bi stvorio neki oblik proširenja sustava koji djeluje okoliša (poput okretanja motora), a zatim oslobađa toplinsku energiju u hladni rezervoar dok se vraća u početno stanje država.
Na primjer, u automobilu gorivo koje gori je izvor topline, okoliš oko automobila je hladnjak i izgaranje motor je posao koji transformira toplinu u ispuh dok pomiče klipove i okreće radilicu, omogućujući automobilu da voziti.
Energetska učinkovitost toplinskog motora
Učinkovitost toplinskog stroja omjer je korisnog rada sustava (također nazivanog korisna energija ili izlazna energija sustava) preko toplinske energije dodane sustavu (ulazna energije).
To je mjera koliko je toplinski stroj dobar u pretvaranju toplinske energije u mehanički rad.
Matematički:
GdjeWje li posao završen,Pje dodana toplina i oba su dana u SI jedinici za energiju: džula.
Budući da je učinkovitost omjer, uvijek se izražava kao postotak ili kao vrijednost između 0 (bez učinkovitosti) i 1 (ukupna učinkovitost - sva ulazna energija pretvorena u korisnu snagu). Učinkovitost nikada ne može biti veća od 1 ili 100 posto, jer bi prekršio zakon očuvanja energije kada bi količina proizvedene energije bila veća od uložene energije! To bi značilo da se energija stvara iz ničega, što je nemogućnost u ovom svemiru.
Carnotova učinkovitost
Carnotov ciklus je termodinamički ciklus najveće moguće učinkovitosti. Budući da niti jedan proces u prirodi nije savršeno reverzibilan - dio energije uvijek se gubi kao toplina zahvaljujući drugom zakonu termodinamike - Carnotov ciklus opisujeidealantoplotna mašina. Drugim riječima, nitko ga zapravo nije mogao sagraditi.
Vrijednost Carnotovog ciklusa je u postavljanju gornjih granica koliko bi bilo koji stvarni motor mogao biti učinkovit. Izražava se u terminimaThiTc, temperature spremnika tople i hladne energije, obje u SI jedinici Kelvina.
Savjeti
\ textnormal {Carnotova učinkovitost} = \ frac {T_h - T_c} {T_h}
Također se može izraziti uPhiPc, dodana toplina i odata toplina, u džulima.