L'efficienza è un modo per descrivere la quantità di utileproduzioneun processo o una macchina può generare come percentuale delingressonecessario per farlo andare. In altre parole, confronta quanta energia viene utilizzata per svolgere il lavoro rispetto a quanta viene persa o sprecata nell'ambiente. Più efficiente è la macchina, minore è lo spreco di energia.
Ad esempio, se un motore termico è in grado di trasformare il 75 percento del carburante che riceve in movimento, mentre il 25 percento viene perso sotto forma di calore nel processo, sarebbe efficiente del 75 percento. Dell'originale 100 percento del carburante, il 75 percento è stato prodotto come lavoro utile.
motori termici
In fisica, il terminemotori termicipuò riferirsi a più tipi di macchine o processi. Formalmente, un motore termico è qualsiasi sistema termodinamico che converte l'energia termica in energia meccanica o movimento.
La ricetta di base per un motore termico include quanto segue:
- Un bagno di calore o qualche tipo di fonte di calore ad alta temperaturatempera
- Un serbatoio freddo a bassa temperatura in cui viene fatto uscire il calore
- Il motore stesso, che assorbe il calore dal serbatoio caldo per creare una qualche forma di espansione del sistema che funzioni l'ambiente (come girare un motore) e poi rilascia energia termica nel serbatoio freddo mentre ritorna alla sua posizione iniziale stato.
Ad esempio, in un'auto, il carburante che brucia è la fonte di calore, l'ambiente intorno all'auto è il serbatoio del freddo e la combustione motore è ciò che fa il lavoro trasformando il calore in scarico mentre muove i pistoni e fa ruotare l'albero motore, permettendo all'auto di guidare.
Efficienza energetica di un motore termico
L'efficienza di un motore termico è il rapporto tra il lavoro utile svolto dal sistema (detto anche energia utile o energia di uscita del sistema) sull'energia termica aggiunta al sistema (l'ingresso energia).
È una misura della capacità del motore termico di trasformare l'energia termica in lavoro meccanico.
Matematicamente:
DoveWè lavoro fatto,Qè il calore aggiunto ed entrambi sono espressi nell'unità SI per l'energia: joule.
Poiché l'efficienza è un rapporto, è sempre espressa come percentuale o come un valore compreso tra 0 (nessuna efficienza) e 1 (efficienza totale - tutta l'energia in ingresso convertita in uscita utile). L'efficienza non può mai essere superiore all'1 o al 100 percento, perché infrangerebbe la legge di conservazione dell'energia se la quantità di energia prodotta fosse maggiore dell'energia immessa! Ciò implicherebbe che l'energia è stata creata dal nulla, un'impossibilità in questo universo.
Efficienza di Carnot
Un ciclo di Carnot è un ciclo termodinamico della massima efficienza possibile. Poiché nessun processo in natura è perfettamente reversibile – una parte dell'energia viene sempre dispersa sotto forma di calore grazie alla seconda legge della termodinamica – un ciclo di Carnot descrive unidealemotore termico. In altre parole, nessuno potrebbe effettivamente costruirne uno.
Il valore di un ciclo di Carnot sta nell'impostare i limiti superiori per quanto efficiente potrebbe essere un motore effettivo. Si esprime in termini diTheTc, le temperature dei serbatoi di energia calda e fredda, rispettivamente, entrambe nell'unità SI di Kelvin.
Suggerimenti
\textnormal{efficienza di Carnot} = \frac {T_h - T_c}{T_h}
Può anche essere espresso in termini diQheQc, il calore aggiunto e il calore ceduto, rispettivamente, entrambi in joule.