יעילות (פיזיקה): הגדרה, נוסחה ודוגמאות

יעילות היא דרך לתאר את כמות התועלתתְפוּקָהתהליך או מכונה יכולים לייצר באחוזים מה-קֶלֶטנדרש כדי שזה יעבור. במילים אחרות, זה משווה כמה אנרגיה משמשת לעבודה לעומת כמה אבוד או מבוזבז לסביבה. ככל שהמכונה יעילה יותר, פחות בזבוז אנרגיה.

לדוגמא, אם מנוע חום מסוגל להפוך 75 אחוז מהדלק שהוא מקבל לתנועה, בעוד 25 אחוז הולך לאיבוד כחום בתהליך, הוא יהיה יעיל ב 75 אחוז. מתוך 100 אחוז הדלק המקורי, 75 אחוז הוצא כעבודה מועילה.

בפיזיקה המונחמנועי חוםיכול להתייחס למספר סוגים של מכונות או תהליכים. באופן רשמי, מנוע חום הוא כל מערכת תרמודינמית הממירה אנרגיית חום לאנרגיה מכנית, או לתנועה.

המתכון הבסיסי למנוע מנוע חום כולל את הדברים הבאים:

• אמבט חום, או סוג כלשהו של מקור חום בטמפרטורה גבוהה
• מאגר קר בטמפרטורה נמוכה שאליו מוציא את החום
  
• המנוע עצמו, שסופג חום מהמאגר החם על מנת ליצור צורה כלשהי של הרחבת מערכת שעובדת עליו את הסביבה (כגון הפעלת מנוע) ואז משחרר אנרגיית חום למאגר הקור כשהוא חוזר לראשיתו מדינה.
  

לדוגמא, ברכב הדלק השורף הוא מקור החום, הסביבה סביב המכונית היא המאגר הקר והבעירה המנוע הוא מה שהעבודה הופכת את החום לפליטה כשהוא מזיז את הבוכנות ומסובב את גל הארכובה, ומאפשר למכונית נהיגה.

היעילות של מנוע חום היא היחס בין העבודה השימושית שמבצעת המערכת (נקראת גם אנרגיה שימושית או אנרגיית פלט של המערכת) על פני אנרגיית החום שנוספה למערכת (הקלט אֵנֶרְגִיָה).

זהו מדד עד כמה טוב מנוע החום בהפיכת אנרגיית חום לעבודה מכנית.

מתמטית:

איפהWהעבודה נעשית,שמוסף חום ושניהם ניתנים ביחידת SI לאנרגיה: ג'אול.

מכיוון שהיעילות היא יחס, היא תמיד מתבטאת באחוזים או כערך שבין 0 (ללא יעילות) לבין 1 (יעילות כוללת - כל אנרגיית הקלט המרה לתפוקה שימושית). יעילות לעולם לא יכולה להיות יותר מ -1, או 100 אחוז, מכיוון שהיא תפר את חוק שימור האנרגיה אם כמות תפוקת האנרגיה הייתה גבוהה יותר מהאנרגיה שהושקעה! זה מרמז על כך שהאנרגיה נוצרה מכלום, בלתי אפשרית ביקום זה.

מחזור קרנוט הוא מחזור תרמודינמי בעל היעילות המרבית האפשרית. מכיוון ששום תהליכים בטבע אינם הפיכים לחלוטין - אנרגיה כלשהי אבודה תמיד כחום בזכות החוק השני של התרמודינמיקה - מחזור קרנו מתאראִידֵאָלִימנוע חום. במילים אחרות, אף אחד לא באמת יכול היה לבנות.

הערך של מחזור קרנו הוא בקביעת הגבולות העליונים עד כמה מנוע ממשי יכול להיות יעיל. זה בא לידי ביטוי במונחים שלט_חוט_ג, הטמפרטורות של מאגרי האנרגיה החמה והקרה, בהתאמה, שניהם ביחידת SI של קלווינס.

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

זה יכול לבוא לידי ביטוי גם במונחים שלש_חוש_ג, החום שנוסף והחום שנמסר, בהתאמה, בשני ג'אול.