효율성 (물리): 정의, 공식 및 예

효율성은 유용함의 양을 설명하는 방법입니다.산출프로세스 또는 기계는입력그것을 만들기 위해 필요합니다. 즉, 작업을 수행하는 데 사용되는 에너지의 양과 환경에 손실되거나 낭비되는 양을 비교합니다. 기계의 효율성이 높을수록 낭비되는 에너지가 줄어 듭니다.

예를 들어, 열 엔진이받는 연료의 75 %를 가동으로 전환 할 수있는 반면 25 %는 열로 손실되면 75 % 효율이됩니다. 원래 연료 100 % 중 75 %가 유용한 작업으로 산출되었습니다.

물리학에서 용어열 엔진여러 유형의 기계 또는 프로세스를 참조 할 수 있습니다. 공식적으로 열 엔진은 열 에너지를 기계적 에너지 또는 운동으로 변환하는 열역학 시스템입니다.

열 엔진의 기본 레시피에는 다음이 포함됩니다.

• 열탕 또는 일부 유형의 고온 열원
• 열이 방출되는 저온 저온 저장고
  
• 작동하는 시스템 확장의 형태를 만들기 위해 뜨거운 저장소에서 열을 흡수하는 엔진 자체 환경 (모터 돌리기 등)을 수행 한 다음 초기 상태로 돌아갈 때 열 에너지를 차가운 저장소로 방출 상태.
  

예를 들어, 자동차에서 연소 연료는 열원이고, 자동차 주변 환경은 저온 저장고 및 연소 엔진은 피스톤을 움직이고 크랭크 샤프트를 회전 할 때 열을 배기 가스로 바꾸는 작업을 수행하여 자동차가 드라이브.

열 엔진의 효율성은 시스템이 수행하는 유용한 작업의 비율입니다 (또는 시스템에 추가 된 열 에너지 (입력 에너지).

열 엔진이 열 에너지를 기계적 작업으로 전환하는 데 얼마나 좋은지 측정합니다.

수학적으로 :

어디W작업이 완료되었습니다.큐열이 추가되고 둘 다 에너지의 SI 단위로 주어집니다: 줄.

효율성은 비율이기 때문에 항상 백분율 또는 0 (효율 없음)과 1 (총 효율성-모든 입력 에너지가 유용한 출력으로 변환 됨) 사이의 값으로 표현됩니다. 에너지 생산량이 투입된 에너지보다 많으면 에너지 보존 법칙을 위반할 것이기 때문에 효율성은 1 또는 100 %를 넘을 수 없습니다! 이것은 에너지가이 우주에서 불가능한 무로부터 창조되었다는 것을 의미합니다.

카르노 사이클은 가능한 최대 효율의 열역학적 사이클입니다. 자연의 어떤 과정도 완벽하게 되돌릴 수 없기 때문에 – 열역학 제 2 법칙 덕분에 일부 에너지는 항상 열로 손실됩니다. Carnot 사이클은이상열 엔진. 즉, 아무도 실제로 만들 수 없습니다.

Carnot 사이클의 가치는 실제 엔진이 얼마나 효율적인지에 대한 상한선을 설정하는 데 있습니다. 다음과 같이 표현됩니다.티_h과티_씨, 각각 켈빈의 SI 단위로 표시되는 고온 및 저온 에너지 저장소의 온도.

• \ textnormal {카르노 효율} = \ frac {T_h-T_c} {T_h}

또한 다음과 같이 표현할 수 있습니다.큐_h과큐_씨, 추가 된 열과 발산되는 열은 모두 줄 단위입니다.