Efektyvumas (fizika): apibrėžimas, formulė ir pavyzdžiai

Efektyvumas yra būdas apibūdinti naudingą kiekįprodukcijaprocesas ar mašina gali generuoti procentaisįvestisreikalinga, kad tai vyktų. Kitaip tariant, palyginama, kiek energijos sunaudojama darbui atlikti, palyginti su tuo, kiek prarandama ar iššvaistoma aplinkai. Kuo mašina efektyvesnė, tuo mažiau eikvojama energija.

Pavyzdžiui, jei šilumos variklis sugeba paversti 75 procentus gaunamo kuro į judėjimą, o 25 procentai prarandami kaip šiluma, tai būtų efektyvu 75 procentais. Iš pradinių 100 procentų kuro 75 procentai buvo pagaminti kaip naudingas darbas.

Fizikoje terminasšilumos varikliaigali reikšti kelių tipų mašinas ar procesus. Formaliai šilumos variklis yra bet kokia termodinaminė sistema, kuri šilumos energiją paverčia mechanine energija arba judesiu.

Pagrindinis šilumos variklio receptas apima:

• Šilumos vonia arba tam tikros rūšies aukštos temperatūros šilumos šaltinis
• Žemos temperatūros šaltas rezervuaras, į kurį išleidžiama šiluma
  
• Pats variklis, kuris sugeria šilumą iš karšto rezervuaro, kad sukurtų tam tikrą sistemos išplėtimo formą, kuri veikia aplinką (pvz., variklio pasukimą), o po to, kai grįžta į pradinį, išleidžia šilumos energiją į šaltą rezervuarą valstija.
  instagram story viewer
  
  

Pvz., Automobilyje degantis kuras yra šilumos šaltinis, aplinka aplink automobilį yra šalčio rezervuaras ir degimas variklis yra tas darbas, kuris šilumą paverčia išmetamosiomis dujomis, kai juda stūmokliai ir sukasi alkūninis velenas, leidžiantis automobiliui vairuoti.

Šilumos variklio efektyvumas yra sistemos atlikto naudingo darbo santykis (dar vadinamas sistemos naudingoji energija arba išvestinė energija) virš sistemos pridėtos šilumos energijos (įvesties energijos).

Tai matas, kaip gerai šilumos variklis paverčia šilumos energiją mechaniniu darbu.

Matematiškai:

KurWar darbas atliktas,Klausimasyra pridėta šiluma ir abu yra pateikti SI energijos vienete: džauliais.

Kadangi efektyvumas yra santykis, jis visada išreiškiamas procentais arba kaip vertė nuo 0 (be efektyvumo) iki 1 (bendras efektyvumas - visa įvesties energija paverčiama naudinga produkcija). Efektyvumas niekada negali būti didesnis nei 1 arba 100 proc., Nes tai pažeistų energijos išsaugojimo dėsnį, jei išleidžiamos energijos kiekis būtų didesnis už įdėtą energiją! Tai reikštų, kad energija buvo kuriama iš nieko, neįmanoma šioje visatoje.

Karno ciklas yra maksimalaus galimo efektyvumo termodinaminis ciklas. Kadangi jokie procesai gamtoje nėra visiškai grįžtami - dėl antrojo termodinamikos dėsnio energija visada prarandama kaip šiluma - Karno ciklas apibūdinaidealušilumos variklis. Kitaip tariant, niekas iš tikrųjų negalėjo jo pastatyti.

„Carnot“ ciklo vertė yra nustatant viršutines ribas, pagal kurias galėtų būti tikrasis variklis. Tai išreiškiamaT_hirT_c, karštosios ir šaltosios energijos rezervuarų temperatūra, atitinkamai, SI vienete Kelvins.

• \ textnormal {Karno efektyvumas} = \ frac {T_h - T_c} {T_h}

Tai taip pat gali būti išreikštaKlausimas_hirKlausimas_c, pridėta šiluma ir atiduota šiluma, atitinkamai, džauliais.