Effektivitet (fysikk): definisjon, formel og eksempler

Effektivitet er en måte å beskrive mengden nyttigproduksjonen prosess eller maskin kan generere som en prosentandel avinngangkreves for å få det til å gå. Med andre ord, sammenligner det hvor mye energi som brukes til å jobbe kontra hvor mye som går tapt eller bortkastet til miljøet. Jo mer effektiv maskinen er, desto mindre bortkastet energi.

For eksempel, hvis en varmemotor er i stand til å snu 75 prosent av drivstoffet den mottar i bevegelse, mens 25 prosent går tapt som varme i prosessen, vil den være 75 prosent effektiv. Av de opprinnelige 100 prosent av drivstoffet ble 75 prosent gitt som nyttig arbeid.

I fysikk, begrepetvarmemotorerkan referere til flere typer maskiner eller prosesser. Formelt er en varmemotor et hvilket som helst termodynamisk system som omdanner varmeenergi til mekanisk energi eller bevegelse.

Den grunnleggende oppskriften på en varmemotor inkluderer følgende:

• Et varmebad, eller en eller annen type varmekilde med høy temperatur
• Et kaldt temperaturmagasin med lav temperatur som varmen slippes ut i
  
instagram story viewer
• Selve motoren, som absorberer varme fra det varme reservoaret for å skape en eller annen form for systemutvidelse som fungerer på miljøet (for eksempel å snu en motor) og slipper deretter varmeenergi inn i det kalde reservoaret når det går tilbake til det opprinnelige stat.
  

For eksempel, i en bil er det brennende drivstoffet varmekilden, miljøet rundt bilen er det kalde reservoaret og forbrenningen motoren gjør jobben til å forvandle varmen til eksos når den beveger stemplene og roterer veivakselen, slik at bilen kjøre.

Effektiviteten til en varmemotor er forholdet mellom det nyttige arbeidet som gjøres av systemet (også kalt nyttig energi eller utgangsenergi fra systemet) over varmeenergien som legges til systemet (inngangen energi).

Det er et mål på hvor god varmemotoren er til å gjøre varmeenergi til mekanisk arbeid.

Matematisk:

HvorWer arbeidet gjort,Spørsmåltilføres varme, og begge er gitt i SI-enheten for energi: joule.

Fordi effektivitet er et forhold, uttrykkes det alltid som en prosentandel eller som en verdi mellom 0 (ingen effektivitet) og 1 (total effektivitet - all inngangsenergi omgjort til nyttig utgang). Effektivitet kan aldri være mer enn 1 eller 100 prosent, fordi det ville bryte loven om bevaring av energi hvis mengden energiuttak var mer enn energien som ble lagt inn! Dette antyder at energi ble skapt fra ingenting, en umulighet i dette universet.

En Carnot-syklus er en termodynamisk syklus med maksimal effektivitet. Fordi ingen prosesser i naturen er helt reversible - noe energi går alltid tapt som varme takket være termodynamikkens andre lov - en Carnot-syklus beskriver enideellvarmemotor. Med andre ord, ingen kunne faktisk bygge en.

Verdien av en Carnot-syklus er å sette de øvre grensene for hvor effektiv en faktisk motor kan være. Det kommer til uttrykk i form avT_hogT_c, temperaturene i henholdsvis varme og kalde energireservoarer, begge i SI-enheten i Kelvins.

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

Det kan også uttrykkes i form avSpørsmål_hogSpørsmål_c, tilsatt varme og avgitt varme, henholdsvis, i joule.