Wydajność to sposób na opisanie ilości użytecznychwynikproces lub maszyna może generować jako procentWejściewymagane, aby to poszło. Innymi słowy, porównuje, ile energii zużywa się do pracy z tym, ile jest tracone lub marnowane na środowisko. Im bardziej wydajna maszyna, tym mniej marnowanej energii.
Na przykład, jeśli silnik cieplny jest w stanie wprawić w ruch 75 procent otrzymywanego paliwa, podczas gdy 25 procent jest tracone w postaci ciepła w procesie, będzie miał 75 procent wydajności. Z pierwotnych 100 procent paliwa, 75 procent stanowiło użyteczną pracę.
Silniki cieplne
W fizyce terminsilniki cieplnemoże odnosić się do wielu typów maszyn lub procesów. Formalnie silnik cieplny to dowolny układ termodynamiczny, który przekształca energię cieplną w energię mechaniczną lub ruch.
Podstawowy przepis na silnik cieplny obejmuje:
- Kąpiel grzewcza lub jakiś rodzaj wysokotemperaturowego źródła ciepła
- Niskotemperaturowy zbiornik zimna, do którego odprowadzane jest ciepło
- Sam silnik, który pochłania ciepło z gorącego zbiornika, aby stworzyć pewną formę rozszerzenia systemu, która działa does środowisko (takie jak obracanie silnika), a następnie uwalnia energię cieplną do zimnego zbiornika, gdy wraca do swojego początkowego stan.
Np. w samochodzie źródłem ciepła jest palące się paliwo, otoczenie samochodu to zbiornik zimna, a spalanie silnik jest tym, co wykonuje pracę, przekształcając ciepło w spaliny, gdy porusza tłokami i obraca wałem korbowym, umożliwiając samochodowi napęd.
Efektywność energetyczna silnika cieplnego
Sprawność silnika cieplnego to stosunek pracy użytecznej wykonanej przez system (zwany również energia użyteczna lub energia wyjściowa systemu) w stosunku do energii cieplnej dodanej do systemu (wejściowa) energia).
Jest to miara tego, jak dobry jest silnik cieplny w przekształcaniu energii cieplnej w pracę mechaniczną.
Matematycznie:
GdzieWczy praca została wykonana,Qjest dodanym ciepłem i oba są podane w jednostkach SI dla energii: dżule.
Ponieważ sprawność jest stosunkiem, zawsze wyraża się ją w procentach lub jako wartość od 0 (brak sprawności) do 1 (całkowita sprawność – cała energia wejściowa przeliczona na użyteczną moc wyjściową). Wydajność nigdy nie może być większa niż 1 lub 100 procent, ponieważ złamałoby prawo zachowania energii, gdyby ilość wytworzonej energii była większa niż energia włożona! To by sugerowało, że energia została stworzona z niczego, co jest niemożliwością w tym wszechświecie.
Wydajność Carnota
Cykl Carnota to cykl termodynamiczny o maksymalnej możliwej wydajności. Ponieważ żadne procesy w przyrodzie nie są całkowicie odwracalne – część energii jest zawsze tracona w postaci ciepła dzięki drugiej zasadzie termodynamiki – cykl Carnota opisujeideałsilnik cieplny. Innymi słowy, nikt nie mógł go zbudować.
Wartość cyklu Carnota polega na ustaleniu górnych granic wydajności każdego rzeczywistego silnika. Wyraża się to w kategoriachThiTdo, temperatury odpowiednio gorących i zimnych zbiorników energii, zarówno w jednostkach SI kelwinów.
Wskazówki
\textnormal{Wydajność Carnota} = \frac {T_h - T_c}{T_h}
Można to również wyrazić w kategoriach termsQhiQdo, ciepło dodane i ciepło oddane odpowiednio w dżulach.