Eficiência (Física): Definição, Fórmula e Exemplos

A eficiência é uma forma de descrever a quantidade deresultadoum processo ou máquina pode gerar como uma porcentagem doentradanecessário para fazê-lo funcionar. Em outras palavras, ele compara quanta energia é usada para fazer o trabalho com quanta energia é perdida ou desperdiçada no meio ambiente. Quanto mais eficiente for a máquina, menos energia será desperdiçada.

Por exemplo, se uma máquina térmica é capaz de transformar 75% do combustível que recebe em movimento, enquanto 25% é perdido como calor no processo, ela seria 75% eficiente. Dos 100% originais do combustível, 75% foram produzidos como trabalho útil.

Na física, o termomotores de calorpode se referir a vários tipos de máquinas ou processos. Formalmente, uma máquina de calor é qualquer sistema termodinâmico que converte energia térmica em energia mecânica, ou movimento.

A receita básica para um motor térmico inclui o seguinte:

• Um banho de calor ou algum tipo de fonte de calor de alta temperatura
• Um reservatório frio de baixa temperatura no qual o calor é liberado
  
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• O próprio motor, que absorve calor do reservatório quente para criar alguma forma de expansão do sistema que funcione o ambiente (como girar um motor) e, em seguida, libera energia térmica para o reservatório de frio conforme retorna ao seu Estado.
  

Por exemplo, em um carro, o combustível queimado é a fonte de calor, o ambiente ao redor do carro é o reservatório de frio e a combustão o motor é o que faz o trabalho, transformando o calor em exaustão à medida que move os pistões e gira o virabrequim, permitindo que o carro dirigir.

A eficiência de um motor térmico é a proporção do trabalho útil realizado pelo sistema (também chamado de energia útil ou energia de saída do sistema) sobre a energia térmica adicionada ao sistema (a entrada energia).

É uma medida de quão boa é a máquina de calor em transformar energia térmica em trabalho mecânico.

Matematicamente:

OndeCo trabalho está feito,Qé o calor adicionado e ambos são dados na unidade SI para energia: joules.

Como a eficiência é uma razão, ela é sempre expressa como uma porcentagem ou como um valor entre 0 (nenhuma eficiência) e 1 (eficiência total - toda a energia de entrada convertida em saída útil). A eficiência nunca pode ser superior a 1 ou 100 por cento, porque violaria a lei da conservação de energia se a quantidade de energia produzida fosse maior do que a energia aplicada! Isso implicaria que a energia estava sendo criada do nada, uma impossibilidade neste universo.

Um ciclo de Carnot é um ciclo termodinâmico da máxima eficiência possível. Porque nenhum processo na natureza é perfeitamente reversível - alguma energia é sempre perdida na forma de calor graças à segunda lei da termodinâmica - um ciclo de Carnot descreve umidealmotor térmico. Em outras palavras, ninguém poderia realmente construir um.

O valor de um ciclo de Carnot está em definir os limites superiores de quão eficiente qualquer motor real poderia ser. É expresso em termos deT_heT_c, as temperaturas dos reservatórios de energia quente e fria, respectivamente, ambos na unidade SI de Kelvins.

• \ textnormal {Eficiência de Carnot} = \ frac {T_h - T_c} {T_h}

Também pode ser expresso em termos deQ_heQ_c, o calor adicionado e o calor liberado, respectivamente, ambos em joules.