Účinnosť (fyzika): definícia, vzorec a príklady

Efektívnosť je spôsob, ako opísať množstvo užitočnéhovýkonproces alebo stroj môže generovať ako percento zvstuppotrebné, aby to šlo. Inými slovami, porovnáva, koľko energie sa spotrebuje na prácu, a koľko sa stratí alebo vyhodí do životného prostredia. Čím efektívnejší je stroj, tým menej zbytočnej energie.

Napríklad, ak je tepelný motor schopný premeniť 75 percent prijatého paliva na pohyb, zatiaľ čo 25 percent sa stratí ako teplo v procese, bol by efektívny na 75 percent. Z pôvodných 100 percent paliva bolo 75 percent na výstupe ako užitočná práca.

Vo fyzike termíntepelné motorymôže odkazovať na viac typov strojov alebo procesov. Formálnym spôsobom je tepelný motor akýkoľvek termodynamický systém, ktorý premieňa tepelnú energiu na mechanickú energiu alebo pohyb.

Základný recept na tepelný motor obsahuje:

• Tepelný kúpeľ alebo nejaký druh vysokoteplotného zdroja tepla
• Nízkoteplotný studený zásobník, do ktorého sa odvádza teplo
  
• Samotný motor, ktorý absorbuje teplo z horúceho zásobníka, aby vytvoril určitú formu rozšírenia systému, na ktorej funguje prostredie (napríklad otáčanie motora) a potom uvoľňuje tepelnú energiu do studenej nádrže, keď sa vracia do svojej pôvodnej polohy štát.
  instagram story viewer
  
  

Napríklad v automobile je spaľujúcim palivom zdroj tepla, prostredím v okolí automobilu je studená nádrž a spaľovanie motorom je práca, ktorá premieňa teplo na výfukové plyny, keď pohybuje piestami a otáča kľukovým hriadeľom, čo umožňuje automobilu riadiť.

Účinnosť tepelného motora je pomer užitočnej práce vykonanej systémom (tiež sa nazýva užitočná energia alebo výstupná energia systému) nad tepelnou energiou pridanou do systému (vstup energie).

Je to miera toho, aký dobrý je tepelný motor pri premene tepelnej energie na mechanickú prácu.

Matematicky:

KdeŽje práca vykonaná,Qje pridané teplo a obe sú uvedené v jednotke SI pre energiu: jouly.

Pretože účinnosť je pomer, vždy sa vyjadruje ako percento alebo ako hodnota medzi 0 (žiadna účinnosť) a 1 (celková účinnosť - všetka vstupná energia prevedená na užitočný výkon). Účinnosť nikdy nemôže byť vyššia ako 1 alebo 100 percent, pretože by to porušilo zákon zachovania energie, ak by množstvo energie bolo viac ako energia vložená! To by znamenalo, že energia sa vytvára z ničoho, čo je v tomto vesmíre nemožné.

Carnotov cyklus je termodynamický cyklus s maximálnou možnou účinnosťou. Pretože žiadne procesy v prírode nie sú dokonale reverzibilné - určitá energia sa vždy stratí ako teplo vďaka druhému zákonu termodynamiky - Carnotov cyklus popisujeideálnetepelný motor. Inými slovami, nikto ich vlastne nemohol postaviť.

Hodnota Carnotovho cyklu spočíva v stanovení horných hraníc efektívnosti ktoréhokoľvek skutočného motora. Vyjadruje sa v zmysleT_haT_c, teploty zásobníkov horúcej a studenej energie v jednotkách SI v Kelvinoch.

• \ textnormal {Carnotova efektivita} = \ frac {T_h - T_c} {T_h}

Môže to byť vyjadrené aj akoQ_haQ_c, pridané teplo a odovzdané teplo v oboch jouloch.