Effektivitet är ett sätt att beskriva mängden nyttaproduktionen process eller maskin kan generera i procent avinmatningkrävs för att få det att gå. Med andra ord jämförs det hur mycket energi som används för att göra arbete kontra hur mycket som går förlorat eller slösas bort till miljön. Ju effektivare maskinen desto mindre energi slösas bort.
Till exempel, om en värmemotor kan aktivera 75 procent av bränslet som den får i rörelse, medan 25 procent går förlorad som värme i processen, skulle det vara 75 procent effektivt. Av de ursprungliga 100 procenten av bränslet levererades 75 procent som användbart arbete.
Värmemotorer
I fysik, termenvärmemotorerkan referera till flera typer av maskiner eller processer. Formellt är en värmemotor vilket termodynamiskt system som omvandlar värmeenergi till mekanisk energi eller rörelse.
Grundreceptet för en värmemotor innehåller följande:
- Ett värmebad eller någon typ av högtemperatur värmekälla
- En kall temperaturbehållare med låg temperatur i vilken värmen släpps ut
- Motorn själv, som absorberar värme från den heta reservoaren för att skapa någon form av systemutvidgning som fungerar på miljön (som att vrida en motor) och släpper sedan ut värmeenergi i den kalla reservoaren när den återgår till sin ursprungliga stat.
Till exempel i en bil är det brinnande bränslet värmekällan, miljön runt bilen är den kalla reservoaren och förbränningen motorn är vad som gör arbetet med att förvandla värmen till avgaser när den rör sig i kolvarna och roterar vevaxeln så att bilen kan kör.
Energieffektivitet hos en värmemotor
Effektiviteten hos en värmemotor är förhållandet mellan systemets användbara arbete (även kallat användbar energi eller utgångsenergi från systemet) över den värmeenergi som läggs till systemet (ingången energi).
Det är ett mått på hur bra värmemotorn är att göra värmeenergi till mekaniskt arbete.
Matematiskt:
VarWär arbete gjort,Ftillsätts värme och båda anges i SI-enheten för energi: joule.
Eftersom effektivitet är ett förhållande uttrycks det alltid som en procentsats eller som ett värde mellan 0 (ingen effektivitet) och 1 (total effektivitet - all ingående energi omvandlad till användbar effekt). Effektivitet kan aldrig vara mer än 1 eller 100 procent, för det skulle bryta lagen om energibesparing om mängden energiutmatning var mer än den energi som sattes in! Detta skulle innebära att energi skapades från ingenting, en omöjlighet i detta universum.
Carnot effektivitet
En Carnot-cykel är en termodynamisk cykel med högsta möjliga effektivitet. Eftersom inga processer i naturen är helt reversibla - en del energi går alltid förlorad som värme tack vare termodynamikens andra lag - en Carnot-cykel beskriver enidealiskvärmemotor. Med andra ord, ingen kunde faktiskt bygga en.
Värdet av en Carnot-cykel är att ställa in de övre gränserna för hur effektiv någon faktisk motor kan vara. Det uttrycks i termer avThochTc, temperaturerna i de varma respektive kalla energibehållarna, båda i SI-enheten i Kelvins.
Tips
\ textnormal {Carnot efficiency} = \ frac {T_h - T_c} {T_h}
Det kan också uttryckas i termer avFhochFc, tillagd värme respektive avgiven värme, båda i joule.