Co je tepelná účinnost?

Tepelná účinnost je míra výstupní energie dělená vstupní energií v systému.Musí to být mezi 0% a 100%.Tepelná účinnost 100% by znamenala, že veškerá energie vložená do systému vyjde, i když v jiné formě.Tepelné motory a chladničky mají související tepelnou účinnost, i když se snaží dosáhnout opačných cílů.Tepelná efektivita v reálném světě obecně klesla výrazně pod 100% z různých důvodů.

V benzínovém motoru je vstupní energie uložena v chemických vazbách uhlovodíkového paliva.Molekula uhlovodíků se skládá výhradně z vodíku a uhlíku.Když jsou tyto molekuly kombinovány s kyslíkem, mohou chemicky reagovat a vytvářet oxid uhelnatý a vodu;V podstatě je molekula uhlovodíků rozdělena a kombinována s atomy kyslíku.Část této reakce, která je užitečná pro motor, je však uvolněné teplo.Teplo uvolněné ze spalování benzínu je relevantní vstupní energie v tepelné účinnosti.

Výstupní energie při výpočtu tepelné účinnosti motoru není teplo, ale mechanická práce.Ve fyzice je práce množství energie přenášené silou působící na dálku.Posunutí krabice přes koberec do určité vzdálenosti vyžaduje konečné množství práce;To se rovná produktu vzdálenosti přesunuté a vyvíjená průměrná síla.Stejně tak benzínový motor funguje, když pohybuje kola automobilu.

V případě ledničky nebo klimatizace se vztah tepelného díla obrátí.Požadovaným výsledkem v této situaci je odstranit teplo ze systému a vyhodit jej do vnějšího prostředí.Dostupným vstupem je proto mechanická práce, kterou často poskytuje elektricky poháněný kompresor.Výpočet tepelné účinnosti však stále vyžaduje rozdělení výstupní energie vstupní energií.Rozdíl od benzínového motoru samozřejmě spočívá v tom, že výstup je teplo a vstup je fungovat.

Typický automobilový motor má tepelnou účinnost menší než 35%.Toto číslo se zdá být nízké ze dvou důležitých důvodů.Za prvé, existuje teoretická horní hranice tepelné účinnosti jakéhokoli tepelného motoru, který má co do činění s teplotou systému oproti teplotě životního prostředí.Čím vyšší je rozdíl v teplotě, tím vyšší je maximální tepelná účinnost ideální, motor bez tření může dosáhnout.Tomu se říká účinnost Carnot.

Druhým důvodem, proč mají motory automobilů zjevně nízkou účinnost, je to, že motory nelze vyrobit, aby se chovaly ideálním způsobem.Tření mezi pohyblivými částmi neustále má tendenci zpomalit motor.Některé teply uniknou ze spalovací komory a stávají se zbytečným k motoru.Palivo ne vždy hoří při dosahované nejvyšší teplotě, což snižuje množství uvolněného tepla.Z těchto důvodů má tepelná účinnost v zařízeních v reálném světě tendenci být daleko pod 100%.