Was ist thermische Effizienz?
Die thermische Effizienz ist ein Maß für die Ausgangsenergie geteilt durch die Eingangsenergie in einem System.Es muss zwischen 0% und 100% liegen.Eine thermische Effizienz von 100% würde bedeuten, dass die gesamte Energie in ein System herauskommt, wenn auch in einer anderen Form.Wärmemotoren und Kühlschränke haben beide thermische Effizienz miteinander verbunden, obwohl sie versuchen, entgegengesetzte Ziele zu erreichen.Die thermischen Effizienz der realen Welt fallen aufgrund einer Vielzahl von Gründen im Allgemeinen signifikant unter 100%.
In einem Benzinmotor wird Eingangsenergie in den chemischen Bindungen eines Kohlenwasserstoffbrennstoffs gespeichert.Ein Kohlenwasserstoffmolekül besteht vollständig aus Wasserstoff und Kohlenstoff.Wenn diese Moleküle mit Sauerstoff kombiniert werden, können sie chemisch reagieren und Kohlenmonoxid und Wasser bilden.Im Wesentlichen wird das Kohlenwasserstoffmolekül aufgeteilt und mit Sauerstoffatomen kombiniert.Der Teil dieser Reaktion, der für einen Motor nützlich ist, ist jedoch die Wärme, die freigesetzt wird.Die aus der Benzinverbrennung freigesetzte Wärme ist die relevante Eingangsenergie bei der thermischen Effizienz.
Die Ausgangsenergie in der Berechnung eines Motors in der thermischen Effizienzberechnung ist nicht Wärme, sondern mechanische Arbeit.In der Physik ist die Arbeit die Menge an Energie, die durch eine Kraft, die über eine Entfernung wirkt, übertragen wird.Das Schieben einer Schachtel über Teppiche Eine bestimmte Entfernung erfordert eine begrenzte Menge an Arbeit.Dies entspricht dem Produkt der bewegten Entfernung und der durchschnittlichen Kraft.Auf die gleiche Weise funktioniert ein Benzinmotor, wenn er die Räder eines Autos bewegt.
Bei einem Kühlschrank oder einer Klimaanlage wird die Wärmebeziehung umgekehrt.Das gewünschte Ergebnis in dieser Situation besteht darin, den Wärme aus einem System zu entfernen und in die äußere Umgebung zu fallen.Der verfügbare Eingang ist daher mechanische Arbeiten, die häufig von einem elektrisch betriebenen Kompressor bereitgestellt wird.Die Berechnung der thermischen Effizienz erfordert jedoch weiterhin die Ausgabe der Ausgangsenergie durch die Eingangsenergie.Der Unterschied zu einem Benzinmotor besteht natürlich darin, dass der Ausgang Wärme ist und der Eingang funktioniert.
Ein typischer Automobilmotor hat eine thermische Effizienz von weniger als 35%.Diese Zahl scheint aus zwei wichtigen Gründen niedrig zu sein.Zunächst gibt es eine theoretische Obergrenze für die Wärmeeffizienz jeder Wärmemaschine, die mit der Systemtemperatur gegenüber der Umgebungstemperatur zu tun hat.Je höher die Temperaturdifferenz, desto höher ist der maximale thermische Effizienz ein idealer, reibungsloser Motor.Dies wird als Carnot -Effizienz bezeichnet.
Der zweite Grund, warum Automotoren anscheinend eine scheinbar geringe Effizienz haben, ist, dass Motoren nicht dazu geführt werden können, sich auf ideale Weise zu verhalten.Die Reibung zwischen beweglichen Teilen verlangsamt ständig den Motor.Einige Wärme entkommen aus der Brennkammer und wird für den Motor nutzlos.Der Kraftstoff verbrennt nicht immer bei der höchsten erreichten Temperatur und verringert die Menge an Wärme, die freigesetzt wird.Aus diesen Gründen liegt die thermische Effizienz in realen Geräten tendenziell weit unter 100%.