Qu'est-ce que l'efficacité thermique?
L'efficacité thermique est une mesure de l'énergie de sortie divisée par l'énergie d'entrée dans un système.Il doit être compris entre 0% et 100%.Une efficacité thermique de 100% signifierait que toute énergie mise dans un système sort, bien que sous une forme différente.Les moteurs thermiques et les réfrigérateurs ont tous deux une efficacité thermique associée, bien qu'ils essaient d'atteindre des objectifs opposés.Les efficacités thermiques du monde réel diminuent généralement considérablement en dessous de 100% pour diverses raisons.
Dans un moteur à essence, l'énergie d'entrée est stockée dans les liaisons chimiques d'un carburant d'hydrocarbures.Une molécule d'hydrocarbure est entièrement en hydrogène et en carbone.Lorsque ces molécules sont combinées avec de l'oxygène, elles peuvent réagir chimiquement et former du monoxyde de carbone et de l'eau;Essentiellement, la molécule d'hydrocarbures est divisée et combinée avec des atomes d'oxygène.La partie de cette réaction qui est utile à un moteur, cependant, est la chaleur qui est libérée.La chaleur libérée par la combustion d'essence est l'énergie d'entrée pertinente dans l'efficacité thermique.
L'énergie de sortie dans le calcul de l'efficacité thermique d'un moteur n'est pas la chaleur, mais le travail mécanique.En physique, le travail est la quantité d'énergie transférée par une force agissant sur une distance.Pousser une boîte sur le tapis sur une certaine distance nécessite un travail fini;Ceci est égal au produit de la distance déplacée et de la force moyenne exercée.De la même manière, un moteur à essence fonctionne lorsqu'il déplace les roues d'une voiture.
Dans le cas d'un réfrigérateur ou d'un climatiseur, la relation thermique est inversée.Le résultat souhaité dans cette situation consiste à éliminer la chaleur d'un système et à le jeter dans l'environnement extérieur.L'entrée disponible est donc un travail mécanique, qui est souvent fourni par un compresseur électriquement alimenté.Le calcul de l'efficacité thermique, cependant, nécessite toujours de diviser l'énergie de sortie par l'énergie d'entrée.La différence par rapport à un moteur à essence, bien sûr, est que la sortie est de la chaleur et que l'entrée fonctionne.
Un moteur automobile typique a une efficacité thermique inférieure à 35%.Ce nombre semble faible pour deux raisons importantes.Tout d'abord, il y a une limite supérieure théorique sur l'efficacité thermique de tout moteur de chaleur qui a à voir avec la température du système par rapport à la température de l'environnement.Plus la différence de température est élevée, plus l'efficacité thermique maximale est élevée et un moteur sans frottement peut atteindre.C'est ce qu'on appelle l'efficacité carnot.
La deuxième raison pour laquelle les moteurs de voiture ont une efficacité apparemment faible est que les moteurs ne peuvent pas être faits pour se comporter de manière idéale.La friction entre les pièces mobiles a constamment une ralentissement du moteur.Une certaine chaleur s'échappe de la chambre de combustion et devient inutile au moteur.Le carburant ne brûle pas toujours à la température la plus élevée atteinte, réduisant la quantité de chaleur libérée.Pour ces raisons, l'efficacité thermique dans les dispositifs du monde réel a tendance à être bien en dessous de 100%.