Hva er termisk effektivitet?

Termisk effektivitet er et mål på utgangsenergien delt på inngangsenergien i et system.Det må være mellom 0% og 100%.En termisk effektivitet på 100% vil bety at all energi som er satt inn i et system kommer ut, om enn i en annen form.Varmemotorer og kjøleskap har begge tilknyttet termisk effektivitet, selv om de prøver å oppnå motsatte mål.Termisk effektivitet i den virkelige verden faller generelt betydelig under 100% på grunn av forskjellige årsaker.

I en bensinmotor lagres inngangsenergi i de kjemiske bindingene til et hydrokarbon drivstoff.Et hydrokarbonmolekyl består utelukkende av hydrogen og karbon.Når disse molekylene er kombinert med oksygen, kan de kjemisk reagere og danne karbonmonoksid og vann;I hovedsak er hydrokarbonmolekylet delt opp og kombinert med oksygenatomer.Den delen av denne reaksjonen som er nyttig for en motor, er imidlertid varmen som frigjøres.Varme som frigjøres fra forbrenning av bensin er den relevante inngangsenergien i termisk effektivitet.

Utgangsenergien i den termiske effektivitetsberegningen av en motor er ikke varme, men mekanisk arbeid.I fysikk er arbeid mengden energi som overføres av en styrke som virker over en avstand.Å skyve en boks over teppet en viss avstand krever en begrenset mengde arbeid;Dette er lik produktet av avstanden som er flyttet og den gjennomsnittlige kraften som utøves.På samme måte fungerer en bensinmotor når den beveger hjulene til en bil.

Når det gjelder kjøleskap eller klimaanlegg, blir varmearbeidsforholdet reversert.Det ønskede resultatet i denne situasjonen er å fjerne varme fra et system og dumpe det inn i det ytre miljøet.Den tilgjengelige inngangen er derfor mekanisk arbeid, som ofte leveres av en elektrisk drevet kompressor.Beregning av den termiske effektiviteten krever imidlertid fortsatt å dele utgangsenergien med inngangsenergien.Forskjellen fra en bensinmotor er selvfølgelig at utgangen er varme og inngangen er arbeid.

En typisk bilmotor har en termisk effektivitet på under 35%.Dette tallet virker lavt av to viktige grunner.Først av alt er det en teoretisk øvre grense for den termiske effektiviteten til enhver varmemotor som har å gjøre med systemtemperaturen kontra miljøtemperaturen.Jo høyere forskjell i temperatur, jo høyere kan den maksimale termiske effektiviteten en ideell, friksjonsfri motor oppnå.Dette kalles Carnot -effektiviteten.

Den andre grunnen til at bilmotorer har en tilsynelatende lav effektivitet, er at motorer ikke kan gjøres til å oppføre seg på en ideell måte.Friksjon mellom bevegelige deler har stadig en tendens til å bremse motoren.Noen varme slipper ut fra forbrenningskammeret og blir ubrukelig for motoren.Drivstoff brenner ikke alltid ved den høyeste temperaturen som er nådd, noe som reduserer mengden av varme som frigjøres.Av disse grunner har den termiske effektiviteten i enheter i den virkelige verden en tendens til å være langt under 100%.