Co to jest wydajność termiczna?

Skuteczność termiczna jest miarą energii wyjściowej podzielonej przez energię wejściową w systemie.Musi wynosić od 0% do 100%.Wydajność cieplna wynosząca 100% oznaczałaby, że cała energia włożona w system wychodzi, choć w innej formie.Zarówno silniki cieplne, jak i lodówki mają powiązane wydajność termiczną, choć starają się osiągnąć przeciwne cele.Rzeczywiste wydajność termiczna na ogół spadnie znacznie poniżej 100% z różnych powodów.

W silniku benzynowym energia wejściowa jest przechowywana w wiązaniach chemicznych paliwa węglowodorowego.Cząsteczka węglowodorów składa się w całości z wodoru i węgla.Gdy te cząsteczki są łączone z tlenem, mogą chemicznie reagować i tworzyć tlenek węgla i wodę;Zasadniczo cząsteczka węglowodorów jest podzielona i połączona z atomami tlenu.Częścią tej reakcji, która jest przydatna dla silnika, jest upały, które jest uwalniane.Ciepło uwalniane ze spalania benzynowego to odpowiednia energia wejściowa w wydajności cieplnej.

Energia wyjściowa w obliczaniu wydajności cieplnej silnika nie jest ciepło, ale prace mechaniczne.W fizyce prace to ilość energii przenoszonej przez siłę działającą na odległość.Przesuwanie pudełka nad dywanem pewna odległość wymaga skończonej pracy;Jest to równe iloczynowi przeniesionej odległości i wywierana średnia siła.W ten sam sposób silnik benzynowy działa, gdy porusza kółko samochodu.

W przypadku lodówki lub klimatyzatora zależność jest odwrócona.Żądanym rezultatem w tej sytuacji jest usunięcie ciepła z systemu i zrzucenie go do środowiska zewnętrznego.Dostępne dane wejściowe jest zatem pracą mechaniczną, która jest często dostarczana przez sprężarkę elektrycznie zasilaną.Obliczanie wydajności cieplnej nadal wymaga dzielenia energii wyjściowej przez energię wejściową.Różnica od silnika benzynowego oczywiście polega na tym, że wyjście jest ciepło, a wejście działa.

Typowy silnik samochodowy ma wydajność cieplną mniejszą niż 35%.Liczba ta wydaje się niska z dwóch ważnych powodów.Przede wszystkim istnieje teoretyczna górna granica wydajności cieplnej dowolnego silnika cieplnego, który ma związek z temperaturą systemu w porównaniu z temperaturą środowiska.Im wyższa różnica w temperaturze, tym wyższa maksymalna wydajność cieplna może osiągnąć idealny, bez tarcia silnik.Nazywa się to sprawnością Carnot.

Drugim powodem, dla którego silniki samochodowe mają najwyraźniej niską wydajność, jest to, że nie można zachować silników w idealny sposób.Tarcie między ruchomymi częściami nieustannie spowalnia silnik.Niektóre ciepło uciekają z komory spalania i stają się bezużyteczne dla silnika.Paliwo nie zawsze płoną w najwyższej temperaturze, zmniejszając ilość uwalnianego ciepła.Z tych powodów wydajność cieplna w rzeczywistych urządzeniach jest znacznie poniżej 100%.