Vad är termisk effektivitet?

Termisk effektivitet är ett mått på utgångsenergin dividerad med ingångsenergin i ett system.Det måste vara mellan 0% och 100%.En termisk effektivitet på 100% skulle innebära att all energi som läggs in i ett system kommer ut, om än i en annan form.Värmemotorer och kylskåp har båda tillhörande termisk effektivitet, även om de försöker uppnå motsatta mål.Den verkliga termiska effektiviteten faller i allmänhet betydligt under 100% på grund av olika skäl.

I en bensinmotor lagras ingångsenergi i kemiska bindningar av ett kolvätebränsle.En kolvätemolekyl består helt och hållet av väte och kol.När dessa molekyler kombineras med syre kan de kemiskt reagera och bilda kolmonoxid och vatten;I huvudsak delas kolvätmolekylen upp och kombineras med syreatomer.Den del av denna reaktion som är användbar för en motor är dock värmen som frigörs.Värme frisatt från bensinförbränning är den relevanta ingångsenergin i termisk effektivitet.

Utgångsenergin i den termiska effektivitetsberäkningen av en motor är inte värme utan mekaniskt arbete.I fysiken är arbetet mängden energi som överförs av en kraft som verkar över ett avstånd.Att trycka på en låda över mattan ett visst avstånd kräver en begränsad mängd arbete;Detta är lika med produkten från avståndet och den genomsnittliga kraften utövas.På samma sätt fungerar en bensinmotor när den flyttar hjulen på en bil.

När det gäller kylskåp eller luftkonditionering, vänds värmearbetsförhållandet.Det önskade resultatet i denna situation är att ta bort värme från ett system och dumpa det i den yttre miljön.Den tillgängliga ingången är därför mekaniskt arbete, som ofta tillhandahålls av en elektriskt driven kompressor.Beräkning av den termiska effektiviteten kräver emellertid fortfarande att dela ut utgångsenergin med ingångsenergin.Skillnaden från en bensinmotor är naturligtvis att utgången är värme och ingången är arbete.

En typisk bilmotor har en termisk effektivitet på mindre än 35%.Detta antal verkar lågt av två viktiga skäl.Först och främst finns det en teoretisk övre gräns för termisk effektivitet för alla värmemotor som har att göra med systemtemperaturen jämfört med miljötemperaturen.Ju högre skillnad i temperatur, desto högre kan den maximala termiska effektiviteten en idealisk, friktionslös motor uppnå.Detta kallas Carnot -effektiviteten.

Den andra anledningen till att bilmotorer har en uppenbarligen låg effektivitet är att motorer inte kan göras för att bete sig på ett idealiskt sätt.Friktion mellan rörliga delar tenderar ständigt att bromsa motorn.Vissa värme flyr från förbränningskammaren och blir värdelös för motorn.Bränsle bränner inte alltid vid den högsta temperaturen som nås, vilket minskar mängden frigörande värme.Av dessa skäl tenderar den termiska effektiviteten i verkliga enheter att ligga långt under 100%.