Hiệu quả nhiệt là gì?

Hiệu suất nhiệt là thước đo năng lượng đầu ra chia cho năng lượng đầu vào trong một hệ thống.Nó phải nằm trong khoảng từ 0% đến 100%.Hiệu suất nhiệt 100% có nghĩa là tất cả năng lượng đưa vào một hệ thống xuất hiện, mặc dù ở một dạng khác.Động cơ nhiệt và tủ lạnh đều có hiệu quả nhiệt liên quan, mặc dù họ đang cố gắng thực hiện các mục tiêu ngược lại.Hiệu quả nhiệt trong thế giới thực thường giảm đáng kể dưới 100% vì nhiều lý do.Trong động cơ xăng, năng lượng đầu vào được lưu trữ trong liên kết hóa học của nhiên liệu hydrocarbon.Một phân tử hydrocarbon bao gồm hoàn toàn hydro và carbon.Khi các phân tử này được kết hợp với oxy, chúng có thể phản ứng hóa học và hình thành carbon monoxide và nước;Về bản chất, phân tử hydrocarbon được phân chia và kết hợp với các nguyên tử oxy.Tuy nhiên, phần của phản ứng này hữu ích cho động cơ là sức nóng được giải phóng.Nhiệt giải phóng từ đốt xăng là năng lượng đầu vào có liên quan trong hiệu quả nhiệt.Năng lượng đầu ra trong tính toán hiệu quả nhiệt của động cơ không phải là nhiệt, mà là công việc cơ học.Trong vật lý, công việc là lượng năng lượng được truyền bởi một lực tác dụng trên một khoảng cách.Đẩy một hộp lên thảm Một khoảng cách nhất định đòi hỏi một lượng công việc hữu hạn;Điều này bằng với sản phẩm của khoảng cách di chuyển và lực trung bình tác dụng.Theo cách tương tự, một động cơ xăng hoạt động khi nó di chuyển bánh xe của một chiếc xe hơi.Trong trường hợp tủ lạnh hoặc điều hòa không khí, mối quan hệ làm việc nhiệt được đảo ngược.Kết quả mong muốn trong tình huống này là loại bỏ nhiệt từ một hệ thống và đổ nó vào môi trường bên ngoài.Do đó, đầu vào có sẵn là công việc cơ học, thường được cung cấp bởi một máy nén chạy bằng điện.Tính toán hiệu quả nhiệt, tuy nhiên, vẫn yêu cầu phân chia năng lượng đầu ra cho năng lượng đầu vào.Sự khác biệt từ động cơ xăng, tất nhiên, là đầu ra là nhiệt và đầu vào là hoạt động.Một động cơ ô tô điển hình có hiệu suất nhiệt dưới 35%.Con số này có vẻ thấp vì hai lý do quan trọng.Trước hết, có giới hạn trên lý thuyết về hiệu suất nhiệt của bất kỳ động cơ nhiệt nào liên quan đến nhiệt độ hệ thống so với nhiệt độ môi trường.Sự khác biệt về nhiệt độ càng cao, hiệu suất nhiệt tối đa càng cao mà động cơ không ma sát, không ma sát có thể đạt được.Đây được gọi là hiệu quả của Carnot.Lý do thứ hai khiến động cơ xe có hiệu quả thấp rõ ràng là động cơ không thể được chế tạo để hoạt động theo cách lý tưởng.Ma sát giữa các bộ phận chuyển động liên tục có xu hướng làm chậm động cơ.Một số nhiệt thoát khỏi buồng đốt và trở nên vô dụng đối với động cơ.Nhiên liệu không phải lúc nào cũng đốt cháy ở nhiệt độ cao nhất đạt được, làm giảm lượng nhiệt giải phóng.Vì những lý do này, hiệu quả nhiệt trong các thiết bị trong thế giới thực có xu hướng thấp hơn 100%.