Hvad er termisk effektivitet?

Termisk effektivitet er et mål for outputenergien divideret med inputenergien i et system. Det skal være mellem 0% og 100%. En termisk effektivitet på 100% ville betyde, at al energi, der sættes i et system, kommer ud, omend i en anden form. Varmemotorer og køleskabe har begge tilknyttet termisk effektivitet, skønt de prøver at nå modsatte mål. Virkelig termisk effektivitet falder generelt markant under 100% på grund af forskellige årsager.

I en benzinmotor gemmes inputenergi i de kemiske bindinger af et carbonhydridbrændstof. Et carbonhydridmolekyle består udelukkende af brint og kulstof. Når disse molekyler er kombineret med ilt, kan de kemisk reagere og danne kulilte og vand; i det væsentlige opdeles carbonhydridmolekylet og kombineres med oxygenatomer. Den del af denne reaktion, der er nyttig for en motor, er dog varmen, der frigøres. Varme frigivet fra benzinforbrænding er den relevante inputenergi i termisk effektivitet.

Udgangsenergien i den termiske effektivitetsberegning af en motor er ikke varme, men mekanisk arbejde. I fysik er arbejde den mængde energi, der overføres af en kraft, der virker over en afstand. At skubbe en kasse over tæppet en vis afstand kræver en begrænset mængde arbejde; dette er lig med produktet fra den bevægede afstand og den gennemsnitlige kraft, der udøves. På samme måde fungerer en benzinmotor, når den bevæger hjulene på en bil.

I tilfælde af køleskab eller klimaanlæg vendes varme-arbejdsforholdet. Det ønskede resultat i denne situation er at fjerne varme fra et system og dumpe det i det ydre miljø. Den tilgængelige indgang er derfor mekanisk arbejde, der ofte leveres af en elektrisk drevet kompressor. Beregning af den termiske effektivitet kræver dog stadig, at outputenergien deles med inputenergien. Forskellen fra en benzinmotor er selvfølgelig, at output er varme og input er arbejde.

En typisk bilmotor har en termisk virkningsgrad på mindre end 35%. Dette antal synes lavt af to vigtige grunde. Først og fremmest er der en teoretisk øvre grænse for den termiske effektivitet for enhver varmemotor, der har at gøre med systemtemperaturen i forhold til omgivelsestemperaturen. Jo højere temperaturforskellen er, jo højere er den maksimale termiske virkningsgrad, som en ideel, friktionsfri motor kan opnå. Dette kaldes Carnot-effektiviteten.

Den anden grund til, at bilmotorer har en tilsyneladende lav effektivitet, er, at motorer ikke kan fås til at opføre sig på en ideel måde. Friktion mellem bevægelige dele har konstant tendens til at bremse motoren. Noget varme slipper ud fra forbrændingskammeret og bliver ubrugelig for motoren. Brændstof brænder ikke altid ved den højeste temperatur, der er nået, hvilket reducerer mængden af ​​frigivet varme. Af disse grunde har den termiske effektivitet i apparater i den virkelige verden en tendens til at være langt under 100%.