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 forbundet termisk effektivitet, skønt de prøver at nå modsatte mål.Den virkelige verdens termiske effektivitet falder generelt markant under 100% på grund af forskellige årsager.

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

Outputenergien i beregningen af termisk effektivitet af en motor er ikke varme, men mekanisk arbejde.I fysik er arbejde mængden af energi, der overføres af en styrke, der virker på afstand.At skubbe en kasse over tæppet en bestemt afstand kræver en begrænset mængde arbejde;Dette er lig med produktet af den flyttede afstand og den gennemsnitlige kraft, der udøves.På samme måde fungerer en benzinmotor, når den bevæger en bils hjul.

I tilfælde af køleskab eller klimaanlæg vendes varmearbejdet forholdet.Det ønskede resultat i denne situation er at fjerne varmen fra et system og dumpe det i det udvendige miljø.Det tilgængelige input er derfor mekanisk arbejde, som ofte leveres af en elektrisk drevet kompressor.Beregning af den termiske effektivitet kræver dog stadig opdeling af outputenergien med inputenergien.Forskellen fra en benzinmotor er selvfølgelig, at output er varme, og input er arbejde.

En typisk bilmotor har en termisk effektivitet på mindre end 35%.Dette antal virker lavt af to vigtige grunde.Først og fremmest er der en teoretisk øvre grænse for den termiske effektivitet af enhver varmemotor, der har at gøre med systemtemperaturen mod miljøetemperaturen.Jo højere forskellen i temperatur, jo højere er den maksimale termiske effektivitet, 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 laves til at opføre sig på en ideel måde.Friktion mellem bevægelige dele har konstant en tendens til at bremse motoren.Nogle varme slipper ud af 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 enheder i den virkelige verden en tendens til at være langt under 100%.