열효율이란?

열효율은 출력 에너지를 시스템의 입력 에너지로 나눈 값입니다. 0 %에서 100 % 사이 여야합니다. 100 %의 열 효율은 시스템에 투입된 모든 에너지가 비록 다른 형태 일지라도 배출된다는 것을 의미합니다. 열 엔진과 냉장고는 반대의 목표를 달성하려고 노력하고 있지만 열 효율과 관련이 있습니다. 실제 열 효율은 일반적으로 여러 가지 이유로 100 % 아래로 크게 떨어집니다.

가솔린 엔진에서, 입력 에너지는 탄화수소 연료의 화학 결합에 저장된다. 탄화수소 분자는 전적으로 수소와 탄소로 구성됩니다. 이 분자들이 산소와 결합 될 때, 이들은 화학적으로 반응하여 일산화탄소와 물을 형성 할 수 있습니다. 본질적으로, 탄화수소 분자는 분리되어 산소 원자와 결합된다. 엔진에 유용한이 반응의 일부는 방출되는 열입니다. 가솔린 연소에서 방출되는 열은 열 효율에서 관련 입력 에너지입니다.

엔진의 열효율 계산에서 출력 에너지는 열이 아니라 기계적 작업입니다. 물리학에서 일이란 거리에 작용하는 힘에 의해 전달되는 에너지의 양입니다. 카펫 위로 상자를 특정 거리로 밀려면 유한 한 양의 작업이 필요합니다. 이것은 이동 한 거리와 평균 힘의 곱과 같습니다. 같은 방법으로 가솔린 엔진은 자동차의 바퀴를 움직일 때 작동합니다.

냉장고 나 에어컨의 경우 열과의 관계가 반대로됩니다. 이 상황에서 원하는 결과는 시스템에서 열을 제거하여 외부 환경으로 버리는 것입니다. 따라서 사용 가능한 입력은 기계식 작업이며 종종 전기 구동 식 압축기에 의해 제공됩니다. 그러나 열 효율을 계산하려면 여전히 출력 에너지를 입력 에너지로 나누어야합니다. 물론 가솔린 엔진과의 차이점은 출력이 열이고 입력이 작동한다는 것입니다.

일반적인 자동차 엔진의 열 효율은 35 % 미만입니다. 이 숫자는 두 가지 중요한 이유로 낮습니다. 우선, 시스템 온도 대 환경 온도와 관련된 열 엔진의 열 효율에 대한 이론적 상한이 있습니다. 온도차가 클수록 이상적인 마찰없는 엔진이 달성 할 수있는 최대 열 효율이 높아집니다. 이것을 Carnot 효율이라고합니다.

자동차 엔진의 효율이 낮은 두 번째 이유는 엔진을 이상적인 방식으로 작동시킬 수 없기 때문입니다. 움직이는 부품 사이의 마찰은 지속적으로 엔진 속도를 늦추는 경향이 있습니다. 일부 열은 연소실에서 빠져 나와 엔진에 쓸모 없게됩니다. 연료가 항상 최고 온도에서 연소되는 것은 아니며 방출되는 열의 양이 줄어 듭니다. 이러한 이유로 실제 장치의 열 효율은 100 %보다 훨씬 낮은 경향이 있습니다.