Termal Verimlilik Nedir?

Termal verimlilik, bir sistemdeki giriş enerjisinin böldüğü çıkış enerjisinin bir ölçüsüdür. % 0 ile% 100 arasında olmalıdır. % 100'lük bir termal verimlilik, bir sisteme verilen tüm enerjinin farklı bir biçimde de olsa ortaya çıktığı anlamına gelir. Isı motorları ve buzdolaplarının her ikisi de, ters hedeflere ulaşmaya çalışsalar da, ilişkili termal verime sahiptir. Gerçek dünyadaki ısıl verimler, çeşitli nedenlerden dolayı genellikle% 100'ün altına düşmektedir.

Benzinli bir motorda, giriş enerjisi bir hidrokarbon yakıtın kimyasal bağlarında depolanır. Bir hidrokarbon molekülü tamamen hidrojen ve karbondan oluşur. Bu moleküller oksijen ile birleştirildiğinde, kimyasal olarak reaksiyona girip karbon monoksit ve su oluşturabilirler; özünde, hidrokarbon molekülü ayrılır ve oksijen atomları ile birleştirilir. Bu reaksiyonun bir motor için faydalı olmasına rağmen, serbest kalan ısıdır. Benzinli yanmadan kaynaklanan ısı, termal verimdeki ilgili girdi enerjisidir.

Bir motorun ısıl verim hesabındaki çıkış enerjisi, ısı değil, mekanik iştir. Fizikte iş, bir mesafeden etkiyen bir kuvvet tarafından aktarılan enerji miktarıdır. Bir kutuyu halının üzerine belli bir mesafeye itmek, sınırlı miktarda iş gerektirir; bu, hareket edilen mesafenin ürününe ve uygulanan ortalama kuvvete eşittir. Aynı şekilde, bir otomobilin tekerleklerini hareket ettirdiğinde benzinli bir motor da çalışır.

Bir buzdolabı veya klima durumunda, ısı-iş ilişkisi tersine çevrilir. Bu durumda istenen sonuç, sistemdeki ısıyı uzaklaştırmak ve dış ortama boşaltmaktır. Dolayısıyla mevcut girdi, genellikle elektrikle çalışan bir kompresör tarafından sağlanan mekanik bir iştir. Bununla birlikte, ısıl verimin hesaplanması, yine de, çıktı enerjisinin girdi enerjisine bölünmesini gerektirir. Elbette bir benzinli motordan farkı, çıktının ısı olması ve girişin çalışması olmasıdır.

Tipik bir otomobil motoru,% 35'ten daha az bir termal verime sahiptir. Bu sayı iki önemli nedenden dolayı düşük görünüyor. Öncelikle, ortam sıcaklığına karşı sistem sıcaklığıyla ilgili olan herhangi bir ısı motorunun ısıl verimi üzerine teorik bir üst sınır vardır. Sıcaklık farkı arttıkça, ideal, sürtünmesiz bir motorun ulaşabileceği maksimum ısıl verim de artar. Buna Carnot verimliliği denir.

Otomobil motorlarının görünüşte düşük verimliliğe sahip olmasının ikinci nedeni, motorların ideal bir şekilde davranmamasıdır. Hareketli parçalar arasındaki sürtünme sürekli olarak motoru yavaşlatma eğilimindedir. Bir miktar ısı yanma odasından çıkar ve motor için işe yaramaz hale gelir. Yakıt her zaman ulaşılan en yüksek sıcaklıkta yanmaz ve serbest kalan ısı miktarını azaltır. Bu nedenlerden dolayı, gerçek dünya cihazlarındaki ısıl verim% 100'ün çok altında olma eğilimindedir.