Kas ir termiskā efektivitāte?

Benzīna dzinējā ievadītā enerģija tiek uzkrāta ogļūdeņraža degvielas ķīmiskajās saitēs. Ogļūdeņraža molekula pilnībā sastāv no ūdeņraža un oglekļa. Kad šīs molekulas tiek apvienotas ar skābekli, tās var ķīmiski reaģēt un veidot oglekļa monoksīdu un ūdeni; būtībā ogļūdeņraža molekula tiek sadalīta un apvienota ar skābekļa atomiem. Tomēr daļa no šīs reakcijas, kas ir noderīga dzinējam, ir izdalītais siltums. Siltums, kas izdalās no benzīna sadegšanas, ir attiecīgā siltuma efektivitātes ievades enerģija.

Izejas enerģija dzinēja efektivitātes aprēķinā nav siltums, bet gan mehānisks darbs. Fizikā darbs ir enerģijas daudzums, ko pārnes spēks, kas darbojas attālumā. Kastes stumšana pāri paklājam noteiktā attālumā prasa ierobežotu darba apjomu; tas ir vienāds ar pārvietotā attāluma un vidējā pieliktā spēka reizinājumu. Tādā pašā veidā benzīna dzinējs darbojas, kad tas pārvieto automašīnas riteņus.

Ledusskapja vai gaisa kondicionētāja gadījumā siltuma un darba attiecības ir apgrieztas. Vēlamais rezultāts šajā situācijā ir noņemt siltumu no sistēmas un izmest to ārējā vidē. Tāpēc pieejamā ievade ir mehānisks darbs, ko bieži nodrošina elektriski darbināms kompresors. Tomēr, lai aprēķinātu efektivitāti, izejas enerģija joprojām ir jāsadala ar ievades enerģiju. Atšķirība no benzīna dzinēja, protams, ir tāda, ka jauda ir siltums un ieeja ir darbs.

Tipiska automobiļa dzinēja termiskā efektivitāte ir mazāka par 35%. Šis skaitlis šķiet zems divu svarīgu iemeslu dēļ. Pirmkārt, jebkura siltumdzinēja siltuma efektivitātei ir teorētiska augšējā robeža, kas ir saistīta ar sistēmas temperatūru salīdzinājumā ar vides temperatūru. Jo augstāka temperatūras starpība, jo augstāku maksimālo efektivitāti var sasniegt ideāls, bezberzes dzinējs. To sauc par Carnot efektivitāti.

Otrs iemesls, kāpēc automašīnu dzinējiem ir acīmredzami zema efektivitāte, ir tas, ka dzinējus nevar panākt, lai tie darbotos ideāli. Berze starp kustīgajām daļām pastāvīgi palēninās dzinēja darbību. Daļa siltuma izplūst no sadegšanas kameras un kļūst nederīga dzinējam. Degviela ne vienmēr deg augstākajā sasniegtajā temperatūrā, samazinot izdalītā siltuma daudzumu. Šo iemeslu dēļ siltuma efektivitāte reālās pasaules ierīcēs mēdz būt daudz zem 100%.