Efisiensi mesin panas berhubungan berapa banyak pekerjaan yang berguna adalah output untuk
jumlah tertentu masukan energi panas.
Pada operasinya, fluida kerja dari mesin kalor menyerap panas (QH) dari reservoar panas,
kemudian menghasilkan sejumlah kerja bersih (W), melepaskan panas (QC) dari reservoar dingin
dan akhirnya kembali pada kondisi awalnya.
Dengan kondisi ini, hukum I Thermodinamika menjadi :
satupun mesin yang mampu mencapai kondisi ini, pasti akan selalu ada panas yang dibuang ke reservoar dingin. Hal yang menentukan limit atas efisiensi adalah derajat reversibilitas dari
operasinya. Oleh karena itu lah, mesin kalor yang beroperasi secara benar-
benar reversibel adalah mesin yang ideal dan disebut dengan mesin Carnot.
Dengan kata lain, mesin panas menyerap energi panas dari sumber panas suhu tinggi, mengubah bagian dari itu untuk pekerjaan yang berguna dan memberikan sisanya untuk heat sink suhu dingin.
Secara umum, efisiensi proses perpindahan panas yang diberikan (apakah itu kulkas, pompa panas atau mesin) didefinisikan secara informal oleh rasio "apa yang keluar" untuk "apa yang Anda meletakkan masuk"
Dalam kasus mesin, satu keinginan untuk mengekstrak dan menempatkan pekerjaan dalam transfer panas.
Efisiensi maksimum teoritis dari setiap mesin panas hanya bergantung pada suhu beroperasi antara. Efisiensi ini biasanya diturunkan menggunakan mesin panas yang ideal imajiner seperti mesin panas Carnot , meskipun mesin lain yang menggunakan siklus yang berbeda juga dapat mencapai efisiensi maksimum. Secara matematis, hal ini karena di reversibel proses, perubahan entropi dari reservoir dingin adalah negatif itu dari reservoir panas (yaitu, ), Menjaga perubahan keseluruhan entropi nol.
Dengan demikian: dimana adalah temperatur absolut dari sumber panas dan bahwa dari wastafel dingin, biasanya diukur dalam kelvin . Perhatikan bahwa adalah positif sementara adalah negatif, dalam setiap proses kerja-extracting reversibel, entropi keseluruhan tidak meningkat, melainkan dipindahkan dari suatu sistem panas (tinggi entropi) ke dingin (low-
entropi satu), mengurangi entropi dari sumber panas dan meningkat bahwa dari heat sink.
Alasan di balik ini menjadi efisiensi maksimal berjalan sebagai berikut. Hal ini pertama diasumsikan bahwa jika mesin panas lebih efisien daripada mesin Carnot adalah mungkin, maka bisa didorong secara terbalik sebagai pompa panas. Analisis matematis dapat digunakan untuk menunjukkan bahwa kombinasi diasumsikan akan menghasilkan penurunan bersih dalam entropi . Karena, dengan hukum kedua termodinamika , ini secara statistik tidak mungkin ke titik pengecualian, efisiensi Carnot adalah atas teoritis terikat pada efisiensi yang handal dari setiap proses.
Secara empiris, tidak ada mesin panas yang pernah ditunjukkan untuk dijalankan pada efisiensi yang lebih besar daripada mesin panas siklus Carnot.
Mesoscopic Engine Panas
Mesin panas mesoscopic adalah perangkat nano yang dapat melayani tujuan fluks panas pengolahan dan melakukan pekerjaan yang berguna pada skala kecil. Potensi aplikasi termasuk perangkat misalnya pendingin listrik. Dalam mesin panas mesoscopic tersebut, bekerja per siklus operasi berfluktuasi karena noise termal. Ada kesetaraan yang tepat yang berkaitan rata-
rata eksponen pekerjaan yang dilakukan oleh setiap mesin panas dan perpindahan panas dari mandi panas yang lebih panas. Hubungan ini mengubah ketidaksamaan Carnot ke dalam kesetaraan yang
tepat.
Mesin Panas Endoreversible
Efisiensi yang paling Carnot sebagai kriteria kinerja panas mesin adalah kenyataan bahwa dengan sifatnya, setiap siklus Carnot maksimal efisien harus beroperasi pada gradien suhu sangat kecil. Hal ini karena adanya transfer panas antara dua benda pada suhu yang berbeda tidak dapat diubah, dan karena ekspresi efisiensi Carnot hanya berlaku dalam batas sangat kecil. Masalah utama dengan itu adalah bahwa obyek mesin panas yang paling adalah untuk output semacam kekuasaan, dan kekuasaan sangat kecil biasanya tidak apa yang sedang dicari.
Sebuah ukuran yang berbeda efisiensi mesin panas yang ideal diberikan oleh pertimbangan termodinamika endoreversible , di mana siklus identik dengan siklus Carnot kecuali dalam bahwa dua proses perpindahan panas yang tidak reversibel (Callen 1985):
(Catatan: Unit K atau ° R )
Model ini melakukan pekerjaan yang lebih baik memprediksi seberapa baik dunia nyata mesin panas dapat lakukan (Callen 1985, lihat juga termodinamika endoreversible )
Tidak ada komentar:
Posting Komentar