Как се изчислява термалната ефективност на Карно цикъл

Термалната ефективност на Карно цикъл дава максимална оценка за ефективността на двигатели и електроцентрали. Тя се използва за определяне на теоретичните граници на представянето на реални устройства, като например затворени парни електроцентрали. В действителност триене и други фактори намаляват ефективността, предвидена от идеалния Карно цикъл.

Необходими данни

• Входяща топлина (или най-високата температура в цикъла)
• Изходяща топлина (или най-ниската температура в цикъла)
• Ако изходната топлина не е известна, могат да се използват работата върху помпата и турбината.

Инструкции

Метод 1 – чрез топлинен поток

1. Определете входната и изходната топлина. Пример: 150 калории вход и 50 калории изход.
2. Изчислете топлинния поток: Q_in – Q_out = 150 кал – 50 кал = 100 кал.
3. Разделете топлинния поток на входната топлина: η = 100 кал / 150 кал ≈ 0.667 → 66.7 %.

Метод 2 – чрез работа

1. Определете работата, извършена от помпата (W_in).
2. Определете работата, извършена от турбината (W_out).
3. Намерете нетната работа: W_net = W_out – W_in.
4. Разделете нетната работа на входната топлина: η = W_net / Q_in.

Метод 3 – чрез температурен диапазон

1. Определете най-високата (T_h) и най-ниската (T_c) температура. Пример: T_h = 2000 K, T_c = 300 K.
2. Изчислете разликата: ΔT = T_h – T_c = 1700 K.
3. Разделете ΔT на T_h: η = ΔT / T_h = 1700 K / 2000 K = 0.85 → 85 %.

Метод 4 – чрез отношение на топлините

1. Определете входната (Q_in) и изходната (Q_out) топлина. Пример: Q_in = 1500 BTU, Q_out = 500 BTU.
2. Изчислете отношението Q_out / Q_in = 0.333.
3. Термалната ефективност е η = 1 – 0.333 = 0.667 → 66.7 %.

Метод 5 – чрез температурно отношение

1. Определете най-високата (T_h) и най-ниската (T_c) температура в градуси Целзий. Пример: T_h = 1000 °C, T_c = 200 °C.
2. Изчислете отношението T_c / T_h = 0.20.
3. Термалната ефективност е η = 1 – 0.20 = 0.80 → 80 %.