كفاءة كارنو: استخدم درجات الحرارة المطلقة بدل نسب المئوي
احسب الحد المثالي لكفاءة محرك حراري وقارنه بالكفاءة المستنتجة من الحرارة والشغل.
الطريقة
كفاءة كارنو حد أعلى مثالي لمحرك يعمل بين مستودع ساخن وآخر بارد. تساوي واحدًا ناقص درجة الحرارة المطلقة للبارد مقسومة على درجة الحرارة المطلقة للساخن. يجب أن تكون درجتا الحرارة موجبتين بالكلفن، وأن يكون المستودع الساخن أدفأ. لا يكفي تحويل فرق الحرارة، لأن الصيغة تستخدم نسبة قراءتين مطلقتين. يصف الحد محركًا انعكاسيًا مثاليًا، وليس أداء منشأة حقيقية متوقعًا.
مثال محلول
حوّل كل قراءة مئوية في المثال إلى كلفن قبل حساب النسبة. استخدام القراءات المئوية الأصلية يعطي نسبة تبدو معقولة لكنها خاطئة. المثال الآخر يحسب كفاءة فعلية من الحرارة والشغل، وهي أقل من الحد المثالي. استخدم حاسبة كارنو لدرجات حرارة المستودعين، وحاسبة كفاءة المحرك للحرارة الداخلة والمرفوضة. قارن النتائج عند اتساق حدود النظام وحساب الطاقة.
Th = 227 °C + 273.15 = 500.15 K
Tc = 27 °C + 273.15 = 300.15 K
ηmax = (1 − 300.15 / 500.15) × 100 ≈ 39.988%
(1 − 27 / 227) × 100 ≈ 88.106%
Qh = 1000 J; Qc = 650 J; W = 350 J
η = 350 / 1000 × 100 = 35%
الفحوص والحدود
رفع حرارة المستودع الساخن أو خفض حرارة البارد يزيد الحد المثالي. تحدّ خواص المواد وانتقال الحرارة والفواقد غير الانعكاسية من التشغيل الحقيقي. تساوي الحرارتين لا يتيح شغل كارنو، ولا يصح أن يكون المستودع المسمى ساخنًا أبرد. لا تستنتج استهلاك الوقود أو القدرة الكهربائية أو الوفر المالي من الحد وحده. نتيجة فعلية أعلى من الحد تستدعي مراجعة القياسات والوحدات وحدود النظام.
حاسبات ذات صلة
المصدر: OpenStax — محركات كارنو الحرارية