Что такое тепловой КПД?
Тепловой КПД (\(\eta\)) показывает, насколько эффективно тепловая машина преобразует тепловую энергию (подведённое тепло) в полезную механическую работу. Это безразмерная величина, которую чаще всего выражают в процентах. Ни одна реальная машина не достигает 100%, поскольку часть тепла всегда отдаётся холодильнику — этого требует второй закон термодинамики.
Как пользоваться калькулятором
Введите подведённое тепло Qin (энергию, поступающую в машину, например при сгорании топлива) и отведённое тепло Qout (энергию, теряемую в окружающую среду или передаваемую холодильнику) — оба значения в джоулях. Калькулятор покажет КПД в виде доли и в процентах, а также полезную работу.
Разбор формулы
Полезная работа равна разности подведённой и отведённой энергии: \(W_{net} = Q_{in} - Q_{out}\). КПД — это доля подведённого тепла, превращённая в работу: \(\eta = W_{net} / Q_{in} = 1 - Q_{out} / Q_{in}\). Чтобы получить проценты, умножьте результат на 100.
$$\eta = \frac{\text{Q}_{in} - \text{Q}_{out}}{\text{Q}_{in}} \times 100\%$$
Пример расчёта
Допустим, машина получает 1000 Дж тепла и отдаёт 600 Дж. Тогда $$W_{net} = 1000 - 600 = 400 \text{ Дж},$$ а $$\eta = 400 / 1000 = 0{,}40,$$ то есть 40%. Это значит, что 40% подведённого тепла превращается в полезную работу, а оставшиеся 60% отводятся.
Частые вопросы
Может ли КПД превышать 100%? Нет. У реальной машины Qout всегда больше нуля, поэтому \(\eta\) всегда меньше 1 (100%).
Какие единицы использовать? Подойдут любые согласованные единицы энергии (джоули, кДж, BTU) — главное, чтобы оба значения были выражены в одной и той же единице, ведь КПД безразмерен.
Как это связано с КПД цикла Карно? КПД Карно (\(1 - T_{cold}/T_{hot}\)) — это теоретический максимум. Реальный КПД, рассчитанный здесь по измеренным значениям тепла, всегда меньше или равен ему.
