熱効率

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熱効率(ねつこうりつ、英語: thermal efficiency)とは、熱機関の性能を表現する物理量であり、として投入されるエネルギーのうち、機械的な仕事動力)や電気的なエネルギー(電力)などに変換される割合である。 ある熱機関に投入される熱が Q であるときに取り出される仕事を

と表した時の係数 η がこの熱機関の熱効率である。

例として、熱機関であるエンジンの目的は、動力の供給である。1000ジュールの熱エネルギーが与えられたエンジンが300ジュール分の動力を出力した場合、このエンジンの熱効率は30%である。残りの700ジュールは発摩擦抗力震動など、目的ではない形の物理現象に消費され、目的外に費消されたのであり、損失と呼ばれる。熱効率は熱力学第一法則により1(100%)を越えることはなく、熱力学第二法則により1になることも決してない。

ニコラ・カルノー思考実験で最も熱効率の良い仮想熱機関としてカルノーサイクルを提案した。カルノーサイクルの理論熱効率 ηth は、吸熱源の温度を T1、排熱源の温度を T2 としたとき

で与えられる。吸熱源の温度が高く、排熱源の温度が低いほど熱効率は大きいが、熱力学温度が必ず正であるため理論熱効率は必ず1より小さく、実際の熱効率はさらに小さくなる。また、吸熱源の温度が排熱源の温度より低い場合は熱効率が負になるため仕事を取り出すことはできない。逆に言えば、外部から仕事としてエネルギーを投入すれば、低温源から熱を吸収して高温源に熱を移動させることができる。このような機関はヒートポンプと呼ばれる。ヒートポンプの性能は熱効率に替えて成績係数という量で表現される。

様々な熱効率[編集]

  • カルノー効率:最も効率のよいカルノーサイクルの熱効率に対する実際の熱効率の割合を表す。どこまで理想的な熱機関の動作に近いかを評価する指標となる。

脚注[編集]

関連項目[編集]