ऊष्मा इंजन की ऊष्मागतिक दक्षता

एक ताप इंजन की थर्मोडायनामिक दक्षता को समझना

थर्मोडायनामिक्स भौतिकी की एक मौलिक शाखा है जो हमारे चारों ओर की कई प्रक्रियाओं को संचालित करती है, कार इंजनों से लेकर पावर प्लांट्स तक। थर्मोडायनामिक्स में एक महत्वपूर्ण अवधारणा एक ताप इंजन की दक्षता है। इस अवधारणा को समझना थोड़ा गणित शामिल करता है, लेकिन हम इसे एक सरल, दिलचस्प तरीके से समझेंगे।

थर्मोडायनेमिक दक्षता क्या है?

थर्मोडायनामिक दक्षता, गर्मी इंजनों के संदर्भ में, इंजन के कार्य उत्पादन के अनुपात को गर्मी के इनपुट से संदर्भित करती है। मूल रूप से, यह मापता है कि एक इंजन उत्पन्न (या अवशोषित) गर्मी को उपयोगी कार्य में कितनी अच्छी तरह परिवर्तित करता है।

प्रभावशीलता सूत्र

गर्मी इंजन की दक्षता की गणना करने का सूत्र है:

यहाँ:

• अनुवाद क्या दक्षता (प्रतिशत या दशमलव रूप में आउटपुट) है
• टीसी क्या ठंडी भंडार की तापमान केल्विन (K) में है
• थ क्या गर्म रिजर्वायर का तापमान केल्विन (K) में है

अवसरता को प्रतिशत के रूप में व्यक्त करने के लिए, अंतिम परिणाम को 100 से गुणा करें।

सूत्र को तोड़ना

सूत्र यह गणना करता है कि गर्मी की इनपुट का कितना भाग 'बर्बाद' नहीं होता है (यानी, यह ठंडी भंडार में नहीं निकाला जाता), जो हमें इंजन की दक्षता देता है। परिणामों में सटीकता सुनिश्चित करने के लिए तापमान के लिए केल्विन का उपयोग करना बहुत महत्वपूर्ण है।

उदाहरण गणना

मान लीजिए कि आपके पास एक गर्मी इंजन है जिसमें निम्नलिखित पैरामीटर हैं:

• थ = 600K (ताप स्रोत का तापमान)
• टीसी = 300K (हीट सिंक का तापमान)

सूत्र का उपयोग करते हुए:

η = 1 - (Tc/Th) = 1 - (300/600) = 1 - 0.5 = 0.5

इसको प्रतिशत में परिवर्तित करने के लिए:

प्रभावशीलता = 0.5 × 100 = 50%

इसलिए, इंजन 50% कुशल है।

वास्तविक जीवन में उपयोग

पुस्तकों के परे, इस अवधारणा के ठोस अनुप्रयोग हैं। उदाहरण के लिए, कार निर्माता उच्च थर्मोडायनामिक दक्षता वाले इंजनों को डिजाइन करने का प्रयास करते हैं ताकि ईंधन की अर्थव्यवस्था को अधिकतम किया जा सके। इसी तरह, पावर प्लांट थर्मल ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए गर्मी इंजनों का उपयोग करते हैं,Higher efficiency को लक्षित करते हुए ताकि कम ईंधन के साथ अधिक शक्ति का उत्पादन किया जा सके।

आदर्श कार्नॉट इंजन

एक कार्नोट इंजन, एक आदर्शीकृत गर्मी इंजन, कार्नोट चक्रीय प्रक्रिया पर काम करता है और किसी भी इंजन की अधिकतम संभव दक्षता का मानक होता है जो गर्म और ठंडे जलाशयों के तापमान को ध्यान में रखते हुए प्राप्त की जा सकती है।

कार्नॉट इंजन की दक्षता हमारे सूत्र द्वारा भी दी गई है:

η = 1 - (Tc/Th)

वास्तविक दुनिया के इंजन में सीमाएँ

वास्तविक दुनिया के इंजन कार्नॉट कुशलता तक नहीं पहुंच सकते हैं क्योंकि उनके पास घर्षण, गर्मी हानियों और अन्य अक्षमताओं जैसी अपरिवर्तनीयताएं होती हैं। इसलिए, थर्मोडायनामिक कुशलता को समझना इंजीनियरों को ऐसे नुकसान की पहचान और नियंत्रण में मदद करता है।

डेटा तालिका: दक्षता गणनाएँ

थर्मोडायनैमिक दक्षता पर सामान्य प्रश्न

प्रश्न: हमें हीट इंजन में 100% दक्षता क्यों प्राप्त नहीं हो सकती?

A: 100% कुशलता तक पहुँचने के लिए Tc का निरपेक्ष शून्य (0K) होना आवश्यक होगा, जो थर्मोडायनामिक्स के तीसरे नियम के कारण व्यावहारिक रूप से असंभव है।

Q: हम ताप इंजनों की दक्षता को कैसे सुधार सकते हैं?

इंसुलेशन में सुधार करना, घर्षण को कम करना, और गर्म रिसर्वॉयर के तापमान को बढ़ाना जबकि ठंडे रिसर्वॉयर के तापमान को कम करना मदद कर सकता है।

थर्मोडायनामिक दक्षता को समझना अधिक कुशल और पर्यावरण के अनुकूल प्रौद्योगिकियों के विकास के लिए महत्वपूर्ण है। अनुकूल दक्षता की खोज नवाचार और खोज को प्रेरित करती है, नए सामग्री के विकास से लेकर इंजीनियरिंग प्रथाओं में प्रगति तक।