物理基礎:熱機関・熱効率

<ポイント>
・高温の物体から得た熱の一部を、低温の物体に放出する装置を熱機関という
・熱機関が高温の物体から得た熱量のうち、「仕事に変換する割合」のことを熱効率という
・熱効率 e < 1
(1)熱機関
蒸気機関・ガソリン機関などは、燃料の燃焼によって得られる「熱を仕事に変換する」はたらきがあります。
そして、このような「高温の物体から熱を吸収して、その一部を熱に変換して、残りの熱を低温の物体に放出する」装置を熱機関といいます。

(2)熱効率
熱機関が高温の物体から得た熱量のうち、「仕事に変換する割合」のことを熱効率といいます。

熱機関が高温の物体から吸収した熱量をQ1[J]、低温の物体に放出した熱量をQ2[J]、得られた仕事を W’[J] とすると、
熱効率 e は、
e = W’ / Q1 = (Q1 - Q2) / Q1
と表されます。

(3)熱効率の値の範囲
e = W’ / Q1 = (Q1 - Q2) / Q1
において、Q2 = 0 となることはないため、
常に、熱効率 e < 1 となります。

<補足>
なお、上の公式
e = W’ / Q1 = (Q1 - Q2) / Q1
において、「得られた仕事を W’[J]」としていますが、
詳しく見ると、W’ =〔気体がした仕事〕-〔気体がされた仕事〕ということです。
<まとめ>
・高温の物体から得た熱の一部を、低温の物体に放出する装置を熱機関という
・熱機関が高温の物体から得た熱量のうち、「仕事に変換する割合」のことを熱効率という
・熱効率 e < 1

 

※ 理解を優先するために、あえて大雑把に書いてある場合があります

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