Language
Country/Area
No result found
الطاقة المخفية في الدورات الديناميكية الحرارية: هل تعرف مقدار الحرارة المهدرة المتبقية بعد حرق الوقود؟
في سياق الطلب المتزايد على الطاقة اليوم، أصبحت كفاءة استهلاك الوقود مجالًا بحثيًا مهمًا. أصبحت كفاءة تحويل الطاقة، أي نسبة الطاقة الناتجة المفيدة للآلة إلى الطاقة المدخلة، قضية أساسية في استخدام الطاقة. اعتمادًا على طبيعة المخرجات المختلفة، يمكن أن تغطي هذه النسبة أشكالًا مثل الطاقة الكيميائية أو الطاقة الكهربائية أو العمل الميكانيكي أو الضوء (الإشعاع) أو الحرارة. ومع ذلك، أثناء عملية احتراق الوقود، يتم إهدار كمية كبيرة من الطاقة الحرارية حتماً، مما يجعلنا نضطر إلى التفكير في مقدار الطاقة الخفية التي لا يتم استغلالها في هذه العمليات؟
يعتمد فهم كفاءة تحويل الطاقة على فائدة المخرجات. ومن المرجح أن تصبح الطاقة الحرارية الناتجة عن حرق الوقود حرارة مهدرة إذا لم يتم استخدامها في العمل المطلوب.
تحويل الطاقة وكفاءته
ترتبط كفاءة تحويل الطاقة (η) ارتباطًا وثيقًا بفائدة مصادر الطاقة المختلفة. بشكل عام، تتراوح هذه النسبة بين 0 و1، ويشير الرقم الأقرب إلى 1 إلى تحويل أكثر كفاءة. مثال على ذلك المصباح الكهربائي الذي يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية، لكنه لا يحول كل الطاقة الكهربائية إلى ضوء بكفاءة، ويفقد بعض الطاقة على شكل حرارة.
ومن الجدير بالذكر أن هناك فرقًا بين كفاءة الطاقة وفعاليتها، حيث تصف الكفاءة نسبة التحويل المادي فقط، بينما تركز الفعالية أكثر على إنجاز المهام أو تحقيق الأهداف.
كفاءة التحويل الكيميائي
أثناء التغير الكيميائي، يمكن استخدام تغير الطاقة الحرة لجيبس لتقييم الحد الأدنى من الطاقة المطلوبة أو الحد الأقصى من الطاقة التي يمكن الحصول عليها. على سبيل المثال، يمكن لخلية الوقود المثالية أن تنتج ما يعادل 0.06587 كيلووات ساعة من الطاقة الكهربائية في ظل ظروف تشغيل تبلغ 25 درجة مئوية، وتتطلب العملية إزالة ما يعادل 0.01353 كيلووات ساعة من الطاقة الحرارية للحفاظ على التفاعل.
عند فهم الدورات الديناميكية الحرارية، تجدر الإشارة إلى أنه في ظل الظروف التجريبية المحددة ومتطلبات الطاقة المدخلة، لا يمكن لكفاءة الطاقة الفعلية في كثير من الأحيان أن تصل بشكل كامل إلى القيمة القصوى النظرية.
القيمة الحرارية وكفاءة الوقود
في أماكن مثل أوروبا، يتم عادةً حساب الطاقة المتوفرة للوقود باستخدام قيمة التسخين المنخفضة (LHV). وتفترض هذه القيمة أن البخار الناتج بعد احتراق الوقود لا يتكثف، لذلك لا تؤخذ حرارته الكامنة في الاعتبار. ومع ذلك، في الولايات المتحدة ومناطق أخرى، يتم استخدام قيمة التسخين العالية (HHV)، والتي تتضمن الحرارة الكامنة، مما يمنع الكفاءة القصوى من تجاوز 100٪. إن تعقيد هذه الحسابات، والاختلافات في نتائجها، يوضح التحدي الحقيقي المتمثل في كفاءة استخدام الطاقة في الوقود.
قياس الكفاءة في أنظمة الإضاءة
في الأنظمة البصرية، كفاءة تحويل الطاقة، والتي يشار إليها غالبًا باسم "كفاءة الجدار"، هي نسبة الطاقة الإشعاعية الناتجة (واط) إلى إجمالي الطاقة الكهربائية المدخلة. بالإضافة إلى ذلك، فإن كفاءة الإضاءة تأخذ في الاعتبار أيضًا حساسية العين البشرية لأطوال موجية مختلفة، ويبدو أن الاثنين مختلفان تمامًا، لأن كفاءة قابس الحائط تستهدف فقط تحويل الطاقة المباشر، بينما تعكس كفاءة الإضاءة الإدراك البصري للإنسان أداء العين.
نظرًا للإدراك القوي لموجات الضوء الأزرق والأخضر، غالبًا ما تكون كفاءة الإضاءة للعديد من أنظمة الإضاءة أكبر من كفاءة قابس الحائط الخاص بها، مما يجعلنا نعيد التفكير في الفعالية الفعلية لمعدات الإضاءة.
عوامل متعددة تؤثر على تحويل الطاقة
من المعروف أن العديد من العوامل تؤثر على كفاءة تحويل الطاقة، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر، تصميم المعدات واختيار المواد. أثناء كل عملية تحويل، غالبًا ما يتم فقدان الطاقة على شكل حرارة أو أشكال أخرى من الفقد، سواء في وهج الضوء، أو تبريد الثلاجة، أو تحويل الطاقة في السيارة.
الاستنتاج
يعد احتراق الوقود وما يتبعه من إهدار للطاقة موضوعًا مهمًا للغاية في علم الطاقة. وفي التطور التكنولوجي المستقبلي، نحتاج إلى استخدام هذه الطاقات الخفية بشكل أكثر فعالية وإيجاد طرق لتحسين كفاءة تحويل الطاقة. مع تقلب أسعار الوقود وظهور القضايا البيئية، كيف سنواجه تحديات الطاقة المستقبلية؟
