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Verborgene Energie in thermodynamischen Kreisläufen: Wissen Sie, wie viel Abwärme nach der Verbrennung des Brennstoffs übrig bleibt?
Im heutigen Kontext des steigenden Energiebedarfs ist die Kraftstoffeffizienz zu einem wichtigen Forschungsgebiet geworden. Der Wirkungsgrad der Energieumwandlung, also das Verhältnis der nutzbaren Ausgangsenergie einer Maschine zur Eingangsenergie, ist zu einem zentralen Thema bei der Energienutzung geworden. Abhängig von der Art der verschiedenen Leistungen kann dieses Verhältnis Formen wie chemische Energie, elektrische Energie, mechanische Arbeit, Licht (Strahlung) oder Wärme umfassen. Bei der Verbrennung von Kraftstoffen wird jedoch zwangsläufig eine große Menge an Wärmeenergie verschwendet. Daher müssen wir darüber nachdenken, wie viel verborgene Energie bei diesen Prozessen nicht genutzt wird.
Das Verständnis der Energieumwandlungseffizienz hängt von der Nützlichkeit des Ergebnisses ab. Die bei der Verbrennung von Brennstoff erzeugte Wärmeenergie wird wahrscheinlich zu Abwärme, wenn sie nicht für die gewünschte Arbeit genutzt wird.
Energieumwandlung und ihre Effizienz
Der Wirkungsgrad der Energieumwandlung (η) hängt eng mit der Nützlichkeit verschiedener Energiequellen zusammen. Im Allgemeinen liegt dieses Verhältnis zwischen 0 und 1, wobei ein Wert näher bei 1 auf eine effizientere Konvertierung hinweist. Ein Beispiel hierfür ist eine Glühbirne, die elektrische Energie in Lichtenergie umwandelt, jedoch nicht die gesamte elektrische Energie effizient in Licht umwandelt und ein Teil der Energie als Wärme verloren geht.
Bemerkenswert ist, dass es einen Unterschied zwischen Energieeffizienz und Effektivität gibt. Effizienz beschreibt nur das physikalische Umwandlungsverhältnis, während Effektivität eher auf die Umsetzung von Aufgaben bzw. das Erreichen von Zielen abzielt.
Chemische Umwandlungseffizienz
Während einer chemischen Veränderung kann die Änderung der freien Gibbs-Energie verwendet werden, um die minimal erforderliche Energie oder die maximal erreichbare Energie zu ermitteln. Beispielsweise kann eine ideale Brennstoffzelle unter Betriebsbedingungen von 25 °C das Äquivalent von 0,06587 kWh elektrischer Energie erzeugen, und der Prozess erfordert die Entfernung des Äquivalents von 0,01353 kWh Wärmeenergie, um die Reaktion aufrechtzuerhalten.
Beim Verständnis thermodynamischer Kreisläufe ist zu beachten, dass unter den eingestellten Versuchsbedingungen und zugeführten Energieanforderungen die tatsächliche Energieeffizienz den theoretischen Maximalwert oft nicht vollständig erreichen kann.
Heizwert und Effizienz des Brennstoffs
In Ländern wie Europa wird die verfügbare Energie eines Brennstoffs normalerweise anhand des unteren Heizwerts (LHV) berechnet. Bei diesem Wert wird davon ausgegangen, dass der nach der Verbrennung des Brennstoffs entstehende Dampf nicht kondensiert und seine latente Wärme daher nicht berücksichtigt wird. In den Vereinigten Staaten und anderen Regionen wird jedoch der hohe Heizwert (HHV) verwendet, der latente Wärme einschließt und verhindert, dass der maximale Wirkungsgrad 100 % überschreitet. Die Komplexität dieser Berechnungen und die Unterschiede in ihren Ergebnissen verdeutlichen die eigentliche Herausforderung der Kraftstoffenergieeffizienz.
Effizienzmessung in Beleuchtungssystemen
In optischen Systemen ist der Energieumwandlungswirkungsgrad, oft auch als „Wandwirkungsgrad“ bezeichnet, das Verhältnis der abgegebenen Strahlungsenergie (Watt) zur gesamten aufgenommenen elektrischen Energie. Darüber hinaus berücksichtigt die Lichtausbeute weiter die Empfindlichkeit des menschlichen Auges gegenüber unterschiedlichen Wellenlängen, und die beiden scheinen sehr unterschiedlich zu sein, da die Steckdoseneffizienz nur auf die direkte Energieumwandlung abzielt, während die Lichtausbeute die visuelle Wahrnehmung des Menschen widerspiegelt Auge. Leistung.
Aufgrund der starken Wahrnehmung blauer und grüner Lichtwellen ist die Lichtausbeute vieler Beleuchtungssysteme oft höher als die Effizienz ihrer Steckdosen, was uns dazu veranlasst, die tatsächliche Wirksamkeit von Beleuchtungsgeräten zu überdenken.
Mehrere Faktoren beeinflussen die Energieumwandlung
Es ist bekannt, dass viele Faktoren die Effizienz der Energieumwandlung beeinflussen, darunter unter anderem das Gerätedesign und die Materialauswahl. Bei jedem Umwandlungsprozess geht Energie oft in Form von Wärme oder anderen Verlustformen verloren, sei es beim Schein einer Lampe, beim Kühlen eines Kühlschranks oder bei der Energieumwandlung in einem Fahrzeug.
Schlussfolgerung
Die Verbrennung von Kraftstoff und die daraus resultierende Energieverschwendung ist ein äußerst wichtiges Thema in der Energiewissenschaft. In der zukünftigen technologischen Entwicklung müssen wir diese verborgenen Energien effektiver nutzen und Wege finden, die Effizienz der Energieumwandlung zu verbessern. Wie werden wir künftigen Energieherausforderungen begegnen, wenn die Kraftstoffpreise schwanken und Umweltprobleme auftauchen?
