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Énergie cachée dans les cycles thermodynamiques : savez-vous quelle quantité de chaleur résiduelle reste après la combustion du carburant ?
Dans le contexte actuel de demande énergétique croissante, l'efficacité énergétique est devenue un domaine de recherche important. L’efficacité de la conversion énergétique, c’est-à-dire le rapport entre l’énergie utile de sortie d’une machine et l’énergie d’entrée, est devenue une question centrale dans l’utilisation de l’énergie. Selon la nature des différents extrants, ce ratio peut couvrir des formes telles que la chimie, l'énergie électrique, le travail mécanique, la lumière (rayonnement) ou la chaleur. Cependant, au cours du processus de combustion du carburant, une grande quantité d’énergie thermique est inévitablement gaspillée, ce qui nous oblige à réfléchir à la quantité d’énergie cachée qui n’est pas utilisée dans ces processus ?
La compréhension de l'efficacité de la conversion d'énergie repose sur l'utilité du résultat. L’énergie thermique produite par la combustion du combustible est susceptible de devenir de la chaleur perdue si elle n’est pas utilisée pour le travail souhaité.
Conversion d'énergie et son efficacité
L'efficacité de conversion énergétique (η) est étroitement liée à l'utilité des différentes sources d'énergie. De manière générale, ce rapport est compris entre 0 et 1, le plus proche de 1 indiquant une conversion plus efficace. Un exemple de ceci est une ampoule qui convertit l’énergie électrique en énergie lumineuse, mais elle ne convertit pas efficacement toute l’énergie électrique en lumière et une partie de l’énergie est perdue sous forme de chaleur.
Il convient de noter qu'il existe une différence entre l'efficacité énergétique et l'efficacité. L'efficience décrit uniquement le taux de conversion physique, tandis que l'efficacité se concentre davantage sur la réalisation de tâches ou l'atteinte d'objectifs.
Efficacité de conversion chimique
Lors d'un changement chimique, le changement d'énergie libre de Gibbs peut être utilisé pour évaluer l'énergie minimale requise ou l'énergie maximale pouvant être obtenue. Par exemple, une pile à combustible idéale peut produire l’équivalent de 0,06587 kWh d’énergie électrique dans des conditions de fonctionnement de 25°C, et le processus nécessite l’élimination de l’équivalent de 0,01353 kWh d’énergie thermique pour maintenir la réaction.
Lors de la compréhension des cycles thermodynamiques, il convient de noter que dans les conditions expérimentales définies et les besoins en énergie d'entrée, l'efficacité énergétique réelle ne peut souvent pas atteindre pleinement la valeur maximale théorique.
Valeur calorifique et efficacité du combustible
Dans des pays comme l'Europe, l'énergie disponible d'un combustible est généralement calculée en utilisant le pouvoir calorifique inférieur (PCC). Cette valeur suppose que la vapeur produite après la combustion du combustible ne se condense pas, sa chaleur latente n'est donc pas prise en compte. Cependant, aux États-Unis et dans d'autres régions, le pouvoir calorifique élevé (PCS) est utilisé, qui inclut la chaleur latente, empêchant le rendement maximal de dépasser 100 %. La complexité de ces calculs et les différences dans leurs résultats illustrent le véritable défi de l’efficacité énergétique des carburants.
Mesure de l'efficacité des systèmes d'éclairage
Dans les systèmes optiques, l'efficacité de conversion d'énergie, souvent appelée « efficacité murale », est le rapport entre l'énergie rayonnante de sortie (watts) et l'énergie électrique totale d'entrée. De plus, l'efficacité lumineuse prend également en compte la sensibilité de l'œil humain à différentes longueurs d'onde, et les deux semblent très différentes, car l'efficacité de la prise murale ne cible que la conversion directe de l'énergie, tandis que l'efficacité lumineuse reflète la perception visuelle de l'être humain. oeil.
En raison de la forte perception des ondes lumineuses bleues et vertes, l'efficacité lumineuse de nombreux systèmes d'éclairage est souvent supérieure à l'efficacité de leur prise murale, ce qui nous amène à repenser l'efficacité réelle des équipements d'éclairage.
Plusieurs facteurs affectant la conversion d'énergie
Il est connu que de nombreux facteurs affectent l'efficacité de la conversion d'énergie, notamment la conception des équipements et la sélection des matériaux. Au cours de chaque processus de conversion, l'énergie est souvent perdue sous forme de chaleur ou sous d'autres formes de perte, que ce soit lors de la lueur d'une lumière, du refroidissement d'un réfrigérateur ou de la conversion de l'énergie dans un véhicule.
Conclusion
La combustion du carburant et le gaspillage d'énergie qui en résulte sont un sujet extrêmement important dans les sciences de l'énergie. Dans le cadre du développement technologique futur, nous devrons utiliser ces énergies cachées plus efficacement et trouver des moyens d’améliorer l’efficacité de la conversion énergétique. Alors que les prix des carburants fluctuent et que des problèmes environnementaux émergent, comment ferons-nous face aux futurs défis énergétiques ?
