Bir ısı makinesi en fazla ne kadar verimli olabilir?
Termodinamiğin ikinci yasası, iki sıcaklık arasında çalışan hiçbir makinenin ısının tamamını işe çeviremeyeceğini söyler. Carnot verimi hesaplama aracı bu teorik üst sınırı bulur. Sıcak ve soğuk kaynak sıcaklığını °C, K ya da °F olarak girersin; araç değerleri kelvine çevirip verimi yüzde olarak verir. Sıcak kaynaktan çekilen ısıyı da yazarsan ne kadarının işe dönüşebileceğini ve ne kadarının soğuk kaynağa atılacağını görürsün.
Formül η = 1 − T_c / T_h şeklindedir ve sıcaklıklar mutlaka mutlak ölçekte, yani kelvin cinsinden kullanılır. Aynı sıcaklık çifti için araç ayrıca ters çevrimin, yani ideal ısı pompasının ve soğutucunun COP değerlerini de hesaplar: COP_ısıtma = T_h / (T_h − T_c), COP_soğutma = T_c / (T_h − T_c).
Bu hesap şu durumlarda sıkça kullanılır:
- Termodinamik derslerinde ikinci yasa problemlerini çözerken
- Bir santral ya da motor için ulaşılabilecek verim sınırını görmek için
- Atık ısı geri kazanım projelerinin potansiyelini tahmin ederken
Örnek: 400 °C buharla çalışan ve 25 °C ortama ısı atan bir makine düşün. T_h = 673,15 K, T_c = 298,15 K olur. Verim 1 − 298,15 / 673,15 ≈ %55,7 çıkar. Kaynaktan 100 kJ ısı çekilirse en fazla 55,7 kJ iş elde edilir, en az 44,3 kJ ise çevreye atılır. Gerçek buhar santralleri sürtünme ve tersinmezlikler yüzünden bu değerin oldukça altında kalır.
En sık hata sıcaklıkları santigrat olarak formüle koymaktır; bu durumda sonuç tamamen yanlış çıkar. Araç dönüşümü kendisi yapar ama elle çözerken dikkat et. Sıcaklık birimleri için sıcaklık dönüştürücüyü, gerçek bir sistemin performans katsayısı için ısı pompası COP hesabını ve enerji birimleri arasında geçiş için enerji dönüştürücüyü kullanabilirsin.