物理热效率是指通过热机将热能转化为功的能力,其定义如下:
$$eta_{th}=frac{W}{Q_h}$$
其中,$eta_{th}$为物理热效率,$W$为热机输出的净功,$Q_h$为从高温热源吸收的净热量。
在热机的工作过程中,根据热力学第一定律,系统内能的变化等于吸收的热量减去放出的热量和输出的功:
$$Delta U=Q_h-Q_c-W$$
其中,$Delta U$为系统内能的变化,$Q_c$为向低温热源放出的净热量。
根据热力学第二定律,对于可逆热机来说,其最大热效率可以表示为:
$$eta_{th}^{max}=1-frac{T_c}{T_h}$$
其中,$T_h$为高温热源的温度,$T_c$为低温热源的温度。
因此,在实际情况下,物理热效率可以表示为:
$$eta_{th}=frac{W}{Q_h}=frac{Delta U+Q_c}{Q_h} =frac{Q_h-Q_c}{Q_h}=1-frac{Q_c}{Q_h}$$
其中,$Q_c$可以表示为$Q_c=T_c S_c$,$Q_h$可以表示为$Q_h=T_h S_h$,$S_c$和$S_h$分别为热源的热容量。
代入上式得到:
$$eta_{th}=1-frac{T_c S_c}{T_h S_h}$$
这就是物理热效率的一般表达式。
热效率计算公式为:
对于加热器来讲:η=Q吸/Q放。
对于热机来讲:η=W功/Q吸。