- まずはザックリ理解したい
- イメージを優先したい
- 苦手を克服したい
このような方向けに解説をしていきます。
【今回わかること】
- 熱効率の公式
- エンジンで公式をイメージする方法
熱効率の公式は日本語で覚える
熱効率は、efficiency（効率）の頭文字をとって \(e\) で表します。
仕事 \(W\) と熱量 \(Q\) を用いて上のように表せる。
文字で覚えるのも良いですが、日本語で覚えておくのがおすすめです。
なぜこのような形になるのか考えてみよう！
熱をどれだけ仕事に使うかが重要
熱をどれだけ効率よく使えるかは、吸収した熱に対して、どれだけ仕事をしたかで計ります。
- 気体が熱をもらって、すべての熱を仕事に変換できたら、効率は100%
- 気体が熱をもらって、仕事に全く変換できなければ、効率は0%
この効率の計り方は、やる気マンマンの人がどれだけ仕事に打ち込むかに似ています。
湧き出てくるやる気を、すべて仕事に使えば、効率よく仕事ができます。
逆にやる気を仕事以外のものに使ってしまえば、仕事は全然進みません。
熱効率を求めるうえで大切なのは次のことです。
入ってきた熱をどれくらいの割合で仕事に変えれたかを測る
熱効率100%にするのは不可能と証明されている！
ガソリンエンジンのイメージで一発解決！
熱効率を求めるうえで必要なのは、「吸収した熱量」「仕事」であって、放出した熱は使いません。
なぜ放出した熱は使わないのか、車を動かすために必要なエンジンを例に考えてみましょう。
エンジンの仕組みをカンタンに図で表すと、下図のようになります。
ここで具体的な数値を使って、エンジンの効率を直感で求めてみましょう。
- 答えはこちらをクリック
- 吸収した熱100のうち60だけタイヤを回す仕事に使ったので、エンジンの効率は0.6（60%）。
エンジンの効率を数値で表すときに、放出してムダになった熱は使いませんでしたよね？
ちなみにムダな熱のせいで、エンジン自体が熱くなってしまいます。
吸収した熱をどれだけ仕事に変換できるかが熱効率です。
問題を解くときは、「この熱は吸収したもの？放出したもの？」と見極めるのが大切になります。
また、基本的には％ではなく小数で表すことが多いです。
×100をするべきかは質問のされ方をチェックして決めましょう。
| %で表す | 小数で表す |
|---|---|
| ×100をする | ×100はしない |
熱効率は「タイヤを回す仕事÷吸収した熱量」
まとめ
- 熱効率とは、吸収した熱をどれだけ仕事に使えるか
- \(e=\frac{W}{Q}\)
- エンジンでイメージすると式を作りやすい