熱効率

熱効率　　　関連問題

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熱を吸収して仕事に変換する装置を熱機関と言う。
熱機関が、高熱源から熱

を吸収し、低熱源に熱

を放出するとき、外部に対して正味

の仕事をする。
この仕事Wを高熱源から吸収した熱

で割った値を熱効率と言う。
熱効率ηは、

として与えられる。
熱効率は1より小さい(熱力学第二法則)。

熱機関がいろいろな過程を経て元の状態に戻ってくることを繰り返すとき、くり返しの1回分をサイクルと言います。
1サイクルでは、元の温度に戻ってくるので温度変化は0，従って、内部エネルギーの変化は0です。
熱機関が、絶対温度

の高熱源から熱

を吸収し、絶対温度

の低熱源に熱

を放出することにより、外部に正味Wの仕事をするとして、熱力学第一法則より、

熱効率ηは、高熱源から加えた熱のうち、どれくらいを仕事として有効に使えたか、ということを表す値です。

となります。
この式で、

とすることは不可能です。吸収した熱のうちのいくらかは低熱源に放出する必要があるのです。つまり、吸収した熱のすべてを仕事に変換することは不可能です。従って、

です。これを、熱力学第二法則と言います。

なお、カルノー・サイクルにおける熱効率については、サイクルを参照してください。

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