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能量轉換鏈與總效率

連續轉換過程的總體效率是透過將每個階段的效率相乘來計算的。每個階段的損失是透過將其與進入該階段的能量進行比較來確定。

相關實驗:能量轉換鏈與總效率 →
能量轉換鏈與總效率
能量轉換鏈與總效率實驗場景 →

意義與機制

一個效率的單位,是透過將有用的輸出能量除以輸入能量來計算的。 考慮一個簡單的串聯鏈,其中前一步的輸出僅傳遞給下一步。

經過兩個階段,每個階段效率為 80%,初始的 80% 仍然保持。每個階段損失 20% 並不意味著僅僅減去初始能量的 40%。

關係與條件

Eout=Einη₁η₂η₃,總效率為 η₁η₂η₃。所有階段的損耗總和以及最終有用的輸出,必須等於初始能量輸入。

這是一個模型,其中每個階段都有恆定的效率,並且沒有迴圈路徑或並行路線。僅僅說效率很高,並不能確定成本或環境影響。

觀察實驗中需要注意的事物

整體效率是各階段效率的乘積。一個階段損失的能量,在下一個輸入中不存在。

假設存在三個獨立的階段,具有恆定的效率。回收的熱量、備用電力、時間變化以及環境影響均未考慮。僅憑效率,無法確定可持續性。

關鍵關係與符號

Eout = Ein η₁η₂η₃ · ηtotal = η₁η₂η₃

符號及公式中使用的單位
符號含義單位
ηᵢ第 i 階段的效率0~1
Ein, Eout總輸入能量與有用的輸出能量J

透過範例確認

如何計算跨三個階段的效率?

將三個效率作為分數相乘 · 整體效率是各個階段效率的乘積。在一個階段損失的能量,在下一個輸入中消失。

常見誤解

  • 每個階段的效率的算術平均值,並非串聯能量轉換的整體效率。

透過實驗探索這個概念

參考文獻

OpenStax · 物理學:大學教材,第二卷 (英文版)