功、能量與功率
效率(efficiency)
餵給機器一些能量,其中只有一部分會化為你想要的工作跑出來——其餘的幾乎總是以廢熱溜走。老式燈泡把大部分電變成熱、只有一點變成光;汽車引擎把大部分燃料變成熱、只有一些變成運動。效率(efficiency)就是為此打的一個簡單分數:你投入的能量,究竟有多少比例真正做了有用的功。
它的定義是效率 = 有用的能量輸出除以總能量輸入——或同樣地,有用的功率輸出除以總功率輸入——通常以百分比表示。一台吸收 100 J、送出 25 J 有用輸出的裝置,效率是 25%。因為能量守恆,效率永遠不可能超過 100%:你無法得到比投入更多的有用能量,而實際上總是更少,因為總有一些不可避免地被耗散掉。
你會在引擎、馬達、燈泡和發電廠上看到效率標示。有一個誠實而令人意外的極限:把熱轉成功的熱機,有一個由卡諾循環設定的、遠低於 100% 的理論上限,無論設計得多巧妙都突破不了——這是自然律,不是工程做不到。而那些浪費掉的能量從未被消滅;它只是被耗散到周圍環境變成熱,散得太開而無法再利用。
一台馬達吸收 500 J 的電能來吊起一個負載,給了它 400 J 的重力位能。它的效率是 400 / 500 = 0.8 = 80%。少掉的 100 J 被耗散成電線和軸承裡的熱——沒有被消滅,只是不再有用了。
八成有用、兩成變成熱:沒有一台真實的機器能把拿到的全數還回來。
效率永遠不可能超過 100%——宣稱輸出大於輸入會違反能量守恆。熱機還面臨一個更嚴格、由熱力學設定的低於 100% 的上限,無論做工多精良都一樣。
又稱
另見