Warmteafvoer versus voltooid werk
We gebruiken elektrische, mechanische of andere soorten systemen om wat werk gedaan te krijgen. We gebruiken bijvoorbeeld de elektrische apparatuur genaamd 'bulb' om licht te krijgen. In een lamp wordt elektrische energie omgezet in lichtenergie (of in elektromagnetische golven). Alle elektrische energie die in een lamp wordt geleverd, wordt echter niet omgezet in licht, hoewel we dat wel zouden willen. Een deel van de elektrische energie wordt omgezet in warmte (wat we niet willen), en dit staat bekend als warmteafvoer. De hoeveelheid energie die daadwerkelijk wordt omgezet in licht (dit is een bepaald percentage van de totale geleverde energie) wordt het ‘werk volbracht’ genoemd.
Warmteafvoer
Elk dynamisch systeem (elektrisch, mechanisch of enig ander) verdrijft wat warmte vanwege vele redenen, zoals wrijving, impedantie, turbulentie enz. Dit is een ongewenst, maar onvermijdelijk fenomeen volgens de wetten van de thermodynamica. We kunnen de hoeveelheid warmteafvoer echter minimaliseren door een goed systeemontwerp. Zo kan ‘power factor correction’ in elektrische systemen de warmteafvoer in grotere mate verminderen.
In het geval van een gloeilamp wordt warmte afgevoerd wanneer de stroom door de gloeidraad vloeit. Het stra alt niet alleen gewenste lichtgolven uit, maar ook warmte. De warmteafvoer is lager bij CFL- en LED-lampen in vergelijking met gloeilampen. Volgens de begrippen 'entropie' en 'Carnot-cyclus' in de thermodynamica is warmteafvoer onvermijdelijk, hoewel deze kan worden geminimaliseerd.
Werk volbracht
In een systeem is volbracht werk de energie die is omgezet in wat we nodig hebben. Voor een lamp is dit de hoeveelheid lichtenergie die wordt uitgestraald. Voor een motor is dit de kinetische energie van het draaiende deel. Voor een televisie is het licht- en geluidsenergie die ervan wordt uitgestraald. Het percentage van het geleverde werk ten opzichte van de totale geleverde energie staat bekend als 'efficiëntie'. Het verrichte werk is altijd minder dan de totale geleverde energie, omdat een zekere mate van warmteafvoer onvermijdelijk is. Daarom zijn 100% efficiënte systemen onmogelijk. Zelfs een volledig mechanisch systeem zal door wrijving wat warmte afvoeren.
Wat is het verschil tussen warmteafvoer en voltooid werk?
1. Het verrichte werk is de hoeveelheid energie die wordt omgezet in de gewenste output, waarbij warmtedissipatie de energie is die als warmte wordt verspild.
2. Het volbrachte werk is het gewenste deel en warmteafvoer is ongewenst.
3. Hoewel ongewenst, kan warmteafvoer volgens de natuurkundige wetten niet tot nul worden teruggebracht.
4. Als het percentage van de geleverde arbeid ten opzichte van de totale geleverde energie hoger is, is het systeem 'hoog efficiënt', waar het systeem 'laag efficiënt' is als de warmteafvoer hoger is.
