Η θερμική απόδοση είναι ένα μέτρο της ενέργειας εξόδου διαιρούμενο με την ενέργεια εισόδου σε ένα σύστημα. Πρέπει να είναι μεταξύ 0% και 100%. Ένα επίπεδο 100% θα σήμαινε ότι όλη η ενέργεια που διατίθεται σε ένα σύστημα βγαίνει, αν και με διαφορετική μορφή. Οι θερμικές μηχανές και τα ψυγεία έχουν και οι δύο συσχετισμένες θερμικές αποδόσεις, αν και προσπαθούν να επιτύχουν αντίθετους στόχους. Οι πραγματικές θερμικές αποδόσεις γενικά πέφτουν σημαντικά κάτω από το 100% για διάφορους λόγους.
Σε έναν βενζινοκινητήρα, η ενέργεια εισόδου αποθηκεύεται στους χημικούς δεσμούς ενός καυσίμου υδρογονάνθρακα. Ένα μόριο υδρογονάνθρακα αποτελείται εξ ολοκλήρου από υδρογόνο και άνθρακα. Όταν αυτά τα μόρια συνδυάζονται με οξυγόνο, μπορούν να αντιδράσουν χημικά και να σχηματίσουν μονοξείδιο του άνθρακα και νερό. Στην ουσία, το μόριο του υδρογονάνθρακα διασπάται και συνδυάζεται με άτομα οξυγόνου. Το μέρος αυτής της αντίδρασης που είναι χρήσιμο για έναν κινητήρα, ωστόσο, είναι η θερμότητα που απελευθερώνεται. Η θερμότητα που απελευθερώνεται από την καύση της βενζίνης είναι η σχετική ενέργεια εισόδου στη θερμική απόδοση.
Η ενέργεια εξόδου στον υπολογισμό της απόδοσης ενός κινητήρα δεν είναι θερμότητα, αλλά μηχανική εργασία. Στη φυσική, έργο είναι η ποσότητα ενέργειας που μεταφέρεται από μια δύναμη που ενεργεί σε απόσταση. Η ώθηση ενός κουτιού πάνω από το χαλί σε μια ορισμένη απόσταση απαιτεί μια πεπερασμένη ποσότητα εργασίας. αυτό είναι ίσο με το γινόμενο της απόστασης που μετακινήθηκε και της μέσης δύναμης που ασκήθηκε. Με τον ίδιο τρόπο, ένας βενζινοκινητήρας λειτουργεί όταν κινεί τους τροχούς ενός αυτοκινήτου.
Στην περίπτωση του ψυγείου ή του κλιματιστικού, η σχέση θερμότητας-εργασίας αντιστρέφεται. Το επιθυμητό αποτέλεσμα σε αυτήν την κατάσταση είναι να αφαιρέσετε τη θερμότητα από ένα σύστημα και να την απορρίψετε στο εξωτερικό περιβάλλον. Η διαθέσιμη είσοδος, επομένως, είναι μηχανική εργασία, η οποία συχνά παρέχεται από έναν ηλεκτρικό συμπιεστή. Ο υπολογισμός της απόδοσης, ωστόσο, εξακολουθεί να απαιτεί τη διαίρεση της ενέργειας εξόδου με την ενέργεια εισόδου. Η διαφορά από έναν βενζινοκινητήρα, φυσικά, είναι ότι η έξοδος είναι θερμότητα και η είσοδος είναι εργασία.
Ένας τυπικός κινητήρας αυτοκινήτου έχει θερμική απόδοση μικρότερη από 35%. Αυτός ο αριθμός φαίνεται χαμηλός για δύο σημαντικούς λόγους. Πρώτα απ ‘όλα, υπάρχει ένα θεωρητικό ανώτατο όριο στη θερμική απόδοση οποιασδήποτε θερμικής μηχανής που έχει να κάνει με τη θερμοκρασία του συστήματος έναντι της θερμοκρασίας περιβάλλοντος. Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά θερμοκρασίας, τόσο μεγαλύτερη είναι η μέγιστη απόδοση που μπορεί να επιτύχει ένας ιδανικός κινητήρας χωρίς τριβές. Αυτό ονομάζεται απόδοση Carnot.
Ο δεύτερος λόγος για τον οποίο οι κινητήρες των αυτοκινήτων έχουν φαινομενικά χαμηλή απόδοση είναι ότι οι κινητήρες δεν μπορούν να κατασκευαστούν για να συμπεριφέρονται με τον ιδανικό τρόπο. Η τριβή μεταξύ κινούμενων μερών τείνει συνεχώς να επιβραδύνει τον κινητήρα. Κάποια θερμότητα διαφεύγει από τον θάλαμο καύσης και γίνεται άχρηστη για τον κινητήρα. Το καύσιμο δεν καίγεται πάντα στην υψηλότερη θερμοκρασία που επιτυγχάνεται, μειώνοντας την ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται. Για αυτούς τους λόγους, η θερμική απόδοση σε συσκευές πραγματικού κόσμου τείνει να είναι πολύ κάτω από το 100%.