Hvad er effektivitet i fysik definition. Forbrændingsmotoreffektivitet

Grundlæggende teoretisk information

Mekanisk arbejde

Bevægelsens energikarakteristika introduceres ud fra konceptet mekanisk arbejde eller tvangsarbejde. Arbejde udført af en konstant kraft F kaldes en fysisk størrelse, lig med produktet kraft- og forskydningsmoduler ganget med cosinus af vinklen mellem kraftvektorerne F og bevægelser S:

Arbejde er en skalær størrelse. Den kan enten være positiv (0° ≤ α < 90°), так и отрицательна (90° < α ≤ 180°). På α = 90° arbejdet udført af kraften er nul. I SI-systemet måles arbejde i joule (J). En joule er lig med det arbejde, som en kraft på 1 newton udfører for at bevæge sig 1 meter i kraftens retning.

Hvis kraften ændrer sig over tid, skal du for at finde værket bygge en graf over kraften versus forskydning og finde arealet af figuren under grafen - dette er arbejdet:

Et eksempel på en kraft, hvis modul afhænger af koordinaten (forskydningen) er den elastiske kraft af en fjeder, som adlyder Hookes lov ( F kontrol = kx).

Strøm

Det arbejde, der udføres af en kraft pr. tidsenhed, kaldes strøm. Strøm P(nogle gange angivet med bogstavet N) – fysisk mængde svarende til arbejdsforholdet EN til en periode t hvor dette arbejde blev afsluttet:

Denne formel beregner gennemsnitlig effekt, dvs. magt, der generelt karakteriserer processen. Så arbejde kan også udtrykkes i kraft: EN = Pt(hvis naturligvis kraften og tidspunktet for arbejdets udførelse er kendt). Effektenheden kaldes watt (W) eller 1 joule pr. sekund. Hvis bevægelsen er ensartet, så:

Ved hjælp af denne formel kan vi beregne øjeblikkelig kraft(strøm ind dette øjeblik tid), hvis vi i stedet for hastighed erstatter værdien af ​​øjeblikkelig hastighed i formlen. Hvordan ved du, hvilken magt du skal tælle? Hvis problemet beder om strøm på et tidspunkt eller på et tidspunkt i rummet, så overvejes øjeblikkelig. Hvis de spørger om strøm over en bestemt periode eller en del af ruten, så kig efter gennemsnitseffekt.

Effektivitet – koefficient nyttig handling , er lig med forholdet nyttigt arbejde at forbruge, eller nyttig magt at forbruge:

Hvilket arbejde der er nyttigt, og hvilket der er spildt, bestemmes ud fra betingelserne for en konkret opgave gennem logiske ræsonnementer. For eksempel, hvis en kran udfører arbejdet med at løfte en byrde til en vis højde, så vil det nyttige arbejde være arbejdet med at løfte lasten (da det er til dette formål, at kranen blev skabt), og det forbrugte arbejde vil være arbejdet udført af kranens elmotor.

Så nyttig og brugt magt har ikke en streng definition og findes ved logisk ræsonnement. I hver opgave skal vi selv bestemme, hvad der i denne opgave var målet med at udføre arbejde (nyttigt arbejde eller magt), og hvad var mekanismen eller måden at udføre alt arbejdet på (forbrugt kraft eller arbejde).

Generelt viser effektivitet, hvor effektivt en mekanisme omdanner én type energi til en anden. Hvis kraften ændrer sig over tid, findes værket som arealet af figuren under grafen for magt versus tid:

Kinetisk energi

En fysisk størrelse lig med halvdelen af ​​produktet af en krops masse og kvadratet af dens hastighed kaldes kroppens kinetiske energi (bevægelsesenergi):

Det vil sige, at hvis en bil, der vejer 2000 kg, bevæger sig med en hastighed på 10 m/s, så har den kinetisk energi svarende til E k = 100 kJ og er i stand til at udføre 100 kJ arbejde. Denne energi kan omdannes til varme (når en bil bremser, bliver gummiet i hjulene, vejen og bremseskiverne varmet op) eller kan bruges på at deformere bilen og det karrosseri, som bilen kolliderede med (ved en ulykke). Ved beregning kinetisk energi det er lige meget, hvor bilen bevæger sig, da energi ligesom arbejde er en skalær størrelse.

En krop har energi, hvis den kan arbejde. For eksempel har en bevægelig krop kinetisk energi, dvs. bevægelsesenergi og er i stand til at udføre arbejde med at deformere kroppe eller give acceleration til kroppe, med hvilke der opstår en kollision.

Den fysiske betydning af kinetisk energi: for at et legeme i hvile med en masse m begyndte at bevæge sig med fart v det er nødvendigt at udføre arbejde svarende til den opnåede værdi af kinetisk energi. Hvis kroppen har en masse m bevæger sig med hastighed v, så for at stoppe det er det nødvendigt at udføre arbejde svarende til dens indledende kinetiske energi. Ved bremsning "tages" kinetisk energi hovedsageligt (bortset fra tilfælde af stød, hvor energien går til deformation) af friktionskraften.

Sætning om kinetisk energi: den resulterende krafts arbejde er lig med ændringen i kroppens kinetiske energi:

Sætningen om kinetisk energi er også gyldig i det generelle tilfælde, når et legeme bevæger sig under påvirkning af en skiftende kraft, hvis retning ikke falder sammen med bevægelsesretningen. Det er praktisk at anvende dette teorem i problemer, der involverer acceleration og deceleration af et legeme.

Potentiel energi

Sammen med kinetisk energi eller bevægelsesenergi spiller begrebet en vigtig rolle i fysik potentiel energi eller energi af interaktion mellem kroppe.

Potentiel energi bestemmes af kroppens relative position (for eksempel kroppens position i forhold til jordens overflade). Begrebet potentiel energi kan kun introduceres for kræfter, hvis virke ikke afhænger af kroppens bane og kun bestemmes af de indledende og endelige positioner (den såkaldte konservative kræfter). Arbejdet udført af sådanne kræfter på en lukket bane er nul. Denne egenskab er besat af tyngdekraft og elastisk kraft. For disse kræfter kan vi introducere begrebet potentiel energi.

Potentiel energi af et legeme i jordens tyngdefelt beregnet med formlen:

Den fysiske betydning af den potentielle energi i et legeme: potentiel energi er lig med tyngdekraftens arbejde, når kroppen sænkes til nulniveau ( h– afstand fra kroppens tyngdepunkt til nulniveau). Hvis en krop har potentiel energi, så er den i stand til at udføre arbejde, når denne krop falder fra en højde h til nul niveau. Tyngdekraftens arbejde er lig med ændringen i kroppens potentielle energi, taget fra modsat fortegn:

Ofte skal man ved energiproblemer finde arbejdet med at løfte (vende, komme ud af et hul) kroppen. I alle disse tilfælde er det nødvendigt at overveje bevægelsen ikke af kroppen selv, men kun af dens tyngdepunkt.

Den potentielle energi Ep afhænger af valget af nulniveauet, det vil sige af valget af oprindelsen af ​​OY-aksen. I hver opgave er nulniveauet valgt af bekvemmelighedsgrunde. Det, der har en fysisk betydning, er ikke selve den potentielle energi, men dens forandring, når en krop bevæger sig fra en position til en anden. Denne ændring er uafhængig af valget af nulniveau.

Potentiel energi af en strakt fjeder beregnet med formlen:

Hvor: k– fjederstivhed. En forlænget (eller komprimeret) fjeder kan sætte en krop, der er knyttet til den, i bevægelse, det vil sige, give kinetisk energi til denne krop. Følgelig har en sådan fjeder en reserve af energi. Spænding eller kompression x skal beregnes ud fra kroppens udeformerede tilstand.

Den potentielle energi af et elastisk deformeret legeme er lig med det arbejde, der udføres af den elastiske kraft under overgangen fra denne tilstand ind i en tilstand med nul deformation. Hvis i den oprindelige tilstand var fjederen allerede deformeret, og dens forlængelse var lig med x 1, derefter ved overgang til en ny tilstand med forlængelse x 2, vil den elastiske kraft arbejde svarende til ændringen i potentiel energi, taget med det modsatte fortegn (da den elastiske kraft altid er rettet mod kroppens deformation):

Potentiel energi under elastisk deformation er energien af ​​interaktion mellem individuelle dele af kroppen med hinanden af ​​elastiske kræfter.

Friktionskraftens arbejde afhænger af den tilbagelagte vej (denne type kraft, hvis arbejde afhænger af banen og den tilbagelagte vej kaldes: dissipative kræfter). Begrebet potentiel energi for friktionskraften kan ikke introduceres.

Effektivitet

Effektivitetsfaktor (effektivitet)– karakteristisk for effektiviteten af ​​et system (enhed, maskine) i forhold til omdannelse eller transmission af energi. Det bestemmes af forholdet mellem nyttigt brugt energi til den samlede mængde energi modtaget af systemet (formlen er allerede givet ovenfor).

Effektivitet kan beregnes både gennem arbejde og gennem kraft. Nyttigt og brugt arbejde (kraft) bestemmes altid af simple logiske ræsonnementer.

I elektriske motorer Effektivitet er forholdet mellem det udførte (nyttige) mekaniske arbejde i forhold til elektrisk energi, modtaget fra kilden. I varmemotorer er forholdet mellem nyttigt mekanisk arbejde og mængden af ​​forbrugt varme. I elektriske transformere er forholdet mellem den elektromagnetiske energi, der modtages i sekundærviklingen, og den energi, der forbruges af primærviklingen.

På grund af dets almene karakter gør begrebet effektivitet det muligt at sammenligne og vurdere sådanne forskellige systemer, Hvordan atomreaktorer, elektriske generatorer og motorer, termiske kraftværker, halvlederenheder, biologiske objekter mv.

På grund af uundgåelige energitab på grund af friktion, opvarmning af omgivende kroppe mv. Effektivitet er altid mindre end enhed. Effektiviteten udtrykkes derfor som en brøkdel af den brugte energi, det vil sige i form af en egentlig brøkdel eller som en procentdel, og er en dimensionsløs størrelse. Effektivitet karakteriserer, hvor effektivt en maskine eller mekanisme fungerer. Effektiviteten af ​​termiske kraftværker når 35-40%, forbrændingsmotorer med overladning og forkøling - 40-50%, dynamoer og højeffektsgeneratorer - 95%, transformere - 98%.

Et problem, hvor du skal finde effektiviteten, eller det er kendt, skal du starte med logisk ræsonnement - hvilket arbejde der er nyttigt, og hvilket der er spildt.

Loven om bevarelse af mekanisk energi

Samlet mekanisk energi kaldes summen af ​​kinetisk energi (dvs. energien af ​​bevægelse) og potentiale (dvs. energien af ​​vekselvirkning mellem legemer med tyngdekraften og elasticiteten):

Hvis mekanisk energi ikke omdannes til andre former, for eksempel til intern (termisk) energi, så forbliver summen af ​​kinetisk og potentiel energi uændret. Hvis mekanisk energi bliver til termisk energi, så er ændringen i mekanisk energi lig med arbejdet med friktionskraften eller energitabene, eller mængden af ​​frigivet varme og så videre, med andre ord er ændringen i den samlede mekaniske energi lig. til ydre kræfters arbejde:

Summen af ​​den kinetiske og potentielle energi af de legemer, der udgør et lukket system (dvs. et, hvor der ikke er nogen ydre kræfter, der virker, og deres arbejde er tilsvarende nul) og de gravitations- og elastiske kræfter, der interagerer med hinanden, forbliver uændret:

Dette udsagn udtrykker lov om energibevarelse (LEC) i mekaniske processer. Det er en konsekvens af Newtons love. Loven om bevarelse af mekanisk energi er kun opfyldt, når legemer i et lukket system interagerer med hinanden af ​​elasticitets- og tyngdekræfter. I alle problemer om loven om energibevarelse vil der altid være mindst to tilstande i et system af kroppe. Loven siger, at den samlede energi i den første tilstand vil være lig med den samlede energi i den anden tilstand.

Algoritme til løsning af problemer om loven om energibevarelse:

1. Find punkterne for kroppens indledende og endelige position.
2. Skriv ned hvilke eller hvilke energier kroppen har på disse punkter.
3. Sæt lighedstegn mellem kroppens indledende og endelige energi.
4. Tilføj andre nødvendige ligninger fra tidligere emner i fysik.
5. Løs den resulterende ligning eller ligningssystem ved hjælp af matematiske metoder.

Det er vigtigt at bemærke, at loven om bevarelse af mekanisk energi gjorde det muligt at opnå et forhold mellem et legemes koordinater og hastigheder på to forskellige punkter af banen uden at analysere kroppens bevægelseslov på alle mellemliggende punkter. Anvendelsen af ​​loven om bevarelse af mekanisk energi kan i høj grad forenkle løsningen af ​​mange problemer.

I reelle forhold Næsten altid påvirkes bevægelige legemer sammen med gravitationskræfter, elastiske kræfter og andre kræfter af friktionskræfter eller miljømæssige modstandskræfter. Det arbejde, som friktionskraften udfører, afhænger af banens længde.

Hvis friktionskræfter virker mellem de legemer, der udgør et lukket system, så bevares mekanisk energi ikke. En del af den mekaniske energi omdannes til indre energi i legemer (opvarmning). Således bevares energien som helhed (dvs. ikke kun mekanisk) under alle omstændigheder.

Under fysiske interaktioner hverken vises eller forsvinder energi. Det skifter bare fra en form til en anden. Dette eksperimentelt etablerede faktum udtrykker en grundlæggende naturlov -.

loven om bevarelse og omdannelse af energi En af konsekvenserne af loven om bevarelse og omdannelse af energi er udsagnet om umuligheden af ​​at skabe " evighedsmaskine

"(perpetuum mobile) - en maskine, der kunne arbejde i det uendelige uden at forbruge energi.

Diverse arbejdsopgaver Hvis problemet kræver at finde mekanisk arbejde

1. , og vælg derefter først, hvordan du finder det: EN = Et job kan findes ved hjælp af formlen: FS α ∙cos
2. . Find den kraft, der udfører arbejdet, og mængden af ​​forskydning af kroppen under påvirkning af denne kraft i den valgte referenceramme. Bemærk, at vinklen skal vælges mellem kraft- og forskydningsvektorerne.
3. Arbejdet udført af en ydre kraft kan findes som forskellen i mekanisk energi i slut- og startsituationen. Mekanisk energi er lig med summen af ​​kroppens kinetiske og potentielle energier. EN = Arbejdet udført for at løfte en krop med konstant hastighed kan findes ved hjælp af formlen: mgh h, Hvor - højden, som den stiger til.
4. kroppens tyngdepunkt EN = Pt.
5. Arbejde kan findes som et produkt af magt og tid, dvs. efter formlen:

Værket kan findes som arealet af figuren under grafen for kraft versus forskydning eller kraft versus tid.

Loven om bevarelse af energi og dynamik i rotationsbevægelse

1. Problemerne i dette emne er ganske komplekse matematisk, men hvis du kender tilgangen, kan de løses ved hjælp af en helt standardalgoritme. I alle problemer bliver du nødt til at overveje kroppens rotation i det lodrette plan. Løsningen vil komme ned til følgende rækkefølge af handlinger:
2. Du skal bestemme det punkt, du er interesseret i (det punkt, hvor du skal bestemme kroppens hastighed, trådens spændingskraft, vægt og så videre).
3. Skriv Newtons anden lov ned på dette tidspunkt under hensyntagen til, at kroppen roterer, det vil sige, at den har centripetalacceleration. Skriv ned loven om bevarelse af mekanisk energi, så den indeholder kroppens hastighed i samme interessant pointe
4. Afhængigt af betingelsen skal du udtrykke den kvadrerede hastighed fra den ene ligning og erstatte den med den anden.
5. Udfør de resterende nødvendige matematiske operationer for at opnå det endelige resultat.

Når du løser problemer, skal du huske at:

• Betingelsen for at passere toppunktet ved rotation på et gevind med minimumshastighed er støttereaktionskraften N ved toppunktet er 0. Samme betingelse er opfyldt, når man passerer det øverste punkt i den døde sløjfe.
• Når du roterer på en stang, er betingelsen for at passere hele cirklen: minimumshastigheden ved toppunktet er 0.
• Betingelsen for adskillelse af et legeme fra overfladen af ​​kuglen er, at støttereaktionskraften ved adskillelsespunktet er nul.

Uelastiske kollisioner

Loven om bevarelse af mekanisk energi og loven om bevarelse af momentum gør det muligt at finde løsninger på mekaniske problemer i tilfælde, hvor ukendt aktive kræfter. Et eksempel på denne type problemer er kroppes påvirkningsinteraktion.

Ved sammenstød (eller kollision) Det er sædvanligt at kalde en kortsigtet interaktion mellem kroppe, som et resultat af hvilken deres hastigheder oplever betydelige ændringer. Under en kollision af kroppe virker kortvarige stødkræfter mellem dem, hvis størrelse som regel er ukendt. Derfor er det umuligt at overveje virkningsinteraktionen direkte ved hjælp af Newtons love. Anvendelsen af ​​lovene om bevarelse af energi og momentum gør det i mange tilfælde muligt at udelukke selve kollisionsprocessen fra overvejelse og opnå en forbindelse mellem legemers hastigheder før og efter kollisionen, og omgå alle mellemværdier af disse mængder.

Vi er ofte nødt til at beskæftige os med kroppens påvirkningsinteraktion i hverdagen, i teknologi og i fysik (især i atomets fysik og elementære partikler). I mekanik bruges ofte to modeller for stødinteraktion - absolut elastiske og absolut uelastiske stød.

Absolut uelastisk effekt De kalder denne påvirkningsinteraktion, hvor kroppe forbinder (holder sammen) med hinanden og går videre som én krop.

Ved en fuldstændig uelastisk kollision bevares mekanisk energi ikke. Det bliver helt eller delvist til kroppens indre energi (opvarmning). For at beskrive eventuelle påvirkninger skal du nedskrive både loven om bevarelse af momentum og loven om bevarelse af mekanisk energi under hensyntagen til den frigivne varme (det er stærkt tilrådeligt at lave en tegning først).

Absolut elastisk stød

Absolut elastisk stød kaldes en kollision, hvor den mekaniske energi i et system af kroppe bevares. I mange tilfælde overholder kollisioner af atomer, molekyler og elementarpartikler lovene om absolut elastisk påvirkning. Med en absolut elastisk påvirkning, sammen med loven om bevarelse af momentum, er loven om bevarelse af mekanisk energi opfyldt. Et simpelt eksempel En perfekt elastisk kollision kan være et centralt sammenstød af to billardkugler, hvoraf den ene var i ro før sammenstødet.

Central strejke kugler kaldes en kollision, hvor kuglernes hastigheder før og efter sammenstødet er rettet langs centerlinjen. Ved at bruge lovene om bevarelse af mekanisk energi og momentum er det således muligt at bestemme kuglernes hastigheder efter en kollision, hvis deres hastigheder før kollisionen er kendt. Den centrale strejke gennemføres meget sjældent i praksis, især hvis vi taler om om kollisioner af atomer eller molekyler. Ved en ikke-central elastisk kollision er hastighederne af partikler (kugler) før og efter kollisionen ikke rettet i én lige linje.

Et særligt tilfælde af en off-central elastisk sammenstød kan være kollisionen af ​​to billardkugler af samme masse, hvoraf den ene var ubevægelig før kollisionen, og hastigheden af ​​den anden var ikke rettet langs linjen af ​​kuglernes centre . I dette tilfælde er kuglernes hastighedsvektorer efter en elastisk kollision altid rettet vinkelret på hinanden.

Fredningslove. Komplekse opgaver

Flere kroppe

I nogle problemer med loven om bevarelse af energi kan de kabler, som visse objekter flyttes med, have masse (det vil sige ikke være vægtløse, som du måske allerede er vant til). I dette tilfælde skal arbejdet med at flytte sådanne kabler (nemlig deres tyngdepunkter) også tages i betragtning.

Hvis to legemer forbundet med en vægtløs stang roterer i et lodret plan, så:

1. vælg et nulniveau for at beregne potentiel energi, for eksempel på niveau med rotationsaksen eller på niveau med laveste punkt at finde en af ​​ladningerne og lave en tegning;
2. nedskriv loven om bevarelse af mekanisk energi, hvor vi på venstre side skriver summen af ​​begge legemers kinetiske og potentielle energi i udgangssituationen, og på højre side skriver vi summen af ​​den kinetiske og potentielle energi af begge organer i den endelige situation;
3. tag i betragtning, at legemernes vinkelhastigheder er de samme, så er legemernes lineære hastigheder proportionale med rotationsradierne;
4. skriv eventuelt Newtons anden lov ned for hver af legemerne separat.

Skallen brast

Når et projektil eksploderer, frigives eksplosiv energi. For at finde denne energi er det nødvendigt at trække projektilets mekaniske energi før eksplosionen fra summen af ​​fragmenternes mekaniske energier efter eksplosionen. Vi vil også bruge loven om bevarelse af momentum, skrevet i form af cosinussætningen (vektormetoden) eller i form af projektioner på udvalgte akser.

Sammenstød med en tung plade

Lad os møde en tung plade, der bevæger sig med fart v, en let massekugle bevæger sig m med fart u n. Da boldens momentum er meget mindre end pladens momentum, vil pladens hastighed ikke ændre sig efter stødet, og den vil fortsætte med at bevæge sig med samme hastighed og i samme retning. Som følge af det elastiske stød vil bolden flyve væk fra pladen. Det er vigtigt at forstå det her boldens hastighed i forhold til pladen vil ikke ændre sig. I dette tilfælde får vi for boldens endelige hastighed:

Således øges boldens hastighed efter stød med det dobbelte af murens hastighed. Lignende begrundelse for det tilfælde, hvor bolden og pladen før sammenstødet bevægede sig i samme retning, fører til det resultat, at boldens hastighed falder med det dobbelte af væggens hastighed:

I fysik og matematik skal blandt andet tre vigtigste betingelser være opfyldt:

1. Studer alle emner, og udfør alle test og opgaver givet i undervisningsmaterialerne på dette websted. For at gøre dette behøver du slet ikke noget, nemlig: afsætte tre til fire timer hver dag til at forberede dig til CT i fysik og matematik, studere teori og løse problemer. Faktum er, at CT er en eksamen, hvor det ikke er nok kun at kunne fysik eller matematik, du skal også kunne løse hurtigt og uden fejl et stort antal af opgaver til forskellige emner Og af varierende kompleksitet. Sidstnævnte kan kun læres ved at løse tusindvis af problemer.
2. Lær alle formler og love i fysik, og formler og metoder i matematik. Faktisk er dette også meget enkelt at gøre, nødvendige formler i fysik er der kun omkring 200 stykker, og i matematik endda lidt færre. Hvert af disse emner har omkring et dusin standardmetoder til at løse problemer basis niveau vanskeligheder, der også kan læres, og dermed løses helt automatisk og uden besvær rigtige øjeblik det meste af DH. Herefter skal du kun tænke på de sværeste opgaver.
3. Deltag i alle tre faser af repetitionstest i fysik og matematik. Hver RT kan besøges to gange for at tage stilling til begge muligheder. Igen skal du på CT'en, udover evnen til hurtigt og effektivt at løse problemer, og kendskab til formler og metoder, også kunne planlægge tid ordentligt, fordele kræfter og vigtigst af alt udfylde svarskemaet korrekt, uden at forvirrende antallet af svar og problemer, eller dit eget efternavn. Også under RT er det vigtigt at vænne sig til stilen med at stille spørgsmål i problemer, hvilket kan virke meget usædvanligt for en uforberedt person på DT.

Succesfuld, flittig og ansvarlig implementering af disse tre punkter vil give dig mulighed for at vise et fremragende resultat ved CT, det maksimale af hvad du er i stand til.

Har du fundet en fejl?

Hvis du mener, du har fundet en fejl i undervisningsmateriale, så skriv venligst om det på e-mail. Du kan også rapportere en fejl til Socialt netværk(). Angiv i brevet emnet (fysik eller matematik), navnet eller nummeret på emnet eller testen, nummeret på opgaven eller det sted i teksten (siden), hvor der efter din mening er en fejl. Beskriv også, hvad den formodede fejl er. Dit brev vil ikke gå ubemærket hen, fejlen bliver enten rettet, eller du får forklaret, hvorfor det ikke er en fejl.

Effektivitet (Effektivitet) - karakteristisk for effektiviteten af ​​et system (enhed, maskine) i forhold til omdannelse eller transmission af energi. Bestemt af forholdet mellem nyttigt brugt energi og den samlede mængde energi modtaget af systemet; normalt betegnet η ("dette"). η = Wpol/Wcym. Effektivitet er en dimensionsløs størrelse og måles ofte som en procentdel. Matematisk kan definitionen af ​​effektivitet skrives som:

X 100 %,

Hvor EN- nyttigt arbejde, og Q- brugt energi.

På grund af loven om energibevarelse er effektiviteten altid mindre end eller lig med enhed, det vil sige, at det er umuligt at opnå mere nyttigt arbejde end den brugte energi.

Varmemotoreffektivitet- forholdet mellem motorens fuldstændige nyttige arbejde og energien modtaget fra varmeren. Effektivitet varmemotor kan beregnes ved hjælp af følgende formel

,

hvor er mængden af ​​varme modtaget fra varmeapparatet, er mængden af ​​varme, der gives til køleskabet. Højeste effektivitet blandt cykliske maskiner, der arbejder ved givne varmekildetemperaturer T 1 og kold T 2, har varmemotorer, der kører på Carnot-cyklussen; denne marginale effektivitet er lig med

.

Ikke alle indikatorer, der karakteriserer effektiviteten af ​​energiprocesser, svarer til ovenstående beskrivelse. Selvom de traditionelt eller fejlagtigt kaldes "effektivitet", kan de have andre egenskaber, især over 100 %.

Kedel effektivitet

Hovedartikel: Kedel varmebalance

Effektiviteten af ​​kedler til fossilt brændstof beregnes traditionelt ud fra den lavere brændværdi; det antages, at fugten fra forbrændingsprodukterne forlader kedlen i form af overophedet damp. I kondenserende kedler denne fugt kondenserer, kondensationsvarmen bruges med fordel. Når man beregner effektivitet ud fra den lavere brændværdi, kan den ende med at blive større end én. I dette tilfælde ville det være mere korrekt at beregne det ved den højere brændværdi, som tager hensyn til varmen fra dampkondensation; imidlertid er ydelsen af ​​en sådan kedel svær at sammenligne med data om andre installationer.

Varmepumper og kølere

Fordelen ved varmepumper som varmeudstyr er evnen til nogle gange at modtage mere varme end den energi, der forbruges til deres drift; på samme måde kan en kølemaskine fjerne mere varme fra den afkølede ende, end der bruges på at organisere processen.

Effektiviteten af ​​sådanne varmemotorer er kendetegnet ved ydeevnekoefficient(til kølemaskiner) el transformationsforhold(til varmepumper)

,

hvor tages varmen fra den kolde ende (i kølemaskiner) eller overføres til den varme ende (i varmepumper); - det arbejde (eller elektricitet) brugt på denne proces. Den omvendte Carnot-cyklus har de bedste ydelsesindikatorer for sådanne maskiner: den har en ydelseskoefficient

,

hvor , er temperaturerne i de varme og kolde ender, . Denne værdi kan naturligvis være vilkårligt stor; Selvom det er svært at nærme sig praktisk, kan ydeevnekoefficienten stadig overstige enhed. Dette er ikke i modstrid med termodynamikkens første lov, da der ud over energien tages i betragtning EN(f.eks. elektrisk), til opvarmning Q Der tages også energi fra den kolde kilde.

Litteratur

• Peryshkin A.V. Fysik. 8. klasse. - Bustard, 2005. - 191 s. - 50.000 eksemplarer.

- ISBN 5-7107-9459-7.

Noter

Wikimedia Foundation.:

2010.

Synonymer Se, hvad "Effektivitetsfaktor" er i andre ordbøger: effektivitet En størrelse, der karakteriserer perfektionen af ​​processerne for transformation, transformation eller overførsel af energi, som er forholdet mellem nyttig... ... Teknisk oversættervejledning

Eller returkoefficient (Effektivitet) er en karakteristik af driftskvaliteten af ​​enhver maskine eller apparat med hensyn til dens effektivitet. Ved effektivitet menes forholdet mellem mængden af ​​arbejde modtaget fra en maskine eller energi fra apparatet og mængden ... ... Marine Dictionary

- (effektivitet), en indikator for effektiviteten af ​​en mekanisme, defineret som forholdet mellem det arbejde, mekanismen udfører, og det arbejde, der er brugt på dens drift. Effektivitet normalt udtrykt i procent. En ideel mekanisme ville have effektivitet =... ... Videnskabelig og teknisk encyklopædisk ordbog

Moderne encyklopædi

- (effektivitet) karakteristisk for effektiviteten af ​​et system (enhed, maskine) i forhold til energiomdannelse; bestemmes af forholdet mellem nyttigt brugt energi (omdannet til arbejde under en cyklisk proces) og den samlede mængde energi,... ... Stor encyklopædisk ordbog

- (effektivitet), karakteristisk for effektiviteten af ​​et system (enhed, maskine) i forhold til omdannelse eller transmission af energi; er bestemt af forholdet m) mellem nyttigt brugt energi (Wtotal) og den samlede mængde energi (Wtotal) modtaget af systemet; h=Wgulv… … Fysisk encyklopædi

- (effektivitet) forhold mellem nyttigt brugt energi W p, for eksempel. i form af arbejde, til den samlede mængde energi W modtaget af systemet (maskine eller motor), W p/W. På grund af uundgåelige energitab på grund af friktion og andre ikke-ligevægtsprocesser for rigtige systemer... ... Fysisk encyklopædi

Forholdet mellem forbrugt nyttigt arbejde eller modtaget energi og alt forbrugt arbejde eller henholdsvis energiforbrug. For eksempel er effektiviteten af ​​en elektrisk motor forholdet mellem mekanisk. den strøm, den afgiver til den elektricitet, der leveres til den. strøm; TIL.… … Teknisk jernbaneordbog

Navneord, antal synonymer: 8 effektivitet (4) tilbagevenden (27) frugtbarhed (10) ... Synonym ordbog

Effektivitet- er en størrelse, der karakteriserer perfektionen af ​​ethvert system i forhold til enhver transformations- eller energioverførselsproces, der finder sted i det, defineret som forholdet mellem nyttigt arbejde og det arbejde, der bruges på aktivering... ... Encyklopædi af begreber, definitioner og forklaringer af byggematerialer

Effektivitet- (effektivitet), en numerisk karakteristik af energieffektiviteten af ​​enhver enhed eller maskine (inklusive en varmemotor). Effektiviteten bestemmes af forholdet mellem nyttigt brugt energi (dvs. omdannet til arbejde) og den samlede mængde energi... ... Illustreret encyklopædisk ordbog

Bøger

• Biokonverteringskoefficient, Yu F. Novikov, Hvad er mekanismen til at omdanne foder til husdyrprodukter, hvilken effektivitet fungerer det med, og hvordan øges det? - denne bog besvarer disse spørgsmål. I det... Kategori: Grafisk design og forarbejdning Serie: Populærvidenskabelig litteratur Forlag: Agropromizdat, Producent:

Effektivitetsfaktor (effektivitet) er en karakteristik af systemets ydeevne i forhold til omsætning eller overførsel af energi, som er bestemt af forholdet mellem den anvendte nytteenergi og den samlede energi modtaget af systemet.

Effektivitet- en dimensionsløs mængde, normalt udtrykt som en procentdel:

En varmemotors ydeevne (virkningsgrad) bestemmes af formlen: , hvor A = Q1Q2. Effektiviteten af ​​en varmemotor er altid mindre end 1.

Carnot cyklus er en reversibel cirkulær gasproces, som består af sekventielt at stå to isotermiske og to adiabatiske processer udført med arbejdsvæsken.

En cirkulær cyklus, som omfatter to isotermer og to adiabater, svarer til maksimal effektivitet.

Den franske ingeniør Sadi Carnot i 1824 udledte formlen for den maksimale effektivitet af en ideel varmemotor, hvor arbejdsvæsken er en ideel gas, hvis cyklus bestod af to isotermer og to adiabater, altså Carnot-cyklussen. Carnot-cyklussen er den virkelige arbejdscyklus for en varmemotor, der udfører arbejde på grund af den varme, der tilføres arbejdsvæsken i en isotermisk proces.

Formlen for effektiviteten af ​​Carnot-cyklussen, dvs. den maksimale effektivitet af en varmemotor, har formen: , hvor T1 - absolut temperatur varmelegeme, T2 - absolut temperatur i køleskabet.

Varme motorer- det er strukturer, hvor termisk energi omdannes til mekanisk energi.

Varmemotorer er forskellige både i design og formål. Disse omfatter dampmotorer, dampturbiner, forbrændingsmotorer og jetmotorer.

Men på trods af mangfoldigheden er driften af ​​forskellige varmemotorer i princippet fællestræk. Hovedkomponenterne i hver varmemotor er:

• varmeapparat;
• arbejdsvæske;
• køleskab.

Varmelegemet udsender termisk energi, mens du opvarmer arbejdsvæsken, som er placeret i motorens arbejdskammer. Arbejdsvæsken kan være damp eller gas.

Efter at have accepteret mængden af ​​varme, udvider gassen sig, fordi dens tryk er større end ydre tryk og bevæger stemplet, hvilket giver positivt arbejde. Samtidig falder dens tryk og volumen stiger.

Hvis vi komprimerer en gas, går gennem de samme tilstande, men i den modsatte retning, vil vi udføre den samme absolutte værdi, men negativt arbejde. Som et resultat vil alt arbejde pr. cyklus være nul.

For at en varmemotors arbejde skal være forskelligt fra nul, skal arbejdet med gaskompression være mindre end arbejdet med ekspansion.

For at kompressionsarbejdet bliver mindre end ekspansionsarbejdet er det nødvendigt at kompressionsprocessen foregår ved en lavere temperatur hertil skal arbejdsvæsken afkøles, hvorfor der indgår et køleskab i designet af varmemotoren. Arbejdsvæsken overfører varme til køleskabet, når den kommer i kontakt med den.

Indhold:

I processen med at flytte ladninger inde i et lukket kredsløb udføres en vis mængde arbejde af strømkilden. Det kan være nyttigt og komplet. I det første tilfælde flytter strømkilden ladninger i det eksterne kredsløb, mens de udfører arbejde, og i det andet tilfælde bevæger ladningerne sig gennem hele kredsløbet. I denne proces stor betydning har strømkildens effektivitet, defineret som forholdet mellem kredsløbets eksterne og samlede modstand. Hvis den indre modstand af kilden og den ydre modstand af belastningen er ens, vil halvdelen af ​​den samlede effekt gå tabt i selve kilden, og den anden halvdel vil blive frigivet ved belastningen. I dette tilfælde vil effektiviteten være 0,5 eller 50%.

Effektivitet i elektriske kredsløb

Den undersøgte effektivitetsfaktor er primært relateret til fysiske mængder, der karakteriserer hastigheden af ​​konvertering eller transmission af elektricitet. Blandt dem kommer effekt, målt i watt, først. Der er flere formler til at bestemme det: P = U x I = U2/R = I2 x R.

I elektriske kredsløb kan der være forskellig betydning henholdsvis spænding og lademængde, og det udførte arbejde er også forskelligt i hvert enkelt tilfælde. Meget ofte er der behov for at estimere den hastighed, hvormed elektricitet transmitteres eller omdannes. Denne hastighed repræsenterer den elektriske effekt, der svarer til arbejdet udført i en bestemt tidsenhed. I form af en formel vil denne parameter se således ud: P=A/∆t. Derfor vises arbejde som produktet af kraft og tid: A=P∙∆t. Den anvendte arbejdsenhed er .

For at bestemme, hvor effektiv en enhed, maskine, elektrisk kredsløb eller andet lignende system er i forhold til effekt og drift, anvendes effektivitet. Denne værdi er defineret som forholdet mellem nyttigt brugt energi til samlet antal energi, der kommer ind i systemet. Virkningsgraden er angivet med symbolet η, og defineres matematisk som formlen: η = A/Q x 100% = [J]/[J] x 100% = [%], hvor A er det arbejde, som forbrugeren udfører , Q er energien givet af kilden. I overensstemmelse med loven om energibevarelse er effektivitetsværdien altid lig med eller under enhed. Det betyder, at nyttigt arbejde ikke kan overstige den mængde energi, der bruges på at udføre det.

På denne måde bestemmes strømtabene i ethvert system eller enhed, såvel som graden af ​​deres anvendelighed. For eksempel i ledere opstår strømtab når elektricitet delvist omdannet til termisk energi. Mængden af ​​disse tab afhænger af lederens modstand, de er ikke integreret del nyttigt arbejde.

Der er en forskel udtrykt ved formlen ∆Q=A-Q, som tydeligt viser effekttabet. Her er sammenhængen mellem stigningen i effekttab og lederens modstand meget tydeligt synlig. Mest et lysende eksempel Der anvendes en glødelampe, hvis effektivitet ikke overstiger 15 %. De resterende 85% af strømmen omdannes til termisk, det vil sige infrarød stråling.

Hvad er effektiviteten af ​​en strømkilde

Den overvejede effektivitet af hele det elektriske kredsløb giver os mulighed for bedre at forstå fysisk essens Effektiviteten af ​​den nuværende kilde, hvis formel også består af forskellige mængder.

Mens du bevæger dig elektriske ladninger I et lukket elektrisk kredsløb udfører en strømkilde en vis mængde arbejde, der skelnes som nyttig og komplet. Mens den udfører nyttigt arbejde, flytter strømkilden ladninger i det eksterne kredsløb. Når de er fuldt funktionsdygtige, bevæger ladninger sig under påvirkning af en strømkilde gennem hele kredsløbet.

De vises som formler som følger:

• Nyttigt arbejde - Apolez = qU = IUt = I2Rt.
• Fuldt arbejde- Atoll = qε = Iεt = I2(R +r)t.

Baseret på dette kan vi udlede formler for den aktuelle kildes nyttige og samlede effekt:

• Nyttig kraft - Puse = Apoles /t = IU = I2R.
• Total effekt - Pfuld = Afuld/t = Iε = I2(R + r).

Som resultat, effektivitetsformel den aktuelle kilde har følgende form:

• η = Apoles/Atoll = Puse/Ptot = U/ε = R/(R + r).

Maksimal nyttig effekt opnås ved en vis værdi af ekstern kredsløbsmodstand, afhængigt af egenskaberne for den aktuelle kilde og belastning. Man bør dog være opmærksom på uforeneligheden af ​​maksimal nettoeffekt og maksimal effektivitet.

Undersøgelse af strømkildens strøm og effektivitet

Effektiviteten af ​​en strømkilde afhænger af mange faktorer, der bør overvejes i en bestemt rækkefølge.

For at bestemme, i overensstemmelse med Ohms lov, er der følgende ligning: i = E/(R + r), hvor E er strømkildens elektromotoriske kraft, og r er dens indre modstand. Disse er konstante værdier, der ikke afhænger af den variable modstand R. Ved hjælp af dem kan du bestemme den nyttige effekt, der forbruges af det elektriske kredsløb:

• W1 = i x U = i2 x R. Her er R elforbrugerens modstand, i er strømmen i kredsløbet, bestemt af den foregående ligning.

Så effektværdien ved hjælp af endelige variabler vil blive vist i følgende formular: W1 = (E2 x R)/(R + r).

Da det er en mellemvariabel, kan funktionen W1(R) i dette tilfælde analyseres for sit ekstremum. Til dette formål er det nødvendigt at bestemme værdien af ​​R, hvor værdien af ​​den første afledede af den nyttige effekt forbundet med den variable modstand (R) vil være lig med nul: dW1/dR = E2 x [(R + r) )2 - 2 x R x (R + r) ] = E2 x (Ri + r) x (R + r - 2 x R) = E2(r - R) = 0 (R + r)4 (R + r) )4 (R + r)3

Ud fra denne formel kan vi konkludere, at værdien af ​​den afledede kun kan være nul under én betingelse: modstanden af ​​elektricitetsmodtageren (R) fra strømkilden skal nå værdien af ​​den interne modstand af selve kilden (R => r) ). Under disse forhold vil værdien af ​​effektivitetsfaktoren η blive bestemt som forholdet mellem den nyttige og samlede effekt af strømkilden - W1/W2. Da ved det maksimale punkt for nyttig effekt vil modstanden af ​​energiforbrugeren af ​​den nuværende kilde være den samme som indre modstand selve strømkilden, i dette tilfælde vil effektiviteten være 0,5 eller 50%.

Nuværende strøm- og effektivitetsproblemer

Arbejdet udført af motoren er:

Denne proces blev først overvejet af den franske ingeniør og videnskabsmand N. L. S. Carnot i 1824 i bogen "Reflections on Drivkraft ild og om maskiner, der er i stand til at udvikle denne kraft."

Målet med Carnots forskning var at finde ud af årsagerne til den tids ufuldkommenhed af varmemotorer (de havde en effektivitet på ≤ 5%) og at finde måder at forbedre dem på.

Carnot-cyklussen er den mest effektive af alle. Dens effektivitet er maksimal.

Figuren viser de termodynamiske processer i cyklussen. Under isotermisk ekspansion (1-2) ved temperatur T 1 , arbejde udføres på grund af ændring indre energi varmelegeme, altså på grund af tilførsel af varme til gassen Q:

EN 12 = Q 1 ,

Gaskøling før kompression (3-4) sker under adiabatisk ekspansion (2-3). Ændring i indre energi ΔU 23 under en adiabatisk proces ( Q = 0) er fuldstændig omdannet til mekanisk arbejde:

EN 23 = -ΔU 23 ,

Gastemperaturen som følge af adiabatisk ekspansion (2-3) falder til køleskabets temperatur T 2 < T 1 . I proces (3-4) bliver gassen isotermisk komprimeret, hvilket overfører mængden af ​​varme til køleskabet Q 2:

A 34 = Q 2,

Cyklussen afsluttes med processen med adiabatisk kompression (4-1), hvor gassen opvarmes til en temperatur T 1.

Den maksimale virkningsgrad for varmemotorer, der kører ved ideel gas, ifølge Carnot-cyklussen:

.

Essensen af ​​formlen er udtrykt i den beviste MED. Carnots sætning om, at effektiviteten af ​​enhver varmemotor ikke kan overstige effektiviteten af ​​en Carnot-cyklus, der udføres ved samme temperatur som varmelegeme og køleskab.