दक्षता कारक किसे कहते हैं. दक्षता और ईंधन दक्षता का विषय

भौतिकी एक विज्ञान है जो प्रकृति में होने वाली प्रक्रियाओं का अध्ययन करता है। यह विज्ञान बहुत ही रोचक और जिज्ञासु है, क्योंकि हममें से प्रत्येक व्यक्ति हमारी दुनिया में कैसे और क्या काम करता है, इसका ज्ञान और समझ प्राप्त करके खुद को मानसिक रूप से संतुष्ट करना चाहता है। भौतिकी, जिसके नियम सदियों से और दर्जनों वैज्ञानिकों द्वारा प्रतिपादित किए गए हैं, हमें इस कार्य में मदद करता है, और हमें केवल आनंद लेना चाहिए और प्रदान किए गए ज्ञान को आत्मसात करना चाहिए।

लेकिन साथ ही, भौतिकी सरल विज्ञान से बहुत दूर है, जैसे, वास्तव में, प्रकृति ही, लेकिन इसे समझना बहुत दिलचस्प होगा। आज हम गुणांक के बारे में बात करेंगे उपयोगी क्रिया. हम सीखेंगे कि दक्षता क्या है और इसकी आवश्यकता क्यों है। आइए हर चीज़ को स्पष्ट और दिलचस्प ढंग से देखें।

संक्षिप्ताक्षर की व्याख्या - क्षमता. हालाँकि, यह व्याख्या भी पहली बार विशेष रूप से स्पष्ट नहीं हो सकती है। यह गुणांक एक प्रणाली या किसी व्यक्तिगत निकाय, और अधिक बार, एक तंत्र की दक्षता को दर्शाता है। दक्षता की विशेषता ऊर्जा का उत्पादन या रूपांतरण है।

यह गुणांक लगभग हर उस चीज़ पर लागू होता है जो हमें घेरती है, और यहाँ तक कि हम पर भी, और अंदर भी अधिक हद तक. आख़िरकार, हम करते हैं उपयोगी कार्यहर समय, लेकिन यह कितनी बार और कितना महत्वपूर्ण है यह एक और प्रश्न है, और इसके साथ "दक्षता" शब्द का प्रयोग किया जाता है।

उस पर विचार करना जरूरी है यह गुणांक एक असीमित मान है, यह आमतौर पर या तो गणितीय मानों का प्रतिनिधित्व करता है, उदाहरण के लिए, 0 और 1, या, जैसा कि अक्सर होता है, प्रतिशत के रूप में।

भौतिकी में, इस गुणांक को अक्षर Š, या, जैसा कि इसे आमतौर पर कहा जाता है, एटा द्वारा दर्शाया जाता है।

उपयोगी कार्य

किसी भी तंत्र या उपकरण का उपयोग करते समय, हम आवश्यक रूप से कार्य करते हैं। एक नियम के रूप में, यह हमेशा कार्य को पूरा करने के लिए हमारी आवश्यकता से अधिक होता है। इन तथ्यों के आधार पर, दो प्रकार के कार्य प्रतिष्ठित हैं: यह व्यय किया जाता है, जिसे निर्दिष्ट किया जाता है बड़े अक्षर, ए छोटे जेड (एज़) के साथ, और उपयोगी - ए अक्षर पी (एपी) के साथ। उदाहरण के लिए, आइए इस मामले को लें: हमारे पास एक निश्चित द्रव्यमान वाले कोबलस्टोन को उठाने का कार्य है एक निश्चित ऊंचाई. इस मामले में, कार्य केवल गुरुत्वाकर्षण बल पर काबू पाने की विशेषता है, जो बदले में, भार पर कार्य करता है।

ऐसे मामले में जब कोबलस्टोन के गुरुत्वाकर्षण के अलावा किसी अन्य उपकरण का उपयोग उठाने के लिए किया जाता है, तो इसे ध्यान में रखना भी महत्वपूर्ण है इस उपकरण के हिस्सों का गुरुत्वाकर्षण. और इन सबके अलावा, यह याद रखना महत्वपूर्ण है कि भले ही हम ताकत से जीतते हैं, लेकिन रास्ते में हम हमेशा हारेंगे। इन सभी तथ्यों से एक निष्कर्ष निकलता है कि किसी भी स्थिति में खर्च किया गया कार्य अधिक उपयोगी होगा, एज़ > एन, सवाल यह है कि यह कितना अधिक है, क्योंकि आप इस अंतर को जितना संभव हो उतना कम कर सकते हैं और इस प्रकार दक्षता बढ़ा सकते हैं, हमारी या हमारा उपकरण.

उपयोगी कार्य व्यय किए गए कार्य का वह भाग है जो हम एक तंत्र का उपयोग करके करते हैं। और दक्षता बस इतनी ही है भौतिक मात्रा, जो दर्शाता है कि कुल व्यय का कौन सा भाग उपयोगी कार्य है।

परिणाम:

• व्यय किया गया कार्य Az हमेशा उपयोगी कार्य Ap से अधिक होता है।
• उपयोगी और व्यय का अनुपात जितना अधिक होगा, गुणांक उतना ही अधिक होगा, और इसके विपरीत।
• एपी को द्रव्यमान को गुरुत्वाकर्षण के त्वरण और चढ़ाई की ऊंचाई से गुणा करके पाया जाता है।

दक्षता ज्ञात करने का एक निश्चित सूत्र है। यह इस प्रकार है: भौतिकी में दक्षता खोजने के लिए, आपको ऊर्जा की मात्रा को सिस्टम द्वारा किए गए कार्य से विभाजित करना होगा। अर्थात्, दक्षता प्रदर्शन किए गए कार्य पर खर्च की गई ऊर्जा का अनुपात है। इससे हम एक सरल निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि सिस्टम या निकाय जितना बेहतर और अधिक कुशल होगा, कार्य करने में उतनी ही कम ऊर्जा खर्च होगी।

सूत्र स्वयं छोटा और बहुत सरल दिखता है: यह A/Q के बराबर होगा। अर्थात्, Š = ए/क्यू। यह संक्षिप्त सूत्र उन तत्वों को शामिल करता है जिनकी हमें गणना के लिए आवश्यकता होती है। अर्थात्, इस मामले में ए प्रयुक्त ऊर्जा है जो ऑपरेशन के दौरान सिस्टम द्वारा खपत की जाती है, और बड़े अक्षरक्यू, बदले में, खर्च किया गया ए, या फिर खर्च की गई ऊर्जा होगी।

आदर्श रूप से, दक्षता एकता के बराबर है. लेकिन, जैसा कि आमतौर पर होता है, वह उससे छोटा है। ऐसा भौतिकी के कारण और निस्संदेह, ऊर्जा संरक्षण के नियम के कारण होता है।

बात यह है कि ऊर्जा संरक्षण का नियम बताता है कि प्राप्त ऊर्जा से अधिक A प्राप्त नहीं किया जा सकता है। और यह गुणांक भी अत्यंत दुर्लभ रूप से एक के बराबर होगा, क्योंकि ऊर्जा हमेशा बर्बाद होती है। और काम के साथ नुकसान भी होता है: उदाहरण के लिए, एक इंजन में नुकसान उसके अत्यधिक गर्म होने में होता है।

तो, दक्षता सूत्र:

Š=ए/क्यू, कहाँ

• ए वह उपयोगी कार्य है जो सिस्टम करता है।
• Q सिस्टम द्वारा खपत की गई ऊर्जा है।

भौतिकी के विभिन्न क्षेत्रों में अनुप्रयोग

उल्लेखनीय है कि दक्षता एक तटस्थ अवधारणा के रूप में अस्तित्व में नहीं है, प्रत्येक प्रक्रिया की अपनी दक्षता होती है, यह कोई घर्षण बल नहीं है, यह अपने आप अस्तित्व में नहीं रह सकती है।

आइए दक्षता वाली प्रक्रियाओं के कुछ उदाहरण देखें।

उदाहरण के लिए, चलो एक इलेक्ट्रिक मोटर लेते हैं. विद्युत मोटर का कार्य विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करना है। इस मामले में, गुणांक विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करने के संदर्भ में इंजन की दक्षता होगी। इस मामले के लिए एक सूत्र भी है, और यह इस तरह दिखता है: Ƞ=P2/P1। यहां P1 सामान्य संस्करण में शक्ति है, और P2 वह उपयोगी शक्ति है जो इंजन स्वयं पैदा करता है।

यह अनुमान लगाना कठिन नहीं है कि गुणांक सूत्र की संरचना हमेशा संरक्षित रहती है, केवल वह डेटा बदलता है जिसे इसमें प्रतिस्थापित करने की आवश्यकता होती है। वे विशिष्ट मामले पर निर्भर करते हैं, यदि यह एक इंजन है, जैसा कि उपरोक्त मामले में है, तो खर्च की गई शक्ति के साथ काम करना आवश्यक है, यदि यह एक नौकरी है, तो प्रारंभिक सूत्र अलग होगा।

अब हम दक्षता की परिभाषा जानते हैंऔर हमारे पास इसके बारे में एक विचार है भौतिक अवधारणा, साथ ही इसके व्यक्तिगत तत्वों और बारीकियों के बारे में भी। भौतिकी सबसे बड़े विज्ञानों में से एक है, लेकिन इसे समझने के लिए इसे छोटे-छोटे टुकड़ों में तोड़ा जा सकता है। आज हमने इनमें से एक टुकड़े की जांच की।

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यह वीडियो आपको यह समझने में मदद करेगा कि दक्षता क्या है।

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दक्षता कारक (दक्षता) एक ऐसा शब्द है जिसे, शायद, हर प्रणाली और उपकरण पर लागू किया जा सकता है। यहां तक ​​कि इंसानों में भी दक्षता होती है, हालांकि इसे खोजने का शायद अभी तक कोई वस्तुनिष्ठ फॉर्मूला नहीं है। इस लेख में हम विस्तार से बताएंगे कि दक्षता क्या है और विभिन्न प्रणालियों के लिए इसकी गणना कैसे की जा सकती है।

दक्षता परिभाषा

दक्षता एक संकेतक है जो ऊर्जा उत्पादन या रूपांतरण के संदर्भ में किसी प्रणाली की प्रभावशीलता को दर्शाती है। दक्षता एक अथाह मात्रा है और इसे या तो 0 से 1 की सीमा में संख्यात्मक मान के रूप में या प्रतिशत के रूप में दर्शाया जाता है।

सामान्य सूत्र

दक्षता को प्रतीक Ƞ द्वारा दर्शाया जाता है।

दक्षता ज्ञात करने का सामान्य गणितीय सूत्र इस प्रकार लिखा गया है:

Š=A/Q, जहां A सिस्टम द्वारा निष्पादित उपयोगी ऊर्जा/कार्य है, और Q उपयोगी आउटपुट प्राप्त करने की प्रक्रिया को व्यवस्थित करने के लिए इस सिस्टम द्वारा खपत की गई ऊर्जा है।

दुर्भाग्य से, दक्षता कारक हमेशा एकता से कम या उसके बराबर होता है, क्योंकि ऊर्जा संरक्षण के नियम के अनुसार, हम खर्च की गई ऊर्जा से अधिक कार्य प्राप्त नहीं कर सकते हैं। इसके अलावा, दक्षता, वास्तव में, बहुत कम ही एकता के बराबर होती है, क्योंकि उपयोगी कार्य हमेशा नुकसान की उपस्थिति के साथ होता है, उदाहरण के लिए, तंत्र को गर्म करने के लिए।

ताप इंजन दक्षता

ऊष्मा इंजन एक उपकरण है जो परिवर्तित करता है थर्मल ऊर्जायांत्रिक को. ऊष्मा इंजन में, कार्य हीटर से प्राप्त ऊष्मा की मात्रा और कूलर को दी गई ऊष्मा की मात्रा के बीच के अंतर से निर्धारित होता है, और इसलिए दक्षता सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है:

• Š=Qн-Qх/Qн, जहां Qн हीटर से प्राप्त गर्मी की मात्रा है, और Qх कूलर को दी गई गर्मी की मात्रा है।

ऐसा माना जाता है कि कार्नोट चक्र पर चलने वाले इंजनों द्वारा उच्चतम दक्षता प्रदान की जाती है। इस मामले में, दक्षता सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है:

• Š=T1-T2/T1, जहां T1 गर्म झरने का तापमान है, T2 ठंडे झरने का तापमान है।

इलेक्ट्रिक मोटर दक्षता

विद्युत मोटर एक उपकरण है जो विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है, इसलिए इस मामले में दक्षता रूपांतरण के संदर्भ में उपकरण का दक्षता अनुपात है विद्युतीय ऊर्जायांत्रिक को. विद्युत मोटर की दक्षता ज्ञात करने का सूत्र इस प्रकार है:

• Š=P2/P1, जहां P1 आपूर्ति की गई विद्युत शक्ति है, P2 इंजन द्वारा उत्पन्न उपयोगी यांत्रिक शक्ति है।

विद्युत शक्ति को सिस्टम करंट और वोल्टेज (पी=यूआई) के उत्पाद के रूप में पाया जाता है, और यांत्रिक शक्ति को प्रति इकाई समय में काम के अनुपात के रूप में पाया जाता है (पी=ए/टी)

ट्रांसफार्मर दक्षता

ट्रांसफार्मर एक उपकरण है जो आवृत्ति को बनाए रखते हुए एक वोल्टेज की प्रत्यावर्ती धारा को दूसरे वोल्टेज की प्रत्यावर्ती धारा में परिवर्तित करता है। इसके अलावा, ट्रांसफार्मर प्रत्यावर्ती धारा को प्रत्यक्ष धारा में भी परिवर्तित कर सकते हैं।

ट्रांसफार्मर की दक्षता सूत्र द्वारा ज्ञात की जाती है:

• Ƞ=1/1+(P0+PL*n2)/(P2*n), जहां P0 नो-लोड हानि है, PL भार हानि है, P2 लोड को आपूर्ति की गई सक्रिय शक्ति है, n सापेक्ष डिग्री है भार का.

दक्षता या नहीं दक्षता?

यह ध्यान देने योग्य है कि दक्षता के अलावा, ऐसे कई संकेतक हैं जो ऊर्जा प्रक्रियाओं की दक्षता को दर्शाते हैं, और कभी-कभी हमें 130% के क्रम की दक्षता जैसे विवरण मिल सकते हैं, हालांकि इस मामले में हमें यह समझने की आवश्यकता है शब्द का उपयोग पूरी तरह से सही ढंग से नहीं किया गया है, और, सबसे अधिक संभावना है, लेखक या निर्माता इस संक्षिप्त नाम को थोड़ा अलग विशेषता के रूप में समझते हैं।

उदाहरण के लिए, गर्मी पंपइसमें अंतर यह है कि वे उपभोग की तुलना में अधिक ऊष्मा दे सकते हैं। इस प्रकार, एक प्रशीतन मशीन ठंडी की जा रही वस्तु से अधिक गर्मी निकाल सकती है, जितनी ऊर्जा निष्कासन को व्यवस्थित करने में खर्च की गई थी। प्रशीतन मशीन के दक्षता सूचक को प्रशीतन गुणांक कहा जाता है, जिसे अक्षर द्वारा दर्शाया जाता है और सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है: Ɛ=Qx/A, जहां Qx ठंडे सिरे से निकाली गई गर्मी है, A निष्कासन प्रक्रिया पर खर्च किया गया कार्य है . हालाँकि, कभी-कभी प्रशीतन गुणांक को प्रशीतन मशीन की दक्षता भी कहा जाता है।

यह भी दिलचस्प है कि बॉयलरों की कार्यकुशलता चालू है जैविक ईंधन, आमतौर पर कम कैलोरी मान के आधार पर गणना की जाती है, लेकिन यह एकता से अधिक हो सकती है। हालाँकि, इसे अभी भी पारंपरिक रूप से दक्षता कहा जाता है। उच्च कैलोरी मान द्वारा बॉयलर की दक्षता निर्धारित करना संभव है, और फिर यह हमेशा एक से कम होगा, लेकिन इस मामले में अन्य प्रतिष्ठानों के डेटा के साथ बॉयलर के प्रदर्शन की तुलना करना असुविधाजनक होगा।

सामग्री:

प्रत्येक सिस्टम या डिवाइस में प्रदर्शन (दक्षता) का एक निश्चित गुणांक होता है। यह सूचक किसी भी प्रकार की ऊर्जा को जारी करने या परिवर्तित करने में उनके कार्य की दक्षता को दर्शाता है। इसके मूल्य के संदर्भ में, दक्षता एक अथाह मात्रा है, जिसे इस रूप में दर्शाया गया है संख्यात्मक मान 0 से 1 तक या प्रतिशत के रूप में। यह विशेषता सभी प्रकार पर पूर्णतः लागू होती है बिजली की मोटरें.

विद्युत मोटरों में दक्षता विशेषताएँ

इलेक्ट्रिक मोटर उन उपकरणों की श्रेणी में आते हैं जो विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। इन उपकरणों की दक्षता मुख्य कार्य करने में उनकी प्रभावशीलता निर्धारित करती है।

इंजन की दक्षता कैसे पता करें? विद्युत मोटर दक्षता का सूत्र इस प्रकार दिखता है: ˞ = P2/P1।इस सूत्र में, P1 आपूर्ति की गई विद्युत शक्ति है और P2 इंजन द्वारा उत्पादित उपयोगी यांत्रिक शक्ति है। विद्युत शक्ति (पी) का मान सूत्र पी = यूआई, और यांत्रिक शक्ति - पी = ए/टी, प्रति यूनिट समय के काम के अनुपात के रूप में निर्धारित किया जाता है।

इलेक्ट्रिक मोटर चुनते समय दक्षता कारक को ध्यान में रखा जाना चाहिए। बड़ा मूल्यवानप्रतिक्रियाशील धाराओं, बिजली में कमी, इंजन हीटिंग और अन्य नकारात्मक कारकों से जुड़ी दक्षता हानि होती है।

विद्युत ऊर्जा का यांत्रिक ऊर्जा में रूपांतरण धीरे-धीरे शक्ति की हानि के साथ होता है। जब ऑपरेशन के दौरान इलेक्ट्रिक मोटर गर्म हो जाती है तो दक्षता में कमी अक्सर गर्मी के निकलने से जुड़ी होती है। घर्षण के प्रभाव में उत्पन्न होने वाले नुकसान के कारण चुंबकीय, विद्युत और यांत्रिक हो सकते हैं। इसलिए, सबसे अच्छा उदाहरण वह स्थिति है जहां 1000 रूबल मूल्य की विद्युत ऊर्जा की खपत हुई, लेकिन केवल 700-800 रूबल मूल्य का उपयोगी कार्य उत्पन्न हुआ। इस प्रकार, इस मामले में दक्षता 70-80% होगी, और संपूर्ण अंतर थर्मल ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है, जो इंजन को गर्म करता है।

इलेक्ट्रिक मोटरों को ठंडा करने के लिए, विशेष अंतराल के माध्यम से हवा चलाने के लिए पंखे का उपयोग किया जाता है। स्थापित मानकों के अनुसार, ए-क्लास इंजन 85-90 0 सी तक गर्म हो सकते हैं, बी-क्लास - 110 0 सी तक। यदि इंजन का तापमान स्थापित मानकों से अधिक है, तो यह एक संभावित आसन्न संकेत देता है।

भार के आधार पर, विद्युत मोटर की दक्षता इसके मूल्य को बदल सकती है:

• निष्क्रिय गति के लिए - 0;
• 25% लोड पर - 0.83;
• 50% लोड पर - 0.87;
• 75% लोड पर - 0.88;
• पूर्ण 100% लोड पर, दक्षता 0.87 है।

इलेक्ट्रिक मोटर की दक्षता में कमी का एक कारण वर्तमान विषमता हो सकता है, जब तीन चरणों में से प्रत्येक पर एक अलग वोल्टेज दिखाई देता है। उदाहरण के लिए, यदि पहले चरण में 410 वी, दूसरे में - 402 वी, तीसरे में - 288 वी है, तो औसत वोल्टेज मान (410 + 402 + 388) / 3 = 400 वी होगा। वोल्टेज विषमता होगी मान है: 410 - 388 = 22 वोल्ट। इस प्रकार, इस कारण से दक्षता हानि 22/400 x 100 = 5% होगी।

विद्युत मोटर की दक्षता में कमी और कुल हानि

वहां कई हैं नकारात्मक कारक, जिसके प्रभाव में विद्युत मोटरों में कुल हानि की मात्रा जोड़ी जाती है। ऐसी विशेष तकनीकें हैं जो आपको उन्हें पहले से निर्धारित करने की अनुमति देती हैं। उदाहरण के लिए, आप एक अंतराल की उपस्थिति निर्धारित कर सकते हैं जिसके माध्यम से बिजली आंशिक रूप से नेटवर्क से स्टेटर और फिर रोटर तक आपूर्ति की जाती है।

स्टार्टर में होने वाली बिजली हानि में कई घटक शामिल होते हैं। सबसे पहले, ये स्टेटर कोर के आंशिक चुंबकीयकरण उत्क्रमण से जुड़े नुकसान हैं। इस्पात तत्वों का प्रभाव नगण्य होता है और व्यावहारिक रूप से इस पर ध्यान नहीं दिया जाता है। यह स्टेटर रोटेशन गति के कारण है, जो गति से काफी अधिक है चुंबकीय प्रवाह. इस मामले में, रोटर को घोषित तकनीकी विशेषताओं के अनुसार सख्ती से घूमना चाहिए।

अर्थ यांत्रिक शक्तिरोटर शाफ्ट से कम विद्युत चुम्बकीय शक्ति. अंतर वाइंडिंग में होने वाले नुकसान की मात्रा का है। यांत्रिक नुकसान में बीयरिंग और ब्रश में घर्षण के साथ-साथ घूमने वाले हिस्सों पर वायु अवरोधों का प्रभाव शामिल है।

अतुल्यकालिक इलेक्ट्रिक मोटरों को स्टेटर और रोटर में दांतों की उपस्थिति के कारण अतिरिक्त नुकसान की उपस्थिति की विशेषता होती है। इसके अलावा, अलग-अलग इंजन घटकों में भंवर प्रवाह दिखाई दे सकता है। ये सभी कारक मिलकर इकाई की रेटेड शक्ति का लगभग 0.5% तक दक्षता कम कर देते हैं।

संभावित नुकसान की गणना करते समय, इंजन दक्षता सूत्र का भी उपयोग किया जाता है, जो इस पैरामीटर में कमी की गणना करने की अनुमति देता है। सबसे पहले, कुल बिजली हानि को ध्यान में रखा जाता है, जो सीधे इंजन लोड से संबंधित होती है। जैसे-जैसे भार बढ़ता है, घाटा आनुपातिक रूप से बढ़ता है और दक्षता कम हो जाती है।

अतुल्यकालिक इलेक्ट्रिक मोटरों के डिज़ाइन अधिकतम भार की उपस्थिति में सभी संभावित नुकसानों को ध्यान में रखते हैं। इसलिए, इन उपकरणों की दक्षता सीमा काफी व्यापक है और 80 से 90% तक है। हाई-पावर इंजन में यह आंकड़ा 90-96% तक पहुंच सकता है।

आधुनिक वास्तविकताओं के लिए ऊष्मा इंजनों के व्यापक उपयोग की आवश्यकता होती है। इन्हें इलेक्ट्रिक मोटरों से बदलने के कई प्रयास अब तक विफल रहे हैं। स्वायत्त प्रणालियों में बिजली के संचय से जुड़ी समस्याओं को हल करना मुश्किल है।

इलेक्ट्रिक पावर बैटरियों के दीर्घकालिक उपयोग को ध्यान में रखते हुए विनिर्माण प्रौद्योगिकी की समस्याएं अभी भी प्रासंगिक हैं। इलेक्ट्रिक वाहनों की गति विशेषताएँ आंतरिक दहन इंजन वाली कारों से बहुत दूर हैं।

हाइब्रिड इंजन बनाने के पहले कदम से पर्यावरणीय समस्याओं का समाधान करते हुए मेगासिटी में हानिकारक उत्सर्जन को काफी कम किया जा सकता है।

थोड़ा इतिहास

भाप ऊर्जा को गति ऊर्जा में परिवर्तित करने की संभावना प्राचीन काल में ज्ञात थी। 130 ईसा पूर्व: अलेक्जेंड्रिया के दार्शनिक हेरॉन ने दर्शकों को एक भाप खिलौना - एओलिपिल - प्रस्तुत किया। भाप से भरा गोला उससे निकलने वाले जेट के प्रभाव से घूमने लगा। आधुनिक भाप टर्बाइनों के इस प्रोटोटाइप का उपयोग उन दिनों नहीं किया जाता था।

कई वर्षों और सदियों तक, दार्शनिक के विकास को सिर्फ एक मज़ेदार खिलौना माना जाता था। 1629 में, इतालवी डी. ब्रान्ची ने एक सक्रिय टरबाइन बनाया। भाप ने ब्लेडों से सुसज्जित एक डिस्क चलाई।

उसी क्षण से, भाप इंजनों का तेजी से विकास शुरू हुआ।

इंजन गर्म करें

मशीन के पुर्जों और तंत्रों की गति की ऊर्जा में ईंधन के रूपांतरण का उपयोग ऊष्मा इंजनों में किया जाता है।

मशीनों के मुख्य भाग: हीटर (बाहर से ऊर्जा प्राप्त करने की प्रणाली), कार्यशील द्रव (उपयोगी क्रिया करता है), रेफ्रिजरेटर।

हीटर को यह सुनिश्चित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है कि कार्यशील तरल पदार्थ पर्याप्त आपूर्ति जमा करता है आंतरिक ऊर्जाउपयोगी कार्य करने के लिए. रेफ्रिजरेटर अतिरिक्त ऊर्जा को हटा देता है।

दक्षता की मुख्य विशेषता ऊष्मा इंजनों की दक्षता कहलाती है। यह मान दर्शाता है कि हीटिंग पर खर्च की गई ऊर्जा का कितना हिस्सा उपयोगी कार्य करने पर खर्च किया जाता है। दक्षता जितनी अधिक होगी, मशीन का संचालन उतना ही अधिक लाभदायक होगा, लेकिन यह मान 100% से अधिक नहीं हो सकता।

दक्षता गणना

मान लीजिए कि हीटर बाहरी ऊर्जा से Q 1 के बराबर ऊर्जा प्राप्त करता है। कार्यशील द्रव ने कार्य A किया, जबकि रेफ्रिजरेटर को दी गई ऊर्जा Q 2 थी।

परिभाषा के आधार पर, हम दक्षता मूल्य की गणना करते हैं:

η= ए / क्यू 1 . आइए इस बात को ध्यान में रखें कि ए = क्यू 1 - क्यू 2।

इसलिए, ऊष्मा इंजन की दक्षता, जिसका सूत्र η = (Q 1 - Q 2) / Q 1 = 1 - Q 2 / Q 1 है, हमें निम्नलिखित निष्कर्ष निकालने की अनुमति देता है:

• दक्षता 1 (या 100%) से अधिक नहीं हो सकती;
• इस मान को अधिकतम करने के लिए, या तो हीटर से प्राप्त ऊर्जा को बढ़ाना या रेफ्रिजरेटर को दी जाने वाली ऊर्जा को कम करना आवश्यक है;
• ईंधन की गुणवत्ता को बदलकर हीटर की ऊर्जा में वृद्धि हासिल की जाती है;
• रेफ्रिजरेटर को दी जाने वाली ऊर्जा को कम करने से आप प्राप्त कर सकते हैं प्रारुप सुविधायेइंजन.

आदर्श ताप इंजन

क्या ऐसा इंजन बनाना संभव है जिसकी दक्षता अधिकतम (आदर्श रूप से 100% के बराबर) हो? फ्रांसीसी सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी और प्रतिभाशाली इंजीनियर सादी कार्नोट ने इस प्रश्न का उत्तर खोजने का प्रयास किया। 1824 में, गैसों में होने वाली प्रक्रियाओं के बारे में उनकी सैद्धांतिक गणनाएँ सार्वजनिक की गईं।

आदर्श मशीन में निहित मुख्य विचार को प्रतिवर्ती प्रक्रियाओं के कार्यान्वयन पर विचार किया जा सकता है आदर्श गैस. हम तापमान T 1 पर गैस को इज़ोटेर्मली विस्तारित करके शुरू करते हैं। इसके लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा Q 1 है। इसके बाद, गैस ताप विनिमय के बिना फैलती है, तापमान T 2 तक पहुंचने पर, गैस समतापीय रूप से संपीड़ित होती है, ऊर्जा Q 2 को रेफ्रिजरेटर में स्थानांतरित करती है। गैस रूद्धोष्म रूप से अपनी मूल अवस्था में लौट आती है।

आदर्श दक्षता इंजन गर्म करेंजब सटीक गणना की जाती है, तो कार्नोट हीटिंग और कूलिंग उपकरणों के बीच तापमान अंतर और हीटर के तापमान के अनुपात के बराबर होता है। यह इस तरह दिखता है: η=(टी 1 - टी 2)/ टी 1।

ऊष्मा इंजन की संभावित दक्षता, जिसका सूत्र है: η = 1 - T 2 / T 1, केवल हीटर और कूलर के तापमान पर निर्भर करता है और 100% से अधिक नहीं हो सकता है।

इसके अलावा, यह संबंध हमें यह साबित करने की अनुमति देता है कि ताप इंजन की दक्षता केवल तभी एकता के बराबर हो सकती है जब रेफ्रिजरेटर तापमान तक पहुंचता है। जैसा कि ज्ञात है, यह मान अप्राप्य है।

कार्नोट की सैद्धांतिक गणना किसी भी डिज़ाइन के ताप इंजन की अधिकतम दक्षता निर्धारित करना संभव बनाती है।

कार्नोट द्वारा सिद्ध प्रमेय इस प्रकार है। किसी भी परिस्थिति में एक मनमाना ताप इंजन की दक्षता एक आदर्श ताप इंजन के समान दक्षता मूल्य से अधिक नहीं हो सकती है।

समस्या समाधान का उदाहरण

उदाहरण 1. यदि हीटर का तापमान 800 डिग्री सेल्सियस है और रेफ्रिजरेटर का तापमान 500 डिग्री सेल्सियस कम है, तो एक आदर्श ताप इंजन की दक्षता क्या है?

टी 1 = 800 ओ सी = 1073 के, ∆टी = 500 ओ सी = 500 के, η - ?

परिभाषा के अनुसार: η=(टी 1 - टी 2)/ टी 1।

हमें रेफ्रिजरेटर का तापमान नहीं दिया गया है, लेकिन ∆T= (T 1 - T 2), इसलिए:

η= ∆T / T 1 = 500 K/1073 K = 0.46.

उत्तर: दक्षता = 46%.

उदाहरण 2. एक आदर्श ऊष्मा इंजन की दक्षता निर्धारित करें, यदि प्राप्त एक किलोजूल हीटर ऊर्जा के कारण, 650 J का उपयोगी कार्य किया जाता है, यदि ठंडा तापमान 400 K है, तो ऊष्मा इंजन के हीटर का तापमान क्या होगा?

क्यू 1 = 1 केजे = 1000 जे, ए = 650 जे, टी 2 = 400 के, η - ?, टी 1 = ?

इस समस्या में हम बात कर रहे हैंएक थर्मल इंस्टॉलेशन के बारे में, जिसकी दक्षता की गणना सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:

हीटर का तापमान निर्धारित करने के लिए, हम एक आदर्श ताप इंजन की दक्षता के लिए सूत्र का उपयोग करते हैं:

η = (टी 1 - टी 2)/ टी 1 = 1 - टी 2 / टी 1।

गणितीय परिवर्तन करने के बाद, हमें मिलता है:

टी 1 = टी 2 /(1- η).

टी 1 = टी 2 /(1- ए / क्यू 1).

आइए गणना करें:

η= 650 जे/1000 जे = 0.65।

टी 1 = 400 के / (1- 650 जे / 1000 जे) = 1142.8 के।

उत्तर: η= 65%, टी 1 = 1142.8 के.

वास्तविक स्थितियाँ

एक आदर्श ताप इंजन को आदर्श प्रक्रियाओं को ध्यान में रखकर डिज़ाइन किया गया है। कार्य केवल इज़ोटेर्मल प्रक्रियाओं में किया जाता है, इसका मूल्य क्षेत्र के रूप में निर्धारित किया जाता है, शेड्यूल द्वारा सीमितकार्नोट चक्र.

वास्तव में, तापमान परिवर्तन के बिना गैस की अवस्था बदलने की प्रक्रिया के लिए परिस्थितियाँ बनाना असंभव है। ऐसी कोई सामग्री नहीं है जो आसपास की वस्तुओं के साथ ताप विनिमय को बाहर कर दे। रुद्धोष्म प्रक्रिया को अंजाम देना असंभव हो जाता है। ताप विनिमय के मामले में, गैस का तापमान आवश्यक रूप से बदलना चाहिए।

ऊष्मा इंजनों की दक्षता बनाई गई वास्तविक स्थितियाँ, आदर्श इंजनों की दक्षता से काफी भिन्न है। ध्यान दें कि वास्तविक इंजनों में प्रक्रियाएं इतनी तेज़ी से होती हैं कि इसकी मात्रा बदलने की प्रक्रिया में काम करने वाले पदार्थ की आंतरिक तापीय ऊर्जा में बदलाव की भरपाई हीटर से गर्मी के प्रवाह और रेफ्रिजरेटर में स्थानांतरण द्वारा नहीं की जा सकती है।

अन्य ताप इंजन

वास्तविक इंजन विभिन्न चक्रों पर काम करते हैं:

• ओटो चक्र: स्थिर आयतन वाली एक प्रक्रिया रुद्धोष्म रूप से बदलती है, जिससे एक बंद चक्र बनता है;
• डीजल चक्र: आइसोबार, रुद्धोष्म, आइसोकोर, रुद्धोष्म;
• निरंतर दबाव पर होने वाली प्रक्रिया को रुद्धोष्म द्वारा प्रतिस्थापित कर दिया जाता है, जिससे चक्र बंद हो जाता है।

परिस्थितियों के तहत वास्तविक इंजनों में संतुलन प्रक्रियाएं बनाएं (उन्हें आदर्श इंजनों के करीब लाने के लिए)। आधुनिक प्रौद्योगिकीसंभव नहीं। इसे ध्यान में रखते हुए भी ऊष्मा इंजनों की दक्षता बहुत कम है तापमान की स्थिति, जैसा कि एक आदर्श थर्मल इंस्टॉलेशन में होता है।

लेकिन दक्षता गणना सूत्र की भूमिका को कम नहीं किया जाना चाहिए, क्योंकि यही वह है जो वास्तविक इंजनों की दक्षता बढ़ाने के लिए काम करने की प्रक्रिया में शुरुआती बिंदु बन जाता है।

कार्यकुशलता बदलने के उपाय

आदर्श और वास्तविक ताप इंजनों की तुलना करते समय, यह ध्यान देने योग्य है कि बाद के रेफ्रिजरेटर का तापमान कोई भी नहीं हो सकता है। आमतौर पर वातावरण को रेफ्रिजरेटर माना जाता है। वायुमंडल का तापमान केवल अनुमानित गणना में ही स्वीकार किया जा सकता है। अनुभव से पता चलता है कि शीतलक का तापमान इंजन में निकास गैसों के तापमान के बराबर होता है, जैसा कि आंतरिक दहन इंजन (संक्षेप में आईसीई) में होता है।

ICE हमारी दुनिया में सबसे आम ताप इंजन है। इस मामले में ताप इंजन की दक्षता जलने वाले ईंधन द्वारा बनाए गए तापमान पर निर्भर करती है। आंतरिक दहन इंजन और भाप इंजन के बीच एक महत्वपूर्ण अंतर वायु-ईंधन मिश्रण में हीटर के कार्यों और डिवाइस के कामकाजी तरल पदार्थ का विलय है। जैसे ही मिश्रण जलता है, यह इंजन के गतिशील भागों पर दबाव बनाता है।

कार्यशील गैसों के तापमान में वृद्धि होती है, जिससे ईंधन के गुणों में महत्वपूर्ण परिवर्तन होता है। दुर्भाग्यवश, यह अनिश्चितकाल तक नहीं किया जा सकता। कोई भी सामग्री जिससे इंजन का दहन कक्ष बनाया जाता है, उसका अपना गलनांक होता है। ऐसी सामग्रियों का ताप प्रतिरोध इंजन की मुख्य विशेषता है, साथ ही दक्षता को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करने की क्षमता भी है।

मोटर दक्षता मान

यदि हम इनलेट पर कार्यशील भाप का तापमान 800 K और निकास गैस - 300 K पर विचार करें, तो इस मशीन की दक्षता 62% है। वास्तव में, यह मान 40% से अधिक नहीं है। यह कमी टरबाइन आवरण को गर्म करने पर गर्मी के नुकसान के कारण होती है।

आंतरिक दहन का उच्चतम मूल्य 44% से अधिक नहीं है। इस मूल्य को बढ़ाना निकट भविष्य की बात है। सामग्रियों और ईंधन के गुणों को बदलना एक ऐसी समस्या है जिस पर मानवता के सर्वोत्तम दिमाग काम कर रहे हैं।

किया गया कोई भी कार्य बिना नुकसान के नहीं होता - वे हमेशा मौजूद रहते हैं। प्राप्त परिणाम हमेशा उस प्रयास से कम होता है जो उसे प्राप्त करने के लिए खर्च करना पड़ता है। प्रदर्शन का गुणांक (दक्षता) इंगित करता है कि कार्य करते समय नुकसान कितना बड़ा है।

इस संक्षिप्त नाम के पीछे क्या छिपा है? संक्षेप में, यह तंत्र या संकेतक का दक्षता गुणांक है तर्कसंगत उपयोगऊर्जा। दक्षता मान में माप की कोई इकाई नहीं होती है, इसे प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया जाता है। यह गुणांक डिवाइस के उपयोगी कार्य और उसके संचालन पर खर्च किए गए कार्य के अनुपात के रूप में निर्धारित किया जाता है। की गणना करना दक्षता सूत्रगणना इस तरह दिखेगी:

दक्षता =100* (किया गया उपयोगी कार्य/व्यय किया गया कार्य)

इस अनुपात की गणना के लिए विभिन्न उपकरणों का उपयोग किया जाता है। विभिन्न अर्थ. इलेक्ट्रिक मोटरों के लिए, दक्षता नेटवर्क से प्राप्त विद्युत ऊर्जा के लिए किए गए उपयोगी कार्य के अनुपात की तरह दिखेगी। के लिए खर्च की गई गर्मी की मात्रा के लिए किए गए उपयोगी कार्य के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाएगा।

के लिए दक्षता का निर्धारणयह आवश्यक है कि हर कोई अलग हो और कार्य एक ही इकाई में व्यक्त हो। तब दक्षता के संदर्भ में किसी भी वस्तु, जैसे बिजली जनरेटर और जैविक वस्तुओं की तुलना करना संभव होगा।

जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, तंत्र के संचालन के दौरान अपरिहार्य नुकसान के कारण, दक्षता कारक हमेशा 1 से कम होता है। इस प्रकार, थर्मल स्टेशनों की दक्षता 90% तक पहुंच जाती है, आंतरिक दहन इंजन की दक्षता 30% से कम होती है, और की दक्षता एक विद्युत ट्रांसफार्मर 98% है। दक्षता की अवधारणा को संपूर्ण तंत्र और उसके व्यक्तिगत घटकों दोनों पर लागू किया जा सकता है। पर समग्री मूल्यांकनसमग्र रूप से तंत्र की दक्षता (इसकी दक्षता) को व्यक्ति की दक्षता के उत्पाद के रूप में लिया जाता है अवयवयह डिवाइस।

संकट प्रभावी उपयोगईंधन आज दिखाई नहीं दिया. ऊर्जा संसाधनों की लागत में निरंतर वृद्धि के साथ, तंत्र की दक्षता बढ़ाने का मुद्दा विशुद्ध सैद्धांतिक से व्यावहारिक मुद्दे में बदल जाता है। यदि एक नियमित कार की दक्षता 30% से अधिक नहीं है, तो हम कार में ईंधन भरने पर खर्च किए गए अपने पैसे का 70% बर्बाद कर देते हैं।

आंतरिक दहन इंजन (आईसीई) की दक्षता पर विचार करने से पता चलता है कि इसके संचालन के सभी चरणों में नुकसान होता है। इस प्रकार, आने वाले ईंधन का केवल 75% इंजन सिलेंडर में जलाया जाता है, और 25% वायुमंडल में छोड़ दिया जाता है। सभी जलाए गए ईंधन में से, जारी गर्मी का केवल 30-35% उपयोगी कार्य करने के लिए उपयोग किया जाता है, बाकी गर्मी या तो निकास गैसों में खो जाती है या कार की शीतलन प्रणाली में रह जाती है; प्राप्त शक्ति में से लगभग 80% का उपयोग उपयोगी कार्यों में किया जाता है, शेष शक्ति घर्षण बलों पर काबू पाने में खर्च की जाती है और इसका उपयोग किया जाता है सहायक तंत्रकार।

इस पर भी सरल उदाहरणतंत्र की दक्षता का विश्लेषण हमें उन दिशाओं को निर्धारित करने की अनुमति देता है जिनमें घाटे को कम करने के लिए काम किया जाना चाहिए। इस प्रकार, प्राथमिकता वाले क्षेत्रों में से एक ईंधन का पूर्ण दहन सुनिश्चित करना है। यह ईंधन के अतिरिक्त परमाणुकरण और बढ़े हुए दबाव द्वारा प्राप्त किया जाता है, यही कारण है कि प्रत्यक्ष इंजेक्शन और टर्बोचार्जिंग वाले इंजन इतने लोकप्रिय हो रहे हैं। इंजन से निकाली गई गर्मी का उपयोग बेहतर वाष्पीकरण के लिए ईंधन को गर्म करने के लिए किया जाता है, और आधुनिक ग्रेड के उपयोग के माध्यम से यांत्रिक नुकसान को कम किया जाता है

यहां हमने ऐसी अवधारणा पर विचार किया है, जैसा कि वर्णित है, यह क्या है और इसका क्या प्रभाव पड़ता है। आंतरिक दहन इंजन के उदाहरण का उपयोग करते हुए, इसके संचालन की दक्षता पर विचार किया जाता है और इस उपकरण की क्षमताओं को बढ़ाने के निर्देश और तरीके, और परिणामस्वरूप, दक्षता निर्धारित की जाती है।