Cos'è l'efficienza nella definizione fisica. Efficienza del motore a combustione interna

Informazioni teoriche di base

Lavoro meccanico

Le caratteristiche energetiche del movimento vengono introdotte sulla base del concetto lavoro meccanico o lavoro di forza. Lavoro compiuto da una forza costante F, è chiamata grandezza fisica, uguale al prodotto moduli di forza e spostamento moltiplicati per il coseno dell'angolo compreso tra i vettori di forza F e movimenti S:

Il lavoro è una quantità scalare. Può essere positivo (0° ≤ α < 90°), так и отрицательна (90° < α ≤ 180°). A α = 90° il lavoro compiuto dalla forza è zero. Nel sistema SI il lavoro si misura in joule (J). Un joule è uguale al lavoro compiuto da una forza di 1 newton per spostarsi di 1 metro nella direzione della forza.

Se la forza cambia nel tempo, per trovare il lavoro, costruisci un grafico della forza rispetto allo spostamento e trova l'area della figura sotto il grafico: questo è il lavoro:

Un esempio di forza il cui modulo dipende dalla coordinata (spostamento) è la forza elastica di una molla, che obbedisce alla legge di Hooke ( F controllo = kx).

Energia

Si chiama il lavoro compiuto da una forza per unità di tempo energia. Energia P(a volte indicato con la lettera N) – grandezza fisica pari al rapporto di lavoro UN ad un periodo di tempo T durante il quale è stato completato questo lavoro:

Questa formula calcola potenza media, cioè. potere che caratterizza generalmente il processo. Quindi il lavoro può essere espresso anche in termini di potenza: UN = Pt(se, ovviamente, si conoscono la potenza e il tempo di esecuzione del lavoro). L'unità di potenza è chiamata watt (W) o 1 joule al secondo. Se il moto è uniforme allora:

Usando questa formula possiamo calcolare potenza istantanea(alimentazione inserita al momento tempo), se al posto della velocità sostituiamo nella formula il valore della velocità istantanea. Come fai a sapere quale potenza contare? Se il problema richiede potenza in un momento temporale o in un punto qualsiasi dello spazio, allora viene considerato istantaneo. Se chiedono informazioni sulla potenza per un determinato periodo di tempo o parte del percorso, cerca la potenza media.

Efficienza – coefficiente azione utile , è uguale al rapporto lavoro utile da spendere, o potere utile da spendere:

Quale lavoro è utile e quale è sprecato è determinato dalle condizioni di un compito specifico attraverso il ragionamento logico. Ad esempio, se una gru svolge il lavoro di sollevare un carico ad una certa altezza, allora il lavoro utile sarà il lavoro di sollevamento del carico (poiché è per questo scopo che è stata creata la gru), e il lavoro speso sarà il lavoro svolto dal motore elettrico della gru.

Pertanto, il potere utile e quello speso non hanno una definizione rigorosa e si trovano mediante un ragionamento logico. In ogni compito, noi stessi dobbiamo determinare quale fosse l'obiettivo del lavoro in questo compito (lavoro utile o potere) e quale fosse il meccanismo o il modo di eseguire tutto il lavoro (potere o lavoro speso).

In generale, l’efficienza mostra quanto efficientemente un meccanismo converte un tipo di energia in un altro. Se la potenza cambia nel tempo, il lavoro si trova come l'area della figura sotto il grafico della potenza in funzione del tempo:

Energia cinetica

Viene chiamata una quantità fisica pari alla metà del prodotto della massa di un corpo per il quadrato della sua velocità energia cinetica del corpo (energia del movimento):

Cioè, se un'auto che pesa 2000 kg si muove alla velocità di 10 m/s, allora ha un'energia cinetica pari a E k = 100 kJ ed è in grado di compiere 100 kJ di lavoro. Questa energia può essere convertita in calore (quando un'auto frena, la gomma delle ruote, della strada e dei dischi dei freni si riscalda) o può essere spesa per deformare l'auto e la carrozzeria contro la quale si è scontrata (in un incidente). Durante il calcolo energia cinetica non importa dove si muove l’auto, poiché l’energia, come il lavoro, è una quantità scalare.

Un corpo ha energia se può compiere un lavoro. Ad esempio, un corpo in movimento ha energia cinetica, cioè energia del movimento ed è in grado di compiere lavoro per deformare i corpi o imprimere accelerazione ai corpi con cui avviene una collisione.

Il significato fisico dell'energia cinetica: in ordine per un corpo in riposo con una massa M cominciò a muoversi velocemente vè necessario compiere un lavoro pari al valore ottenuto dell'energia cinetica. Se il corpo ha una massa M si muove a velocità v, allora per fermarlo è necessario compiere un lavoro pari alla sua energia cinetica iniziale. In frenata l'energia cinetica viene principalmente (tranne nei casi di impatto, quando l'energia va a deformazione) “portata via” dalla forza di attrito.

Teorema sull'energia cinetica: il lavoro della forza risultante è uguale alla variazione dell'energia cinetica del corpo:

Il teorema dell'energia cinetica è valido anche nel caso generale, quando un corpo si muove sotto l'influenza di una forza variabile, la cui direzione non coincide con la direzione del movimento. È conveniente applicare questo teorema ai problemi che coinvolgono l'accelerazione e la decelerazione di un corpo.

Energia potenziale

Insieme all'energia cinetica o energia del movimento, il concetto gioca un ruolo importante in fisica energia potenziale o energia di interazione tra corpi.

L'energia potenziale è determinata dalla posizione relativa dei corpi (ad esempio, la posizione del corpo rispetto alla superficie della Terra). Il concetto di energia potenziale può essere introdotto solo per forze il cui lavoro non dipende dalla traiettoria del corpo ed è determinato solo dalle posizioni iniziale e finale (le cosiddette forze conservatrici). Il lavoro compiuto da tali forze su una traiettoria chiusa è zero. Questa proprietà è posseduta dalla gravità e dalla forza elastica. Per queste forze possiamo introdurre il concetto di energia potenziale.

Energia potenziale di un corpo nel campo gravitazionale terrestre calcolato con la formula:

Il significato fisico dell'energia potenziale di un corpo: l'energia potenziale è uguale al lavoro compiuto dalla gravità quando si abbassa il corpo al livello zero ( H– distanza dal baricentro del corpo al livello zero). Se un corpo ha energia potenziale, allora è in grado di compiere lavoro quando cade da un'altezza H a livello zero. Il lavoro compiuto dalla gravità è uguale alla variazione dell'energia potenziale del corpo, prelevata da segno opposto:

Spesso nei problemi energetici bisogna trovare il lavoro di sollevare (girare, uscire da un buco) il corpo. In tutti questi casi è necessario considerare il movimento non del corpo stesso, ma solo del suo baricentro.

L'energia potenziale Ep dipende dalla scelta del livello zero, cioè dalla scelta dell'origine dell'asse OY. In ogni problema il livello zero viene scelto per ragioni di comodità. Ciò che ha un significato fisico non è l'energia potenziale in sé, ma il suo cambiamento quando un corpo si sposta da una posizione all'altra. Questo cambiamento è indipendente dalla scelta del livello zero.

Energia potenziale di una molla allungata calcolato con la formula:

Dove: k– rigidità della molla. Una molla estesa (o compressa) può mettere in movimento un corpo ad essa attaccato, cioè impartire energia cinetica a questo corpo. Di conseguenza, una tale molla ha una riserva di energia. Tensione o compressione X deve essere calcolato dallo stato indeformato del corpo.

L'energia potenziale di un corpo elasticamente deformato è pari al lavoro compiuto dalla forza elastica durante la transizione da questo stato in uno stato con deformazione zero. Se nello stato iniziale la molla era già deformata e il suo allungamento era pari a X 1, poi al passaggio ad un nuovo stato con allungamento X 2, la forza elastica compirà un lavoro pari alla variazione di energia potenziale, presa con il segno opposto (poiché la forza elastica è sempre diretta contro la deformazione del corpo):

L'energia potenziale durante la deformazione elastica è l'energia di interazione delle singole parti del corpo tra loro mediante forze elastiche.

Il lavoro della forza di attrito dipende dal percorso percorso (questo tipo di forza, il cui lavoro dipende dalla traiettoria e dal percorso percorso si chiama: forze dissipative). Non è possibile introdurre il concetto di energia potenziale per la forza di attrito.

Efficienza

Fattore di efficienza (efficienza)– caratteristica dell'efficienza di un sistema (dispositivo, macchina) in relazione alla conversione o trasmissione di energia. È determinato dal rapporto tra l'energia utilmente utilizzata e la quantità totale di energia ricevuta dal sistema (la formula è già stata fornita sopra).

L’efficienza può essere calcolata sia attraverso il lavoro che attraverso la potenza. Il lavoro utile e speso (potere) sono sempre determinati da un semplice ragionamento logico.

IN motori elettrici L'efficienza è il rapporto tra il lavoro meccanico (utile) eseguito e energia elettrica, ricevuto dalla fonte. Nei motori termici, rapporto tra lavoro meccanico utile e quantità di calore spesa. Nei trasformatori elettrici, rapporto tra l'energia elettromagnetica ricevuta nell'avvolgimento secondario e l'energia consumata dall'avvolgimento primario.

Il concetto di efficienza, per la sua generalità, consente di confrontarli e valutarli vari sistemi, Come reattori nucleari, generatori elettrici e motori, centrali termiche, dispositivi a semiconduttore, oggetti biologici, ecc.

A causa delle inevitabili perdite di energia dovute all'attrito, al riscaldamento dei corpi circostanti, ecc. L'efficienza è sempre inferiore all'unità. Di conseguenza, l'efficienza è espressa come frazione dell'energia spesa, cioè sotto forma di frazione propria o percentuale, ed è una quantità adimensionale. L'efficienza caratterizza l'efficienza con cui funziona una macchina o un meccanismo. L'efficienza delle centrali termoelettriche raggiunge il 35-40%, i motori a combustione interna con sovralimentazione e preraffreddamento - 40-50%, dinamo e generatori ad alta potenza - 95%, trasformatori - 98%.

Un problema in cui è necessario trovare l'efficienza o è noto, è necessario iniziare con un ragionamento logico: quale lavoro è utile e quale è sprecato.

Legge di conservazione dell'energia meccanica

Energia meccanica totaleè chiamata la somma dell'energia cinetica (cioè l'energia del movimento) e potenziale (cioè l'energia di interazione dei corpi da parte delle forze di gravità ed elasticità):

Se l'energia meccanica non si trasforma in altre forme, ad esempio in energia interna (termica), la somma dell'energia cinetica e potenziale rimane invariata. Se l'energia meccanica si trasforma in energia termica, allora la variazione dell'energia meccanica è uguale al lavoro della forza di attrito o delle perdite di energia, o alla quantità di calore rilasciato, e così via, in altre parole, la variazione dell'energia meccanica totale è uguale al lavoro delle forze esterne:

La somma dell'energia cinetica e potenziale dei corpi che compongono un sistema chiuso (cioè in cui non agiscono forze esterne e il loro lavoro è corrispondentemente nullo) e delle forze gravitazionali ed elastiche che interagiscono tra loro rimane invariata:

Questa affermazione esprime legge di conservazione dell'energia (LEC) nei processi meccanici. È una conseguenza delle leggi di Newton. La legge di conservazione dell'energia meccanica è soddisfatta solo quando i corpi in un sistema chiuso interagiscono tra loro mediante forze di elasticità e gravità. In tutti i problemi sulla legge di conservazione dell'energia ci saranno sempre almeno due stati di un sistema di corpi. La legge afferma che l'energia totale del primo stato sarà uguale all'energia totale del secondo stato.

Algoritmo per la risoluzione di problemi sulla legge di conservazione dell'energia:

Trova i punti della posizione iniziale e finale del corpo.
Annota quali o quali energie ha il corpo in questi punti.
Equiparare l'energia iniziale e finale del corpo.
Aggiungi altre equazioni necessarie da argomenti precedenti nella fisica.
Risolvere l'equazione o il sistema di equazioni risultante utilizzando metodi matematici.

È importante notare che la legge di conservazione dell'energia meccanica ha permesso di ottenere una relazione tra le coordinate e le velocità di un corpo in due diversi punti della traiettoria senza analizzare la legge del moto del corpo in tutti i punti intermedi. L'applicazione della legge di conservazione dell'energia meccanica può semplificare notevolmente la soluzione di molti problemi.

IN condizioni reali Quasi sempre, sui corpi in movimento, insieme alle forze gravitazionali, alle forze elastiche e ad altre forze, agiscono forze di attrito o forze di resistenza ambientale. Il lavoro compiuto dalla forza di attrito dipende dalla lunghezza del percorso.

Se tra i corpi che compongono un sistema chiuso agiscono forze di attrito, l’energia meccanica non si conserva. Parte dell'energia meccanica viene convertita in energia interna dei corpi (riscaldamento). Pertanto, l’energia nel suo insieme (cioè non solo quella meccanica) viene comunque conservata.

Durante qualsiasi interazione fisica, l'energia non appare né scompare. Cambia semplicemente da una forma all'altra. Questo fatto stabilito sperimentalmente esprime una legge fondamentale della natura:.

legge di conservazione e trasformazione dell'energia Una delle conseguenze della legge di conservazione e trasformazione dell’energia è l’affermazione sull’impossibilità di creare “ macchina a moto perpetuo

"(perpetuum mobile) - una macchina in grado di eseguire un lavoro indefinitamente senza consumare energia.

Vari compiti per il lavoro Se il problema richiede una ricerca lavoro meccanico

, quindi scegli prima come trovarlo: UN = Un lavoro può essere trovato utilizzando la formula: FS α ∙cos
. Trova la forza che compie il lavoro e l'entità dello spostamento del corpo sotto l'influenza di questa forza nel sistema di riferimento scelto. Si noti che l'angolo deve essere scelto tra i vettori forza e spostamento.
Il lavoro compiuto da una forza esterna può essere trovato come differenza di energia meccanica nella situazione finale e in quella iniziale. L’energia meccanica è uguale alla somma dell’energia cinetica e potenziale del corpo. UN = Il lavoro compiuto per sollevare un corpo a velocità costante può essere calcolato utilizzando la formula: mgh H, Dove - altezza a cui sorge.
baricentro del corpo UN = Pt.
Il lavoro può essere trovato come il prodotto di potenza e tempo, cioè secondo la formula:

Il lavoro può essere trovato come l'area della figura sotto il grafico della forza rispetto allo spostamento o della potenza rispetto al tempo.

Legge di conservazione dell'energia e dinamica del moto rotatorio

I problemi di questo argomento sono matematicamente piuttosto complessi, ma se si conosce l'approccio, possono essere risolti utilizzando un algoritmo completamente standard. In tutti i problemi dovrai considerare la rotazione del corpo nel piano verticale. La soluzione si ridurrà alla seguente sequenza di azioni:
Devi determinare il punto che ti interessa (il punto in cui devi determinare la velocità del corpo, la forza di tensione del filo, il peso e così via).
Scrivi a questo punto la seconda legge di Newton, tenendo conto che il corpo ruota, cioè ha un’accelerazione centripeta. Scrivi la legge di conservazione dell'energia meccanica in modo che contenga nella stessa la velocità del corpo punto interessante
A seconda della condizione, esprimi la velocità al quadrato da un'equazione e sostituiscila nell'altra.
Eseguire le restanti operazioni matematiche necessarie per ottenere il risultato finale.

Quando risolvi i problemi, devi ricordare che:

La condizione per superare il punto superiore durante la rotazione su una filettatura alla velocità minima è la forza di reazione del supporto N nel punto più alto è 0. La stessa condizione è soddisfatta quando si supera il punto più alto del circuito morto.
Quando si ruota su un'asta, la condizione per percorrere l'intero cerchio è: la velocità minima nel punto più alto è 0.
La condizione per la separazione di un corpo dalla superficie della sfera è che la forza di reazione del supporto nel punto di separazione sia zero.

Urti anelastici

La legge di conservazione dell'energia meccanica e la legge di conservazione della quantità di moto consentono di trovare soluzioni a problemi meccanici nei casi in cui non sono noti forze attive. Un esempio di questo tipo di problema è l'interazione d'impatto dei corpi.

Per impatto (o collisione)È consuetudine chiamare un'interazione a breve termine dei corpi, a seguito della quale le loro velocità subiscono cambiamenti significativi. Durante una collisione di corpi, tra loro agiscono forze di impatto a breve termine, la cui entità, di regola, è sconosciuta. Pertanto, è impossibile considerare l'interazione d'impatto utilizzando direttamente le leggi di Newton. L'applicazione delle leggi di conservazione dell'energia e della quantità di moto in molti casi consente di escludere dalla considerazione il processo di collisione stesso e ottenere una connessione tra le velocità dei corpi prima e dopo la collisione, aggirando tutti i valori intermedi di queste quantità.

Spesso abbiamo a che fare con l'interazione d'impatto dei corpi nella vita quotidiana, nella tecnologia e nella fisica (soprattutto nella fisica dell'atomo e particelle elementari). In meccanica vengono spesso utilizzati due modelli di interazione d'impatto: impatti assolutamente elastici e assolutamente anelastici.

Impatto assolutamente anelastico chiamato tale interazione d'impatto in cui i corpi si collegano (si attaccano insieme) tra loro e si muovono ulteriormente come un unico corpo.

In un urto completamente anelastico l’energia meccanica non si conserva. Si trasforma parzialmente o completamente nell'energia interna dei corpi (riscaldamento). Per descrivere eventuali impatti è necessario trascrivere sia la legge di conservazione della quantità di moto che la legge di conservazione dell'energia meccanica, tenendo conto del calore sprigionato (è altamente consigliabile fare prima un disegno).

Impatto assolutamente elastico

Colpo assolutamente elastico chiamato urto in cui si conserva l'energia meccanica di un sistema di corpi. In molti casi, le collisioni di atomi, molecole e particelle elementari obbediscono alle leggi dell'impatto assolutamente elastico. Con un impatto assolutamente elastico, insieme alla legge di conservazione della quantità di moto, è soddisfatta la legge di conservazione dell'energia meccanica. Un semplice esempio Un urto perfettamente elastico può essere l'impatto centrale di due palle da biliardo, una delle quali era ferma prima dell'urto.

Colpo centrale palle si chiama collisione in cui le velocità delle palle prima e dopo l'impatto sono dirette lungo la linea dei centri. Pertanto, utilizzando le leggi di conservazione dell'energia meccanica e della quantità di moto, è possibile determinare la velocità delle sfere dopo una collisione se si conosce la loro velocità prima della collisione. Lo sciopero centrale viene implementato molto raramente nella pratica, soprattutto se stiamo parlando sulle collisioni di atomi o molecole. In un urto elastico non centrale, le velocità delle particelle (sfere) prima e dopo l'urto non sono dirette su una linea retta.

Un caso speciale di impatto elastico decentrato può essere la collisione di due palle da biliardo della stessa massa, una delle quali era immobile prima dell'urto e la velocità della seconda non era diretta lungo la linea dei centri delle palle . In questo caso, i vettori velocità delle sfere dopo un urto elastico sono sempre diretti perpendicolari tra loro.

Leggi di conservazione. Compiti complessi

Corpi multipli

In alcuni problemi sulla legge di conservazione dell'energia, i cavi con cui si muovono determinati oggetti possono avere massa (cioè non essere privi di peso, come potresti già essere abituato). In questo caso bisogna tenere conto anche del lavoro di spostamento di tali cavi (ovvero del loro baricentro).

Se due corpi collegati da un'asta priva di peso ruotano su un piano verticale, allora:

scegliere un livello zero per calcolare l'energia potenziale, ad esempio a livello dell'asse di rotazione o a livello del punto più basso trovare uno dei carichi e fare un disegno;
annotare la legge di conservazione dell'energia meccanica, in cui sul lato sinistro scriviamo la somma dell'energia cinetica e potenziale di entrambi i corpi nella situazione iniziale, e sul lato destro scriviamo la somma dell'energia cinetica e potenziale di entrambi gli organi nella situazione finale;
si tenga conto che le velocità angolari dei corpi sono le stesse, allora le velocità lineari dei corpi sono proporzionali ai raggi di rotazione;
se necessario, scrivi separatamente la seconda legge di Newton per ciascuno dei corpi.

Il proiettile è scoppiato

Quando un proiettile esplode, viene rilasciata energia esplosiva. Per trovare questa energia è necessario sottrarre l'energia meccanica del proiettile prima dell'esplosione dalla somma delle energie meccaniche dei frammenti dopo l'esplosione. Utilizzeremo anche la legge di conservazione della quantità di moto, scritta sotto forma di teorema del coseno (metodo vettoriale) o sotto forma di proiezioni su assi selezionati.

Collisioni con una piastra pesante

Incontriamo un piatto pesante che si muove velocemente v, una palla leggera di massa si muove M a velocità tu N. Poiché la quantità di moto della palla è molto inferiore alla quantità di moto del piatto, dopo l'impatto la velocità del piatto non cambierà e continuerà a muoversi alla stessa velocità e nella stessa direzione. Come risultato dell'impatto elastico, la palla volerà via dal piatto. È importante capirlo qui la velocità della palla rispetto al piatto non cambierà. In questo caso, per la velocità finale della palla otteniamo:

Pertanto, la velocità della palla dopo l'impatto aumenta del doppio della velocità del muro. Un ragionamento simile per il caso in cui prima dell'impatto la palla e il piatto si muovevano nella stessa direzione porta al risultato che la velocità della palla diminuisce del doppio della velocità del muro:

In fisica e matematica, tra le altre cose, devono essere soddisfatte tre condizioni importanti:

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Impara tutte le formule e le leggi della fisica e le formule e i metodi della matematica. In effetti, anche questo è molto semplice da fare, formule necessarie in fisica ce ne sono solo circa 200, in matematica anche un po' meno. Ciascuno di questi argomenti ha circa una dozzina di metodi standard per risolvere i problemi livello base difficoltà che possono anche essere apprese e quindi risolte in modo completamente automatico e senza difficoltà momento giusto la maggior parte del DH. Dopodiché dovrai pensare solo ai compiti più difficili.
Partecipa a tutte e tre le fasi delle prove generali di fisica e matematica. Ogni RT può essere visitato due volte per decidere su entrambe le opzioni. Ancora una volta, nel TC, oltre alla capacità di risolvere problemi in modo rapido ed efficiente e alla conoscenza di formule e metodi, è necessario anche essere in grado di pianificare adeguatamente il tempo, distribuire le forze e, soprattutto, compilare correttamente il modulo di risposta, senza confondere i numeri delle risposte e dei problemi, o il proprio cognome. Inoltre, durante il RT, è importante abituarsi allo stile di porre domande sui problemi, che può sembrare molto insolito per una persona impreparata al DT.

L'implementazione riuscita, diligente e responsabile di questi tre punti ti consentirà di mostrare un risultato eccellente al CT, il massimo di ciò di cui sei capace.

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Efficienza (Efficienza) - caratteristica dell'efficienza di un sistema (dispositivo, macchina) in relazione alla conversione o trasmissione di energia. È determinato dal rapporto tra l'energia utilmente utilizzata e la quantità totale di energia ricevuta dal sistema; solitamente indicato con η (“questo”). η = Wpol/Wcym. L’efficienza è una quantità adimensionale e viene spesso misurata in percentuale. Matematicamente, la definizione di efficienza può essere scritta come:

X 100%,

Dove UN- lavoro utile e Q- energia spesa.

Per la legge di conservazione dell'energia, l'efficienza è sempre inferiore o uguale all'unità, cioè è impossibile ottenere più lavoro utile dell'energia spesa.

Efficienza del motore termico- il rapporto tra il lavoro utile completo del motore e l'energia ricevuta dal riscaldatore. Efficienza motore termico può essere calcolato utilizzando la seguente formula

dove è la quantità di calore ricevuta dal riscaldatore, è la quantità di calore ceduta al frigorifero. Massima efficienza tra le macchine cicliche che funzionano a determinate temperature della sorgente calda T 1 e freddo T 2, hanno motori termici funzionanti secondo il ciclo di Carnot; questa efficienza marginale è uguale a

Non tutti gli indicatori che caratterizzano l'efficienza dei processi energetici corrispondono alla descrizione di cui sopra. Anche se vengono tradizionalmente o erroneamente chiamati "efficienza", possono avere altre proprietà, in particolare superare il 100%.

Efficienza della caldaia

Articolo principale: Bilancio termico della caldaia

Il rendimento delle caldaie a combustibile fossile viene tradizionalmente calcolato in base al potere calorifico inferiore; si presuppone che l'umidità dei prodotti della combustione esca dalla caldaia sotto forma di vapore surriscaldato. IN caldaie a condensazione questa umidità si condensa, il calore di condensazione viene utilizzato utilmente. Quando si calcola l'efficienza in base al potere calorifico inferiore, potrebbe risultare maggiore di uno. In questo caso sarebbe più corretto calcolarlo in base al potere calorifico più elevato, che tiene conto del calore di condensazione del vapore; tuttavia, le prestazioni di una tale caldaia sono difficili da confrontare con i dati di altri impianti.

Pompe di calore e refrigeratori

Il vantaggio delle pompe di calore come apparecchi di riscaldamento è la capacità di ricevere talvolta più calore dell'energia consumata per il loro funzionamento; allo stesso modo, una macchina di refrigerazione può rimuovere più calore dall'estremità raffreddata di quanto ne viene speso per organizzare il processo.

L'efficienza di tali motori termici è caratterizzata da coefficiente di prestazione(per macchine frigorifere) o rapporto di trasformazione(per pompe di calore)

dov'è il calore prelevato dall'estremità fredda (nelle macchine frigorifere) o trasferito all'estremità calda (nelle pompe di calore); - il lavoro (o l'elettricità) speso per questo processo. Il ciclo inverso di Carnot ha i migliori indicatori di prestazione per tali macchine: ha un coefficiente di prestazione

dove , sono le temperature delle estremità calde e fredde, . Questo valore, ovviamente, può essere arbitrariamente grande; Sebbene sia difficile da avvicinare praticamente, il coefficiente di prestazione può comunque superare l'unità. Ciò non contraddice la prima legge della termodinamica, poiché, oltre all'energia, viene presa in considerazione UN(ad esempio elettrico), per riscaldare Q C'è anche energia prelevata dalla fonte fredda.

Letteratura

Peryškin A.V. Fisica. 8° grado. - Otarda, 2005. - 191 pag. - 50.000 copie.

- ISBN 5-7107-9459-7.

Note

Fondazione Wikimedia.:

2010.

Sinonimi Scopri cos'è il "fattore di efficienza" in altri dizionari: efficienza Una quantità che caratterizza la perfezione dei processi di trasformazione, conversione o trasferimento di energia, che è il rapporto tra utile... ... Guida del traduttore tecnico

Oppure il coefficiente di rendimento (efficienza) è una caratteristica della qualità di funzionamento di qualsiasi macchina o apparato in termini di efficienza. Per efficienza si intende il rapporto tra la quantità di lavoro ricevuta da una macchina o di energia dall'apparato e la quantità ... ... Dizionario marino

- (efficienza), indicatore dell'efficienza di un meccanismo, definita come il rapporto tra il lavoro svolto dal meccanismo e il lavoro speso per il suo funzionamento. Efficienza solitamente espresso in percentuale. Un meccanismo ideale avrebbe efficienza =... ... Dizionario enciclopedico scientifico e tecnico

Enciclopedia moderna

- (efficienza) caratteristica dell'efficienza di un sistema (dispositivo, macchina) in relazione alla conversione dell'energia; è determinato dal rapporto tra l'energia utilmente utilizzata (convertita in lavoro durante un processo ciclico) e la quantità totale di energia,... ... Grande Dizionario enciclopedico

- (efficienza), caratteristica dell'efficienza di un sistema (dispositivo, macchina) in relazione alla conversione o trasmissione di energia; è determinato dal rapporto m) tra l'energia utilmente utilizzata (Wtotal) e la quantità totale di energia (Wtotal) ricevuta dal sistema; h=Wpavimento… … Enciclopedia fisica

- (efficienza) rapporto dell'energia utilmente utilizzata W p, ad esempio. sotto forma di lavoro, alla quantità totale di energia W ricevuta dal sistema (macchina o motore), W p/W. A causa delle inevitabili perdite di energia dovute all'attrito e ad altri processi di non equilibrio per i sistemi reali... ... Enciclopedia fisica

Il rapporto tra il lavoro utile speso o l'energia ricevuta e tutto il lavoro speso o, rispettivamente, l'energia consumata. Ad esempio, l'efficienza di un motore elettrico è il rapporto tra meccanico. la potenza che cede all'elettricità che gli viene fornita. energia; A.… … Dizionario tecnico ferroviario

Sostantivo, numero di sinonimi: 8 efficienza (4) rendimento (27) fecondità (10) ... Dizionario dei sinonimi

Efficienza- è una quantità che caratterizza la perfezione di qualsiasi sistema in relazione a qualsiasi processo di trasformazione o trasferimento di energia che avviene in esso, definita come il rapporto tra il lavoro utile e il lavoro speso per l'attuazione.... ... Enciclopedia dei termini, definizioni e spiegazioni dei materiali da costruzione

Efficienza- (efficienza), una caratteristica numerica dell'efficienza energetica di qualsiasi dispositivo o macchina (compreso un motore termico). L’efficienza è determinata dal rapporto tra l’energia utilmente utilizzata (cioè convertita in lavoro) e la quantità totale di energia... ... Dizionario enciclopedico illustrato

Libri

Coefficiente di bioconversione, Yu. F. Novikov, Qual è il meccanismo per convertire i mangimi in prodotti zootecnici, con quale efficienza funziona e come aumentarlo? - Questo libro risponde a queste domande. In esso... Categoria: Progettazione ed elaborazione grafica Serie: Letteratura scientifica popolare Editore: Agropromizdat, Produttore:

Fattore di efficienza (efficienza)è una caratteristica della prestazione del sistema in relazione alla conversione o trasferimento di energia, che è determinata dal rapporto tra l'energia utile utilizzata e l'energia totale ricevuta dal sistema.

Efficienza- una quantità adimensionale, solitamente espressa in percentuale:

Il coefficiente di prestazione (efficienza) di un motore termico è determinato dalla formula: , dove A = Q1Q2. L'efficienza di un motore termico è sempre inferiore a 1.

Ciclo di Carnotè un processo circolare reversibile del gas, che consiste nel fare in modo sequenziale due processi isotermici e due adiabatici eseguiti con il fluido di lavoro.

Un ciclo circolare, che comprende due isoterme e due adiabat, corrisponde alla massima efficienza.

L'ingegnere francese Sadi Carnot nel 1824 derivò la formula per la massima efficienza di un motore termico ideale, dove il fluido di lavoro è un gas ideale, il cui ciclo consisteva di due isoterme e due adiabat, cioè il ciclo di Carnot. Il ciclo di Carnot è il ciclo di lavoro reale di una macchina termica che compie lavoro grazie al calore fornito al fluido di lavoro in un processo isotermico.

La formula per il rendimento del ciclo di Carnot, cioè il rendimento massimo di un motore termico, ha la forma: , dove T1 - temperatura assoluta riscaldatore, T2 è la temperatura assoluta del frigorifero.

Motori termici- si tratta di strutture in cui l'energia termica viene convertita in energia meccanica.

I motori termici sono diversi sia nel design che nello scopo. Questi includono motori a vapore, turbine a vapore, motori a combustione interna e motori a reazione.

Tuttavia, nonostante la diversità, in linea di principio il funzionamento di vari motori termici lo è caratteristiche comuni. I componenti principali di ogni motore termico sono:

stufa;
fluido di lavoro;
frigo.

Il riscaldatore emette energia termica, riscaldando il fluido di lavoro, che si trova nella camera di lavoro del motore. Il fluido di lavoro può essere vapore o gas.

Avendo accettato la quantità di calore, il gas si espande, perché la sua pressione è maggiore della pressione esterna e muove il pistone producendo lavoro positivo. Allo stesso tempo, la sua pressione diminuisce e il suo volume aumenta.

Se comprimiamo il gas, attraversando gli stessi stati, ma nella direzione opposta, faremo lo stesso valore assoluto, ma lavoro negativo. Di conseguenza, tutto il lavoro per ciclo sarà zero.

Affinché il lavoro di una macchina termica sia diverso da zero, il lavoro di compressione del gas deve essere inferiore al lavoro di espansione.

Affinché il lavoro di compressione diventi inferiore al lavoro di espansione, è necessario che il processo di compressione avvenga ad una temperatura inferiore; per questo il fluido di lavoro deve essere raffreddato, motivo per cui nel progetto è incluso un frigorifero; del motore termico. Il fluido di lavoro trasferisce calore al frigorifero quando entra in contatto con esso.

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Nel processo di spostamento delle cariche all'interno di un circuito chiuso, una certa quantità di lavoro viene eseguita dalla sorgente di corrente. Può essere utile e completo. Nel primo caso, la sorgente di corrente sposta le cariche nel circuito esterno, compiendo lavoro, e nel secondo caso le cariche si muovono attraverso l'intero circuito. In questo processo grande valore ha l'efficienza della sorgente di corrente, definita come il rapporto tra la resistenza esterna e totale del circuito. Se la resistenza interna della sorgente e la resistenza esterna del carico sono uguali, metà della potenza totale andrà persa nella sorgente stessa, e l'altra metà verrà rilasciata sul carico. In questo caso, l'efficienza sarà dello 0,5 o del 50%.

Efficienza del circuito elettrico

Il fattore di efficienza in esame è principalmente legato a quantità fisiche, che caratterizza la velocità di conversione o trasmissione dell'elettricità. Tra questi, la potenza, misurata in watt, viene al primo posto. Esistono diverse formule per determinarlo: P = U x I = U2/R = I2 x R.

Nei circuiti elettrici potrebbe esserci significato diverso tensione e quantità di carica, rispettivamente, e anche il lavoro svolto è diverso in ciascun caso. Molto spesso è necessario stimare la velocità con cui l'elettricità viene trasmessa o convertita. Questa velocità rappresenta la potenza elettrica corrispondente al lavoro svolto in una determinata unità di tempo. Sotto forma di formula, questo parametro sarà simile a questo: P=A/∆t. Pertanto il lavoro viene visualizzato come il prodotto della potenza per il tempo: A=P∙∆t. L'unità di lavoro utilizzata è .

Per determinare l'efficienza di un dispositivo, macchina, circuito elettrico o altro sistema simile in relazione alla potenza e al funzionamento, viene utilizzata l'efficienza. Questo valore è definito come il rapporto tra l'energia utilmente spesa e numero totale energia che entra nel sistema. L’efficienza è indicata con il simbolo η, ed è definita matematicamente come la formula: η = A/Q x 100% = [J]/[J] x 100% = [%], in cui A è il lavoro svolto dal consumatore , Q è l'energia fornita dalla sorgente. Secondo la legge di conservazione dell'energia, il valore di efficienza è sempre uguale o inferiore all'unità. Ciò significa che il lavoro utile non può superare la quantità di energia spesa per realizzarlo.

In questo modo vengono determinate le perdite di potenza in qualsiasi sistema o dispositivo, nonché il grado della sua utilità. Ad esempio, la perdita di potenza si verifica nei conduttori quando corrente elettrica parzialmente convertito in energia termica. L'entità di queste perdite dipende dalla resistenza del conduttore; parte integrante lavoro utile.

Esiste una differenza espressa dalla formula ∆Q=A-Q, che mostra chiaramente la potenza dissipata. Qui la relazione tra l'aumento delle perdite di potenza e la resistenza del conduttore è molto chiaramente visibile. Maggior parte un fulgido esempio Viene utilizzata una lampada a incandescenza la cui efficienza non supera il 15%. Il restante 85% della potenza viene convertito in radiazione termica, cioè infrarossa.

Qual è l'efficienza di una fonte di corrente

L'efficienza considerata dell'intero circuito elettrico ci permette di comprendere meglio essenza fisica Efficienza di una fonte di corrente, la cui formula è composta anche da varie quantità.

Durante lo spostamento cariche elettriche In un circuito elettrico chiuso, una sorgente di corrente esegue una certa quantità di lavoro, che si distingue come utile e completo. Mentre esegue un lavoro utile, la sorgente di corrente sposta le cariche nel circuito esterno. Quando sono completamente operative, le cariche, sotto l'influenza di una fonte di corrente, si muovono attraverso l'intero circuito.

Vengono visualizzati come formule nel modo seguente:

Lavoro utile - Apolez = qU = IUt = I2Rt.
Lavoro completo- Atollo = qε = Iεt = I2(R +r)t.

Sulla base di ciò, possiamo derivare le formule per la potenza utile e totale della fonte attuale:

Potenza utile - Puse = Apoles /t = IU = I2R.
Potenza totale - Ppieno = Apieno/t = Iε = I2(R + r).

Di conseguenza, formula di efficienza la fonte attuale assume la forma seguente:

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

La massima potenza utile si ottiene con un determinato valore di resistenza del circuito esterno, a seconda delle caratteristiche della sorgente di corrente e del carico. Tuttavia, occorre prestare attenzione all'incompatibilità tra la massima potenza netta e la massima efficienza.

Studio della potenza e del rendimento della sorgente di corrente

L'efficienza di una fonte di corrente dipende da molti fattori che dovrebbero essere considerati in una determinata sequenza.

Per determinarlo, secondo la legge di Ohm, esiste la seguente equazione: i = E/(R + r), in cui E è la forza elettromotrice della sorgente di corrente e r è la sua resistenza interna. Questi sono valori costanti che non dipendono dalla resistenza variabile R. Usandoli, puoi determinare la potenza utile consumata dal circuito elettrico:

W1 = i x U = i2 x R. Qui R è la resistenza del consumatore di elettricità, i è la corrente nel circuito, determinata dall'equazione precedente.

Quindi verrà visualizzato il valore della potenza utilizzando le variabili finali il seguente modulo: W1 = (E2 x R)/(R + r).

Trattandosi di una variabile intermedia, in questo caso la funzione W1(R) può essere analizzata per il suo estremo. A tale scopo è necessario determinare il valore di R in corrispondenza del quale il valore della derivata prima della potenza utile associata alla resistenza variabile (R) sarà pari a zero: 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

Da questa formula si può concludere che il valore della derivata può essere zero solo ad una condizione: la resistenza del ricevitore di energia elettrica (R) proveniente dalla sorgente di corrente deve raggiungere il valore della resistenza interna della sorgente stessa (R => r ). In queste condizioni, il valore del fattore di efficienza η sarà determinato come il rapporto tra la potenza utile e quella totale della sorgente di corrente - W1/W2. Poiché nel punto massimo di potenza utile la resistenza del consumatore di energia della fonte attuale sarà la stessa di resistenza interna la sorgente di corrente stessa, in questo caso l'efficienza sarà dello 0,5 o del 50%.

Attuali problemi di potenza ed efficienza

Il lavoro compiuto dal motore è:

Questo processo fu considerato per la prima volta dall’ingegnere e scienziato francese N. L. S. Carnot nel 1824 nel libro “Riflessioni sulla forza motrice fuoco e sulle macchine capaci di sviluppare questa forza."

L'obiettivo della ricerca di Carnot era scoprire le ragioni dell'imperfezione dei motori termici dell'epoca (avevano un'efficienza ≤ 5%) e trovare modi per migliorarli.

Il ciclo di Carnot è il più efficiente di tutti. La sua efficienza è massima.

La figura mostra i processi termodinamici del ciclo. Durante l'espansione isotermica (1-2) a temperatura T 1 , il lavoro viene svolto a causa del cambiamento energia interna riscaldatore, cioè dovuto alla fornitura di calore al gas Q:

UN 12 = Q 1 ,

Il raffreddamento del gas prima della compressione (3-4) avviene durante l'espansione adiabatica (2-3). Cambiamento di energia interna ∆U 23 durante una trasformazione adiabatica ( Q = 0) viene completamente convertito in lavoro meccanico:

UN 23 = -ΔU 23 ,

La temperatura del gas a seguito dell'espansione adiabatica (2-3) scende alla temperatura del frigorifero T 2 < T 1 . Nel processo (3-4), il gas viene compresso isotermicamente, trasferendo la quantità di calore al frigorifero Domanda 2:

A34 = Q2,

Il ciclo termina con il processo di compressione adiabatica (4-1), in cui il gas viene riscaldato ad una certa temperatura T1.

Il valore massimo di efficienza dei motori termici funzionanti a gas ideale, secondo il ciclo di Carnot:

L'essenza della formula è espressa nel provato CON. Teorema di Carnot secondo cui l'efficienza di qualsiasi motore termico non può superare l'efficienza di un ciclo di Carnot effettuato alla stessa temperatura del riscaldatore e del frigorifero.