Quello che viene chiamato il fattore di efficienza. Il tema dell’efficienza e del consumo di carburante

La fisica è una scienza che studia i processi che avvengono in natura. Questa scienza è molto interessante e curiosa, perché ognuno di noi vuole soddisfarsi mentalmente acquisendo conoscenza e comprensione di come e cosa funziona nel nostro mondo. La fisica, le cui leggi sono state dedotte nel corso dei secoli e da decine di scienziati, ci aiuta in questo compito, e dovremmo solo rallegrarci e assorbire la conoscenza fornita.

Ma allo stesso tempo la fisica è una scienza tutt'altro che semplice, come, appunto, la natura stessa, ma sarebbe molto interessante capirla. Oggi parleremo del coefficiente azione utile. Impareremo cos’è l’efficienza e perché è necessaria. Diamo un'occhiata a tutto in modo chiaro e interessante.

Spiegazione dell'abbreviazione - efficienza. Tuttavia, anche questa interpretazione potrebbe non essere particolarmente chiara la prima volta. Questo coefficiente caratterizza l'efficienza di un sistema o di qualsiasi singolo organismo e, più spesso, di un meccanismo. L'efficienza è caratterizzata dalla produzione o conversione di energia.

Questo coefficiente è applicabile a quasi tutto ciò che ci circonda, e anche a noi stessi, e in in misura maggiore. Dopotutto, lo facciamo lavoro utile tutto il tempo, ma quanto spesso e quanto sia importante è un’altra questione, e con questo viene usato il termine “efficienza”.

È importante considerarlo questo coefficiente è un valore illimitato, di solito rappresenta valori matematici, ad esempio 0 e 1, oppure, come più spesso accade, in percentuale.

In fisica, questo coefficiente è indicato con la lettera Ƞ, o, come viene comunemente chiamata, Eta.

Lavoro utile

Quando utilizziamo meccanismi o dispositivi, eseguiamo necessariamente un lavoro. Di norma, è sempre maggiore di quello di cui abbiamo bisogno per completare l'attività. In base a questi fatti si distinguono due tipi di lavoro: questo è speso, quello è designato lettera maiuscola, A con una piccola z (Az) e utile - A con la lettera p (Ap). Ad esempio, prendiamo questo caso: abbiamo il compito di sollevare un ciottolo con una certa massa una certa altezza. In questo caso, il lavoro è caratterizzato solo dal superamento della forza di gravità, che a sua volta agisce sul carico.

Nel caso in cui per il sollevamento si utilizzi un dispositivo diverso dalla gravità del ciottolo, è importante tenere conto anche gravità delle parti di questo dispositivo. E oltre a tutto questo, è importante ricordare che mentre vinciamo in forza, perderemo sempre lungo la strada. Tutti questi fatti portano alla conclusione che il lavoro speso sarà in ogni caso più utile, Az > An, la domanda è quanto di più, perché puoi ridurre questa differenza il più possibile e quindi aumentare l'efficienza, nostra o il nostro dispositivo.

Il lavoro utile è la porzione di lavoro speso che svolgiamo utilizzando un meccanismo. E l’efficienza è proprio questo quantità fisica, che mostra quale parte è lavoro utile del totale speso.

Risultato:

• Il lavoro speso Az è sempre maggiore del lavoro utile Ap.
• Maggiore è il rapporto tra utile e speso, maggiore è il coefficiente e viceversa.
• Ap si trova moltiplicando la massa per l'accelerazione di gravità e l'altezza di salita.

Esiste una certa formula per trovare l'efficienza. Funziona così: per trovare l'efficienza in fisica, è necessario dividere la quantità di energia per il lavoro svolto dal sistema. Cioè, l'efficienza è il rapporto tra l'energia spesa e il lavoro svolto. Da ciò possiamo trarre una semplice conclusione che quanto migliore ed efficiente è il sistema o il corpo, tanto meno energia viene spesa per svolgere il lavoro.

La formula stessa sembra breve e molto semplice: sarà uguale a A/Q. Cioè, Ƞ = A/Q. Questa breve formula cattura gli elementi di cui abbiamo bisogno per il calcolo. Cioè, A in questo caso è l'energia utilizzata che viene consumata dal sistema durante il funzionamento e lettera maiuscola Q, a sua volta, sarà la A spesa, o ancora l'energia spesa.

Idealmente, l'efficienza è uguale all'unità. Ma, come di solito accade, è più piccolo di lei. Ciò accade a causa della fisica e, ovviamente, della legge di conservazione dell'energia.

Il fatto è che la legge di conservazione dell'energia suggerisce che non è possibile ottenere più A dell'energia ricevuta. E anche questo coefficiente sarà molto raramente uguale a uno, poiché l'energia viene sempre sprecata. E il lavoro si accompagna a perdite: in un motore, ad esempio, la perdita risiede nel suo eccessivo riscaldamento.

Quindi, la formula dell'efficienza:

Ƞ=A/Q, Dove

• A è il lavoro utile svolto dal sistema.
• Q è l'energia consumata dal sistema.

Applicazione in vari campi della fisica

È interessante notare che l'efficienza non esiste come concetto neutrale, ogni processo ha la propria efficienza, non è una forza di attrito, non può esistere da solo.

Diamo un'occhiata ad alcuni esempi di processi efficienti.

Per esempio, prendiamo un motore elettrico. Il compito di un motore elettrico è convertire l'energia elettrica in energia meccanica. In questo caso il coefficiente sarà l'efficienza del motore in termini di conversione dell'energia elettrica in energia meccanica. Esiste anche una formula per questo caso, ed è simile a questa: Ƞ=P2/P1. Qui P1 è la potenza nella versione generale e P2 è la potenza utile prodotta dal motore stesso.

Non è difficile intuire che la struttura della formula dei coefficienti viene sempre preservata; cambiano solo i dati che devono essere sostituiti. Dipendono dal caso specifico, se si tratta di un motore, come nel caso sopra, allora occorre operare con la potenza erogata, se si tratta di un lavoro, allora la formula iniziale sarà diversa.

Ora conosciamo la definizione di efficienza e abbiamo un'idea al riguardo concetto fisico, così come sui suoi singoli elementi e sfumature. La fisica è una delle scienze più grandi, ma per capirla è possibile scomporla in piccole parti. Oggi abbiamo esaminato uno di questi pezzi.

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Fattore di efficienza (efficienza) è un termine che può essere applicato, forse, a ogni sistema e dispositivo. Anche una persona ha un fattore di efficienza, anche se probabilmente non esiste ancora una formula oggettiva per trovarlo. In questo articolo spiegheremo in dettaglio cos'è l'efficienza e come può essere calcolata per vari sistemi.

Definizione di efficienza

L'efficienza è un indicatore che caratterizza l'efficacia di un sistema in termini di produzione o conversione di energia. L'efficienza è una quantità incommensurabile ed è rappresentata come valore numerico compreso tra 0 e 1 o come percentuale.

Formula generale

L'efficienza è indicata dal simbolo Ƞ.

La formula matematica generale per trovare l'efficienza è scritta come segue:

Ƞ=A/Q, dove A è l'energia/lavoro utile svolto dal sistema e Q è l'energia consumata da questo sistema per organizzare il processo volto a ottenere un output utile.

Il fattore di efficienza, purtroppo, è sempre inferiore o uguale all'unità, poiché, secondo la legge di conservazione dell'energia, non possiamo ottenere più lavoro dell'energia spesa. Inoltre, l'efficienza, infatti, è estremamente raramente pari all'unità, poiché il lavoro utile è sempre accompagnato dalla presenza di perdite, ad esempio, per il riscaldamento del meccanismo.

Efficienza del motore termico

Un motore termico è un dispositivo che converte energia termica a meccanico. In una macchina termica, il lavoro è determinato dalla differenza tra la quantità di calore ricevuta dal riscaldatore e la quantità di calore ceduta al frigorifero, e quindi l'efficienza è determinata dalla formula:

• Ƞ=Qн-Qх/Qн, dove Qн è la quantità di calore ricevuta dal riscaldatore e Qх è la quantità di calore ceduta al frigorifero.

Si ritiene che la massima efficienza sia fornita dai motori che funzionano secondo il ciclo di Carnot. In questo caso l’efficienza è determinata dalla formula:

• Ƞ=T1-T2/T1, dove T1 è la temperatura della sorgente calda, T2 è la temperatura della sorgente fredda.

Efficienza del motore elettrico

Un motore elettrico è un dispositivo che converte l'energia elettrica in energia meccanica, quindi l'efficienza in questo caso è il rapporto di efficienza del dispositivo in termini di conversione energia elettrica a meccanico. La formula per trovare l'efficienza di un motore elettrico è simile alla seguente:

• Ƞ=P2/P1, dove P1 è la potenza elettrica fornita, P2 è la potenza meccanica utile generata dal motore.

La potenza elettrica si trova come il prodotto della corrente e della tensione del sistema (P=UI) e la potenza meccanica come il rapporto tra lavoro per unità di tempo (P=A/t)

Efficienza del trasformatore

Un trasformatore è un dispositivo che converte la corrente alternata di una tensione in corrente alternata di un'altra tensione mantenendo la frequenza. Inoltre, i trasformatori possono anche convertire la corrente alternata in corrente continua.

L'efficienza del trasformatore si trova dalla formula:

• Ƞ=1/1+(P0+PL*n2)/(P2*n), dove P0 è la perdita a vuoto, PL è la perdita a carico, P2 è la potenza attiva fornita al carico, n è il grado relativo di carico.

Efficienza o non efficienza?

Vale la pena notare che oltre all'efficienza, ci sono una serie di indicatori che caratterizzano l'efficienza dei processi energetici, e talvolta possiamo imbatterci in descrizioni come - efficienza dell'ordine del 130%, tuttavia in questo caso dobbiamo capirlo il termine non è usato del tutto correttamente e, molto probabilmente, l'autore o il produttore interpreta questa abbreviazione come una caratteristica leggermente diversa.

Per esempio, pompe di calore differiscono in quanto possono emettere più calore di quanto consumano. Pertanto, una macchina di refrigerazione può rimuovere dall'oggetto da raffreddare più calore di quanto è stato speso in energia equivalente per organizzare la rimozione. L'indicatore di efficienza di una macchina di refrigerazione è chiamato coefficiente di refrigerazione, indicato con la lettera Ɛ e determinato dalla formula: Ɛ=Qx/A, dove Qx è il calore rimosso dall'estremità fredda, A è il lavoro impiegato nel processo di rimozione . Tuttavia, a volte il coefficiente di refrigerazione è anche chiamato efficienza della macchina frigorifera.

È anche interessante notare l'efficienza delle caldaie in funzione combustibile organico, viene solitamente calcolato in base al potere calorifico inferiore, ma può essere maggiore dell'unità. Tuttavia, è ancora tradizionalmente chiamata efficienza. È possibile determinare l'efficienza di una caldaia dal potere calorifico più elevato, e quindi sarà sempre inferiore all'unità, ma in questo caso sarà scomodo confrontare le prestazioni delle caldaie con i dati di altri impianti.

Contenuto:

Ogni sistema o dispositivo ha un determinato coefficiente di prestazione (efficienza). Questo indicatore caratterizza l'efficienza del loro lavoro nel rilasciare o convertire qualsiasi tipo di energia. In termini di valore, l'efficienza è una quantità incommensurabile, rappresentata nella forma valore numerico compreso tra 0 e 1 o in percentuale. Questa caratteristica si applica pienamente a tutti i tipi motori elettrici.

Caratteristiche di rendimento dei motori elettrici

I motori elettrici appartengono alla categoria dei dispositivi che convertono l'energia elettrica in energia meccanica. L'efficienza di questi dispositivi determina la loro efficacia nello svolgimento della funzione principale.

Come trovare l'efficienza del motore? La formula per l'efficienza del motore elettrico è simile alla seguente: ƞ = P2/P1. In questa formula P1 è la potenza elettrica fornita e P2 è la potenza meccanica utile prodotta dal motore. Il valore della potenza elettrica (P) è determinato dalla formula P = UI e la potenza meccanica - P = A/t, come rapporto di lavoro per unità di tempo.

Il fattore di efficienza deve essere preso in considerazione quando si sceglie un motore elettrico. Ottimo rapporto qualità/prezzo presentano perdite di efficienza associate a correnti reattive, riduzione di potenza, riscaldamento del motore e altri fattori negativi.

La conversione dell'energia elettrica in energia meccanica è accompagnata da una graduale perdita di potenza. La perdita di efficienza è spesso associata al rilascio di calore quando il motore elettrico si riscalda durante il funzionamento. Le cause delle perdite possono essere magnetiche, elettriche e meccaniche, derivanti dall'influenza dell'attrito. Pertanto, l’esempio migliore è una situazione in cui sono stati consumati 1.000 rubli di energia elettrica, ma è stato prodotto solo 700-800 rubli di lavoro utile. Pertanto, l'efficienza in questo caso sarà del 70-80% e l'intera differenza verrà convertita in energia termica, che riscalda il motore.

Per raffreddare i motori elettrici, i ventilatori vengono utilizzati per convogliare l'aria attraverso apposite fessure. In conformità con gli standard stabiliti, i motori di classe A possono riscaldarsi fino a 85-90 0 C, classe B - fino a 110 0 C. Se la temperatura del motore supera gli standard stabiliti, ciò indica un possibile guasto imminente.

A seconda del carico, l'efficienza del motore elettrico può cambiare il suo valore:

• Per il minimo - 0;
• Al 25% di carico - 0,83;
• Al 50% del carico - 0,87;
• Al 75% di carico - 0,88;
• A pieno carico al 100%, l'efficienza è 0,87.

Uno dei motivi della diminuzione dell'efficienza di un motore elettrico potrebbe essere l'asimmetria di corrente, quando su ciascuna delle tre fasi appare una tensione diversa. Ad esempio, se nella prima fase ci sono 410 V, nella seconda - 402 V, nella terza - 288 V, il valore medio della tensione sarà (410 + 402 + 388) / 3 = 400 V. L'asimmetria della tensione sarà hanno valore: 410 - 388 = 22 volt. Pertanto, la perdita di efficienza per questo motivo sarà 22/400 x 100 = 5%.

Diminuzione dell'efficienza e perdite totali nel motore elettrico

Ce ne sono molti fattori negativi, sotto l'influenza del quale viene sommato l'importo delle perdite totali nei motori elettrici. Esistono tecniche speciali che ti consentono di determinarli in anticipo. Ad esempio, è possibile determinare la presenza di un intervallo attraverso il quale l'energia viene parzialmente fornita dalla rete allo statore e quindi al rotore.

Le perdite di potenza che si verificano nell'avviatore stesso sono costituite da diversi componenti. Innanzitutto si tratta di perdite associate all'inversione parziale della magnetizzazione del nucleo dello statore. Gli elementi in acciaio hanno un impatto trascurabile e praticamente non vengono presi in considerazione. Ciò è dovuto alla velocità di rotazione dello statore, che supera notevolmente la velocità flusso magnetico. In questo caso il rotore deve ruotare nel rigoroso rispetto delle caratteristiche tecniche dichiarate.

Senso potenza meccanica albero del rotore inferiore a potenza elettromagnetica. La differenza è la quantità di perdite che si verificano nell'avvolgimento. Le perdite meccaniche includono l'attrito nei cuscinetti e nelle spazzole, nonché l'effetto delle barriere d'aria sulle parti rotanti.

I motori elettrici asincroni sono caratterizzati dalla presenza di perdite aggiuntive dovute alla presenza di denti nello statore e nel rotore. Inoltre, nei singoli componenti del motore possono comparire flussi di vortici. Tutti questi fattori insieme riducono l'efficienza di circa lo 0,5% della potenza nominale dell'unità.

Nel calcolare le possibili perdite, viene utilizzata anche la formula dell'efficienza del motore, che consente di calcolare la riduzione di questo parametro. Innanzitutto vengono prese in considerazione le perdite di potenza totali, che sono direttamente correlate al carico del motore. All’aumentare del carico, le perdite aumentano proporzionalmente e l’efficienza diminuisce.

La progettazione dei motori elettrici asincroni tiene conto di tutte le possibili perdite in presenza di carichi massimi. Pertanto, il range di efficienza di questi dispositivi è piuttosto ampio e varia dall'80 al 90%. Nei motori ad alta potenza questa cifra può raggiungere il 90-96%.

Le realtà moderne richiedono l'uso diffuso di motori termici. Numerosi tentativi di sostituirli con motori elettrici sono finora falliti. I problemi associati all’accumulo di elettricità nei sistemi autonomi sono difficili da risolvere.

I problemi della tecnologia di produzione delle batterie elettriche, tenendo conto del loro utilizzo a lungo termine, sono ancora rilevanti. Le caratteristiche di velocità dei veicoli elettrici sono lontane da quelle delle auto con motore a combustione interna.

I primi passi per creare motori ibridi possono ridurre significativamente le emissioni nocive nelle megalopoli, risolvendo i problemi ambientali.

Un po' di storia

La possibilità di convertire l'energia del vapore in energia di movimento era nota fin dall'antichità. 130 aC: il filosofo Airone di Alessandria presentò al pubblico un giocattolo a vapore - eolipile. La sfera piena di vapore iniziò a ruotare sotto l'influenza dei getti che ne emanavano. A quei tempi questo prototipo delle moderne turbine a vapore non veniva utilizzato.

Per molti anni e secoli gli sviluppi del filosofo furono considerati solo un giocattolo divertente. Nel 1629 l'italiano D. Branchi creò una turbina attiva. Il vapore azionava un disco dotato di lame.

Da quel momento in poi iniziò il rapido sviluppo dei motori a vapore.

Motore termico

La conversione del carburante nell'energia di movimento delle parti e dei meccanismi della macchina viene utilizzata nei motori termici.

Le parti principali delle macchine: riscaldatore (sistema per ottenere energia dall'esterno), fluido di lavoro (svolge un'azione utile), frigorifero.

Il riscaldatore è progettato per garantire che il fluido di lavoro accumuli una fornitura sufficiente energia interna per fare un lavoro utile. Il frigorifero rimuove l'energia in eccesso.

La caratteristica principale dell'efficienza è chiamata efficienza dei motori termici. Questo valore mostra quanta energia spesa per il riscaldamento viene spesa per svolgere un lavoro utile. Maggiore è l'efficienza, più redditizio sarà il funzionamento della macchina, ma questo valore non può superare il 100%.

Calcolo dell'efficienza

Lasciamo che il riscaldatore acquisisca dall'esterno un'energia pari a Q 1 . Il fluido di lavoro eseguiva il lavoro A, mentre l'energia ceduta al frigorifero ammontava a Q 2.

In base alla definizione, calcoliamo il valore di efficienza:

η= A/Q1. Teniamo conto che A = Q 1 - Q 2.

Pertanto, l’efficienza del motore termico, la cui formula è η = (Q 1 - Q 2) / Q 1 = 1 - Q 2 / Q 1, ci consente di trarre le seguenti conclusioni:

• L'efficienza non può superare 1 (o 100%);
• per massimizzare questo valore è necessario o aumentare l'energia ricevuta dal riscaldatore oppure diminuire l'energia ceduta al frigorifero;
• l'aumento dell'energia del riscaldatore si ottiene modificando la qualità del carburante;
• ridurre l'energia fornita al frigorifero consente di ottenere caratteristiche di progettazione motori.

Motore termico ideale

È possibile creare un motore la cui efficienza sia massima (idealmente pari al 100%)? Il fisico teorico e ingegnere di talento francese Sadi Carnot ha cercato di trovare la risposta a questa domanda. Nel 1824 furono resi pubblici i suoi calcoli teorici sui processi che avvengono nei gas.

L'idea principale inerente alla macchina ideale può essere considerata l'implementazione di processi reversibili con gas ideale. Iniziamo espandendo isotermicamente il gas alla temperatura T 1 . La quantità di calore necessaria a tal fine è Q 1. Successivamente il gas si espande senza scambio di calore. Raggiunta la temperatura T 2, il gas si comprime isotermicamente, trasferendo l'energia Q 2 al frigorifero. Il gas ritorna adiabaticamente al suo stato originale.

Efficienza ideale motore termico Se calcolato accuratamente, Carnot è uguale al rapporto tra la differenza di temperatura tra i dispositivi di riscaldamento e raffreddamento e la temperatura del riscaldatore. Il risultato è questo: η=(T 1 - T 2)/ T 1.

La possibile efficienza di un motore termico, la cui formula è: η = 1 - T 2 / T 1, dipende solo dalle temperature del riscaldatore e del frigorifero e non può essere superiore al 100%.

Inoltre, questa relazione permette di dimostrare che il rendimento dei motori termici può essere pari all'unità solo quando il frigorifero raggiunge la temperatura. Come è noto, questo valore è irraggiungibile.

I calcoli teorici di Carnot consentono di determinare l'efficienza massima di un motore termico di qualsiasi tipo.

Il teorema dimostrato da Carnot è il seguente. In nessun caso un motore termico arbitrario può avere un’efficienza maggiore dello stesso valore di efficienza di un motore termico ideale.

Esempio di risoluzione dei problemi

Esempio 1. Qual è l'efficienza di un motore termico ideale se la temperatura del riscaldatore è 800°C e la temperatura del frigorifero è inferiore di 500°C?

T 1 = 800 o C = 1073 K, ∆T = 500 o C = 500 K, η - ?

Per definizione: η=(T 1 - T 2)/ T 1.

Non ci viene data la temperatura del frigorifero, ma ∆T= (T 1 - T 2), quindi:

η= ∆T / T 1 = 500 K/1073 K = 0,46.

Risposta: Efficienza = 46%.

Esempio 2. Determinare l'efficienza di un motore termico ideale se, a causa dell'energia termica acquisita di un kilojoule, viene compiuto un lavoro utile di 650 J. Qual è la temperatura del riscaldatore del motore termico se la temperatura più fredda è 400 K?

Q 1 = 1 kJ = 1000 J, A = 650 J, T 2 = 400 K, η - ?, T 1 = ?

In questo problema stiamo parlando relativo ad un impianto termico, la cui efficienza può essere calcolata utilizzando la formula:

Per determinare la temperatura del riscaldatore, utilizziamo la formula per l'efficienza di un motore termico ideale:

η = (T1 - T2)/ T1 = 1 - T2 / T1.

Dopo aver eseguito le trasformazioni matematiche, otteniamo:

T1 = T2 /(1-η).

T1 = T2 /(1- A / Q 1).

Calcoliamo:

η= 650 J/ 1000 J = 0,65.

T1 = 400 K / (1 - 650 J / 1000 J) = 1142,8 K.

Risposta: η= 65%, T1 = 1142,8 K.

Condizioni reali

Un motore termico ideale è progettato pensando ai processi ideali. Il lavoro viene eseguito solo nei processi isotermici, il suo valore è determinato come l'area, limitato dal programma Ciclo di Carnot.

In realtà, è impossibile creare le condizioni affinché il processo di cambiamento di stato di un gas avvenga senza che si verifichino cambiamenti di temperatura. Non esistono materiali che escludano lo scambio termico con gli oggetti circostanti. Il processo adiabatico diventa impossibile da eseguire. Nel caso dello scambio termico, la temperatura del gas deve necessariamente cambiare.

Efficienza dei motori termici creati in condizioni reali, differiscono significativamente dall'efficienza dei motori ideali. Si noti che i processi nei motori reali si verificano così rapidamente che la variazione dell'energia termica interna della sostanza di lavoro nel processo di modifica del suo volume non può essere compensata dall'afflusso di calore dal riscaldatore e trasferito al frigorifero.

Altri motori termici

I motori reali funzionano su cicli diversi:

• Ciclo Otto: un processo a volume costante cambia adiabaticamente, creando un ciclo chiuso;
• Ciclo diesel: isobaro, adiabatico, isocora, adiabatico;
• il processo che avviene a pressione costante viene sostituito da uno adiabatico, chiudendo il ciclo.

Creare processi di equilibrio in motori reali (per avvicinarli a quelli ideali) in condizioni tecnologia moderna non è possibile. L'efficienza dei motori termici è molto inferiore, anche tenendo conto dello stesso condizioni di temperatura, come in un impianto termico ideale.

Ma il ruolo della formula per il calcolo dell'efficienza non dovrebbe essere ridotto, poiché è proprio questo che diventa il punto di partenza nel processo di lavoro per aumentare l'efficienza dei motori reali.

Modi per cambiare l'efficienza

Quando si confrontano i motori termici ideali e reali, vale la pena notare che la temperatura del frigorifero di quest'ultimo non può essere nessuna. Di solito l'atmosfera è considerata un frigorifero. La temperatura dell'atmosfera può essere accettata solo in calcoli approssimativi. L'esperienza dimostra che la temperatura del liquido di raffreddamento è uguale alla temperatura dei gas di scarico nei motori, come nel caso dei motori a combustione interna (abbreviato in ICE).

L’ICE è il motore termico più comune nel nostro mondo. L'efficienza del motore termico in questo caso dipende dalla temperatura creata dal combustibile che brucia. Una differenza significativa tra i motori a combustione interna e i motori a vapore è la fusione delle funzioni del riscaldatore e del fluido di lavoro del dispositivo nella miscela aria-carburante. Quando la miscela brucia, crea pressione sulle parti mobili del motore.

Si ottiene un aumento della temperatura dei gas di lavoro, modificando significativamente le proprietà del carburante. Sfortunatamente, questo non può essere fatto indefinitamente. Qualsiasi materiale di cui è composta la camera di combustione di un motore ha il proprio punto di fusione. La resistenza al calore di tali materiali è la caratteristica principale del motore, così come la capacità di influire in modo significativo sull'efficienza.

Valori di efficienza del motore

Se consideriamo la temperatura del vapore di lavoro all'ingresso di 800 K e del gas di scarico di 300 K, l'efficienza di questa macchina è del 62%. In realtà questo valore non supera il 40%. Questa diminuzione è dovuta alle perdite di calore durante il riscaldamento dell'involucro della turbina.

Il valore più alto della combustione interna non supera il 44%. Aumentare questo valore è una questione del prossimo futuro. Cambiare le proprietà dei materiali e del carburante è un problema su cui stanno lavorando le migliori menti dell'umanità.

Non una singola azione eseguita avviene senza perdite: esistono sempre. Il risultato ottenuto è sempre inferiore allo sforzo necessario per raggiungerlo. Il coefficiente di prestazione (efficienza) indica quanto sono grandi le perdite durante l'esecuzione del lavoro.

Cosa si nasconde dietro questa sigla? In sostanza, questo è il coefficiente di efficienza del meccanismo o indicatore uso razionale energia. Il valore dell'efficienza non ha unità di misura; è espresso in percentuale. Questo coefficiente è determinato come il rapporto tra il lavoro utile del dispositivo e il lavoro impiegato per il suo funzionamento. Per calcolare Formula di efficienza Il calcolo sarà simile al seguente:

Efficienza =100* (lavoro utile svolto/lavoro speso)

Vari dispositivi utilizzano per calcolare questo rapporto. significati diversi. Per i motori elettrici, l'efficienza sarà simile al rapporto tra il lavoro utile svolto e l'energia elettrica ricevuta dalla rete. Per sarà definito come il rapporto tra il lavoro utile svolto e la quantità di calore spesa.

Per determinazione dell’efficienzaÈ necessario che ognuno sia diverso e che il lavoro sia espresso nelle stesse unità. Sarà quindi possibile confrontare eventuali oggetti, come generatori di elettricità e oggetti biologici, in termini di efficienza.

Come già notato, a causa delle inevitabili perdite durante il funzionamento dei meccanismi, il fattore di efficienza è sempre inferiore a 1. Pertanto, l'efficienza delle centrali termiche raggiunge il 90%, l'efficienza dei motori a combustione interna è inferiore al 30% e l'efficienza di un trasformatore elettrico è al 98%. Il concetto di efficienza può essere applicato sia al meccanismo nel suo insieme che ai suoi singoli componenti. A valutazione complessiva L'efficienza del meccanismo nel suo complesso (la sua efficienza) è considerata come il prodotto dell'efficienza del singolo componenti questo dispositivo.

Problema utilizzo efficace il carburante non è apparso oggi. Con il continuo aumento del costo delle risorse energetiche, la questione dell'aumento dell'efficienza dei meccanismi si trasforma da una questione puramente teorica a una questione pratica. Se l'efficienza di un'auto normale non supera il 30%, buttiamo semplicemente via il 70% dei soldi spesi per il rifornimento dell'auto.

L'esame dell'efficienza del motore a combustione interna (ICE) mostra che le perdite si verificano in tutte le fasi del suo funzionamento. Pertanto, solo il 75% del carburante in entrata viene bruciato nei cilindri del motore e il 25% viene rilasciato nell'atmosfera. Di tutto il carburante bruciato, solo il 30-35% del calore rilasciato viene utilizzato per svolgere lavori utili; il resto del calore viene perso nei gas di scarico o rimane nel sistema di raffreddamento dell’auto. Della potenza ricevuta, circa l'80% viene utilizzato per lavori utili; il resto della potenza viene speso per superare le forze di attrito e viene utilizzato; meccanismi ausiliari auto.

Anche su questo semplice esempio l'analisi dell'efficienza del meccanismo ci consente di determinare le direzioni in cui dovrebbe essere effettuato il lavoro per ridurre le perdite. Pertanto, una delle aree prioritarie è garantire la completa combustione del carburante. Ciò si ottiene mediante un'ulteriore nebulizzazione del carburante e una maggiore pressione, motivo per cui i motori con iniezione diretta e turbocompressore stanno diventando così popolari. Il calore rimosso dal motore viene utilizzato per riscaldare il carburante per una migliore vaporizzazione e le perdite meccaniche vengono ridotte grazie all'uso di gradi moderni

Qui abbiamo considerato un concetto del genere, come descritto, cos'è e cosa influenza. Utilizzando l'esempio di un motore a combustione interna, viene considerata l'efficienza del suo funzionamento e vengono determinate le direzioni e le modalità per aumentare le capacità di questo dispositivo e, di conseguenza, l'efficienza.