A töltések zárt körön belüli mozgatása során az áramforrás bizonyos munkát végez. Hasznos és teljes lehet. Az első esetben az áramforrás munkavégzés közben töltéseket mozgat a külső áramkörben, a második esetben pedig a töltések a teljes áramkörben mozognak. Ebben a folyamatban nagyon fontos rendelkezik az áramforrás hatásfokával, az áramkör külső és teljes ellenállásának arányaként definiálva. Ha a forrás belső ellenállása és a terhelés külső ellenállása egyenlő, akkor az összes teljesítmény fele magában a forrásban elveszik, a másik fele pedig terhelésnél felszabadul. Ebben az esetben a hatásfok 0,5 vagy 50% lesz.
A figyelembe vett hatékonyság elsősorban azzal függ össze fizikai mennyiségek a villamos energia átalakítási vagy átviteli sebességét jellemzi. Közülük az első helyen a teljesítmény áll, wattban mérve. Ennek meghatározására több képlet is létezik: P = U x I = U2/R = I2 x R.
Az elektromos áramkörökben előfordulhatnak eltérő jelentése feszültség, illetve töltés, és az elvégzett munka is minden esetben más. Nagyon gyakran meg kell becsülni a villamos energia átvitelének vagy átalakításának sebességét. Ez a sebesség az adott időegység alatt végzett munkának megfelelő elektromos teljesítmény. Képlet formájában adott paramétertígy fog kinézni: P=A/∆t. Ezért a munka a teljesítmény és az idő szorzataként jelenik meg: A=P∙∆t. A munka mértékegysége a.
Annak meghatározására, hogy egy eszköz, gép, elektromos áramkör vagy más hasonló rendszer mennyire hatékony teljesítmény és munka szempontjából, a hatékonyságot - hatékonyságot - használjuk. Ez az érték az elköltött hasznos energia és a rendszerbe juttatott teljes energiamennyiség aránya. A hatékonyságot az η szimbólum jelöli, és matematikailag a következő képlettel definiálható: η \u003d A / Q x 100% \u003d [J] / [J] x 100% \u003d [%], amelyben A az elvégzett munka a fogyasztó által Q a forrás által adott energia. Az energiamegmaradás törvényének megfelelően a hatásfok mindig egyenlő vagy kisebb egységgel. Ez azt jelenti, hogy a hasznos munka nem haladhatja meg az elvégzésére fordított energia mennyiségét.
Így minden rendszerben vagy eszközben meghatározzák a teljesítményveszteségeket, valamint a hasznosság mértékét. Például a vezetőkben teljesítményveszteség keletkezik, amikor az elektromos áramot részben hőenergiává alakítják. Ezen veszteségek mértéke a vezető ellenállásától függ, de nem szerves része hasznos munka.
Van egy különbség, amit a ∆Q=A-Q képlet fejez ki, ami egyértelműen mutatja a teljesítményveszteséget. Itt nagyon jól látható a kapcsolat a teljesítményveszteségek növekedése és a vezető ellenállása között. A legtöbb kiváló példa izzólámpát használnak, amelynek hatásfoka nem haladja meg a 15%-ot. Az energia fennmaradó 85%-a hővé, azaz infravörös sugárzássá alakul.
A teljes elektromos áramkör átgondolt hatásfoka lehetővé teszi az áramforrás hatásfokának fizikai lényegének jobb megértését, amelynek képlete is különböző mennyiségekből áll.
Az elektromos töltések zárt elektromos áramkör mentén történő mozgatása során az áramforrás bizonyos munkát végez, amely hasznos és teljes. A hasznos munkavégzés során az áramforrás töltéseket mozgat a külső áramkörben. Teljes munkavégzés esetén a töltések áramforrás hatására már az egész áramkörben mozognak.
Képletek formájában a következőképpen jelennek meg:
Ez alapján képleteket lehet származtatni az áramforrás hasznos és teljes teljesítményére:
Ennek eredményeként az áramforrás hatékonyságának képlete a következő formában jelenik meg:
A maximális hasznos teljesítmény a külső áramkör ellenállásának egy bizonyos értékénél érhető el, az áramforrás és a terhelés jellemzőitől függően. Figyelmet kell azonban fordítani a maximális hasznos teljesítmény és a maximális hatásfok közötti összeférhetetlenségre.
Az áramforrás hatékonysága számos tényezőtől függ, amelyeket bizonyos sorrendben kell figyelembe venni.
Az Ohm törvényének megfelelően a következő egyenlet meghatározásához létezik: i \u003d E / (R + r), amelyben E az áramforrás elektromotoros ereje, és r a belső ellenállása. Ezek állandó értékek, amelyek nem függnek az R változó ellenállástól. Segítségükkel meghatározhatja az elektromos áramkör által fogyasztott hasznos teljesítményt:
Így a véges változókat használó teljesítményérték a következőképpen jelenik meg: W1 = (E2 x R)/(R + r).
Mivel ez egy köztes változó, ebben az esetben a W1(R) függvény extrémumra elemezhető. Ehhez meg kell határozni az R értékét, amelynél a változó ellenálláshoz (R) társított hasznos teljesítmény első deriváltjának értéke nulla lesz: 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
Ebből a képletből azt a következtetést vonhatjuk le, hogy a derivált értéke csak egy feltétel mellett lehet nulla: az áramforrásból származó teljesítményvevő (R) ellenállásának el kell érnie magának a forrás belső ellenállásának az értékét (R => r). Ilyen körülmények között az η hatásfok értéke az áramforrás hasznos és teljes teljesítményének arányaként kerül meghatározásra - W1/W2. Mivel a hasznos teljesítmény maximális pontján az áramforrás energiafogyasztójának ellenállása megegyezik a belső ellenállás maga az áramforrás, ebben az esetben a hatásfok 0,5 vagy 50% lesz.
A teljesítménytényező (COP) egy olyan érték, amely százalékban fejezi ki egy adott mechanizmus (motor, rendszer) hatásfokát a kapott energia hasznos munkává való átalakítása tekintetében.
Olvassa el ebben a cikkben
A különböző motorok hatékonysági indexe nagymértékben változhat, és számos tényezőtől függ. miatt viszonylag alacsony hatásfokkal rendelkeznek egy nagy szám mechanikai és hőveszteségek, amelyek az ilyen típusú tápegységek működése során jelentkeznek.
A második tényező a súrlódás, amely az illeszkedő részek kölcsönhatása során lép fel. A legtöbb hasznos energiafelhasználás a motordugattyúk meghajtása, valamint a motoron belüli, szerkezetileg a csapágyakon rögzített alkatrészek forgatása. A benzin égési energiájának körülbelül 60%-át csak ezen egységek működésének biztosítására fordítják.
További veszteségeket okoz más mechanizmusok, rendszerek működése ill mellékleteket. Figyelembe veszi az ellenállásból eredő veszteségek százalékos arányát is az üzemanyag és a levegő következő feltöltésekor, majd a kipufogógázok kibocsátását a belső égésű motor hengeréből.
Ha összehasonlítunk egy dízel üzemet és egy benzinmotort, akkor a dízelmotor hatásfoka észrevehetően nagyobb, mint egy benzines egység. A benzines hajtóművek hatásfoka a teljes átvett energia mennyiségének körülbelül 25-30%-a.
Vagyis a motorra költött 10 liter benzinből csak 3 litert fordítanak hasznos munkára. A tüzelőanyag elégetéséből származó energia többi része kárba ment.
Ugyanazzal a lökettérfogat-kijelzővel az atmoszférikus benzinmotor teljesítménye nagyobb, de nagyobb fordulatszámon érhető el. A motort „forgatni” kell, nő a veszteség, nő az üzemanyag-fogyasztás. Szintén meg kell említeni a nyomatékot, ami szó szerint azt az erőt jelenti, amely a motorról a kerekekre továbbít, és meghajtja az autót. A benzines ICE-k nagyobb fordulatszámon érik el maximális nyomatékukat.
A hasonló szívódízel alacsony fordulatszámon éri el a csúcsnyomatékot, miközben kevesebb gázolajat használ a hasznos munkához, ami nagyobb hatékonyságot és üzemanyag-takarékosságot jelent.
A dízel üzemanyag több hőt termel a benzinhez képest, magasabb a dízel üzemanyag égési hőmérséklete, és magasabb az ütésállósági indexe. Kiderült, hogy egy dízel belsőégésű motor hasznosabb munkát végez bizonyos mennyiségű üzemanyaggal.
A dízel üzemanyag nehezebb szénhidrogénekből áll, mint a benzin. A benzinüzem alacsonyabb hatásfoka a dízelmotorokhoz képest a benzin energiakomponensében és az égés jellemzőiben is rejlik. Azonos mennyiségű dízel üzemanyag és benzin teljes elégetése az első esetben több hőt ad. A dízelmotorban lévő hő teljes mértékben hasznosítható mechanikai energiává alakul át. Kiderült, hogy azonos mennyiségű üzemanyag elégetésekor egységnyi idő alatt a dízelmotor több munkát végez.
Érdemes megfontolni az injektálás jellemzőit és a keverék teljes égéséhez megfelelő feltételek megteremtését is. A dízelmotorban az üzemanyagot a levegőtől elkülönítve szállítják, nem a szívócsőbe fecskendezik, hanem közvetlenül a hengerbe a kompressziós ütem legvégén. Az eredmény több hőségés a működő tüzelőanyag-levegő keverék egy részének legteljesebb elégetése.
A tervezők folyamatosan törekednek a dízel- és benzinmotorok hatékonyságának javítására. A hengerenkénti szívó- és kipufogószelepek számának növelése, az aktív használat, az üzemanyag-befecskendezés elektronikus vezérlése, a fojtószelep és egyéb megoldások jelentősen növelhetik a hatékonyságot. Ez nagyobb mértékben vonatkozik a dízelmotorra.
Ezeknek a tulajdonságoknak köszönhetően egy modern dízelmotor képes teljesen elégetni a hengerben lévő szénhidrogénekkel telített dízel üzemanyag egy részét, és alacsony fordulatszámon nagy nyomatékot produkálni. Az alacsony fordulatszám kisebb súrlódási veszteséget és az ebből eredő légellenállást jelent. Emiatt a dízelmotor ma az egyik legtermelékenyebb és leggazdaságosabb belső égésű motortípus, amelynek hatásfoka gyakran meghaladja az 50%-ot.
Olvassa el is
Miért jobb felmelegíteni a motort vezetés előtt: kenés, üzemanyag, hideg alkatrészek kopása. Hogyan melegítsünk fel dízelmotort télen.
Hatékonyság
Matematikailag a hatékonyság meghatározásaígy írható:
η = A Q , (\displaystyle \eta =(\frac (A)(Q)),)ahol DE- hasznos munka (energia), ill K- elpazarolt energia.
Ha a hatékonyságot százalékban fejezzük ki, akkor a következő képlettel számítjuk ki:
η = A Q × 100 % (\displaystyle \eta =(\frac (A)(Q))\times 100\%) ε X = Q X / A (\displaystyle \varepsilon _(\mathrm (X) )=Q_(\mathrm (X) )/A),ahol Q X (\displaystyle Q_(\mathrm (X) ))- a hideg végről felvett hő (hűtési kapacitás a hűtőgépekben); A (\displaystyle A)
A hőszivattyúk esetében használja a kifejezést transzformációs arány
ε Γ = Q Γ / A (\displaystyle \varepsilon _(\Gamma )=Q_(\Gamma )/A),ahol Q Γ (\displaystyle Q_(\Gamma ))- kondenzációs hő átadása a hűtőfolyadéknak; A (\displaystyle A)- az erre a folyamatra fordított munka (vagy villamos energia).
A tökéletes autóban Q Γ = Q X + A (\displaystyle Q_(\Gamma )=Q_(\mathrm (X) )+A), tehát az ideális gép ε Γ = ε X + 1 (\displaystyle \varepsilon _(\Gamma )=\varepsilon _(\mathrm (X) )+1)
A mechanizmushoz munka formájában juttatott energia vezető erők Egy dv.s. és az egyenletes mozgás ciklusának pillanatait hasznos munkára fordítja Egy p.s. , valamint dolgozni A Ftr a kinematikai párokban fellépő súrlódási erők és a közeg ellenállási erőinek leküzdésével kapcsolatos.
Vegye figyelembe az egyenletes mozgást. A mozgási energia növekedése egyenlő nullával, azaz.
Ebben az esetben a tehetetlenségi erők és a gravitációs erők munkája nulla A Ri = 0, És G = 0. Ekkor egyenletes mozgás esetén a hajtóerők munkája egyenlő
És dv.s. =A p.s. + A Ft.
Ezért a teljes ciklus egyenletes mozgás esetén az összes hajtóerő munkája megegyezik a termelési ellenállás és a nem termelési ellenállás erőinek (súrlódási erők) munkájának összegével.
Mechanikai hatásfok η (hatékonyság)- a termelési ellenállási erők munkájának aránya az összes hajtóerő munkájához az egyenletes mozgás során:
η = . (3.61)
A (3.61) képletből látható, hogy a hatásfok azt mutatja meg, hogy a gépbe juttatott mechanikai energia mekkora hányadát fordítják hasznosan arra a munkára, amelyre a gépet létrehozták.
A nem produktív ellenállási erők és a hajtóerők munkájának arányát ún veszteségi tényező :
ψ = . (3.62)
A mechanikai veszteségtényező azt mutatja meg, hogy a gépbe juttatott mechanikai energia végül mekkora hányada alakul át hővé, és a környező térben vész el haszontalanul.
Innentől kezdve kapcsolatunk van a hatékonyság és a veszteségi tényező között
η =1- ψ.
Ebből a képletből az következik, hogy a nem termelő ellenállások erőinek munkája egyetlen mechanizmusban sem lehet egyenlő nullával, ezért a hatásfok mindig kisebb egynél ( η <1 ). Ugyanebből a képletből az következik, hogy a hatásfok lehet nulla, ha A dv.s \u003d A Ftr. A mozgás, amelyben A dv.s \u003d A Ftr hívják egyetlen . A hatásfok nem lehet kisebb nullánál, mert ehhez az szükséges Egy dv.s<А Fтр . Az a jelenség, amelyben a mechanizmus nyugalmi állapotban van, és egyben az A dv.s feltétel teljesül<А Fтр, называется az önfékezés jelensége gépezet. Azt a mechanizmust, amelyre η = 1 nevezzük örökmozgó .
Így a hatékonyság a tartományban van
0 £ η < 1 .
Fontolja meg a hatékonyság meghatározását a mechanizmusok összekapcsolásának különféle módjaira.
3.2.2.1. A hatásfok meghatározása soros kapcsolásnál
Legyen n szekvenciálisan összefüggő mechanizmus (3.16. ábra).
És dv.s. 1 A 1 2 A 2 3 A 3 A n-1 n A n
3.16. ábra - Sorba kapcsolt mechanizmusok vázlata
Az első mechanizmust a működő hajtóerők indítják el Egy dv.s. Mivel az egyes korábbi mechanizmusok termelési ellenállásokra fordított hasznos munkája az egyes következő mechanizmusok hajtóerejének munkája, az első mechanizmus hatékonysága egyenlő lesz:
η 1 \u003d A 1 /Egy dv.s ..
A második mechanizmus hatékonysága a következő:
η 2 \u003d A 2 /A 1 .
És végül, az n-edik mechanizmus hatékonysága így fog kinézni:
η n \u003d A n /A n-1
Az általános hatékonyság a következő:
η 1 n \u003d A n /És dv.s.
Az összhatékonyság értékét úgy kaphatjuk meg, hogy az egyes mechanizmusok hatékonyságát megszorozzuk, nevezetesen:
η 1 n = η 1 η 2 η 3 …η n= .
Következésképpen, általános gépészeti hatékonyság sorozatbanösszekapcsolt mechanizmusok egyenlő munka az egyetlen közös rendszert alkotó egyedi mechanizmusok mechanikai hatékonysága:
η 1 n = η 1 η 2 η 3 …η n .(3.63)
3.2.2.2 Hatékonyság meghatározása vegyes kapcsolat esetén
A gyakorlatban a mechanizmusok összekapcsolása bonyolultabbnak bizonyul. A soros csatlakozást gyakrabban párhuzamossal kombinálják. Az ilyen kapcsolatot vegyesnek nevezzük. Vegyünk egy példát egy összetett kapcsolatra (3.17. ábra).
A 2. mechanizmusból kiáramló energia két irányba oszlik el. A 3 ¢¢ mechanizmusból viszont az energiaáramlás is két irányba oszlik el. A termelési ellenállási erők összmunkája egyenlő:
És p.s. = A ¢ n + A ¢ ¢ n + A ¢ ¢ ¢ n.
A teljes rendszer általános hatékonysága egyenlő lesz:
η \u003d A p.s /A dv.s =(A ¢ n + A ¢ ¢ n + A ¢ ¢ ¢ n)/Egy dv.s . (3.64)
Az általános hatásfok meghatározásához el kell különíteni azokat az energiaáramokat, amelyekben a mechanizmusok sorba vannak kapcsolva, és ki kell számítani az egyes áramlások hatásfokát. A 3.17. ábra az I-I folytonos vonalat, a II-II szaggatott vonalat és a III-III szaggatott vonalat mutatja három energiaáramlást egy közös forrásból.
És dv.s. A 1 A ¢ 2 A ¢ 3 ... A ¢ n-1 A ¢ n
II A ¢¢ 2 II
A ¢¢ 3 4 ¢¢ A ¢¢ 4 A ¢¢ n-1 n ¢¢ A ¢¢ n
A fizika a természetben zajló folyamatokat tanulmányozó tudomány. Ez a tudomány nagyon érdekes és kíváncsi, mert mindannyian szeretnénk lelkileg kielégíteni magunkat, miután ismereteket és megértést szereztünk arról, hogyan és mi van a világunkban. A fizika, amelynek törvényszerűségeit több mint egy évszázada és több mint egy tucat tudós vezette le, segít ebben a feladatban, és csak örülni kell, és magunkba szívni a kapott tudást.
De ugyanakkor a fizika távolról sem egyszerű tudomány, mint valójában maga a természet, de nagyon érdekes lenne megérteni. Ma a hatékonysági tényezőről fogunk beszélni. Megtanuljuk, mi a hatékonyság és miért van rá szükség. Tekintsünk mindent világosan és érdekesen.
A rövidítés magyarázata - hatékonyság. Egy ilyen értelmezés azonban az első alkalomtól kezdve nem feltétlenül egyértelmű. Ez az együttható egy rendszer vagy egy különálló test, gyakrabban egy mechanizmus hatékonyságát jellemzi. A hatékonyságot az energia visszaadása vagy átalakítása jellemzi.
Ez az együttható szinte mindenre vonatkozik, ami körülvesz bennünket, sőt még magunkra is, és még nagyobb mértékben. Hiszen mindig hasznos munkát végzünk, de hogy ez milyen gyakran és mennyire fontos, az már más kérdés, és a „hatékonyság” kifejezés is használatos vele.
Ezt fontos figyelembe venni ez az együttható korlátlan, általában vagy matematikai értékeket, például 0-t és 1-et, vagy – ahogy ez gyakrabban előfordul – százalékban kifejezve.
A fizikában ezt az együtthatót Ƞ betűvel jelölik, vagy ahogyan szokás nevezni, Eta-val.
Bármilyen mechanizmus vagy eszköz használatakor biztos, hogy munkát végzünk. Ez általában mindig több, mint amire a feladat elvégzéséhez szükségünk van. Ezen tények alapján kétféle munkát különböztetnek meg: ezt elköltik, amelyet nagybetűvel, A-t kis z-vel (Az) jelölnek, és hasznos - A-t p (Ap) betűvel. Vegyük például ezt az esetet: feladatunk van egy bizonyos tömegű macskakövet egy bizonyos magasságra emelni. Ebben az esetben a munka csak a gravitáció leküzdését jellemzi, ami viszont a terhelésre hat.
Abban az esetben, ha bármilyen eszközt használnak emelésre, kivéve a macskakő gravitációját, fontos figyelembe venni az eszköz alkatrészeinek gravitációja. És mindezek mellett fontos észben tartani, hogy ha erőben nyerünk, mindig veszíteni fogunk az úton. Mindezek a tények arra engednek következtetni, hogy a ráfordított munka mindenképpen hasznosabb lesz, Az > Ap, a kérdés az, hogy mennyivel több, mert Ön minimalizálhatja ezt a különbséget, és ezáltal növelheti a mi vagy készülékünk hatékonyságát.
A hasznos munka a ráfordított munka azon része, amelyet a mechanizmus segítségével végzünk. A hatékonyság pedig csak az a fizikai mennyiség, amely megmutatja, hogy a hasznos munka mekkora része van az összes ráfordított munkából.
Eredmény:
Van egy bizonyos képlet a hatékonyság megállapítására. Ez így hangzik: a fizika hatékonyságának meghatározásához el kell osztani az energia mennyiségét a rendszer által végzett munkával. Vagyis a hatékonyság a ráfordított energia és az elvégzett munka aránya. Ebből egyszerű következtetést vonhatunk le, hogy minél jobb és hatékonyabb a rendszer vagy a szervezet, annál kevesebb energiát fordítanak a munkavégzésre.
Maga a képlet rövidnek tűnik, és nagyon egyszerű Ƞ egyenlő lesz A/Q-val. Vagyis Ƞ = A/Q. Ebben a rövid képletben rögzítjük a számításhoz szükséges elemeket. Azaz A ebben az esetben az a felhasznált energia, amit a rendszer működés közben elfogyaszt, a nagy Q pedig az elhasznált A, vagy megint az elhasznált energia lesz.
Ideális esetben a hatékonyság egyenlő az egységgel. De mint általában lenni szokott, ő kisebb nála. Ez a fizika miatt történik, és természetesen az energiamegmaradás törvénye miatt.
A helyzet az, hogy az energiamegmaradás törvénye feltételezi, hogy nem lehet több A-t kapni, mint amennyi energiát kapunk. És még ez az együttható is rendkívül ritkán lesz egyenlő eggyel, mivel az energia mindig elpazarol. A munka pedig veszteségekkel jár: például egy motornál a veszteség a bőséges fűtésben rejlik.
Tehát a hatékonysági képlet a következő:
Ƞ=A/Q, ahol
Figyelemre méltó, hogy a hatékonyság nem semleges fogalomként létezik, minden folyamatnak megvan a maga hatékonysága, ez nem súrlódási erő, önmagában nem létezhet.
Vegyünk néhány példát a hatékonyság jelenlétét mutató folyamatokra.
Például, vegyél egy villanymotort. Az elektromos motor feladata az elektromos energia mechanikai energiává alakítása. Ebben az esetben az együttható a motor hatásfoka a villamos energia mechanikai energiává történő átalakításához viszonyítva. Erre az esetre is van egy képlet, és így néz ki: Ƞ=P2/P1. Itt P1 általános esetben a teljesítmény, P2 pedig az a hasznos teljesítmény, amelyet maga a motor termel.
Könnyen kitalálható, hogy az együttható képlet szerkezete mindig megmarad, csak a behelyettesítendő adatok változnak benne. Konkrét esettől függenek, ha motorról van szó, mint a fenti esetben, akkor a ráfordított teljesítménnyel kell működni, ha pedig munka, akkor más lesz az eredeti képlet.
Most már ismerjük a hatékonyság definíciójátés van elképzelésünk erről a fizikai koncepcióról, valamint egyes elemeiről és árnyalatairól. A fizika az egyik legnagyobb tudomány, de a megértéshez apró darabokra szedhető. Ma egy ilyen darabot fedeztünk fel.
Ez a videó segít megérteni, mi a hatékonyság.
Nem kapott választ a kérdésére? Javasolj témát a szerzőknek.
