Nel processo di spostamento delle cariche all'interno di un circuito chiuso, un certo lavoro viene eseguito dalla sorgente di corrente. Può essere utile e completo. Nel primo caso, la sorgente di corrente sposta le cariche nel circuito esterno, mentre fa il lavoro, e nel secondo caso, le cariche si muovono nell'intero circuito. In questo processo Grande importanza ha l'efficienza della sorgente di corrente, definita come il rapporto tra la resistenza esterna e quella totale del circuito. Se la resistenza interna della sorgente e la resistenza esterna del carico sono uguali, metà di tutta la potenza andrà persa nella sorgente stessa e l'altra metà verrà rilasciata al carico. In questo caso, l'efficienza sarà dello 0,5 o del 50%.
L'efficienza considerata è principalmente correlata a quantità fisiche caratterizzante il tasso di conversione o trasmissione di energia elettrica. Tra questi, in primo luogo c'è la potenza, misurata in watt. Esistono diverse formule per la sua definizione: P = U x I = U2/R = I2 x R.
Nei circuiti elettrici, potrebbe esserci significato diverso voltaggio e 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 è la potenza elettrica corrispondente al lavoro svolto in una determinata unità di tempo. Sotto forma di formula dato parametro sarà simile a questo: P=A/∆t. Pertanto, l'opera viene visualizzata come prodotto di potenza e tempo: A=P∙∆t. L'unità di misura del lavoro è .
Per determinare l'efficienza di un dispositivo, macchina, circuito elettrico o altro sistema simile, in termini di potenza e lavoro, viene utilizzata l'efficienza: l'efficienza. Questo valore è definito come il rapporto tra l'energia utile spesa e la quantità totale di energia fornita al sistema. L'efficienza è indicata dal simbolo η e matematicamente definita come la formula: η \u003d A / Q x 100% \u003d [J] / [J] x 100% \u003d [%], in cui A è il lavoro svolto dal consumatore, Q è l'energia data 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 il suo completamento.
Pertanto, vengono determinate le perdite di potenza in qualsiasi sistema o dispositivo, nonché il grado della loro utilità. Ad esempio, nei conduttori si formano perdite di potenza quando una corrente elettrica viene parzialmente convertita in energia termica. L'ammontare di queste perdite dipende dalla resistenza del conduttore, non lo sono parte integrale lavoro utile.
C'è una differenza, espressa dalla formula ∆Q=A-Q, che mostra chiaramente la perdita di potenza. Qui è molto chiaramente visibile la relazione tra l'aumento delle perdite di potenza e la resistenza del conduttore. Più un ottimo esempio viene utilizzata una lampada a incandescenza, la cui efficienza non supera il 15%. Il restante 85% della potenza viene convertito in radiazione termica, ovvero in radiazione infrarossa.
L'efficienza considerata dell'intero circuito elettrico consente di comprendere meglio l'essenza fisica dell'efficienza della sorgente di corrente, la cui formula consiste anche in varie quantità.
Nel processo di spostamento delle cariche elettriche lungo un circuito elettrico chiuso, un certo lavoro viene svolto dalla sorgente di corrente, che differisce in quanto utile e completa. Durante l'esecuzione di un lavoro utile, la sorgente di corrente sposta le cariche nel circuito esterno. A pieno regime, le cariche, sotto l'influenza di una sorgente di corrente, si muovono già in tutto il circuito.
Sotto forma di formule, vengono visualizzate come segue:
In base a ciò è possibile ricavare formule per la potenza utile e totale della sorgente di corrente:
Di conseguenza, la formula per l'efficienza della sorgente di corrente assume la forma seguente:
La massima potenza utile si ottiene ad un certo valore della resistenza del circuito esterno, a seconda delle caratteristiche della sorgente di corrente e del carico. Occorre però prestare attenzione all'incompatibilità tra potenza massima netta e massima efficienza.
L'efficienza di una sorgente di corrente dipende da molti fattori, che dovrebbero essere considerati in una certa sequenza.
Per determinare, secondo la legge di Ohm, esiste la seguente equazione: i \u003d 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. Con il loro aiuto, puoi determinare la potenza utile consumata dal circuito elettrico:
Pertanto, il valore della potenza utilizzando variabili finite verrà visualizzato come segue: W1 = (E2 x R)/(R + r).
Trattandosi di una variabile intermedia, in questo caso la funzione W1(R) può essere analizzata per un estremo. A tal fine è necessario determinare il valore di R, al quale il valore della derivata prima della potenza utile associata alla resistenza variabile (R) sarà uguale 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 potenza (R) dalla sorgente di corrente deve raggiungere il valore della resistenza interna della sorgente stessa (R => r). In queste condizioni, il valore dell'efficienza η sarà determinato come rapporto tra la potenza utile e totale della sorgente di corrente - W1/W2. Poiché nel punto massimo di potenza utile, la resistenza del consumatore di energia della fonte di corrente sarà la stessa di resistenza interna la sorgente di corrente stessa, in questo caso l'efficienza sarà dello 0,5 o del 50%.
Il coefficiente di prestazione (COP) è un valore che esprime in termini percentuali l'efficienza di un particolare meccanismo (motore, impianto) rispetto alla conversione dell'energia ricevuta in lavoro utile.
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L'indice di efficienza per diversi motori può variare notevolmente e dipende da una serie di fattori. hanno un'efficienza relativamente bassa a causa di un largo numero perdite meccaniche e termiche che si verificano durante il funzionamento di un'unità di potenza di questo tipo.
Il secondo fattore è l'attrito che si verifica durante l'interazione delle parti di accoppiamento. La maggior parte del consumo di energia utile è l'azionamento dei pistoni del motore, nonché la rotazione delle parti all'interno del motore, che sono fissate strutturalmente sui cuscinetti. Circa il 60% dell'energia di combustione della benzina viene speso solo per garantire il funzionamento di queste unità.
Ulteriori perdite sono causate dal funzionamento di altri meccanismi, sistemi e allegati. Tiene inoltre conto della percentuale di perdite dovute alla resistenza al momento della successiva carica di carburante e aria, e quindi del rilascio dei gas di scarico dal cilindro del motore a combustione interna.
Se confrontiamo un impianto diesel e un motore a benzina, un motore diesel ha un'efficienza notevolmente superiore rispetto a un'unità a benzina. Le unità di alimentazione a benzina hanno un'efficienza di circa il 25-30% della quantità totale di energia ricevuta.
In altre parole, su 10 litri di benzina spesi per il motore, solo 3 litri vengono spesi per lavori utili. Il resto dell'energia dalla combustione del carburante è andato sprecato.
Con lo stesso indicatore di cilindrata, la potenza di un motore a benzina atmosferico è maggiore, ma viene raggiunta a velocità più elevate. Il motore ha bisogno di essere “fatto girare”, le perdite aumentano, il consumo di carburante aumenta. È necessario citare anche la coppia, che letteralmente significa la forza che viene trasmessa dal motore alle ruote e aziona l'auto. Gli ICE a benzina raggiungono la loro coppia massima a regimi più elevati.
Un simile diesel aspirato raggiunge la coppia massima ai bassi regimi, utilizzando meno gasolio per svolgere un lavoro utile, il che significa maggiore efficienza e risparmio di carburante.
Il carburante diesel genera più calore rispetto alla benzina, la temperatura di combustione del carburante diesel è maggiore e l'indice di resistenza alla detonazione è maggiore. Si scopre che un motore a combustione interna diesel ha un lavoro più utile svolto su una certa quantità di carburante.
Il carburante diesel è composto da idrocarburi più pesanti della benzina. La minore efficienza di un impianto a benzina rispetto a un motore diesel risiede anche nella componente energetica della benzina e nelle caratteristiche della sua combustione. La combustione completa di una uguale quantità di gasolio e benzina produrrà più calore nel primo caso. Il calore in un motore diesel viene convertito più completamente in energia meccanica utile. Si scopre che quando si brucia la stessa quantità di carburante per unità di tempo, è il motore diesel che farà più lavoro.
Vale anche la pena considerare le caratteristiche dell'iniezione e la creazione di condizioni adeguate per la piena combustione della miscela. In un motore diesel, il carburante viene fornito separatamente dall'aria, non viene iniettato nel collettore di aspirazione, ma direttamente nel cilindro proprio alla fine della corsa di compressione. Il risultato è di più calore e la combustione più completa di una parte della miscela di lavoro carburante-aria.
I progettisti cercano costantemente di migliorare l'efficienza dei motori diesel e benzina. Un aumento del numero di valvole di aspirazione e scarico per cilindro, l'uso attivo, il controllo elettronico dell'iniezione del carburante, la valvola a farfalla e altre soluzioni possono aumentare notevolmente l'efficienza. In misura maggiore questo vale per il motore diesel.
Grazie a queste caratteristiche, un moderno motore diesel è in grado di bruciare completamente una parte di gasolio saturo di idrocarburi nel cilindro e produrre una grande coppia ai bassi regimi. Un basso numero di giri significa una minore perdita di attrito e la resistenza risultante. Per questo motivo, un motore diesel è oggi una delle tipologie più produttive ed economiche di motori a combustione interna, il cui rendimento supera spesso il 50%.
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Efficienza
Matematicamente definizione di efficienza può essere scritto come:
η = UN Q , (\ displaystyle \ eta = (\ frac (A) (Q)),)dove MA- lavoro utile (energia), e Q- energia sprecata.
Se l'efficienza è espressa in percentuale, viene calcolata con la formula:
η = UN Q × 100 % (\ displaystyle \ eta =(\ frac (A) (Q)) \ volte 100 \%) ε X = Q X / A (\ displaystyle \ varepsilon _(\ mathrm (X)) = Q_(\ mathrm (X))/A),dove Q X (\ displaystyle Q_ (\ mathrm (X) ))- calore prelevato dall'estremità fredda (capacità di refrigerazione nelle macchine frigorifere); A (\ displaystyle A)
Per le pompe di calore utilizzare il termine rapporto di trasformazione
ε Γ = Q Γ / A (\ displaystyle \ varepsilon _ (\ Gamma ) = Q _ (\ Gamma ) / A),dove Q Γ (\ displaystyle Q_ (\ Gamma ))- calore di condensazione ceduto al liquido di raffreddamento; A (\ displaystyle A)- il lavoro (o l'elettricità) speso per questo processo.
Nell'auto perfetta Q Γ = Q X + A (\ displaystyle Q_ (\ Gamma ) = Q _ (\ mathrm (X) ) + A), quindi per la macchina ideale ε Γ = ε X + 1 (\ displaystyle \ varepsilon _ (\ Gamma) = \ varepsilon _ (\ mathrm (X)) + 1)
L'energia fornita al meccanismo sotto forma di lavoro forze motrici Un dv.s. e momenti per un ciclo di movimento costante, viene speso in un lavoro utile un p.s. , oltre che per lavorare A Ftr associati al superamento delle forze di attrito nelle coppie cinematiche e delle forze di resistenza del mezzo.
Considera il movimento costante. L'incremento dell'energia cinetica è uguale a zero, cioè
In questo caso, il lavoro delle forze di inerzia e delle forze di gravità è uguale a zero A Ri = 0, E G = 0. Quindi, per un moto costante, il lavoro delle forze motrici è uguale a
E dv.s. =A p.s. + A Ftr.
Pertanto, per ciclo completo moto costante, il lavoro di tutte le forze motrici è uguale alla somma del lavoro delle forze di resistenza di produzione e di resistenza di non produzione (forze di attrito).
Efficienza meccanica η (efficienza)- il rapporto tra il lavoro delle forze di resistenza della produzione e il lavoro di tutte le forze motrici durante il movimento costante:
η = . (3.61)
Come si può vedere dalla formula (3.61), l'efficienza mostra quale frazione dell'energia meccanica portata alla macchina viene utilmente spesa per svolgere il lavoro per il quale la macchina è stata creata.
Viene chiamato il rapporto tra il lavoro delle forze di resistenza non produttiva e il lavoro delle forze motrici fattore di perdita :
ψ = . (3.62)
Il fattore di perdita meccanica mostra quale parte dell'energia meccanica fornita alla macchina viene infine convertita in calore e sprecata inutilmente nello spazio circostante.
Da qui abbiamo una relazione tra efficienza e fattore di perdita
η =1- ψ.
Da questa formula ne consegue che in nessun meccanismo il lavoro delle forze delle resistenze non produttive può essere uguale a zero, quindi l'efficienza è sempre minore di uno ( η <1 ). Dalla stessa formula segue che l'efficienza può essere uguale a zero se A dv.s \u003d A Ftr. Il movimento in cui viene chiamato A dv.s \u003d A Ftr separare . L'efficienza non può essere inferiore a zero, perché per questo è necessario che Un dv.s<А Fтр . Il fenomeno in cui il meccanismo è a riposo e contemporaneamente la condizione A dv.s è soddisfatta<А Fтр, называется il fenomeno dell'autofrenante meccanismo. Il meccanismo per il quale viene chiamato η = 1 macchina a moto perpetuo .
Pertanto, l'efficienza è nell'intervallo
0 £ η < 1 .
Considera la definizione di efficienza per vari modi di collegare i meccanismi.
3.2.2.1. Determinazione del rendimento in collegamento in serie
Siano presenti n meccanismi collegati in sequenza (Figura 3.16).
E dv.s. 1 A 1 2 A 2 3 A 3 A n-1 n A n
Figura 3.16 - Schema dei meccanismi collegati in serie
Il primo meccanismo è messo in moto da forze motrici che funzionano Un dv.s. Poiché il lavoro utile di ogni meccanismo precedente speso sulle resistenze di produzione è il lavoro delle forze motrici per ogni meccanismo successivo, l'efficienza del primo meccanismo sarà pari a:
η 1 \u003d A 1 /Un dv.s ..
Per il secondo meccanismo, l'efficienza è:
η 2 \u003d A 2 /A 1 .
E, infine, per l'ennesimo meccanismo, l'efficienza sarà:
η n \u003d Un n /Un n-1
L'efficienza complessiva è:
η 1 n \u003d Un n /E dv.s.
Il valore dell'efficienza complessiva si ottiene moltiplicando l'efficienza di ogni singolo meccanismo, ovvero:
η 1 n = η 1 η 2 η 3 …η n= .
Di conseguenza, meccanica generale efficienza in serie meccanismi collegati uguali opera efficienza meccanica dei singoli meccanismi che costituiscono un sistema comune:
η 1 n = η 1 η 2 η 3 …η n .(3.63)
3.2.2.2 Determinazione dell'efficienza in una connessione mista
In pratica, il collegamento dei meccanismi risulta essere più complicato. Più spesso il collegamento in serie è combinato con il parallelo. Tale connessione è chiamata mista. Si consideri un esempio di connessione complessa (Figura 3.17).
Il flusso di energia dal meccanismo 2 è distribuito in due direzioni. A sua volta, dal meccanismo 3 ¢¢ il flusso di energia viene distribuito anche in due direzioni. Il lavoro totale delle forze di resistenza alla produzione è pari a:
E p.s. = LA ¢ n + LA ¢ ¢ n + LA ¢ ¢¢ n.
L'efficienza complessiva dell'intero sistema sarà pari a:
η \u003d A p.s /A dv.s =(A ¢ n + A ¢ ¢ n + A ¢ ¢¢ n)/Un dv.s . (3.64)
Per determinare l'efficienza complessiva è necessario isolare i flussi energetici in cui i meccanismi sono collegati in serie e calcolare l'efficienza di ciascun flusso. La Figura 3.17 mostra la linea continua I-I, la linea tratteggiata II-II e la linea tratteggiata III-III tre flussi di energia da una sorgente comune.
E 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
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, avendo acquisito conoscenza e comprensione di come e cosa è organizzato nel nostro mondo. La fisica, le cui leggi sono state dedotte per più di un secolo e più di una dozzina di scienziati, ci aiuta in questo compito e dovremmo solo rallegrarci e assorbire le conoscenze fornite.
Ma allo stesso tempo la fisica è una scienza tutt'altro che semplice, come, in effetti, la natura stessa, ma sarebbe molto interessante comprenderla. Oggi parleremo del fattore efficienza. Impareremo cos'è l'efficienza e perché è necessaria. Consideriamo tutto in modo chiaro e interessante.
Spiegazione dell'abbreviazione - efficienza. Tuttavia, una tale interpretazione della prima volta potrebbe non essere particolarmente chiara. Questo coefficiente caratterizza l'efficienza di un sistema o di un corpo separato e più spesso un meccanismo. L'efficienza è caratterizzata dal ritorno o dalla conversione di energia.
Questo coefficiente si applica a quasi tutto ciò che ci circonda, e anche a noi stessi, e in misura maggiore. Dopotutto, facciamo sempre un lavoro utile, ma quanto spesso e quanto sia importante è un'altra domanda e il termine "efficienza" viene utilizzato con esso.
È importante tenerne conto questo coefficiente è illimitato, di solito rappresenta valori matematici, ad esempio 0 e 1, o, come spesso accade, come percentuale.
In fisica, questo coefficiente è indicato dalla lettera Ƞ, o, come viene comunemente chiamato, Eta.
Quando utilizziamo qualsiasi meccanismo o dispositivo, siamo sicuri di funzionare. Di norma, è sempre più di ciò di cui abbiamo bisogno per completare l'attività. Sulla base di questi fatti, si distinguono due tipi di lavoro: questo è speso, che è indicato da una lettera maiuscola, A con una z piccola (Az) e utile - A con la lettera p (Ap). Ad esempio, prendiamo questo caso: abbiamo il compito di sollevare un ciottolo di una certa massa a una certa altezza. In questo caso, il lavoro caratterizza solo il superamento della gravità, che, a sua volta, agisce sul carico.
Nel caso in cui si utilizzi un qualsiasi dispositivo per il sollevamento, fatta eccezione per la gravità del selciato, è importante tenere conto anche gravità di parti di questo dispositivo. E oltre a tutto questo, è importante ricordare che, vincendo in forza, perderemo sempre per strada. Tutti questi fatti portano a una conclusione che il lavoro speso in ogni caso sarà più utile, Az > Ap, la domanda è quanto lo sia di più, perché puoi ridurre al minimo questa differenza e quindi aumentare l'efficienza del nostro o del nostro dispositivo.
Il lavoro utile è la parte del lavoro speso che facciamo usando il meccanismo. E l'efficienza è proprio quella quantità fisica che mostra quale parte del lavoro utile proviene da tutto il lavoro speso.
Risultato:
C'è una certa formula per trovare l'efficienza. Suona così: per trovare l'efficienza in fisica, devi 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 migliore e più efficiente è il sistema o il corpo, meno energia viene spesa per svolgere il lavoro.
La formula stessa sembra breve e molto semplice Ƞ sarà uguale a A/Q. Cioè, Ƞ = A/Q. In questa breve formula, fissiamo 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 la 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, lui 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 presuppone che non si possa ottenere più A di quanta energia si riceva. E anche questo coefficiente sarà molto raramente uguale a uno, poiché l'energia è sempre sprecata. E il lavoro è accompagnato da perdite: ad esempio, in un motore, la perdita sta nel suo abbondante riscaldamento.
Quindi la formula dell'efficienza è:
Ƞ=A/Q, dove
È interessante notare che l'efficienza non esiste come concetto neutro, ogni processo ha la sua efficienza, questa non è una forza di attrito, non può esistere da sola.
Considera alcuni degli esempi di processi con presenza di efficienza.
Per esempio, prendi 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 relazione alla conversione dell'elettricità in energia meccanica. Esiste anche una formula per questo caso, simile a questa: Ƞ=P2/P1. Qui P1 è la potenza nel caso generale e P2 è la potenza netta che il motore stesso produce.
È facile intuire che la struttura della formula del coefficiente è sempre conservata, cambiano solo i dati che devono essere sostituiti. Dipendono dal caso specifico, se si tratta di un motore, come nel caso sopra, allora è necessario operare con la potenza consumata, se funziona allora la formula originale sarà diversa.
Ora conosciamo la definizione di efficienza e abbiamo un'idea su questo concetto fisico, così come sui suoi singoli elementi e sfumature. La fisica è una delle scienze più grandi, ma può essere smontata in piccoli pezzi per capire. Oggi abbiamo esplorato uno di questi pezzi.
Questo video ti aiuterà a capire cos'è l'efficienza.
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