No processo de movimentação de cargas dentro de um circuito fechado, um certo trabalho é realizado pela fonte de corrente. Pode ser útil e completo. No primeiro caso, a fonte de corrente move cargas no circuito externo, enquanto realiza trabalho, e no segundo caso, as cargas se movem em todo o circuito. Nesse processo grande importância tem a eficiência da fonte de corrente, definida como a razão entre a resistência externa e total do circuito. Se a resistência interna da fonte e a resistência externa da carga forem iguais, metade de toda a potência será perdida na própria fonte e a outra metade será liberada na carga. Neste caso, a eficiência será de 0,5 ou 50%.
A eficiência considerada está principalmente relacionada quantidades físicas caracterizando a taxa de conversão ou transmissão de eletricidade. Entre eles, em primeiro lugar está a potência, medida em watts. Existem várias fórmulas para sua definição: P = U x I = U2/R = I2 x R.
Em circuitos elétricos, pode haver significado diferente tensão e carga, respectivamente, e o trabalho realizado também é diferente em cada caso. Muitas vezes é necessário estimar a velocidade com que a eletricidade é transmitida ou convertida. Essa velocidade é a potência elétrica correspondente ao trabalho realizado em uma determinada unidade de tempo. Em forma de fórmula determinado parâmetro ficará assim: P=A/∆t. Portanto, o trabalho é exibido como o produto da potência pelo tempo: A=P∙∆t. A unidade de medida do trabalho é .
Para determinar a eficiência de um dispositivo, máquina, circuito elétrico ou outro sistema similar, em termos de potência e trabalho, é usada a eficiência - eficiência. Este valor é definido como a razão entre a energia útil gasta e a quantidade total de energia fornecida ao sistema. A eficiência é denotada pelo símbolo η e definida matematicamente como a fórmula: η \u003d A / Q x 100% \u003d [J] / [J] x 100% \u003d [%], em que A é o trabalho realizado pelo consumidor, Q é a energia fornecida pela fonte . De acordo com a lei da conservação da energia, o valor da eficiência é sempre igual ou inferior à unidade. Isso significa que o trabalho útil não pode exceder a quantidade de energia gasta em sua conclusão.
Assim, são determinadas as perdas de energia em qualquer sistema ou dispositivo, bem como o grau de sua utilidade. Por exemplo, em condutores, as perdas de potência são formadas quando uma corrente elétrica é parcialmente convertida em energia térmica. A quantidade dessas perdas depende da resistência do condutor, elas não são parte integral trabalho útil.
Existe uma diferença, expressa pela fórmula ∆Q=A-Q, que mostra claramente a perda de potência. Aqui, a relação entre o crescimento das perdas de potência e a resistência do condutor é claramente visível. A maioria um excelente exemploé usada uma lâmpada incandescente, cuja eficiência não excede 15%. Os 85% restantes da energia são convertidos em térmica, ou seja, em radiação infravermelha.
A eficiência considerada de todo o circuito elétrico permite entender melhor a essência física da eficiência da fonte de corrente, cuja fórmula também consiste em várias quantidades.
No processo de movimentação de cargas elétricas ao longo de um circuito elétrico fechado, um determinado trabalho é realizado pela fonte de corrente, que difere como útil e completa. Durante a execução do trabalho útil, a fonte de corrente movimenta cargas no circuito externo. Em pleno trabalho, as cargas, sob a influência de uma fonte de corrente, já se movem por todo o circuito.
Na forma de fórmulas, eles são exibidos da seguinte forma:
Com base nisso, é possível derivar fórmulas para a potência útil e total da fonte de corrente:
Como resultado, a fórmula para a eficiência da fonte de corrente assume a seguinte forma:
A potência útil máxima é alcançada em um determinado valor da resistência do circuito externo, dependendo das características da fonte de corrente e da carga. No entanto, deve-se atentar para a incompatibilidade entre potência líquida máxima e eficiência máxima.
A eficiência de uma fonte de corrente depende de muitos fatores, que devem ser considerados em uma determinada sequência.
Para determinar, de acordo com a lei de Ohm, existe a seguinte equação: i \u003d E / (R + r), em que E é a força eletromotriz da fonte de corrente e r é sua resistência interna. Estes são valores constantesque não dependem da resistência variável R. Com a ajuda deles, você pode determinar a potência útil consumida pelo circuito elétrico:
Assim, o valor da potência usando variáveis finitas será exibido da seguinte forma: W1 = (E2 x R)/(R + r).
Por ser uma variável intermediária, neste caso a função W1(R) pode ser analisada para um extremo. Para tanto, é necessário determinar o valor de R, no qual o valor da primeira derivada da potência útil associada à variável resistência (R) será igual 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
A partir desta fórmula, podemos concluir que o valor da derivada pode ser zero apenas sob uma condição: a resistência do receptor de potência (R) da fonte de corrente deve atingir o valor da resistência interna da própria fonte (R => r). Nestas condições, o valor da eficiência η será determinado como a razão entre a potência útil e a potência total da fonte de corrente - W1/W2. Como no ponto máximo de potência útil, a resistência do consumidor de energia da fonte de corrente será a mesma que Resistencia interna a própria fonte de corrente, neste caso a eficiência será de 0,5 ou 50%.
O coeficiente de desempenho (COP) é um valor que expressa em termos percentuais a eficiência de um determinado mecanismo (motor, sistema) quanto à conversão da energia recebida em trabalho útil.
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O índice de eficiência para diferentes motores pode variar muito e depende de vários fatores. têm uma eficiência relativamente baixa devido a um grande número perdas mecânicas e térmicas que ocorrem durante a operação de uma unidade de energia deste tipo.
O segundo fator é o atrito que ocorre durante a interação das peças de acoplamento. A maior parte do consumo de energia útil é o acionamento dos pistões do motor, bem como a rotação das peças dentro do motor, que são fixadas estruturalmente nos mancais. Cerca de 60% da energia de combustão da gasolina é gasta apenas para garantir o funcionamento dessas unidades.
Perdas adicionais são causadas pela operação de outros mecanismos, sistemas e anexos. Também leva em consideração o percentual de perdas devido à resistência no momento da próxima carga de combustível e ar e, em seguida, a liberação dos gases de escape do cilindro do motor de combustão interna.
Se compararmos uma usina a diesel e um motor a gasolina, um motor a diesel tem uma eficiência notavelmente maior em comparação com uma unidade a gasolina. As unidades de energia a gasolina têm uma eficiência de cerca de 25-30% da quantidade total de energia recebida.
Em outras palavras, de 10 litros de gasolina gastos no motor, apenas 3 litros são gastos em trabalho útil. O restante da energia da combustão do combustível foi para o lixo.
Com o mesmo indicador de deslocamento, a potência de um motor a gasolina atmosférico é maior, mas é alcançada em velocidades mais altas. O motor precisa ser “virado”, as perdas aumentam, o consumo de combustível aumenta. Também é necessário mencionar o torque, que significa literalmente a força que é transmitida do motor para as rodas e movimenta o carro. Os ICEs a gasolina atingem seu torque máximo em RPMs mais altas.
Um diesel naturalmente aspirado semelhante atinge o pico de torque em baixas rotações, enquanto usa menos diesel para fazer um trabalho útil, o que significa maior eficiência e economia de combustível.
O combustível diesel gera mais calor em comparação com a gasolina, a temperatura de combustão do combustível diesel é maior e o índice de resistência à detonação é maior. Acontece que um motor de combustão interna a diesel tem um trabalho mais útil feito em uma certa quantidade de combustível.
O combustível diesel é composto de hidrocarbonetos mais pesados do que a gasolina. A menor eficiência de uma usina a gasolina em comparação com um motor a diesel também está no componente energético da gasolina e nas características de sua combustão. A combustão completa de uma quantidade igual de diesel e gasolina fornecerá mais calor no primeiro caso. O calor em um motor a diesel é mais totalmente convertido em energia mecânica útil. Acontece que ao queimar a mesma quantidade de combustível por unidade de tempo, é o motor a diesel que fará mais trabalho.
Também vale a pena considerar as características de injeção e a criação de condições adequadas para a combustão completa da mistura. Em um motor a diesel, o combustível é fornecido separadamente do ar, não é injetado no coletor de admissão, mas diretamente no cilindro no final do curso de compressão. O resultado é mais aquecer e a combustão mais completa de uma parte da mistura ar-combustível de trabalho.
Os designers estão constantemente se esforçando para melhorar a eficiência dos motores a diesel e a gasolina. Um aumento no número de válvulas de admissão e escape por cilindro, uso ativo, controle eletrônico de injeção de combustível, válvula borboleta e outras soluções podem aumentar significativamente a eficiência. Em maior medida, isso se aplica ao motor diesel.
Graças a essas características, um motor diesel moderno é capaz de queimar completamente uma parte do combustível diesel saturado com hidrocarbonetos no cilindro e produzir uma grande quantidade de torque em baixas rotações. RPMs baixas significam menos perda de atrito e o arrasto resultante. Por esta razão, um motor diesel é hoje um dos tipos mais produtivos e econômicos de motores de combustão interna, cuja eficiência muitas vezes excede 50%.
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Eficiência
Matematicamente definição de eficiência pode ser escrito como:
η = A Q , (\displaystyle \eta =(\frac (A)(Q)),)Onde MAS- trabalho útil (energia), e Q- energia desperdiçada.
Se a eficiência for expressa em porcentagem, ela será calculada pela fórmula:
η = A Q × 100 % (\displaystyle \eta =(\frac (A)(Q))\times 100\%) ε X = Q X / A (\displaystyle \varepsilon _(\mathrm (X) )=Q_(\mathrm (X) )/A),Onde Q X (\displaystyle Q_(\mathrm (X) ))- calor retirado da extremidade fria (capacidade de refrigeração em máquinas de refrigeração); A (\estilo de exibição A)
Para bombas de calor, use o termo taxa de transformação
ε Γ = Q Γ / A (\displaystyle \varepsilon _(\Gamma )=Q_(\Gamma )/A),Onde Q Γ (\displaystyle Q_(\Gamma ))- calor de condensação transferido para o refrigerante; A (\estilo de exibição A)- o trabalho (ou eletricidade) gasto neste processo.
No carro perfeito Q Γ = Q X + A (\displaystyle Q_(\Gamma )=Q_(\mathrm (X) )+A), portanto, para a máquina ideal ε Γ = ε X + 1 (\displaystyle \varepsilon _(\Gamma )=\varepsilon _(\mathrm (X) )+1)
A energia fornecida ao mecanismo na forma de trabalho Forças dirigentes Um dv.s. e momentos para um ciclo de movimento constante, é gasto em trabalho útil A p.s.. , bem como trabalhar A Ftr associada à superação das forças de atrito em pares cinemáticos e das forças de resistência do meio.
Considere o movimento constante. O incremento de energia cinética é igual a zero, ou seja,
Neste caso, o trabalho das forças de inércia e as forças da gravidade são iguais a zero ARi = 0, E G = 0. Então, para um movimento constante, o trabalho das forças motrizes é igual a
E dv.s. =A p.s. + A Ftr.
Portanto, para ciclo completo movimento constante, o trabalho de todas as forças motrizes é igual à soma do trabalho das forças de resistência de produção e resistência de não produção (forças de atrito).
Eficiência mecânica η (eficiência)- a razão entre o trabalho das forças de resistência de produção e o trabalho de todas as forças motrizes durante o movimento permanente:
η = . (3.61)
Como pode ser visto na fórmula (3.61), a eficiência mostra qual fração da energia mecânica trazida para a máquina é gasta de maneira útil na execução do trabalho para o qual a máquina foi criada.
A razão entre o trabalho das forças de resistência não produtiva e o trabalho das forças motrizes é chamada fator de perda :
ψ = . (3.62)
O fator de perda mecânica mostra qual proporção da energia mecânica fornecida à máquina é finalmente convertida em calor e desperdiçada inutilmente no espaço circundante.
A partir daqui temos uma relação entre eficiência e fator de perda
η =1- ψ.
Desta fórmula segue que em nenhum mecanismo o trabalho das forças de resistências não produtivas pode ser igual a zero, portanto a eficiência é sempre menor que um ( η <1 ). Da mesma fórmula segue que a eficiência pode ser igual a zero se A dv.s \u003d A Ftr. O movimento em que A dv.s \u003d A Ftr é chamado solteiro . A eficiência não pode ser menor que zero, porque para isso é necessário que Um dv.s<А Fтр . O fenômeno em que o mecanismo está em repouso e ao mesmo tempo a condição A dv.s é satisfeita<А Fтр, называется o fenômeno da autofrenagem mecanismo. O mecanismo para o qual η = 1 é chamado Máquina de movimento perpétuo .
Assim, a eficiência está na faixa
0 £ η < 1 .
Considere a definição de eficiência para várias maneiras de conectar mecanismos.
3.2.2.1. Determinação da eficiência na conexão em série
Sejam n mecanismos conectados sequencialmente (Figura 3.16).
E dv.s. 1 A 1 2 A 2 3 A 3 A n-1 n A n
Figura 3.16 - Esquema de mecanismos conectados em série
O primeiro mecanismo é acionado por forças motrizes que realizam trabalho Um dv.s. Como o trabalho útil de cada mecanismo anterior gasto em resistências de produção é o trabalho das forças motrizes para cada mecanismo subsequente, a eficiência do primeiro mecanismo será igual a:
η 1 \u003d A 1 /Um dv.s ..
Para o segundo mecanismo, a eficiência é:
η 2 \u003d A 2 /A 1 .
E, finalmente, para o enésimo mecanismo, a eficiência será:
η n \u003d A n /A n-1
A eficiência geral é:
η 1 n \u003d A n /E dv.s.
O valor da eficiência global pode ser obtido multiplicando a eficiência de cada mecanismo individual, a saber:
η 1 n = η 1 η 2 η 3 …η n= .
Consequentemente, mecânica geral eficiência em série mecanismos conectados é igual trabalhar eficiência mecânica de mecanismos individuais que compõem um sistema comum:
η 1 n = η 1 η 2 η 3 …η n .(3.63)
3.2.2.2 Determinando a eficiência em uma conexão mista
Na prática, a conexão dos mecanismos acaba sendo mais complicada. Mais frequentemente, a conexão em série é combinada com a paralela. Essa conexão é chamada mista. Considere um exemplo de uma conexão complexa (Figura 3.17).
O fluxo de energia do mecanismo 2 é distribuído em duas direções. Por sua vez, a partir do mecanismo 3 ¢¢ o fluxo de energia também é distribuído em duas direções. O trabalho total das forças de resistência à produção é igual a:
E p.s. = A ¢ n + A ¢ ¢ n + A ¢ ¢¢ n.
A eficiência geral de todo o sistema será igual a:
η \u003d A p.s /A dv.s =(A ¢ n + A ¢ ¢ n + A ¢ ¢¢ n)/Um dv.s . (3.64)
Para determinar a eficiência global, é necessário isolar os fluxos de energia nos quais os mecanismos estão conectados em série e calcular a eficiência de cada fluxo. A Figura 3.17 mostra a linha contínua I-I, a linha tracejada II-II e a linha tracejada III-III três fluxos de energia de uma fonte comum.
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
A física é uma ciência que estuda os processos que ocorrem na natureza. Esta ciência é muito interessante e curiosa, porque cada um de nós quer se satisfazer mentalmente, tendo adquirido conhecimento e compreensão de como e o que está organizado em nosso mundo. A física, cujas leis foram deduzidas há mais de um século e mais de uma dúzia de cientistas, nos ajuda nessa tarefa, e devemos apenas nos alegrar e absorver o conhecimento fornecido.
Mas, ao mesmo tempo, a física está longe de ser uma ciência simples, como, de fato, a própria natureza, mas seria muito interessante entendê-la. Hoje vamos falar sobre o fator de eficiência. Vamos aprender o que é eficiência e por que ela é necessária. Vamos considerar tudo de forma clara e interessante.
Explicação da abreviatura - eficiência. No entanto, tal interpretação desde a primeira vez pode não ser particularmente clara. Este coeficiente caracteriza a eficiência de um sistema ou um corpo separado e, mais frequentemente, um mecanismo. A eficiência é caracterizada pelo retorno ou conversão de energia.
Esse coeficiente se aplica a quase tudo que nos cerca, e até a nós mesmos, e em maior medida. Afinal, fazemos um trabalho útil o tempo todo, mas a frequência e a importância disso é outra questão, e o termo “eficiência” é usado com ele.
É importante levar em conta que este coeficiente é ilimitado, geralmente representa valores matemáticos, por exemplo, 0 e 1, ou, como é mais frequente, como uma porcentagem.
Em física, esse coeficiente é denotado pela letra Ƞ, ou, como é comumente chamado, Eta.
Ao usar quaisquer mecanismos ou dispositivos, temos certeza de que trabalharemos. Geralmente, é sempre mais do que precisamos para completar a tarefa. Com base nesses fatos, distinguem-se dois tipos de trabalho: este é gasto, indicado por uma letra maiúscula, A com um z minúsculo (Az), e útil - A com a letra p (Ap). Por exemplo, tomemos este caso: temos a tarefa de levantar um paralelepípedo de uma certa massa a uma certa altura. Nesse caso, o trabalho caracteriza apenas a superação da gravidade, que, por sua vez, atua sobre a carga.
No caso de ser utilizado qualquer dispositivo para elevação, exceto a gravidade da calçada, é importante levar em consideração também gravidade das partes deste dispositivo. E além de tudo isso, é importante lembrar que, vencendo em força, sempre perderemos na estrada. Todos esses fatos levam a uma conclusão de que o trabalho despendido em qualquer caso será mais útil, Az > Ap, a questão é quanto mais é, porque você pode minimizar essa diferença e, assim, aumentar a eficiência do nosso ou do nosso dispositivo.
O trabalho útil é a parte do trabalho gasto que fazemos usando o mecanismo. E eficiência é apenas aquela quantidade física que mostra qual parte do trabalho útil é de todo o trabalho despendido.
Resultado:
Existe uma certa fórmula para encontrar eficiência. Parece assim: para encontrar a eficiência em física, você precisa dividir a quantidade de energia pelo trabalho realizado pelo sistema. Ou seja, a eficiência é a razão entre a energia gasta e o trabalho realizado. A partir disso, podemos tirar uma conclusão simples de que quanto melhor e mais eficiente for o sistema ou corpo, menos energia é gasta na realização de trabalho.
A fórmula em si parece curta e muito simples Ƞ será igual a A/Q. Ou seja, Ƞ = A/Q. Nesta fórmula curta, fixamos os elementos que precisamos para o cálculo. Ou seja, A neste caso é a energia utilizada que é consumida pelo sistema durante a operação, e a letra maiúscula Q, por sua vez, será a A gasta, ou novamente a energia gasta.
Idealmente, a eficiência é igual à unidade. Mas, como geralmente acontece, ele é menor que ela. Isso acontece por causa da física e, claro, da lei da conservação da energia.
O fato é que a lei de conservação de energia assume que mais A não pode ser obtido do que energia é recebida. E mesmo esse coeficiente será igual a um extremamente raramente, pois a energia sempre é desperdiçada. E o trabalho é acompanhado por perdas: por exemplo, em um motor, a perda está em seu aquecimento abundante.
Assim, a fórmula de eficiência é:
Ƞ=A/Q, Onde
Vale ressaltar que a eficiência não existe como um conceito neutro, cada processo tem sua própria eficiência, isso não é uma força de atrito, não pode existir por si só.
Considere alguns dos exemplos de processos com a presença de eficiência.
Por exemplo, pegue um motor elétrico. A tarefa de um motor elétrico é converter energia elétrica em energia mecânica. Neste caso, o coeficiente será a eficiência do motor em relação à conversão de eletricidade em energia mecânica. Há também uma fórmula para este caso, e se parece com isso: Ƞ=P2/P1. Aqui P1 é a potência no caso geral e P2 é a potência líquida que o próprio motor produz.
É fácil adivinhar que a estrutura da fórmula do coeficiente é sempre preservada, apenas os dados que precisam ser substituídos mudam. Dependem do caso específico, se for um motor, como no caso acima, então é necessário operar com a potência gasta, se for trabalho, então a fórmula original será diferente.
Agora sabemos a definição de eficiência e temos uma ideia sobre esse conceito físico, bem como sobre seus elementos e nuances individuais. A física é uma das maiores ciências, mas pode ser desmontada em pequenos pedaços para entender. Hoje exploramos uma dessas peças.
Este vídeo vai te ajudar a entender o que é eficiência.
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