Co je účinnost? Koncepce, definice, aplikace

Dnes vám řekneme, jaká je účinnost (koeficient efektivity), jak ji vypočítat a kde je tento koncept aplikován.

Člověk a mechanismus

Co kombinuje pračku a plechovkutovárně? Touha člověka, aby se zbavil potřeby udělat vše sám. Před vynálezem parního stroje byly k dispozici pouze jejich svaly. Udělali všechno sami: pluh, prasnice, vaření, ryby, tkaní lnu. Aby bylo zajištěno přežití dlouhé zimy, každý člen rodiny rolníků pracoval od dvou let až do své smrti. Nejmladší děti se staraly o zvířata a byly u záchrany (přinést, říkat, zavolat, přijmout) u dospělých. Ta dívka byla poprvé v pětiletém rotujícím kolečku! Dokonce i hluboce staří muži lžící lžíce a oblékali lýtkové boty a nejstarší a nejslabší babičky seděly u tkalcovských stavů a ​​rotujících kol, pokud to umožnilo zrak. Neměli čas přemýšlet o tom, jaké hvězdy jsou a proč svítí. Lidé se unavili: každý den bylo nutné jít a pracovat bez ohledu na zdravotní stav, bolesti a morálku. Samozřejmě chtěl najít pomocníky, kteří by alespoň trochu ulehčili opotřebované ramena.

Legrační a podivné

Nejpokročilejší technologie v těch dnech bylykoňské a mlýnské kolo. Ale udělali jen dvě nebo třikrát více práce než muž. Ale první vynálezci začali přicházet se zařízeními, které vypadaly velmi podivně. Ve filmu "Příběh věčné lásky" Leonardo da Vinci připevnil malé lodě na nohy, aby chodili po vodě. To vedlo k několika absurdním incidentům, když vědec vklouzl do jezera přímo v oblečení. Ačkoli tato epizoda je spisovatelka fikce, asi takové vynálezy vypadaly - komické a zábavné.

Století XIX: železo a uhlí

Ale v polovině 19. století se všechno změnilo. Vědci si uvědomili sílu tlaku rozšiřujícího se páru. Nejdůležitějšími komoditami tehdejší doby byly železa pro výrobu kotlů a uhlí pro ohřev vody v nich. Vědci té doby museli pochopit, jaká je účinnost ve fyzice páry a plynu a jak ji zlepšit.

Vzorec koeficientu v obecném případě je:

η = A / Q

η - efektivita, A - užitečná práce, Q - vyčerpaná energie.

Práce a teplo

Koeficient účinnosti (zkrácená EFFICIENCE) -to je bezrozměrné množství. Je definován jako procentní podíl a je vypočítán jako poměr vyčerpané energie k užitečné práci. Druhý termín často používají matky nedospělých teenagerů, když jsou nuceni něco udělat s domem. Ale ve skutečnosti je to skutečný výsledek tohoto úsilí. To znamená, že je-li účinnost stroje 20%, pak se stane pouze jedna pětina energie přijaté do akce. Nyní při nákupu automobilu by čtenář neměl mít otázku, jaká je účinnost motoru.

Pokud je koeficient vypočten jako procentní podíl, pak je vzorec:

n = 100% * (A / Q)

η - efektivita, A - užitečná práce, Q - vyčerpaná energie.

Ztráta a realita

Určitě všechny tyto argumenty způsobují zmatek. Proč nevytvořit stroj, který může používat více energie? Bohužel skutečný svět není takový. Ve škole děti řeší problémy, ve kterých není žádné tření, všechny systémy jsou uzavřeny a záření je přísně monochromatické. Skuteční inženýři ve výrobních závodech jsou nuceni brát v úvahu přítomnost všech těchto faktorů. Podívejme se například na to, jaká je účinnost tepelného motoru a z čeho je tento koeficient doplněn.

Vzorec v tomto případě vypadá takto:

η = (Q₁-Q₂) / Q₁

Kromě toho Q₁ - množství tepla, které motor získal z topení, a₂ - množství tepla, které dalo životnímu prostředí (obecně se tomu říká chladnička).

Palivo se ohřívá a roztahuje, síla tlačípíst, který pohání rotační prvek. Palivo je však obsaženo v nějakém druhu plavidla. Při zahřátí přenáší teplo na stěny nádoby. To vede ke ztrátě energie. To, že se píst snížil, plyn je nutné ochladit. K tomu je jeho část uvolněna do životního prostředí. A bylo by dobré, kdyby veškeré teplo plynu bylo dáno užitečné práci. Ale, bohužel, ochladí velmi pomalu, tak horká pára uniká ven. Část energie se vynakládá na ohřev vzduchu. Píst se pohybuje v dutém kovovém válci. Jeho hrany těsně přiléhají ke stěnám, třecí síly se při pohybu pohybují. Píst ohřívá dutý válec, což rovněž vede ke ztrátě energie. Postupný pohyb tyče nahoru a dolů se přenáší na točivý moment skrze sérii kloubů, které se navzájem protínají a jsou zahřáté, to znamená, že část primární energie je vynaložena také na to.

Samozřejmě v továrních strojích všechny plochyleštěné na úrovni atomů, všechny kovy jsou silné a mají nejmenší tepelnou vodivost a olej pro mazání pístů má nejlepší vlastnosti. Ale v jakémkoliv motoru energie benzínu jde do topných dílů, vzduchu a tření.

Kastrol a kotel

Nyní navrhujeme pochopit, co jeÚčinnost kotle a to, z čeho se skládá. Jakákoli hosteska ví, že pokud necháte vodu vařit v hrnci pod uzavřeným víkem, voda bude kapat na kamna nebo víčko "tančí". Každý moderní kotel je uspořádán v podstatě stejným způsobem:

• teplo ohřívá uzavřenou nádobu plnou vody;
• voda se stává přehřátou párou;
• při roztažení směs plynu a vody otáčí turbíny nebo pohybuje písty.

Stejně jako u motoru se vytvářejí energetické ztráty pro ohřev kotle, potrubí a tření všech spojů, proto žádný mechanismus nemůže mít účinnost rovnající se 100%.

Vzorec pro stroje pracující na cyklu Carnot vypadá jako obecný vzorec pro tepelný motor, ale místo množství tepla - teploty.

η = (T₁-T₂) / T₁.

Kosmická stanice

A pokud vložíte mechanismus do vesmíru? Volná energie Slunce je k dispozici 24 hodin denně, chlazení jakéhokoliv plynu je doslova možné až na 0^o Kelvin téměř okamžitě. Snad ve vesmíru by byla efektivita výroby vyšší? Odpověď je nejednoznačná: ano a ne. Všechny tyto faktory by mohly skutečně zlepšit přenos energie na užitečnou práci. Ale doručování do požadované výšky, dokonce i tisíc tun, dosud neuvěřitelně drahé. Dokonce i když takové zařízení bude probíhat po dobu pěti set let, to neplatí pro náklady na zdvihací zařízení, takže sci-fi, takže aktivně využíván myšlenku kosmického výtahu - to by značně zjednoduší úkol a byl by to komerčně životaschopné převést továrny ve vesmíru.