Чему равен коэффициент полезного действия


Коэффициент полезного действия 💡, формула КПД в физике. Как найти КПД⚡

Автор Даниил Леонидович На чтение 7 мин. Просмотров 19.8k. Опубликовано

Что такое КПД

Коэффициент полезного действия машины или механизма – это важная величина, характеризующая энергоэффективность данного устройства. Понятие используется и в повседневной жизни. Например, когда человек говорит, что КПД его усилий низкий, это значит, что сил затрачено много, а результата почти нет. Величина измеряет отношение полезной работы ко всей совершенной работе.

Согласно формуле, чтобы найти величину, нужно полезную работу разделить на всю совершенную работу. Или полезную энергию разделить на всю израсходованную энергию. Этот коэффициент всегда меньше единицы. Работа и энергия измеряется в Джоулях. Поделив Джоули на Джоули, получаем безразмерную величину. КПД иногда называют энергоэффективностью устройства.

Если попытаться объяснить простым языком, то представим, что мы кипятим чайник на плите. При сгорании газа образуется определенное количество теплоты. Часть этой теплоты нагревает саму горелку, плиту и окружающее пространство. Остальная часть идет на нагревание чайника и воды в нем. Чтобы рассчитать энергоэффективность данной плитки, нужно будет разделить количество тепла, требуемое для нагрева воды до температуры кипения на количество тепла, выделившееся при горении газа.

Данная величина всегда ниже единицы. Например, для любой атомной электростанции она не превышает 35%. Причиной является то, что электростанция представляет собой паровую машину, где нагретый за счет ядерной реакции пар вращает турбину. Большая часть энергии идет на нагрев окружающего пространства. Тот факт, что η не может быть равен 100%, следует из второго начала термодинамики.

Примеры расчета КПД

Пример 1. Нужно рассчитать коэффициент для классического камина. Дано: удельная теплота сгорания березовых дров – 107Дж/кг, количество дров – 8 кг. После сгорания дров температура в комнате повысилась на 20 градусов. Удельная теплоемкость кубометра воздуха – 1,3 кДж/ кг*град. Общая кубатура комнаты – 75 кубометров.

Чтобы решить задачу, нужно найти частное или отношение двух величин. В числителе будет количество теплоты, которое получил воздух в комнате (1300Дж*75*20=1950 кДж ). В знаменателе – количество теплоты, выделенное дровами при горении (10000000Дж*8 =8*107 кДж). После подсчетов получаем, что энергоэффективность дровяного камина – около 2,5%. Действительно, современная теория об устройстве печей и каминов говорит, что классическая конструкция не является энергоэффективной. Это связано с тем, что труба напрямую выводит горячий воздух в атмосферу. Для повышения эффективности устраивают дымоход с каналами, где воздух сначала отдает тепло кладке каналов, и лишь потом выходит наружу. Но справедливости ради, нужно отметить, что в процессе горения камина нагревается не только воздух, но и предметы в комнате, а часть тепла выходит наружу через элементы, плохо теплоизолированные – окна, двери и т.д.

Пример 2. Автомобиль проделал путь 100 км. Вес машины с пассажирами и багажом – 1400 кг. При этом было затрачено14 литров бензина. Найти: КПД двигателя.

Для решения задачи необходимо отношение работы по перемещению груза к количеству тепла, выделившемуся при сгорании топлива. Количество тепла также измеряется в Джоулях, поэтому не придется приводить к другим единицам. A будет равна произведению силы на путь( A=F*S=m*g*S). Сила равна произведению массы на ускорение свободного падения. Полезная работа = 1400 кг x 9,8м/с2 x 100000м=1,37*108 Дж

Удельная теплота сгорания бензина – 46 МДж/кг=46000 кДж/кг. Восемь литров бензина будем считать примерно равными 8 кг. Тепла выделилось 46*106*14=6.44*108 Дж. В результате получаем η ≈21%.

Единицы измерения

Коэффициент полезного действия – величина безразмерная, то есть не нужно ставить какую-либо единицу измерения. Но эту величину можно выразить и в процентах. Для этого полученное в результате деления по формуле число необходимо умножить на 100%. В школьном курсе математики рассказывали, что процент – этот одна сотая чего-либо. Умножая на 100 процентов, мы показываем, сколько в числе сотых.

От чего зависит величина КПД

Эта величина зависит от того, насколько общая совершенная работа может переходить в полезную. Прежде всего, это зависит от самого устройства механизма или машины. Инженеры всего мира бьются над тем, чтобы повышать КПД машин. Например, для электромобилей коэффициент очень высок – больше 90%.

А вот двигатель внутреннего сгорания, в силу своего устройства, не может иметь η, близкий к 100 процентам. Ведь энергия топлива не действует непосредственно на вращающиеся колеса. Энергия рассеивается на каждом передаточном звене. Слишком много передаточных звеньев, и часть выхлопных газов все равно выходит в выхлопную трубу.

Как обозначается

В русских учебниках обозначается двояко. Либо так и пишется – КПД, либо обозначается греческой буквой η. Эти обозначения равнозначны.

Символ, обозначающий КПД

Символом является греческая буква эта η. Но чаще все же используют выражение КПД.

Мощность и КПД

Мощность механизма или устройства равна работе, совершаемой в единицу времени. Работа(A) измеряется в Джоулях, а время в системе Си – в секундах. Но не стоит путать понятие мощности и номинальной мощности. Если на чайнике написана мощность 1 700 Ватт, это не значит, что он передаст 1 700 Джоулей за одну секунду воде, налитой в него. Это мощность номинальная. Чтобы узнать η электрочайника, нужно узнать количество теплоты(Q), которое должно получить определенное количество воды при нагреве на энное количество градусов. Эту цифру делят на работу электрического тока, выполненную за время нагревания воды.

Величина A будет равна номинальной мощности, умноженной на время в секундах. Q будет равно объему воды, умноженному на разницу температур на удельную теплоемкость. Потом делим Q на A тока и получаем КПД электрочайника, примерно равное 80 процентам. Прогресс не стоит на месте, и КПД различных устройств повышается, в том числе бытовой техники.

Напрашивается вопрос, почему через мощность нельзя узнать КПД устройства. На упаковке с оборудованием всегда указана номинальная мощность. Она показывает, сколько энергии потребляет устройство из сети. Но в каждом конкретном случае невозможно будет предсказать, сколько конкретно потребуется энергии для нагрева даже одного литра воды.

Например, в холодной комнате часть энергии потратится на обогрев пространства. Это связано с тем, что в результате теплообмена чайник будет охлаждаться. Если, наоборот, в комнате будет жарко, чайник закипит быстрее. То есть КПД в каждом из этих случаев будет разным.

Формула работы в физике

Для механической работы формула несложна: A = F x S. Если расшифровать, она равна приложенной силе на путь, на протяжении которого эта сила действовала. Например, мы поднимаем груз массой 15 кг на высоту 2 метра. Механическая работа по преодолению силы тяжести будет равна F x S = m x g x S. То есть, 15 x 9,8 x 2 = 294 Дж. Если речь идет о количестве теплоты, то A в этом случае равняется изменению количества теплоты. Например, на плите нагрели воду. Ее внутренняя энергия изменилась, она увеличилась на величину, равную произведению массы воды на удельную теплоемкость на количество градусов, на которое она нагрелась.

Это интересно

Наукой обосновано, что коэффициент полезного действия любого механизма всегда меньше единицы. Это связано со вторым началом термодинамики.

Для сравнения, коэффициенты полезного действия различных устройств:

  • гидроэлектростанций 93-95%;
  • АЭС – не более 35%;
  • тепловых электростанций – 25-40%;
  • бензинового двигателя – около 20%;
  • дизельного двигателя – около 40%;
  • электрочайника – более 95%;
  • электромобиля – 88-95%.

Наука и инженерная мысль не стоит на месте. постоянно изобретаются способы, как уменьшить теплопотери, снизить трение между частями агрегата, повысить энергоэффективность техники.

Что такое эффективность? - Определение | Значение

Определение: Обычно, когда вы думаете о чем-то эффективном, вы думаете о том, чтобы выполнить задачу за минимальное время или сделать что-то очень быстро. Эффективность в контексте бухгалтерского учета не всегда связана с тем, как быстро выполняется работа.

Что означает эффективность в бухгалтерском учете?

Вместо этого эффективность измеряет производительность активов компании. Чаще всего эффективность измеряется путем сравнения уровня активов или общих активов с доходами, которые эти активы производят.Возьмем, к примеру, станок с ЧПУ. Компания может получить заявки на выполнение специализированных работ по механической обработке, которые могут быть выполнены только на этом одном конкретном станке с ЧПУ. Поскольку рабочие места высокотехнологичны, доходы чрезвычайно высоки.

Одна машина, приносящая большой доход, считается эффективной. А теперь подумайте об обратном. Если на заводе десять станков, приносящих такой же доход, как и этот станок с ЧПУ, завод считается неэффективным.

Пример

Под эффективностью также может пониматься время работы машины или оборудования.Это количество времени, которое может производить машина. Иногда машины и оборудование ломаются, и их необходимо отремонтировать. Это время простоя снижает производительность машины, а также снижает ее эффективность. Кроме того, на многих заводах нет рабочих в третью смену.

Это означает, что машины не могут работать 24 часа в сутки. Простоя каждую ночь - это время, когда машины могли производить продукцию. По сути, бухгалтеры-менеджеры хотят видеть максимальное время выполнения при минимальном количестве поломок.


.Эффективность

- Викисловарь

Английский [править]

Этимология [править]

От латинского efficientia .

Произношение [править]

Существительное [править]

КПД ( счетных и бесчисленных , множественных КПД )

  1. Насколько эффективно время используется для выполнения поставленной задачи.
    Антонимы: неэффективность, расточительность

    Эффективность планового отдела оставляет желать лучшего.

    • 2012 7 сентября, Фил МакНалти, «Молдова 0-5 Англия», в BBC Sport [1] :

      Отображение и результат должны быть помещены в контекст, который был это была команда, которая выглядела как 141 в мировом рейтинге ФИФА - но Англия выполнила эту задачу с эффективностью и рекордной победой на выезде за 19 лет.

  2. (датированный) Качество создания эффекта или эффектов.
    • 1594 , Ричард Хукер, Закона о церковной политике
      Способность этой божественной эффективности намного выше нас.
  3. Степень, в которой ресурс, например электричество, используется по назначению; отношение полезной работы к затраченной энергии.
    Антонимы: неэффективность, расточительность

    КПД этого громкоговорителя составляет 40%.

  4. (США) Однокомнатная квартира.
    Синонимы: экономичность, квартира (Великобритания, Ирландия)

    У меня есть КПД , доступный с июня по июль.

    полностью оборудованный КПД

Гипонимы [править]
Производные термины [править]
Связанные термины [править]
Переводы [править]

степень использования времени

степень использования ресурса по назначению

Приведенные ниже переводы необходимо проверить и вставить выше в соответствующие таблицы переводов, удалив все цифры.Числа не обязательно совпадают с числами в определениях. См. Инструкции в Викисловаре: Макет статьи § Переводы.

Проверяемые переводы

Ссылки [править]

.

определение эффективности по The Free Dictionary

приготовление пищи на газе Работа с максимальной эффективностью; работает хорошо, работает без сбоев; действительно в ритме или на правильном пути. Выражение, вероятно, происходит от эффективности газа как средства приготовления пищи (в отличие от угля, дров, керосина, электричества и т. Д.). Иногда фраза шутливо обновляется такими вариантами, как готовка на электричестве или готовка с радаром .

ударил по всем шести Работал плавно; правильно функционировать; работать на полную мощность; быть в хорошей физической форме.Этот американизм первоначально использовался, говоря о двигателях внутреннего сгорания, в частности о работе цилиндров, которые в более ранних автомобилях часто давали сбои. Когда образное использование получило распространение, слово цилиндр было убрано из конца выражения. Варианты включают ударов по всем четырем и другие кратные двум.

Современная наука предлагает вам естественных средств, чтобы держать вас в курсе «всех шести» - каждую минуту дня. ( Saturday Evening Post , 10 марта 1928 г.)

в канавке В полном разгаре, бесперебойно, в отличной форме.Это американское сленговое выражение появилось в эпоху джаза. Паз изначально назывался пазами граммофонных пластинок. В 1930-х и 1940-х годах в груве означало, чтобы играть джазовую музыку страстно и профессионально или ценить такую ​​музыку и по ассоциации считаться «здоровой» и утонченной.

Джазовые музыканты не выступали на трибуне; они просто получили отличный ожог от игры в грув. ( Fortune , август 1933 г.)

Со временем в канавке и groovy превратилось в «современный» или «модный», хотя это использование в настоящее время постепенно сокращается из текущего сленга.Когда используется в канавке , как в следующей цитате из Webster’s Third , это подчеркивает качество превосходной формы, а не изысканность или модность.

Не имело значения, когда он был в пазу, о чем он хотел говорить. (Генри Миллер)

точно так же, как New York Это американское сленговое выражение, обычно единичный комментарий об успешной работе, имеет широкий спектр столь же расплывчатых эквивалентов, таких как , отлично, хорошо, путь к успеху .Речь идет о Нью-Йорке как о воплощении успеха, общества и моды.

Живописные выражения: тематический словарь, 1-е издание. © 1980 The Gale Group, Inc. Все права защищены.

.

определение эффективности в The Free Dictionary

приготовление пищи на газе Работа с максимальной эффективностью; работает хорошо, работает без сбоев; действительно в ритме или на правильном пути. Выражение, вероятно, происходит от эффективности газа как средства приготовления пищи (в отличие от угля, дров, керосина, электричества и т. Д.). Иногда фраза шутливо обновляется такими вариантами, как готовка на электричестве или готовка с радаром .

ударил по всем шести Работал плавно; правильно функционировать; работать на полную мощность; быть в хорошей физической форме.Этот американизм первоначально использовался, говоря о двигателях внутреннего сгорания, в частности о работе цилиндров, которые в более ранних автомобилях часто давали сбои. Когда образное использование получило распространение, слово цилиндр было убрано из конца выражения. Варианты включают ударов по всем четырем и другие кратные двум.

Современная наука предлагает вам естественных средств, чтобы держать вас в курсе «всех шести» - каждую минуту дня. ( Saturday Evening Post , 10 марта 1928 г.)

в канавке В полном разгаре, бесперебойно, в отличной форме.Это американское сленговое выражение появилось в эпоху джаза. Паз изначально назывался пазами граммофонных пластинок. В 1930-х и 1940-х годах в груве означало, чтобы играть джазовую музыку страстно и профессионально или ценить такую ​​музыку и по ассоциации считаться «здоровой» и утонченной.

Джазовые музыканты не выступали на трибуне; они просто получили отличный ожог от игры в грув. ( Fortune , август 1933 г.)

Со временем в канавке и groovy превратилось в «современный» или «модный», хотя это использование в настоящее время постепенно сокращается из текущего сленга.Когда используется в канавке , как в следующей цитате из Webster’s Third , это подчеркивает качество превосходной формы, а не изысканность или модность.

Не имело значения, когда он был в пазу, о чем он хотел говорить. (Генри Миллер)

точно так же, как New York Это американское сленговое выражение, обычно единичный комментарий об успешной работе, имеет широкий спектр столь же расплывчатых эквивалентов, таких как , отлично, хорошо, путь к успеху .Речь идет о Нью-Йорке как о воплощении успеха, общества и моды.

Живописные выражения: тематический словарь, 1-е издание. © 1980 The Gale Group, Inc. Все права защищены.

.

Смотрите также