Что показывает коэффициент полезного действия


определение и расшифровка, полезная работа, формула КПД и применение в физике

Физика — это наука, которая изучает процессы, происходящие в природе. Наука эта очень интересная и любопытная, ведь каждому из нас хочется удовлетворить себя ментально, получив знания и понимание того, как и что в нашем мире устроено. Физика, законы которой выводились не одно столетие и не одним десятком ученных, помогает нам с этой задачей, и мы должны только радоваться и поглощать предоставленные знания.

Но в то же время физика — наука далеко непростая, как, собственно, и сама природа, но разобраться в ней было бы очень интересно. Сегодня мы будем говорить о коэффициенте полезного действия. Мы узнаем, что такое КПД и зачем он нужен. Рассмотрим все наглядно и интересно.

Определение и расшифровка КПД

Расшифровка аббревиатуры — коэффициент полезного действия. Однако и такое толкование с первого раза может оказаться не особо понятным. Этим коэффициентом характеризуется эффективность системы или какого-либо отдельного тела, а чаще — механизма. Эффективность характеризуется отдачей или преобразованием энергии.

Этот коэффициент применим практически ко всему, что нас окружает, и даже к нам самим, причём в большей степени. Ведь совершаем мы полезную работу все время, только вот как часто и насколько это важно, уже другой вопрос, с ним и используется термин «КПД».

Важно учесть, что этот коэффициент — величина неограниченная, она, как правило, представляет собой либо математические значения, к примеру, 0 и 1, либо же, как это чаще бывает — в процентах.

В физике этот коэффициент обозначается буквой Ƞ, или, как её привыкли называть, Эта.

Полезная работа

При использовании каких-либо механизмов или устройств мы обязательно совершаем работу. Она, как правило, всегда больше той, что необходима нам для выполнения поставленной задачи. Исходя из этих фактов различается два типа работы: это затраченная, которая обозначается большой буквой, А с маленькой з (Аз), и полезная — А с буквой п (Ап). Для примера, возьмем такой случай: у нас есть задача поднять булыжник определенной массой на определенную высоту. В этом случае работа характеризует только преодоление силы тяжести, которая, в свою очередь, действует на груз.

В случае когда для подъема применяется какое-либо устройство, кроме силы тяжести булыжника, важно учесть еще и силу тяжести частей этого устройства. И кроме всего этого, важно помнить, что, выигрывая в силе, мы всегда будем проигрывать в пути. Все эти факты приводят к одному выводу, что затрачиваемая работа в любом варианте окажется больше полезной, Аз > Ап, вопрос как раз заключается в том, насколько её больше, ведь можно максимально сократить эту разницу и тем самым увеличить КПД, наш или нашего устройства.

Полезная работа — это часть затрачиваемой, которую мы совершаем, используя механизм. А КПД — это как раз та физическая величина, которая показывает, какую часть составляет полезная работа от всей затраченной.

Итог:

  • Затрачиваемая работа Aз всегда больше полезной Ап.
  • Чем больше отношение полезной к затрачиваемой, тем выше коэффициент, и наоборот.
  • Ап находится произведением массы на ускорение свободного падения и на высоту подъема.

Физическая формула КПД

Существует определенная формула для нахождения КПД. Она звучит следующим образом: чтобы найти КПД в физике, нужно количество энергии разделить на проделанную системой работу. То есть КПД — это отношение затраченной энергии к выполненной работе. Отсюда можно сделать простой вывод, что тем лучше и эффективнее система или тело, чем меньше энергии затрачивается на выполнение работы.

Сама формула выглядит кратко и очень просто Ƞ будет равняться A/Q. То есть Ƞ = A/Q. В этой краткой формулы и фиксируют нужные нам элементы для вычисления. То есть A в этом случае является использованной энергией, которая потребляется системой во время работы, а большая буква Q, в свою очередь, будет являться затраченной A, или опять же затраченной энергией.

В идеале КПД равен единице. Но, как это обычно бывает, он её меньше. Так происходит по причине физики и по причине, конечно же, закона о сохранении энергии.

Все дело в том, что закон сохранения энергии предполагает, что не может быть получено больше А, чем получено энергии. И даже единице этот коэффициент будет равняться крайне редко, поскольку энергия тратится всегда. И работа сопровождается потерями: к примеру, у двигателя потеря заключается в его обильном нагреве.

Итак, формула КПД:

Ƞ=А/Q, где

  • A — полезная работа, которую выполняет система.
  • Q — энергия, которую потребляет система.

Применение в разных сферах физики

Примечательно, что КПД не существует как понятие нейтральное, для каждого процесса есть свой КПД, это не сила трения, он не может существовать сам по себе.

Рассмотрим несколько из примеров процессов с наличием КПД.

К примеру, возьмем электрический двигатель. Задача электрического двигателя — преобразовывать электрическую энергию в механическую. В этом случае коэффициентом будет являться эффективность двигателя в отношении преобразования электроэнергии в энергию механическую. Для этого случая также существует формула, и выглядит она следующим образом: Ƞ=P2/P1. Здесь P1 — это мощность в общем варианте, а P2 — полезная мощность, которую вырабатывает сам двигатель.

Нетрудно догадаться что структура формулы коэффициента всегда сохраняется, меняются в ней лишь данные, которые нужно подставить. Они зависят от конкретного случая, если это двигатель, как в случае выше, то необходимо оперировать затрачиваемой мощностью, если работа, то исходная формула будет другая.

Теперь мы знаем определение КПД и имеем представление об этом физическом понятии, а также об отдельных его элементах и нюансах. Физика — это одна из самых масштабных наук, но её можно разобрать на маленькие кусочки, чтобы понять. Сегодня мы исследовали один из этих кусочков.

Видео

Это видео поможет вам понять, что такое КПД.

Общая эффективность | EGEE 102: Энергосбережение и защита окружающей среды

Расчет общей эффективности

Используя концепцию энергоэффективности, мы можем рассчитать КПД компонентов и общую эффективность:

Общая эффективность = электрическая энергия на выходе, химическая энергия на входе

Здесь электрическая энергия выражена в Вт-ч, а химическая энергия - в британских тепловых единицах. Таким образом, Wh можно преобразовать в BTU, зная, что в Btu 3,412 Втч.

Эту общую эффективность также можно выразить шагами следующим образом:

Общий КПД = [Тепловая Энергия Химическая Энергия] ︸ КПД котла × [Механическая энергия Тепловая энергия] ︸ КПД турбины × [Электрическая энергия Механическая энергия] ︸ Эффективность генератора

Общий КПД = Котел η × Турбина η × Генератор η

Применяя этот метод к приведенному выше примеру электростанции:

Общая эффективность = [88Btus100Btus] × [36Btus88Btus] × [35Btus36Btus] = 0.88 × 0,41 × 0,97 = 0,35 или 35%

Можно видеть, что общая эффективность системы равна продукту эффективности отдельных подсистем или процессов. Что из этого следует?

ступеней общей эффективности

Мы изучаем эффективность автомобиля или электростанции по отдельности. Но если рассмотреть всю цепочку преобразований энергии - с момента выхода угля на поверхность до момента превращения электричества в свою окончательную форму, - будет выявлена ​​истинная общая эффективность использования энергии.Конечной формой дома может быть свет от лампочки или звук от стереосистемы. Последовательность шагов, показанных на рисунке ниже: 1) Производство угля (горнодобывающая промышленность), 2) Транспортировка на электростанцию, 3) Производство электроэнергии, 4) Передача электроэнергии и 5) Преобразование электроэнергии в свет (Использование). . Пожалуйста, посмотрите следующее видео 4:01 об общей эффективности электростанции:

Суммарный КПД угольной электростанции

Щелкните здесь, чтобы увидеть стенограмму видео с угольной электростанции

Мы знаем, какова на самом деле совокупная эффективность.Мы посмотрели на это на предыдущей диаграмме. Мы говорили об этом. На этой диаграмме мы смотрим на совокупный или общий КПД квалифицированной электростанции. В основном в земле есть уголь, верно? Мы должны вывести уголь на поверхность. Этот шаг называется майнингом. Очевидно, нам нужно потратить немного энергии, чтобы поднять уголь с земли на поверхность. Таким образом, майнинг сам по себе имеет эффективность, скажем, около 95%. Или этот шаг эффективен на 95%. Другими словами, если у нас будет 100 единиц в земле, и к тому времени, когда эта энергия выйдет на поверхность, у нас останется только 95 единиц.Потому что пять единиц мы потратим на эксплуатацию оборудования и доставку угля с земли на поверхность. Очевидно, что эти 95 единиц не всегда доступны, потому что нам нужно доставить эти 95 БТЕ на электростанцию. Таким образом, грузовики должны использовать определенную энергию, чтобы доставить эти 95 БТЕ до электростанции. Таким образом, когда он дойдет до электростанции, эти 95 единиц могут оказаться 90 единицами. То есть на транспортировку мы потратим около пяти единиц. Итак, как только мы введем 90 единиц в электростанцию, которая на данный момент имеет КПД примерно 33% или 35%, это говорит нам о том, что когда мы вводим 90 единиц в электростанцию, выходная мощность электростанции в форма электричества всего 30 шт.Итак, на данный момент у нас осталось только 30 единиц, когда мы начали наш бизнес со 100 единицами. Теперь эти 30 единиц транспортируются по этим высоковольтным линиям к пользователю. К тому времени, как вы дойдете до пользователя, мы уже говорим о потерянных единицах. Отлично? И теперь, когда у нас есть около, скажем для простоты, у нас все еще будет около 29 единиц или 30 единиц. Как вы все знаете, эффективность лампочки крайне низка. Эффективность около 5%. Это означает, что из этих 29 единиц или 30 единиц, которые мы получим в доме, только 5% от этого, или 1.5 единиц переоборудованы, действительно, на свет. Итак, мы начали с 100, а в итоге получили 1,5 единицы света. Это означает, что общий КПД делится на 1,5 и 100. Здесь оба значения - БТЕ. Таким образом, общий КПД составляет всего 1,5%. Это жалко низко. То есть использовать 1,5 единицы света, которые мы берем от Матери Земли 100 единиц. И по пути мы сбрасываем около 98,5 единиц энергии на различных этапах процессов преобразования, и мы используем 1,5 БТЕ и 1,5%. Это сообщение.

КПД лампочки

Если известна эффективность каждого шага, мы можем вычислить общую эффективность производства света из угля в земле. В таблице ниже показан расчет общего КПД лампы накаливания.

Расчет общего КПД лампочки
Шаг КПД ступени Совокупный КПД или общий КПД
Добыча угля 96% 96%
Транспорт 98% 94% = (0.96 х 0,98) * 100
Производство электроэнергии 35% 33% = (0,94 x 0,35) * 100
Передача электроэнергии 95% 31% = (0,33 х 0,95) * 100
Освещение:
Лампа накаливания
5% 1,56% = (0,31 x 0,05) * 100
Освещение:
Люминесцентная лампа
20% 6,2% = (0,31 х 0.20) * 100

Эффективность автомобиля

Аналогичный анализ эффективности автомобилей показан на рисунке ниже.

>

Общий КПД автомобиля

Таблица ниже показывает, что только около 10% энергии сырой нефти в земле фактически превращается в механическую энергию, перемещающую людей.

Эффективность автомобиля
Шаг КПД ступени Совокупный КПД или общий КПД
Добыча сырой нефти 96% 96%
Нефтепереработка 87% 84%
Транспорт 97% 81%
Двигатель 25% 20%
Трансмиссия 50% 10%
.

КПД устройств преобразования энергии

КПД - это полезный выход энергии. Для расчета КПД можно использовать следующую формулу:

КПД = полезная выходная энергия Суммарная выходная энергия

Пример 1

Электродвигатель потребляет 100 Вт (джоуль в секунду (Дж / с)) мощности для получения 90 Вт механической мощности. Определите его эффективность.

Решение:

Электродвигатель вводится в виде электрической энергии, а на выходе - механической энергии.

Используя уравнение эффективности:

КПД двигателя = механическая мощность Электрическая мощность = 90 Вт 100 Вт = 0,9

Или КПД 90%.

Осторожно!

Это простой пример, поскольку обе переменные измеряются в ваттах. Если две переменные измерялись по-разному, вам нужно было бы преобразовать их в эквивалентные формы перед выполнением вычислений.

Предыдущий пример с электродвигателем очень прост, поскольку механическая и электрическая мощность выражена в ваттах.Единицы входа и выхода должны совпадать; в противном случае вы должны преобразовать их в аналогичные единицы.

Пример 2

Электростанции США потребляли 39,5 квадриллиона БТЕ энергии и производили 3,675 трлн кВтч электроэнергии. Каков средний КПД электростанций в США?

КПД = полезная выходная энергия Общая выходная энергия

Решение :

Общая потребляемая энергия = 39,5 x 1015 БТЕ, а полезная энергия на выходе равна 3.675 x 1012 кВтч. Напомним, что оба блока должны быть одинаковыми. Итак, нам нужно преобразовать кВтч в британские тепловые единицы. Учитывая, что 1 кВтч = 3412 БТЕ:

Шаг 1

1 кВтч = 3412 британских тепловых единиц

Следовательно:

3,675 × 1012 кВтч = 3,675 × 1012 кВтч × 3412 Btus1 кВтч

= 12 539,1 × 1012 Бте

Шаг 2

Используйте формулу эффективности.

КПД = полезная выходная энергия Суммарная выходная энергия

= 12539 × 1012 BTus39.5 × 1015 BTus

= 0,3174

= 31,74%

Практика 2

Электростанции США потребили 39,5 квадриллиона БТЕ энергии и произвели 3,675 трлн кВтч электроэнергии. Каков средний КПД электростанций в США?

Энергетическая эффективность

КПД по энергии не 100%, а иногда и довольно низкий. В таблице ниже показаны типичные значения КПД некоторых устройств, которые используются в повседневной жизни:

Типичная эффективность повседневных устройств
Устройство КПД
Электродвигатель 90%
Домашняя газовая печь 95%
Домашняя масляная печь 80%
Угольная печь для дома 75%
Паровой котел на электростанции 90%
Электростанция общего назначения 36%
Автомобильный двигатель 25%
Электрическая лампа: лампа накаливания 5%
Электрическая лампа: люминесцентная 20%

Из нашего обсуждения национальных и глобальных моделей потребления энергии в Уроке 2 мы увидели, что:

  • около 40% энергии США используется в производстве электроэнергии;
  • около 27% энергии США используется для транспортировки.

Тем не менее, энергоэффективность электростанции составляет около 35%, а КПД автомобилей - около 25%. Таким образом, более 62% общей первичной энергии в США используется в относительно неэффективных процессах преобразования.

Почему инженеры-проектировщики силовых установок и автомобилей допускают это? Могут ли они лучше?

Есть некоторые естественные ограничения при преобразовании энергии из тепла в работу.

.

Что такое отклонение от эффективности? - Определение | Значение

Определение: В производственных процессах менеджеры используют различные коэффициенты и бюджеты для анализа производительности производимой продукции. Обычно руководство устанавливает ориентиры и ожидания в отношении затрат и объемов производства еще до начала производственного процесса. Таким образом, руководство может проанализировать разницу между расчетной производительностью и фактической производительностью.

Это сравнение называется дисперсией.Наиболее распространенными отклонениями при использовании анализа отклонений накладных расходов являются отклонение расходов, отклонение объема и отклонение эффективности.

Что означает отклонение в эффективности?

Отклонение эффективности - это разница между фактическим количеством вводимых ресурсов, вводимых в производственный процесс, и расчетным или заложенным в бюджет количеством. Вводом могут быть рабочие часы или другие накладные расходы. Разница в эффективности показывает, насколько продуктивным или эффективным был производственный процесс с вложенными ресурсами.

Все ресурсы использовались надлежащим образом или некоторые были потрачены впустую? Поскольку отклонение эффективности представляет собой переменное отклонение накладных расходов, им можно управлять, повышая производительность и снижая общий объем производства.

Пример

В качестве примера возьмем прямое рабочее время. До начала производственного процесса руководство могло рассчитывать, что для производства определенного продукта потребуется 100 рабочих часов. После того, как изделия были закончены, трудовая книжка показывает, что фактически использовалось 110 часов.Отклонение эффективности от количества рабочих часов для этого производственного процесса составляет -10.

Это означает, что 10 часов труда было потрачено впустую во время производственного процесса. Это также означает, что этот процесс оказался не таким продуктивным или рентабельным, как первоначально ожидало руководство.


.

Как определить эффективный блок питания

Как определить эффективный блок питания?

Руководящие принципы, правила и нормы

Одним из наиболее важных показателей эффективности блока питания является его соответствие рекомендациям Energy Star 5.0, а также соответствие требованиям уровня эффективности 80 PLUS. Последнее относится в первую очередь к компьютерным блокам питания и признано во всем мире. Кроме того, если вы находитесь в европейской стране, следует обратить внимание на соответствие требованиям CE и руководству ErP.

Блоки питания 80 PLUS более эффективны

Все упомянутые нами спецификации, нормы и рекомендации требуют высокой эффективности, а также улучшенного качества электроэнергии. Источники питания, которые соответствуют этим строгим правилам, пройдя определенный набор тестов, могут быть затем отмечены значком 80 PLUS, соответствующим их уровню эффективности. Хотя нагрузочные / стресс-тесты могут не соответствовать определенным в спецификации ATX, в данном случае это приемлемо. Хорошие новости для наших европейских читателей: поскольку тесты проводятся с использованием нижнего U.S. напряжения, эти источники питания достигают еще более высокого уровня эффективности в сети 230 В.

80 PLUS: титан, платина, золото, серебро, бронза

Исходная концепция сертификации 80 PLUS была пересмотрена, добавлены новые, более строго определенные уровни эффективности. У каждого сертификата Bronze, Silver, Gold и Platinum есть свои требования. Таким образом, блок питания с сертификатом «80 PLUS Gold» или «80 PLUS Platinum» более эффективен, чем не имеющий сертификата. С другой стороны, более сложные схемы, необходимые для достижения этих уровней, также обычно приводят к более высокой цене.

Ниже вы найдете таблицу, в которой показано, каких уровней эффективности должен достичь блок питания при заданной нагрузке, чтобы соответствовать определенному уровню сертификации.

КПД при нагрузке 10% КПД при нагрузке 20% КПД при нагрузке 50% КПД при 100% нагрузке
80 PLUS - 80% 80% 80% (PF> 0.9)
80 PLUS Bronze - 82% 85% (PF> 0,9) 82%
80 PLUS Silver - 85% 88 % (PF> 0,9) 85%
80 PLUS Gold - 87% 90% (PF> 0,9) 87%
80 PLUS Platinum - 90% 92% (PF> 0.95) 89%
80 PLUS Titanium 90% 92% (PF> 0,95) 94% 90%

Сначала организация 80 PLUS сертифицировала только блоки питания с входом 115 В, однако недавно были добавлены сертификаты 230 В с повышенными требованиями, поскольку потери энергии значительно ниже при более высоких нагрузках с этим входом напряжения. В таблице ниже вы найдете внутренние сертификаты 80 PLUS 230V ЕС.

КПД при нагрузке 10% КПД при нагрузке 20% КПД при нагрузке 50% КПД при 100% нагрузке
80 PLUS - 82% 85% (PF> 0,9) 82%
80 PLUS Bronze - 85% 88% (PF> 0,9) 85%
80 PLUS Silver - 87% 90% (PF> 0.9) 87%
80 PLUS Gold - 90% 92% (PF> 0,9) 89%
80 PLUS Platinum - 92 % 94% (PF> 0,90) 90%
80 PLUS Titanium 90% 94% (PF> 0,95) 96% 94%

Когда Выключен не совсем выключен: пара слов о энергопотреблении в режиме ожидания

Когда вы выключаете компьютер, блок питания на самом деле не выключается полностью.Это необходимо для работы таких функций, как Wake-on-LAN. Дело в том, что блок питания продолжает потреблять некоторое количество энергии (называемое вампирским или фантомным питанием), даже когда компьютер выключен. Более новые блоки питания, особенно продаваемые в Европе и сертифицированные как совместимые с ErP / EuP, потребляют менее 0,5 Вт в этом режиме ожидания. Если вы серьезно относитесь к экономии электроэнергии, выберите более новую модель с поддержкой ErP Lot6 2013.

Какие рельсы питания важны?

Это подводит нас к одному из самых важных моментов современных источников питания: а именно, к той мощности, которую они могут подавать при различных напряжениях.В настоящее время ПК потребляют большую часть энергии от шины +12 В. Для сравнения, два других напряжения, 3,3 и 5 В, играют гораздо менее важную роль. Вот почему вы можете использовать следующее в качестве практического правила: если шина 12 В блока питания может обеспечивать всю необходимую мощность с запасом места, то более низкие напряжения также будут достаточными.

Однако обратное не всегда. Сравним наклейки со спецификациями двух моделей блоков питания:

Изображение 1 из 2

Изображение 2 из 2

Разница вполне очевидна.Хотя вторая модель рассчитана на 550 Вт, ее шины +12 В в сумме дают только 380 Вт, и даже это справедливо только в том случае, если другие направляющие не подвергаются нагрузке одновременно! Никому не нужно 315Вт на шинах 3,3 и 5 В. На практике этот источник питания, вероятно, достигнет своего предела при нагрузке 350 Вт на шине 12 В.

По иронии судьбы, даже хороший блок питания мощностью 425 Вт может выдать больше мощности, чем эта модель при 12 В. Не поддавайтесь на такие уловки.

Первоначальная стоимость по сравнению с Экономия энергии

Качественная продукция изначально стоит дороже, но это не обязательно , всегда означает более низкую стоимость в долгосрочной перспективе.Вот почему мы сразу же рассмотрим несколько конкретных компонентов и их цены, чтобы определить, какой тип блока питания имеет наибольшее значение в данной среде и какой экономии вы можете достичь, если таковая имеется. Некоторые результаты могут вас удивить!

Однако недостаточно сосредоточиться только на финансовом аспекте, потому что мы также должны учитывать долговечность, надежность и безопасность. Мы более подробно рассмотрим эти моменты на следующей странице.

.

Смотрите также