Ce este eficiența? Concept, definiție, aplicare

Astăzi vă vom spune care este eficiența (coeficientul de eficiență), modul de calculare a acesteia și unde se aplică acest concept.

Omul și mecanismul

Ce combină o mașină de spălat și o fabrică? Dorința unei persoane de a se elibera de nevoia de a face totul singur. Înainte de inventarea motorului cu aburi, numai mușchii erau la dispoziția oamenilor. Ei au făcut totul înșiși: să ardă, să mănânce, să gătească, să pescuiască, să înfășoare inul. Pentru a asigura supraviețuirea iernii lungi, fiecare membru al familiei țărănești a lucrat ore lumina zilei de la doi ani până la moartea sa. Copiii mai mici se ocupau de animale și erau la salvare (aduceți, spuneți, sunați, luați) la adulți. Fata a fost pusă pentru prima oară într-o roată cu vârtej de cinci ani! Chiar și bătrânii au tăiat linguri și le-au învârtit pantofii de lilieci, iar bunicile cele mai vechi și mai slabe s-au așezat la războaie și roți de rotire, dacă vederea era permisă. Ei nu au avut timp să se gândească la ce stele sunt și de ce strălucesc. Oamenii s-au obosit: în fiecare zi era necesar să meargă și să lucreze, indiferent de starea de sănătate, de durere și de moralitate. Bineînțeles, bărbatul voia să găsească asistenți care să-i ușureze ușor umerii uciși.

Amuzant și ciudat

Cea mai avansată tehnologie în acele vremuri era un cal și o roată de moară. Dar au făcut doar de două sau trei ori mai mult decât un bărbat. Dar primii inventatori au început să vină cu dispozitive care păreau foarte ciudate. În filmul "Povestea iubirii veșnice", Leonardo da Vinci a atașat bărci mici în picioare pentru a merge pe apă. Acest lucru a condus la câteva incidente ridicole atunci când omul de știință a flopat în lac direct în haine. Deși acest episod este doar un scriitor de ficțiune, probabil astfel de invenții și arăta - comic și amuzant.

Secolul al XIX-lea: fier și cărbune

Dar, la mijlocul secolului XIX, totul sa schimbat. Oamenii de știință au realizat forța de presiune a unei perechi extinse. Cele mai importante mărfuri din acea vreme au fost fierul pentru producerea cazanelor și a cărbunelui pentru încălzirea apei în ele. Oamenii de știință din acea vreme au trebuit să înțeleagă ce este eficiența fizică a aburilor și a gazelor și cum să le îmbunătățească.

Formula pentru coeficientul în cazul general este:

eta- = A / Q

eta - eficiență, A - muncă utilă, Q - energie consumată.

Lucrul și căldura

Coeficientul de eficiență (EFICIENȚA abreviată) este o cantitate fără dimensiuni. Acesta este definit ca un procent și se calculează ca raport între energia consumată și munca utilă. Ultimul termen este adesea folosit de mamele adolescente neglijente, atunci când sunt forțate să facă ceva despre casă. Dar, de fapt, acesta este rezultatul real al efortului. Astfel, dacă eficiența mașinii este de 20%, atunci doar o cincime din energia primită în acțiune se transformă. Acum, atunci când cumpără o mașină, cititorul nu ar trebui să aibă o întrebare, care este eficiența motorului.

Dacă coeficientul este calculat ca procent, atunci formula este:

eta = 100% * (A / Q)

eta - eficiență, A - muncă utilă, Q - energie consumată.

Pierderea și realitatea

Cu siguranță, toate aceste argumente provoacă o încurcătură. De ce nu inventezi o mașină care poate folosi mai multă energie de combustibil? Din păcate, lumea reală nu este așa. La școală, copiii rezolvă probleme în care nu există fricțiune, toate sistemele sunt închise, iar radiația este strict monochromatică. Inginerii reali din fabricile de producție sunt forțați să ia în considerare prezența tuturor acestor factori. Luați în considerare, de exemplu, ceea ce este Eficiența motorului termic, și de la care se adaugă acest coeficient.

Formula în acest caz arata astfel:

eta = (Q₁-Q₂) / Q₁

Mai mult decât atât, Q₁ - cantitatea de căldură pe care motorul o primea de la încălzire și Q₂ - cantitatea de căldură pe care a dat-o mediului (în general, acest lucru se numește frigider).

Combustibilul se încălzește și se extinde, forța împinge pistonul, care acționează elementul rotativ. Dar combustibilul este conținut într-un fel de vas. Când este încălzit, acesta transferă căldura pe pereții vasului. Acest lucru duce la pierderea de energie. Că pistonul a coborât, că este necesar să se răcească. Pentru a face acest lucru, partea sa este eliberată în mediul înconjurător. Și ar fi bine ca toată căldura gazului să fie dată muncii utile. Dar, din păcate, se răcește foarte lent, abur atât de cald scapă în afară. O parte din energie este cheltuită pentru încălzirea aerului. Pistonul se mișcă într-un cilindru metalic gol. Mărimile sale se potrivesc cu pereții, forțele de frecare intră în joc atunci când se mișcă. Pistonul încălzește cilindrul gol, ceea ce duce și la o pierdere de energie. Mișcarea de translație a tijei în sus și în jos pe cuplul transmis printr-o serie de compuși care sunt frecate între ele și încălzite, adică o parte din energia primară consumată chiar și pe ea.

Desigur, în mașinile din fabrică toate suprafețele lustruite la un nivel atomic, toate metalele sunt durabile și au cea mai mică conductivitatea termică, și pentru a lubrifia uleiul pistoanele are proprietăți superioare. Dar, în orice motor, energia benzinei se concentrează pe părțile de încălzire, aerul și frecare.

Caserola și cazanul

Acum propunem să înțelegem ce este eficiența cazanului și de ce este compus. Orice gospodină știe că, dacă lăsați apa să fiarbă într-o tigaie sub capacul închis, apoi fie apa va curge pe placa sau capacul va „dans“. Orice cazan modern este aranjat în același mod:

• căldura încălzește un recipient închis plin de apă;
• apa devine abur supraîncălzit;
• când se extinde, amestecul de gaz-apă rotește turbinele sau deplasează pistoanele.

La fel ca și în motor, sunt generate pierderi de energie pentru încălzirea cazanului, a țevilor și frecare a tuturor conexiunilor, prin urmare nici un mecanism nu poate avea o eficiență egală cu 100%.

Formula pentru mașinile care funcționează pe ciclul Carnot arată ca o formulă generală pentru un motor termic, dar în loc de cantitatea de căldură - temperatura.

eta = (T₁-T₂) / T₁.

Stația spațială

Și dacă puneți mecanismul în spațiu? Energia liberă a Soarelui este disponibilă 24 de ore pe zi, răcirea oricărui gaz este posibilă în mod literal până la 0^despre Kelvin aproape instantaneu. Poate că, în spațiul cosmic, eficiența producției ar fi mai mare? Răspunsul este ambiguu: da și nu. Toți acești factori ar putea îmbunătăți într-adevăr transferul de energie către o muncă utilă. Dar livrarea la înălțimea dorită, chiar și o mie de tone până acum incredibil de costisitoare. Chiar dacă o astfel de instalație va rula timp de cinci sute de ani, aceasta nu plătește pentru costul de echipamente de ridicat, astfel încât science-fiction exploatat atât de activ ideea unui lift spatial - ar simplifica foarte mult sarcina și ar face viabilă comercial pentru a transfera fabrici în spațiu.