У чому вимірюється коефіцієнт корисної дії? Дослідження потужності та ККД джерела струму

Сучасні реаліїпередбачають широку експлуатацію теплових двигунів. Численні спроби заміни їх на електродвигуни поки зазнають невдачі. Проблеми, пов'язані з накопиченням електроенергії в автономних системах, вирішуються з великими труднощами.

Досі актуальними є проблеми технології виготовлення акумуляторів електроенергії з урахуванням їх тривалого використання. Швидкісні характеристики електромобілів далекі від таких у автомобілів на двигунах внутрішнього згоряння.

Перші кроки створення гібридних двигунів дозволяють істотно зменшити шкідливі викиди в мегаполісах, вирішуючи екологічні проблеми.

Трішки історії

Можливість перетворення енергії пари на енергію руху була відома ще в давнину. 130 до нашої ери: Філософ Герон Олександрійський представив на суд глядачів парову іграшку - еоліпіл. Сфера, заповнена парою, приходила в обертання під дією струменів, що виходять з неї. Цей прототип сучасних парових турбін на той час не знайшов застосування.

Довгі роки та століття розробки філософа вважалися лише забавною іграшкою. У 1629 р. італієць Д. Бранки створив активну турбіну. Пара рухала диск, з лопатками.

З цього моменту почався бурхливий розвиток парових машин.

Теплова машина

Перетворення палива в енергію руху частин машин та механізмів використовується в теплових машинах.

Основні частини машин: нагрівач (система отримання енергії ззовні), робоче тіло (здійснює корисну дію), холодильник.

Нагрівач призначений для того, щоб робоче тіло накопичило достатній запас внутрішньої енергіїдля здійснення корисної роботи. Холодильник відводить надлишки енергії.

Основною характеристикою ефективності називають ККД теплових машин. Ця величина показує, яка частина витраченої нагрівання енергії витрачається на здійснення корисної роботи. Чим вищий ККД, тим вигідніша роботамашини, але це величина неспроможна перевищувати 100%.

Розрахунок коефіцієнта корисної дії

Нехай нагрівач придбав ззовні енергію, що дорівнює Q 1 . Робоче тіло зробило роботу A, причому енергія, віддана холодильнику, склала Q 2 .

Виходячи з визначення, розрахуємо величину ККД:

η = A / Q 1 . Врахуємо, що А = Q1 – Q2.

Звідси ККД теплової машини, формула якого має вигляд η = (Q 1 - Q 2) / Q 1 = 1 - Q 2 / Q 1, дозволяє зробити такі висновки:

ККД не може перевищувати 1 (або 100%);
для максимального збільшенняцієї величини необхідно підвищення енергії, отриманої від нагрівача, або зменшення енергії, відданої холодильнику;
збільшення енергії нагрівача домагаються зміною якості палива;
зменшення енергії, відданої холодильнику, дозволяють досягти конструктивні особливостідвигунів.

Ідеальний тепловий двигун

Чи можливе створення такого двигуна, коефіцієнт корисної діїякого було б максимальним (в ідеалі - рівним 100%)? Знайти відповідь на це запитання спробував французький фізик-теоретик та талановитий інженер Саді Карно. У 1824 р. його теоретичні викладки про процеси, що протікають у газах, були оприлюднені.

Основною ідеєю, закладеною в ідеальній машині, можна вважати проведення оборотних процесів з ідеальним газом. Починаємо з розширення газу ізотермічно за температури T 1 . Кількість теплоти, необхідної для цього - Q 1. Після газ без теплообміну розширюється Досягши температури Т 2 газ стискається ізотермічно, передаючи холодильнику енергію Q 2 . Повернення газу до початкового стану здійснюється адіабатно.

ККД ідеального теплового двигуна Карно при точному розрахунку дорівнює відношенню різниці температур нагрівального та охолоджувального пристроїв до температури, яку має нагрівач. Виглядає так: η=(T 1 - Т 2)/ T 1.

Можливий ККД теплової машини, формула якого має вигляд: η = 1 - Т 2 / T 1 залежить тільки від значення температур нагрівача і охолоджувача і не може бути більше 100%.

Більш того, це співвідношення дозволяє довести, що ККД теплових машин може дорівнювати одиниці тільки при досягненні холодильником температур. Як відомо, це значення недосяжно.

Теоретичні викладки Карно дозволяють визначити максимальний ККД теплової машини будь-якої конструкції.

Доведена Карно теорема звучить так. Довільна теплова машина ні за яких умов не здатна мати коефіцієнт корисної дії більше за аналогічне значення ККД ідеальної теплової машини.

Приклад розв'язання задач

приклад 1. Який ККД ідеальної теплової машини, якщо температура нагрівача становить 800 про З, а температура холодильника на 500 про З нижче?

T 1 = 800 про З= 1073 К, ∆T= 500 про З=500 К, -?

За визначенням: η=(T 1 - Т 2)/T 1.

Нам не дано температури холодильника, але ∆T= (T 1 - Т 2), звідси:

η = ∆T / T 1 = 500 К/1073 К = 0,46.

Відповідь: ККД = 46%.

приклад 2. Визначте ККД ідеальної теплової машини, якщо за рахунок придбаного одного кілоджоуля енергії нагрівача здійснюється корисна робота 650 Дж. Яка температура нагрівача теплової машини, якщо температура охолоджувача - 400 К?

Q 1 = 1 кДж = 1000 Дж, А = 650 Дж, Т 2 = 400 К, η -?, T 1 =?

У цій задачі йдеться про теплову установку, ККД якої можна обчислити за формулою:

Для визначення температури нагрівача скористаємося формулою ККД ідеальної теплової машини:

η = (T 1 - Т 2) / T 1 = 1 - Т 2 / T 1.

Виконавши математичні перетворення, отримаємо:

Т 1 = Т 2 / (1 - η).

Т 1 = Т 2 / (1-A / Q 1).

Обчислимо:

η = 650 Дж / 1000 Дж = 0,65.

Т 1 = 400 К/(1-650 Дж/1000 Дж) = 1142,8 К.

Відповідь: η = 65%, Т 1 = 1142,8 До.

Реальні умови

Ідеальний тепловий двигун розроблено з урахуванням ідеальних процесів. Робота відбувається лише в ізотермічних процесах, її величина визначається як площа, обмежена графіком циклу Карно.

Насправді створити умови для протікання процесу зміни стану газу без змін температури, що його супроводжують, неможливо. Немає таких матеріалів, які б виключили теплообмін з навколишніми предметами. Адіабатний процес здійснити стає неможливо. У разі теплообміну температура газу обов'язково має змінюватись.

ККД теплових машин, створених у реальних умовах, значно відрізняються від ККД ідеальних двигунів. Зауважимо, що перебіг процесів у реальних двигунах відбувається настільки швидко, що варіювання внутрішньої теплової енергії робочої речовини в процесі зміни його об'єму не може бути компенсовано припливом кількості теплоти від нагрівача та віддачею холодильнику.

Інші теплові двигуни

Реальні двигуни працюють на інших циклах:

цикл Отто: процес при постійному обсязі змінюється адіабатним, створюючи замкнутий цикл;
цикл Дизеля: ізобара, адіабату, ізохора, адіабату;
процес, що відбувається за постійного тиску, змінюється адіабатним, замикає цикл.

Створити рівноважні процеси в реальних двигунах (щоб наблизити їх до ідеальних) в умовах сучасної технологіїне уявляється можливим. ККД теплових машин значно нижчий, навіть з урахуванням тих же температурних режимівщо і в ідеальній тепловій установці.

Але не варто зменшувати роль розрахункової формулиККД, оскільки саме вона стає точкою відліку в процесі роботи над підвищенням ККД реальних двигунів.

Шляхи зміни ККД

Проводячи порівняння ідеальних та реальних теплових двигунів, варто зазначити, що температура холодильника останніх не може бути будь-якою. Зазвичай холодильником вважають атмосферу. Прийняти температуру атмосфери можна лише у наближених розрахунках. Досвід показує, що температура охолоджувача дорівнює температурі відпрацьованих у двигунах газів, як це відбувається в двигунах внутрішнього згоряння (скорочено ДВЗ).

ДВС - найпоширеніша у світі теплова машина. ККД теплової машини в цьому випадку залежить від температури, створеної паливом, що згорає. Істотною відмінністю ДВС від парових машин є злиття функцій нагрівача та робочого тіла пристрою у повітряно-паливній суміші. Згоряючи, суміш створює тиск на рухомі частини двигуна.

Підвищення температури робочих газів досягають, суттєво змінюючи властивості палива. На жаль, необмежено це робити неможливо. Будь-який матеріал, з якого виготовлено камеру згоряння двигуна, має свою температуру плавлення. Теплостійкість таких матеріалів – основна характеристика двигуна, а також можливість суттєво вплинути на ККД.

Значення ККД двигунів

Якщо розглянути температура робочої пари на вході якої дорівнює 800 К, а відпрацьованого газу - 300 К, то ККД цієї машини дорівнює 62%. Насправді ж ця величина вбирається у 40%. Таке зниження виникає внаслідок теплових втрат під час нагрівання корпусу турбін.

Найбільше значення внутрішнього згоряння вбирається у 44%. Підвищення цього значення – питання недалекого майбутнього. Зміна властивостей матеріалів, палива – це проблема, над якою працюють найкращі уми людства.

Зміст:

У процесі переміщення зарядів усередині замкнутого ланцюга джерелом струму здійснюється певна робота. Вона може бути корисною та повною. У першому випадку джерело струму переміщує заряди у зовнішньому ланцюзі, роблячи у своїй роботу, тоді як у другий випадок - заряди переміщаються у всій ланцюга. У цьому процесі велике значеннямає ККД джерела струму, що визначається, як співвідношення зовнішнього та повного опору ланцюга. При рівності внутрішнього опору джерела та зовнішнього опору навантаження половина всієї потужності буде втрачена в самому джерелі, а інша половина виділиться на навантаженні. У цьому випадку коефіцієнт корисної дії становитиме 0,5 або 50%.

ККД електричного ланцюга

Розглянутий коефіцієнт корисної дії в першу чергу пов'язаний з фізичними величинами, Що характеризують швидкість перетворення або передачі електроенергії Серед них на першому місці знаходиться потужність, що вимірюється у ватах. Для визначення існує кілька формул: P = U x I = U2/R = I2 x R.

В електричних ланцюгах може бути різне значеннянапруги та величина заряду, відповідно і виконувана робота теж відрізняється в кожному випадку. Найчастіше виникає необхідність оцінити, з якою швидкістю передається чи перетворюється електроенергія. Ця швидкість є електричну потужність, що відповідає виконаній роботі за певну одиницю часу. У вигляді формули цей параметр буде виглядати так: P=A/∆t. Отже, робота відображається як добуток потужності та часу: A=P∙∆t. Як одиниця виміру роботи використовується .

Для того щоб визначити, наскільки ефективним є будь-який пристрій, машина електричний ланцюг або інша аналогічна система, щодо потужності та роботи використовується ККД - коефіцієнт корисної дії. Ця величина визначається як ставлення корисно витраченої енергії, до загальної кількості енергії, що надійшла до системи. Позначається ККД символом η, а математично визначається як формули: η = A/Q x 100% = [Дж]/[Дж] х 100% = [%], у якій А - робота виконана споживачем, Q - енергія, віддана джерелом . Відповідно до закону збереження енергії, значення ККД завжди дорівнює або нижче одиниці. Це означає, що корисна робота не може перевищувати кількість енергії, витраченої на її вчинення.

Таким чином, визначаються втрати потужності в будь-якій системі або пристрої, а також ступінь їхньої корисності. Наприклад, у провідниках втрати потужності утворюються, коли електричний струмчастково перетворюється на теплову енергію. Кількість цих втрат залежить від опору провідника, вони не є складовоюкорисної роботи.

Існує різниця, виражена формулою ∆Q=A-Q, що наочно відображає втрати потужності. Тут дуже добре проглядається залежність між зростанням втрат потужності та опором провідника. Найбільш яскравим прикладомслужить лампа розжарювання, ККД у якої вбирається у 15%. Інші 85% потужності перетворюються на теплове, тобто на інфрачервоне випромінювання.

Що таке ККД джерела струму

Розглянутий коефіцієнт корисної дії всього електричного ланцюга дозволяє краще зрозуміти фізичну суть ККД джерела струму, формула якого також складається з різних величин.

У процесі переміщення електричних зарядівпо замкненому електричному ланцюзі, джерелом струму виконується певна робота, яка відрізняється як корисна та повна. Під час здійснення корисної роботи джерела струму переміщує заряди в зовнішньому ланцюзі. При повній роботі заряди, під дією джерела струму, переміщуються вже по всьому ланцюгу.

У вигляді формул вони відображаються так:

Корисна робота - аполеза = qU = IUt = I2Rt.
Повна робота - Аповне = qε = Iεt = I2(R + r)t.

На підставі цього, можна вивести формули корисної та повної потужності джерела струму:

Корисна потужність – Рполез = Аполез / t = IU = I2R.
Повна потужність - Рповне = Аповне / t = Iε = I2 (R + r).

В результаті, формула ККД джерела струму набуває наступного вигляду:

η = Аполез / Аповнен = Рполез / Рповний = U / ε = R / (R + r).

Максимальна корисна потужність досягається за певного значення опору зовнішнього ланцюга, залежно від характеристик джерела струму і навантаження. Однак, слід звернути увагу на несумісність максимальної корисної потужності та максимального коефіцієнта корисної дії.

Дослідження потужності та ККД джерела струму

Коефіцієнт корисної дії джерела струму залежить від багатьох факторів, які слід розглядати у певній послідовності.

Для визначення , відповідно до закону Ома, існує таке рівняння: i = E/(R + r), в якому є електрорушійною силою джерела струму, а r - його внутрішнім опором. Це постійні величини, які не залежать від змінного опору R. З їх допомогою можна визначити корисну потужність, що споживається електричним ланцюгом:

W1 = i x U = i2 x R. Тут R є опором споживача електроенергії, i - струм у ланцюгу, що визначається попереднім рівнянням.

Таким чином, значення потужності з використанням кінцевих змінних відображатиметься в наступному вигляді: W1 = (E2 x R)/(R + r).

Оскільки є проміжну змінну, то в цьому випадку функція W1(R) може бути проаналізована на екстремум. З цією метою потрібно визначити значення R, при якому величина першої похідної корисної потужності, пов'язана зі змінним опором (R), буде дорівнює нулю: 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

З цієї формули можна дійти невтішного висновку, що значення похідної може бути нульовим лише за умови: опір приймача електроенергії (R) від джерела струму має досягти величини внутрішнього опору самого джерела (R => r). У цих умовах значення коефіцієнта корисної дії буде визначатися як співвідношення корисної та повної потужності джерела струму - W1/W2. Оскільки в максимальній точці корисної потужності опір споживача енергії джерела струму буде таким же, як і внутрішній опір джерела струму, в цьому випадку ККД складе 0,5 або 50%.

Завдання на потужність струму та ККД

Коефіцієнт корисної дії (ККД) - характеристика ефективності системи (пристрою, машини) щодо перетворення чи передачі енергії. Визначається ставленням корисно використаної енергії до сумарної кількості енергії, отриманої системою; позначається зазвичай η («ця»). η = Wпол/Wcyм. ККД є безрозмірною величиною і часто вимірюється у відсотках. Математично визначення ККД може бути записане у вигляді:

X 100%,

де А- Корисна робота, а Q- Витрачена енергія.

Через закон збереження енергії ККД завжди менше одиниці чи дорівнює їй, тобто неможливо отримати корисної роботи більше, ніж витрачено енергії.

ККД теплового двигуна- Відношення здійсненої корисної роботи двигуна до енергії, отриманої від нагрівача. ККД тепловогодвигуна може бути обчислений за такою формулою

де – кількість теплоти, отримана від нагрівача, – кількість теплоти, віддана холодильнику. Найбільшим ККД серед циклічних машин, що оперують при заданих температурахгарячого джерела T 1 та холодного T 2, мають теплові двигуни, що працюють за циклом Карно; цей граничний ККД дорівнює

Не всі показники, що характеризують ефективність енергетичних процесів, відповідають наведеному вище опису. Навіть якщо вони традиційно чи помилково називаються «», вони можуть мати інші властивості, зокрема, перевищувати 100%.

ККД котлів

Основна стаття: Тепловий баланс котла

ККД котлів на органічному паливі традиційно розраховується за нижчою теплотою згоряння; при цьому передбачається, що волога продуктів згоряння залишає котел у вигляді перегрітої пари. У конденсаційних котлахця волога конденсується, теплота конденсації корисно використовується. При розрахунку ККДпо нижчій теплоті згоряння він може вийти більше одиниці. В даному випадку коректніше було б вважати його за найвищою теплотою згоряння, що враховує теплоту конденсації пари; Однак при цьому показники такого котла важко порівнювати з даними про інші установки.

Теплові насоси та холодильні машини

Перевагою теплових насосів як нагрівальної техніки є можливість іноді отримувати більше теплоти, ніж витрачається енергія на їх роботу; аналогічно холодильна машина може відвести від охолоджуваного кінця більше теплоти, ніж витрачається на організацію процесу.

Ефективність таких теплових машин характеризують холодильний коефіцієнт(для холодильних машин) або коефіцієнт трансформації(Для теплових насосів)

де - тепло, що відбирається від холодного кінця (у холодильних машинах) або передається до гарячого (у теплових насосах); - робота, що витрачається на цей процес (або електроенергія). Найкращими показниками продуктивності для таких машин має зворотний цикл Карно: у ньому холодильний коефіцієнт

де , - Температури гарячого і холодного кінців, . Ця величина, очевидно, може бути як завгодно велика; хоча практично до неї важко наблизитися, холодильний коефіцієнт все ж таки може перевищувати одиницю. Це не суперечить першому початку термодинаміки , оскільки, крім енергії, що приймається в розрахунок A(напр. електричної), тепло Qйде й енергія, що відбирається від холодного джерела.

Література

Перишкін А. В.фізика. 8 клас. – Дрофа, 2005. – 191 с. - 50 000 екз. - ISBN 5-7107-9459-7.

Примітки

Wikimedia Foundation. 2010 .

Синоніми:

Turbo Pascal
ККД

Дивитися що таке "" в інших словниках:

коефіцієнт корисної дії- Відношення потужності, що віддається, до споживаної активної потужності. [ОСТ 45.55 99] коефіцієнт корисної дії ККД Величина, що характеризує досконалість процесів перетворення, перетворення або передачі енергії, що є ставленням корисної ... Довідник технічного перекладача

КОЕФІЦІЄНТ КОРИСНОЇ ДІЇ- або коефіцієнт віддачі (Efficiency) – характеристика якості роботи будь-якої машини або апарату з боку її економічності. Під К. П. Д. мається на увазі відношення кількості отриманої від машини роботи або енергії від апарата до тієї кількості.

КОЕФІЦІЄНТ КОРИСНОЇ ДІЇ- (К.п.д.), показник ефективності дії механізму, що визначається як відношення роботи, що здійснюється механізмом, до роботи, витраченої на його функціонування. К.п.д. зазвичай виражають у відсотках. Ідеальний механізм мав би мати к.п.д =… … Науково-технічний енциклопедичний словник

КОЕФІЦІЄНТ КОРИСНОЇ ДІЇ Сучасна енциклопедія

КОЕФІЦІЄНТ КОРИСНОЇ ДІЇ- (ККД) характеристика ефективності системи (пристрою, машини) щодо перетворення енергії; визначається ставленням корисно використаної енергії (перетвореної на роботу при циклічному процесі) до сумарної кількості енергії, … Великий Енциклопедичний словник

КОЕФІЦІЄНТ КОРИСНОЇ ДІЇ- (ККД), характеристика ефективності системи (пристрою, машини) щодо перетворення або передачі енергії; визначається ставленням т) корисно використаної енергії (Wпол) до сумарного колу енергії (Wсум), отриманого системою; h=Wпол… … Фізична енциклопедія

КОЕФІЦІЄНТ КОРИСНОЇ ДІЇ- (ККД) відношення корисно використовуваної енергії W п, напр. у вигляді роботи, до загальної кількості енергії W, одержуваної системою (машиною або двигуном), W п/W. Через неминучі втрати енергії на тертя та ін. нерівноважні процеси для реальних систем. Фізична енциклопедія

КОЕФІЦІЄНТ КОРИСНОЇ ДІЇ- Відношення корисно витрачається роботи або одержуваної енергії до всієї витраченої роботи або відповідно споживаної енергії. Напр., К. п. д. електродвигуна відношення механ. потужності, що їм віддається, до електр. потужності; К.… … Технічний залізничний словник

коефіцієнт корисної дії- сущ., кіл у синонімів: 8 ккд (4) віддача (27) плідність (10) … Словник синонімів

Коефіцієнт корисної дії- - величина, що характеризує досконалість будь-якої системи по відношенню до будь-якого процесу перетворення або передачі енергії, що протікає в ній, яка визначається як відношення корисної роботи, до роботи, витраченої на приведення в дію. Енциклопедія термінів, визначень та пояснень будівельних матеріалів

Коефіцієнт корисної дії- (ккд), числова характеристика енергетичної ефективності будь-якого пристрою чи машини (зокрема теплової машини). Ккд визначається ставленням корисно використаної енергії (тобто перетвореної на роботу) до сумарної кількості енергії, … Ілюстрований енциклопедичний словник

Використовуючи той чи інший механізм, ми виконуємо роботу, яка завжди перевищує ту, яка необхідна для досягнення поставленої мети. Відповідно до цього розрізняють повну або витрачену роботу A з та корисну роботу A п. Якщо, наприклад, наша мета - підняти вантаж масою m на висоту h, то корисна робота - це та, яка обумовлена лише подоланням сили тяжіння, що діє на вантаж. При рівномірному підйомі вантажу, коли сила, що накладається нами, дорівнює силі тяжкості вантажу, ця робота може бути знайдена наступним чином:

A п = F т h = mgh. (24.1)

Якщо ж ми застосовуємо для підйому вантажу блок або будь-який інший механізм, то, крім сили тяжіння вантажу, нам доводиться долати ще силу тяжіння частин механізму, а також силу тертя, що діє в механізмі. Наприклад, використовуючи рухомий блок, ми змушені будемо виконувати додаткову роботу з підйому самого блоку з тросом і з подолання сили тертя осі блоку. Крім того, виграючи в силі, ми завжди програємо в дорозі (про це докладніше буде наведено нижче), що також впливає на роботу. Все це призводить до того, що витрачена нами робота виявляється кориснішою:

A з > A п

Корисна робота завжди становить лише деяку частину повної роботи, що робить людина, використовуючи механізм.

Фізична величина, що показує, яку частку становить корисна робота від усієї витраченої роботи, називається коефіцієнтом корисної діїмеханізму.

Скорочене позначення коефіцієнта корисної дії – ККД.

Щоб знайти ККД механізму, треба корисну роботу розділити на ту, яка була витрачена під час використання цього механізму.

Коефіцієнт корисної дії часто виражають у відсотках та позначають грецькою літероюη (читається «ця»):

η =* 100% (24.2)

Оскільки чисельник A п у цій формулі завжди менше знаменника A з , ККД завжди виявляється менше 1 (або 100%).

Конструюючи механізми, прагнуть збільшити їх ККД. Для цього зменшують тертя в осях механізмів та їх масу. У тих випадках, коли тертя мізерно мало і використовувані механізми мають масу, зневажливо малу в порівнянні з масою вантажу, що піднімається, коефіцієнт корисної дії виявляється лише трохи менше 1. У цьому випадку витрачену роботу можна вважати приблизно рівною корисній роботі:

A з ≈ A п (24.3)

Слід пам'ятати, що виграшу в роботі за допомогою простого механізмуотримати не можна.

Оскільки кожну з робіт у рівності (24.3) можна виразити у вигляді твору відповідної сили на пройдений шлях, то цю рівність можна переписати так:

F 1 s 1 ≈ F 2 s 2 (24.4)

Звідси слідує що,

Виграючи за допомогою механізму в силі, ми в стільки ж разів програємо в дорозі, і навпаки.

Цей закон називають "золотим правилом" механіки. Його автором є давньогрецький вчений Герон Олександрійський, який жив у І ст. н. е.

«Золоте правило» механіки є наближеним законом, оскільки в ньому не враховується робота з подолання тертя та сили тяжіння частин використовуваних пристроїв. Тим не менш, воно буває дуже корисним при аналізі роботи будь-якого простого механізму.

Так, наприклад, завдяки цьому правилу ми відразу можемо сказати, що робітнику, зображеному на малюнку 47, при дворазовому виграші в силі для підйому вантажу на 10 см доведеться опустити протилежний кінець важеля на 20 см. Те саме буде і у випадку, зображеному на малюнку 58. Коли рука людини, що тримає мотузку, опуститься на 20 см, вантаж, прикріплений до рухомого блоку, підніметься лише на 10 см.

1. Чому витрачена під час використання механізмів робота виявляється постійно більше корисної роботи? 2. Що називають коефіцієнтом корисної дії механізму? 3. Чи може ККД механізму дорівнювати 1 (або 100%)? Чому? 4. Як збільшують ККД? 5. У чому полягає « золоте правило» механіки? Хто його автор? 6. Наведіть приклади прояву «золотого правила» механіки під час використання різних простих механізмів.

КОЕФІЦІЄНТ КОРИСНОЇ ДІЇ (ккд) характеристика ефективності системи (пристрою, машини) щодо перетворення енергії; визначається ставленням корисно використаної енергії (перетвореної на роботу при циклічному процесі) до сумарної кількості енергії, переданої системі.

Коефіцієнт корисної дії

(ККД), характеристика ефективності системи (пристрою, машини) щодо перетворення або передачі енергії; визначається ставленням корисно використаної енергії до сумарної кількості енергії, отриманої системою; позначається зазвичай h = Wпол/Wcyм.

В електричних двигунах ккд ≈ відношення механічної роботи, що здійснюється (корисної) до електричної енергії, що отримується від джерела; у теплових двигунах - відношення корисної механічної роботи до кількості теплоти, що витрачається; в електричних трансформаторах - відношення електромагнітної енергії, що отримується у вторинній обмотці, до енергії, що споживається первинною обмоткою. Для обчислення ккд різні видиенергії та механічна роботавиражаються в однакових одиницях на основі механічного еквівалента теплоти та інших аналогічних співвідношень. В силу своєї спільності поняття ккд дозволяє порівнювати та оцінювати з єдиної точки зору такі різні системи, як атомні реактори, електричні генератори та двигуни, теплоенергетичні установки, напівпровідникові прилади, біологічні об'єкти тощо.

Через неминучі втрати енергії на тертя, на нагрівання навколишніх тіл і т. п. ккд завжди менше одиниці. Відповідно до цього ккд виявляється у частках витрачається енергії, т. е. як правильного дробуабо у відсотках і є безрозмірною величиною. ККД теплових електростанцій досягає 35-40%, двигунів внутрішнього згоряння - 40-50%, динамомашин і генераторів великої потужності - 95%, трансформаторів - 98%. Ккд процесу фотосинтезу становить зазвичай 6-8%, у хлорели він досягає 20-25%. У теплових двигунів з другого початку термодинаміки ккд має верхню межу, що визначається особливостями термодинамічного циклу (кругового процесу), який здійснює робочу речовину. Найбільший ккд має Карно цикл.

Розрізняють ККД окремого елемента (ступеня) машини або пристрою і ККД, що характеризує весь ланцюг перетворень енергії в системі. ККД першого типу відповідно до характеру перетворення енергії може бути механічним, термічним і т. д. До другого типу належать загальний, економічний, технічний та ін. види ккд. Загальний ККД системи дорівнює добутку приватних ККД, або ККД ступенів.

У технічній літературі ккд іноді визначають т. о., що може виявитися більше одиниці. Подібна ситуація виникає, якщо визначати ккд ставленням Wпол/Wзатр, де Wпол - використовувана енергія, одержувана на «виході» системи, Wзатр - не вся енергія, що надходить в систему, а лише та її частина, для отримання якої виробляються реальні витрати. Наприклад, при роботі напівпровідникових термоелектричних обігрівачів (теплових насосів) витрата електроенергії менша за кількість теплоти, що виділяється термоелементом. Надлишок енергії черпається з довкілля. У цьому, хоча істинний ккд установки менше одиниці, розглянутий ккд h = Wпол/Wзатр може бути більше одиниці.

Артоболевський І. І., Теорія механізмів і машин, 2 видавництва, М. Л., 1952; Загальна теплотехніка, за ред. С. Я. Корницького та Я. М. Рубінштейна, 2 видавництва, М. ≈ Л., 1952; Загальна електротехніка, М. Л.,1951; Вукалович М. П., Новіков І. І., Технічна термодинаміка, 4 видавництва, М., 1968.

Вікіпедія

Коефіцієнт корисної дії

Коефіцієнт корисної дії (ККД) - характеристика ефективності системи щодо перетворення чи передачі енергії. Визначається ставленням корисно використаної енергії до сумарної кількості енергії, отриманої системою; позначається зазвичай η. ККД є безрозмірною величиною і часто вимірюється у відсотках.