Le COEFFICIENT DE RENDEMENT (COP) est une caractéristique du rendement d'un système (appareil, machine) par rapport à la conversion d'énergie ; est déterminé par le rapport entre l'énergie utile utilisée (transformée en travail dans un processus cyclique) et la quantité totale d'énergie transférée au système.

Coefficient action utile

(rendement), caractéristique du rendement d'un système (dispositif, machine) par rapport à la conversion ou au transfert d'énergie ; est déterminé par le rapport de l'énergie utile utilisée à la quantité totale d'énergie reçue par le système ; généralement noté h = Wpol/Wcym.

Dans les moteurs électriques, le rendement est le rapport entre le travail mécanique (utile) effectué et l'énergie électrique reçue de la source ; dans les moteurs thermiques ≈ le rapport du travail mécanique utile à la quantité de chaleur dépensée ; dans les transformateurs électriques ≈ le rapport de l'énergie électromagnétique reçue dans l'enroulement secondaire à l'énergie consommée par l'enroulement primaire. Pour calculer l'efficacité différents types l'énergie et le travail mécanique sont exprimés dans les mêmes unités basées sur l'équivalent mécanique de la chaleur et d'autres rapports similaires. En raison de sa généralité, le concept d'efficacité permet de comparer et d'évaluer d'un point de vue unifié des systèmes aussi différents que les réacteurs nucléaires, les générateurs et moteurs électriques, les centrales thermiques, les dispositifs semi-conducteurs, les objets biologiques, etc.

En raison des pertes d'énergie inévitables dues au frottement, à l'échauffement des corps environnants, etc., le rendement est toujours inférieur à l'unité. En conséquence, l'efficacité est exprimée en fractions de l'énergie dépensée, c'est-à-dire sous la forme fraction propre ou en pourcentage, et est une quantité sans dimension. L'efficacité des centrales thermiques atteint 35≈40%, les moteurs combustion interne≈ 40≈50%, dynamos et générateurs haute puissance ≈95%, transformateurs ≈98%. L'efficacité du processus de photosynthèse est généralement de 6≈8%, dans la chlorella elle atteint 20≈25%. Pour les moteurs thermiques, en raison de la deuxième loi de la thermodynamique, l'efficacité a une limite supérieure déterminée par les caractéristiques du cycle thermodynamique (processus circulaire) que la substance active exécute. Le cycle de Carnot a le rendement le plus élevé.

Une distinction est faite entre l'efficacité d'un élément individuel (étage) d'une machine ou d'un appareil et l'efficacité qui caractérise l'ensemble de la chaîne de transformations d'énergie dans le système. L'efficacité du premier type, en fonction de la nature de la conversion d'énergie, peut être mécanique, thermique, etc. Le deuxième type comprend les types d'efficacité générale, économique, technique et autres. Le rendement global du système est égal au produit des rendements partiels, soit le rendement des étapes.

Dans la littérature technique, le rendement est parfois déterminé de telle sorte qu'il peut être supérieur à l'unité. Une situation similaire se présente si nous déterminons l'efficacité par le rapport Wpol/Wcont, où Wcont ≈ l'énergie utilisée, obtenue à la "sortie" du système, Wcont ≈ pas toute l'énergie entrant dans le système, mais seulement cette partie de celui-ci, pour lesquels des coûts réels sont encourus. Par exemple, lors du fonctionnement de radiateurs thermoélectriques à semi-conducteurs (pompes à chaleur), la consommation d'électricité est inférieure à la quantité de chaleur dégagée par le thermoélément. L'énergie excédentaire est puisée dans environnement. Dans ce cas, bien que le rendement réel de la centrale soit inférieur à l'unité, le rendement considéré h = Wpol/Wzap peut être supérieur à l'unité.

Lit.: Artobolevsky I. I., Théorie des mécanismes et des machines, 2e éd., M.≈ L., 1952; Génie thermique général, éd. S. Ya. Kornitsky et Ya. M. Rubinshtein, 2e éd., M.≈ L., 1952 ; Génie électrique général, M.≈ L., 1951 ; Vukalovich M. P., Novikov I. I., Thermodynamique technique, 4e éd., M., 1968.

Wikipédia

Efficacité

Efficacité (efficacité) - une caractéristique de l'efficacité du système par rapport à la conversion ou au transfert d'énergie. Elle est déterminée par le rapport de l'énergie utile utilisée à la quantité totale d'énergie reçue par le système ; généralement noté η. L'efficacité est une quantité sans dimension et est souvent mesurée en pourcentage.

En réalité, le travail effectué à l'aide de n'importe quel appareil est toujours un travail plus utile, car une partie du travail est effectuée contre les forces de frottement qui agissent à l'intérieur du mécanisme et lors du déplacement de ses pièces individuelles. Ainsi, à l'aide d'un bloc mobile, ils effectuent un travail supplémentaire, en soulevant le bloc lui-même et la corde et en surmontant les forces de frottement dans le bloc.

Nous introduisons la notation suivante : nous notons le travail utile par $A_p$, et le travail complet par $A_(poln)$. Ce faisant, nous avons :

Définition

Coefficient de performance (COP) appelé le rapport du travail utile au plein. On note l'efficacité par la lettre $\eta $, alors :

\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\ \left(2\right).\]

Le plus souvent, le rendement est exprimé en pourcentage, puis sa définition est la formule :

\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\cdot 100\%\ \left(2\right).\]

Lors de la création de mécanismes, ils essaient d'augmenter leur efficacité, mais les mécanismes avec une efficacité égale à un (et même plus d'un) n'existent pas.

Ainsi, le facteur d'efficacité est quantité physique, qui montre la proportion de travail utile dans l'ensemble du travail produit. À l'aide de l'efficacité, l'efficacité d'un appareil (mécanisme, système) qui convertit ou transmet l'énergie qui effectue un travail est évaluée.

Pour augmenter l'efficacité des mécanismes, vous pouvez essayer de réduire le frottement dans leurs axes, leur masse. Si le frottement peut être négligé, la masse du mécanisme est nettement inférieure à la masse, par exemple, de la charge que le mécanisme soulève, alors le rendement est légèrement inférieur à l'unité. Alors le travail effectué est approximativement égal au travail utile :

La règle d'or de la mécanique

Il faut rappeler qu'un gain de travail ne peut être obtenu par un mécanisme simple.

Exprimons chacun des travaux de la formule (3) comme le produit de la force correspondante par le chemin parcouru sous l'influence de cette force, puis transformons la formule (3) sous la forme :

L'expression (4) montre qu'à l'aide d'un mécanisme simple, on gagne en force autant qu'on en perd en route. Cette loi est appelée la "règle d'or" de la mécanique. Cette règle a été formulée dans la Grèce antique par Héron d'Alexandrie.

Cette règle ne prend pas en compte le travail pour vaincre les forces de frottement, elle est donc approximative.

Efficacité dans la transmission de puissance

Le facteur d'efficacité peut être défini comme le rapport du travail utile à l'énergie dépensée pour sa mise en œuvre ($Q$) :

\[\eta =\frac(A_p)(Q)\cdot 100\%\ \left(5\right).\]

Pour calculer le rendement d'un moteur thermique, la formule suivante est utilisée :

\[\eta =\frac(Q_n-Q_(ch))(Q_n)\left(6\right),\]

où $Q_n$ est la quantité de chaleur reçue du réchauffeur ; $Q_(ch)$ - la quantité de chaleur transférée au réfrigérateur.

Le rendement d'un moteur thermique idéal fonctionnant selon le cycle de Carnot est de :

\[\eta =\frac(T_n-T_(ch))(T_n)\left(7\right),\]

où $T_n$ - température du réchauffeur ; $T_(ch)$ - température du réfrigérateur.

Exemples de tâches pour l'efficacité

Exemple 1

Exercer. Le moteur de la grue a une puissance de $N$. Pendant un intervalle de temps égal à $\Delta t$, il soulève une charge de masse $m$ à une hauteur $h$. Quelle est l'efficacité de la grue ?\textit()

Décision. Le travail utile dans le problème considéré est égal au travail de levage du corps à une hauteur $h$ d'une charge de masse $m$, c'est le travail de surmonter la force de gravité. Il est égal à :

Le travail total effectué lors du levage d'une charge peut être trouvé à l'aide de la définition de la puissance :

Utilisons la définition du facteur d'efficacité pour le trouver :

\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\cdot 100\%\left(1.3\right).\]

On transforme la formule (1.3) en utilisant les expressions (1.1) et (1.2) :

\[\eta =\frac(mgh)(N\Delta t)\cdot 100\%.\]

Réponse.$\eta =\frac(mgh)(N\Delta t)\cdot 100\%$

Exemple 2

Exercer. Gaz parfait exécute un cycle de Carnot, alors que l'efficacité du cycle est égale à $\eta $. Quel est le travail dans un cycle de compression de gaz à température constante ? Le travail effectué par le gaz lors de la détente est de $A_0$

Décision. L'efficacité du cycle est définie comme suit :

\[\eta =\frac(A_p)(Q)\left(2.1\right).\]

Considérez le cycle de Carnot, déterminez dans quels processus la chaleur est fournie (ce sera $Q$).

Le cycle de Carnot étant constitué de deux isothermes et de deux adiabatiques, on peut immédiatement dire qu'il n'y a pas de transfert de chaleur dans les processus adiabatiques (processus 2-3 et 4-1). Dans le processus isotherme 1-2, la chaleur est fournie (Fig.1 $Q_1$), dans le processus isotherme 3-4, la chaleur est évacuée ($Q_2$). Il s'avère que dans l'expression (2.1) $Q=Q_1$. Nous savons que la quantité de chaleur (première loi de la thermodynamique) fournie au système lors d'un processus isotherme va entièrement à l'exécution du travail par le gaz, ce qui signifie :

Le gaz effectue un travail utile, qui est égal à:

La quantité de chaleur évacuée dans le processus isotherme 3-4 est égale au travail de compression (le travail est négatif) (puisque T=const, alors $Q_2=-A_(34)$). En conséquence, nous avons :

On transforme la formule (2.1) en tenant compte des résultats (2.2) - (2.4) :

\[\eta =\frac(A_(12)+A_(34))(A_(12))\à A_(12)\eta =A_(12)+A_(34)\à A_(34)=( \eta -1)A_(12)\gauche(2.4\droite).\]

Puisque par condition $A_(12)=A_0,\ $enfin on obtient :

Réponse.$A_(34)=\left(\eta -1\right)A_0$

Le concept d'efficacité (COP) peut être appliqué à une grande variété de types de dispositifs et de mécanismes, dont le fonctionnement est basé sur l'utilisation de toutes les ressources. Donc, si nous considérons l'énergie utilisée pour le fonctionnement du système comme une telle ressource, le résultat de cela doit être considéré comme la quantité de travail utile effectué sur cette énergie.

De manière générale, la formule de rendement peut s'écrire comme suit : n = A*100%/Q. Dans cette formule, le symbole n est utilisé pour désigner l'efficacité, le symbole A représente la quantité de travail effectué et Q est la quantité d'énergie dépensée. Dans le même temps, il convient de souligner que l'unité de mesure de l'efficacité est le pourcentage. Théoriquement, la valeur maximale de ce coefficient est de 100%, mais en pratique il est quasiment impossible d'atteindre un tel indicateur, car certaines pertes d'énergie sont présentes dans le fonctionnement de chaque mécanisme.

Efficacité du moteur

Le moteur à combustion interne (ICE), qui est l'un des composants clés du mécanisme d'une voiture moderne, est également une variante d'un système basé sur l'utilisation d'une ressource - essence ou carburant diesel. Par conséquent, il est possible de calculer sa valeur d'efficacité.

Malgré toutes les avancées techniques de l'industrie automobile, le rendement standard des moteurs à combustion interne reste assez faible : selon les technologies utilisées dans la conception du moteur, il peut être de 25 % à 60 %. Ceci est dû au fait que le fonctionnement d'un tel moteur est associé à des pertes d'énergie importantes.

Ainsi, les plus grandes pertes d'efficacité du moteur à combustion interne se produisent lors du fonctionnement du système de refroidissement, qui absorbe jusqu'à 40% de l'énergie générée par le moteur. Une partie importante de l'énergie - jusqu'à 25% - est perdue lors du processus d'élimination des gaz d'échappement, c'est-à-dire qu'elle est simplement emportée dans l'atmosphère. Enfin, environ 10% de l'énergie générée par le moteur sert à vaincre les frottements entre les différentes pièces du moteur à combustion interne.

Par conséquent, les technologues et les ingénieurs employés dans l'industrie automobile font des efforts considérables pour améliorer l'efficacité des moteurs en réduisant les pertes dans tous les éléments ci-dessus. Ainsi, la direction principale des développements de conception visant à réduire les pertes liées au fonctionnement du système de refroidissement est associée à des tentatives de réduction de la taille des surfaces à travers lesquelles se produit le transfert de chaleur. La réduction des pertes dans le processus d'échange de gaz est réalisée principalement à l'aide d'un système de suralimentation, et la réduction des pertes liées au frottement est réalisée grâce à l'utilisation de technologies plus technologiques et matériaux modernes lors de la conception d'un moteur. Selon les experts, l'utilisation de ces technologies et d'autres peut augmenter l'efficacité des moteurs à combustion interne jusqu'à 80% et plus.

Calcul de l'efficacité de l'unité de la machine

Unité machine - Un ensemble de mécanismes de moteur, de mécanismes de transmission et de mécanismes d'une machine de travail.

Considérons une motion établie séparément. Pour chaque cycle complet de ce mouvement, l'incrément d'énergie cinétique est nul :

∑(mv2)/2-∑(mv02)/2=0 (1)

Efficacité mécanique (rendement) est le rapport de la valeur absolue du travail des forces de résistance de production au travail de toutes les forces motrices pour un cycle de mouvement constant. En conséquence, la formule peut s'écrire :

K.P.D. est déterminé par la formule : η=Ап. s/Enfer (2)

Où : Aps - le travail des forces de production ;

L'enfer est l'œuvre de forces motrices.

Le rapport du travail AT des résistances hors production au travail des forces motrices est généralement noté Ψ et appelé coefficient de pertes mécaniques. En conséquence, la formule peut s'écrire comme suit :

η \u003d AT / AD \u003d 1 - Ψ (3)

Moins il y a de résistances non productives dans le mécanisme de travail, plus son coefficient de perte est faible et plus le mécanisme est parfait en termes d'énergie.

Il découle de l'équation: puisque dans aucun mécanisme le travail de AT n'est pas les forces de production de résistance, les forces de frottement (frottement de gel, frottement de glissement, sec, semi-sec, liquide, semi-liquide), ne peuvent pratiquement pas être égales à zéro, alors l'efficacité ne peut pas être égale à zéro.

De la formule (2), il s'ensuit que le rendement peut être égal à zéro si

Cela signifie que le rendement est égal à zéro si le travail des forces motrices est égal au travail de toutes les forces de résistances non productives présentes dans le mécanisme. Dans ce cas, le mouvement est possible, mais sans faire aucun travail. Ce mouvement du mécanisme est appelé mouvement à vide.

L'efficacité ne peut pas être inférieure à zéro, car pour cela il faut que le rapport de travail AT / IM soit supérieur à un :

TA / TA > 1 ou TA > TA

De ces inégalités, il résulte que si le mécanisme qui satisfait la condition spécifiée est au repos, alors le mouvement réel ne peut pas se produire. Mécanisme d'auto-freinage. Si le mécanisme est en mouvement. Puis, sous l'influence de forces de résistance non productives, il ralentira progressivement sa progression jusqu'à ce qu'il s'arrête (ralentit). Par conséquent, l'obtention d'une valeur de rendement négative dans les calculs théoriques est un signe d'auto-freinage du mécanisme ou d'impossibilité de mouvement dans une direction donnée.

Ainsi, l'efficacité du mécanisme peut varier dans :

0 ≤η< 1 (4)

De la formule (2) il ressort que le rendement Ψ varie dans : 0 ≤η< 1

La relation des machines dans l'unité de la machine.

Chaque machine est un complexe de mécanismes connectés d'une certaine manière, et certains complexes peuvent être divisés en plus simples, ayant alors la capacité de calculer K.P.D. mécanismes simples ou ayant à leur disposition certaines valeurs de K.P.D. mécanismes simples, vous pouvez trouver un K.P.D. machines, composées d'éléments simples dans n'importe quelle combinaison d'entre eux.

Tous les cas possibles de transfert de mouvement et de force peuvent être divisés en cas: connexion en série, parallèle et mixte.

Lors du calcul de K.P.D. connexions, nous prendrons un agrégat composé de quatre mécanismes dont : N1=N2=N3=N4, η1=η2=η3=η4=0.9

Nous acceptons la force motrice (BP) = 1,0

Considérez K.P.D. connexion série.

Le premier mécanisme est mis en mouvement par des forces motrices qui font le travail de l'Enfer. Puisque le travail utile de chaque mécanisme précédent, consacré aux résistances de production, est le travail des forces motrices pour chacun des suivants, alors K.P.D. η du premier mécanisme est :

Deuxième - η \u003d A2 / A1

Troisième - η \u003d A3 / A2

Quatrième - η \u003d A4 / A3

Efficacité globale η1n=An/Ad

La valeur de ce facteur d'efficacité peut être obtenue en multipliant tous les facteurs d'efficacité individuels η1, η2, η3, η4. Nous avons

η=η1*η2*η3*η4=(A1/AD)*(A2/A1)*(A3/A2)*(A4/A3)=An/AD (5)

Ainsi, le rendement mécanique global de la connexion en série des mécanismes est égal au produit du rendement mécanique des mécanismes individuels qui composent un système commun.

η=0,9*0,9*0,9*0,9=0,6561=Ap. Avec.

Considérez K.P.D. connexion parallèle.

Lorsque des mécanismes sont connectés en parallèle, il peut y avoir deux cas : à partir d'une source de puissance motrice, la puissance est transmise à plusieurs consommateurs, plusieurs sources alimentent un consommateur en parallèle. Mais nous considérerons la première option.

Avec cette connexion : Ap. s.=A1+A2+A3+A4

Si K.P.D. chaque mécanisme a alors le même et la puissance sera répartie équitablement entre chaque mécanisme : ∑КI=1 alors ⇒ К1=К2=К3=К4=0.25.

Alors : η=∑Кi*ηi (6)

η =4(0.25*0.90)=0.90

Ainsi, le K.P.D. connexion parallèle comme la somme des produits de chaque section individuelle de la chaîne d'unités.

Considérez l'efficacité d'un composé mixte.

Dans ce cas, il existe à la fois une connexion en série et en parallèle des mécanismes.

Dans ce cas, la puissance Ad est transférée à deux mécanismes (1.3), et d'eux au reste (2.4)

Parce que η1*η2=A2 et η3*η4=A4, et K1=K2=0.5

La somme de A2 et A4 est égale à Ap. Avec. puis à partir de la formule (1) on peut trouver le K.P.D. systèmes

η=К1*η1*η2+К2*η3*η4 (7)

η=0,5*0,9*0,9+0,5*0,9*0,9=0,405+0,405=0,81

Ainsi, le K.P.D. la liaison mixte est égale à la somme des produits des coefficients mécaniques connectés en série multipliée par la part de la force motrice.

Moyens d'améliorer l'efficacité

Désormais, les principaux efforts des ingénieurs visent à augmenter le rendement des moteurs en réduisant le frottement de leurs pièces, les pertes de carburant dues à une combustion incomplète, etc. Les possibilités réelles d'augmenter le rendement ici sont encore grandes, les actions sont égales à : la valeur réelle de l'efficacité due à divers types de pertes d'énergie est approximativement égale à 40 %. L'efficacité maximale - environ 44% - a des moteurs à combustion interne. L'efficacité de tout moteur thermique ne peut pas dépasser la valeur maximale possible de 40 à 44 %.

Conclusion: en considérant séparément chaque connexion de mécanismes, on peut dire que le rendement le plus élevé d'une connexion parallèle est égal à η=0,9. Par conséquent, dans les agrégats, vous devriez essayer d'utiliser une connexion parallèle ou aussi proche que possible de celle-ci.

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Cet article se concentrera sur le familier, mais beaucoup ne comprennent pas le terme coefficient de performance (COP). Qu'est-ce que c'est? Essayons de comprendre. Coefficient de performance, ci-après dénommé (COP) - une caractéristique de l'efficacité du système de tout appareil, par rapport à la conversion ou au transfert d'énergie. Elle est déterminée par le rapport entre l'énergie utile utilisée et la quantité totale d'énergie reçue par le système. Est-ce généralement indiqué ? (" cette"). ? = Wpol/Wcym. L'efficacité est une quantité sans dimension et est souvent mesurée en pourcentage. Mathématiquement, la définition de l'efficacité peut s'écrire: n \u003d (A: Q) x100%, où A est un travail utile et Q est un travail dépensé. En vertu de la loi de conservation de l'énergie, le rendement est toujours inférieur à l'unité ou égal à celle-ci, c'est-à-dire qu'il est impossible d'obtenir plus de travail utile que l'énergie dépensée ! En parcourant différents sites, je suis souvent surpris de voir comment les radioamateurs rapportent, ou plutôt louent leurs conceptions, pour une grande efficacité, sans avoir la moindre idée de ce que c'est ! Pour plus de clarté, à l'aide d'un exemple, nous allons considérer un circuit convertisseur simplifié et apprendre à trouver l'efficacité d'un appareil. Un schéma simplifié est illustré à la Fig. 1

Supposons que nous prenions comme base un convertisseur de tension DC / DC élévateur (ci-après dénommé PN), d'unipolaire à unipolaire augmenté. Nous allumons l'ampèremètre PA1 dans le disjoncteur de puissance, et en parallèle avec l'entrée de puissance PN le voltmètre PA2, dont les lectures sont nécessaires pour calculer la consommation électrique (P1) de l'appareil et la charge ensemble de la source d'alimentation. À la sortie PN, nous allumons également l'ampèremètre RAZ et le voltmètre RA4, qui sont nécessaires pour calculer la puissance consommée par la charge (P2) à partir du PN, jusqu'à la coupure d'alimentation de la charge. Donc, tout est prêt pour calculer l'efficacité, alors commençons. Nous allumons notre appareil, mesurons les lectures des instruments et calculons les puissances P1 et P2. Donc P1=I1 x U1, et P2=I2 x U2. Nous calculons maintenant l'efficacité à l'aide de la formule : Efficacité (%) = P2 : P1 x100. Vous connaissez maintenant l'efficacité réelle de votre appareil. En utilisant une formule similaire, vous pouvez calculer le PN et avec une sortie bipolaire selon la formule: Efficacité (%) \u003d (P2 + P3): P1 x100, ainsi qu'un convertisseur abaisseur. Il convient de noter que la valeur (P1) comprend également la consommation de courant, par exemple : un contrôleur PWM, et (ou) un pilote pour contrôler les transistors à effet de champ, et d'autres éléments structurels.

Pour référence : les fabricants d'amplificateurs de voiture indiquent souvent que la puissance de sortie de l'amplificateur est beaucoup plus élevée qu'en réalité ! Mais, vous pouvez connaître la puissance réelle approximative de l'amplificateur de voiture en utilisant une formule simple. Disons que sur l'amplificateur automatique dans le circuit d'alimentation + 12 V, il y a un fusible de 50 A. Nous calculons, P \u003d 12V x 50A, au total nous obtenons une consommation électrique de 600 watts. Même dans les modèles de haute qualité et coûteux, l'efficacité de l'ensemble de l'appareil ne dépassera probablement pas 95%. Après tout, une partie de l'efficacité est dissipée sous forme de chaleur sur des transistors puissants, des enroulements de transformateur, des redresseurs. Revenons donc au calcul, on obtient 600 W : 100% x92 = 570W. Par conséquent, peu importe 1000 W ou même 800 W, comme l'écrivent les fabricants, cet amplificateur de voiture ne lâchera pas! J'espère que cet article vous aidera à comprendre une valeur aussi relative que l'efficacité ! Bonne chance à tous dans le développement et la répétition des designs. Vous aviez un onduleur avec vous.