영구 운동 기계는 불가능하다고 알려져 있습니다. 이것은 모든 메커니즘에 대해 다음과 같은 진술이 사실이기 때문입니다. 이 메커니즘의 도움으로 완료된 전체 작업(메커니즘 가열 및 환경, 마찰력을 극복하기 위해) 항상 더 유용한 작업입니다.

예를 들어, 내연 기관 작업의 절반 이상이 엔진 구성 요소를 가열하는 데 낭비됩니다. 일부 열은 배기 가스에 의해 운반됩니다.

메커니즘의 효율성, 사용 가능성을 평가하는 것이 종종 필요합니다. 따라서 수행한 작업의 어느 부분이 낭비되고 어떤 부분이 유용한지를 계산하기 위해 특별한 물리량, 이는 메커니즘의 효율성을 보여줍니다.

이 값을 메커니즘의 효율성이라고 합니다.

계수 유용한 조치메커니즘은 총 작업에 대한 유용한 작업의 비율과 같습니다. 분명히 효율성은 항상 1보다 작습니다. 이 값은 종종 백분율로 표시됩니다. 일반적으로 그리스 문자 η("this"로 읽음)로 표시됩니다. 효율성은 효율성으로 축약됩니다.

η \u003d (A_full / A_useful) * 100%,

여기서 η 효율성, A_full full work, A_useful 유용한 작업.

엔진 중 전기 모터가 가장 높은 효율(최대 98%)을 보입니다. 엔진의 효율성 내부 연소 20% - 40%, 증기 터빈 약 30%.

참고로 메커니즘의 효율성 증가종종 마찰력을 줄이려고 합니다. 이것은 슬라이딩 마찰이 구름 마찰로 대체되는 다양한 윤활제 또는 볼 베어링을 사용하여 수행할 수 있습니다.

효율 계산 예

예를 들어 보십시오.질량이 55kg인 자전거가 8kJ의 작업을 수행하면서 높이가 10m인 질량 5kg의 언덕을 오릅니다. 자전거의 효율성을 찾으십시오. 도로에서 바퀴의 구름 마찰은 고려되지 않습니다.

해결책.자전거와 자전거 타는 사람의 총 질량을 찾으십시오.

m = 55kg + 5kg = 60kg

그들의 총 무게를 구해보자:

P = mg = 60kg * 10N/kg = 600N

자전거와 자전거 타는 사람을 들어 올리는 작업을 찾으십시오.

유용한 \u003d PS \u003d 600 N * 10 m \u003d 6 kJ

자전거의 효율성을 알아봅시다.

A_full / A_useful * 100% = 6kJ / 8kJ * 100% = 75%

대답:자전거 효율은 75%입니다.

한 가지 예를 더 살펴보겠습니다.질량 m인 물체가 레버 암의 끝에 매달려 있습니다. 다른 쪽 팔에는 아래쪽으로 힘 F가 가해지고 그 끝은 h만큼 낮아집니다. 지레의 효율이 η%라면 몸이 얼마나 올랐는지 구하라.

해결책.힘 F가 한 일을 구하십시오.

이 작업의 η %는 질량이 m인 물체를 들어올리기 위해 수행됩니다. 따라서 Fhη / 100은 몸을 들어 올리는 데 소비되었습니다.몸의 무게가 mg과 같기 때문에 몸이 Fhη / 100 / mg의 높이까지 올라갔습니다.

전기 에너지는 소비자가 사용하는 수준을 초과하는 전압에서 장거리로 전송되는 것으로 알려져 있습니다. 전압을 필요한 값으로 변환하고 전력 전송 프로세스의 품질을 높이며 결과 손실을 줄이기 위해서는 변압기의 사용이 필요합니다.

변압기의 작동 원리 및 설명

변압기는 전압을 낮추거나 높이고, 위상 수를 변경하고, 드문 경우지만 교류의 주파수를 변경하는 데 사용되는 장치입니다.

다음 유형의 장치가 있습니다.

• 힘;
• 자질;
• 저전력;
• 충동;
• 피크 트랜스포머.

정적 장치는 2개(또는 그 이상)의 권선과 코어라고도 하는 자기 회로와 같은 주요 구조 요소로 구성됩니다. 변압기에서 전압은 1차 권선에 인가되고 2차 권선은 이미 변환된 형태로 제거됩니다. 권선은 코어의 자기장에 의해 유도 결합됩니다.

다른 변환기와 함께 변압기에는 효율 계수가 있습니다(약칭 - 능률), 기호로 표시됩니다. 이 비율은 시스템에서 소비되는 에너지에 대해 효과적으로 사용된 에너지의 비율입니다. 또한 네트워크에서 소비되는 장치에 대한 부하가 소비하는 전력의 비율로 표현할 수도 있습니다. 효율성은 변압기가 수행하는 작업의 효율성을 특성화하는 가장 중요한 매개변수 중 하나를 나타냅니다.

변압기의 손실 유형

1차 권선에서 2차 권선으로 전기를 전달하는 과정에는 손실이 수반됩니다. 이러한 이유로 모든 에너지가 전달되는 것이 아니라 대부분이 전달됩니다.

장치의 설계는 다른 전기 기계와 달리 회전 부품을 제공하지 않습니다. 이것은 기계적 손실이 없음을 설명합니다.

따라서 장치에는 다음과 같은 손실이 있습니다.

• 전기, 구리 권선에서;
• 자기, 강철 코어에서.

에너지 다이어그램 및 에너지 보존 법칙

장치의 작동 원리는 이미지 1과 같이 에너지 다이어그램의 형태로 개략적으로 표시될 수 있습니다. 이 다이어그램은 전기 및 자기 손실이 형성되는 에너지 전달 과정을 반영합니다. .

다이어그램에 따르면 유효 전력 P 2를 결정하는 공식은 다음과 같습니다.

P 2 \u003d P 1 -ΔP el1 -ΔP el2 -ΔP m (1)

여기서 P 2는 유용하고 P 1은 네트워크에서 장치가 소비하는 전력입니다.

총 손실 ΔP를 나타내는 에너지 보존 법칙은 다음과 같습니다. P 1 = ΔP + P 2 (2)

이 공식에서 P 1 이 P 2 와 총 손실 ΔP 에 소비되었음을 알 수 있습니다. 따라서 변압기의 효율은 소비 전력에 대한 출력(유용) 전력의 비율(P2와 P1의 비율)로 구합니다.

효율성의 결정

장치 계산에 필요한 정확도로 효율성의 사전 유도 값은 표 1에서 가져올 수 있습니다.

표에서 볼 수 있듯이 매개변수의 값은 총 전력에 직접적으로 의존합니다.

직접 측정에 의한 효율성 결정

공식 효율성 계산여러 버전으로 제공될 수 있습니다.

이 표현은 변압기 효율의 값이 1보다 크지 않고 동일하지 않다는 것을 분명히 반영합니다.

다음 표현식은 순 검정력 값을 정의합니다.

P 2 \u003d U 2 * J 2 * cosφ 2, (4)

여기서 U 2 및 J 2는 부하의 2차 전압 및 전류이고 cosφ 2는 역률이며 그 값은 부하 유형에 따라 다릅니다.

P 1 =ΔP+P 2 이므로 공식 (3)은 다음 형식을 취합니다.

1차 권선 ΔP el1n의 전기 손실은 전류가 흐르는 강도의 제곱에 따라 달라집니다. 따라서 다음과 같이 정의해야 합니다.

(6)

차례:

(7)

여기서 r mp는 활성 권선 저항입니다.

전자기 장치의 작동은 공칭 모드에 국한되지 않으므로 전류 부하의 정도를 결정하려면 다음과 같은 부하 계수를 사용해야 합니다.

β=J2/J2n, (8)

여기서 J 2n은 2차 권선의 정격 전류입니다.

여기에서 2차 권선의 전류를 결정하는 표현식을 작성합니다.

J 2 \u003d β * J 2n (9)

이 평등을 식 (5)에 대입하면 다음 식을 얻습니다.

GOST에서는 마지막 표현식을 사용하여 효율성 값을 결정하도록 권장합니다.

제시된 정보를 요약하면 공칭 모드에서 장치의 1 차 및 2 차 권선의 전력 값으로 변압기의 효율을 결정할 수 있습니다.

간접 방법에 의한 효율성 결정

96% 이상에 해당할 수 있는 고효율 값과 직접 측정의 비경제적인 방법으로 인해 다음을 사용하여 매개변수를 계산합니다. 높은 학위정밀도가 불가능합니다. 따라서 그 결정은 일반적으로 간접적 인 방법으로 수행됩니다.

얻은 모든 표현식을 요약하면 효율성을 계산하기 위해 다음 공식을 얻습니다.

η \u003d (P 2 / P 1) + ΔP m + ΔP el1 + ΔP el2, (11)

요약하자면, 높다는 점에 유의해야 합니다. 효율성 지표전자기 장치의 효율적인 작동을 나타냅니다. GOST에 따르면 권선 및 코어 강재의 손실은 실험 또는 단락 중에 결정되며이를 줄이기위한 조치는 노력해야 할 최대 효율 값을 달성하는 데 도움이됩니다. 을 위한.

실제로 모든 장치의 도움으로 수행되는 작업은 항상 더 유용한 작업입니다. 작업의 일부는 메커니즘 내부와 개별 부품을 이동할 때 작용하는 마찰력에 대해 수행되기 때문입니다. 따라서 이동식 블록을 사용하여 추가 작업을 수행하여 블록 자체와 로프를 들어 올리고 블록의 마찰력을 극복합니다.

다음 표기법을 소개합니다. 유용한 작업은 $A_p$로 표시하고 완료 작업은 $A_(poln)$로 표시합니다. 그렇게 함으로써 우리는:

정의

성능 계수(COP)전체 작업에 대한 유용한 작업의 비율이라고 합니다. 효율성을 $\eta $로 표시하면 다음과 같습니다.

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

대부분의 경우 효율성은 백분율로 표시되며 그 정의는 다음 공식입니다.

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

메커니즘을 만들 때 효율성을 높이려고 노력하지만 효율성이 1개(심지어 둘 이상)인 메커니즘은 존재하지 않습니다.

따라서 효율성 계수는 ​​수행된 모든 작업에서 유용한 작업이 차지하는 비율을 나타내는 물리량입니다. 효율성의 도움으로 작업을 수행하는 에너지를 변환하거나 전달하는 장치(메커니즘, 시스템)의 효율성이 평가됩니다.

메커니즘의 효율성을 높이려면 축의 마찰, 즉 질량을 줄이려고 할 수 있습니다. 마찰을 무시할 수 있는 경우 메커니즘의 질량은 예를 들어 메커니즘이 들어 올리는 하중의 질량보다 훨씬 작으며 효율성은 1보다 약간 적습니다. 그런 다음 완료된 작업은 유용한 작업과 거의 같습니다.

역학의 황금률

일에서 얻는 이득은 단순한 메커니즘으로 얻을 수 없다는 것을 기억해야 합니다.

이 힘의 영향으로 이동한 경로에 의해 해당 힘의 곱으로 공식 (3)의 각 작업을 표현한 다음 공식 (3)을 다음과 같은 형식으로 변환합니다.

식 (4)는 간단한 메커니즘을 사용하여 도중에 잃은 만큼 힘을 얻는다는 것을 보여줍니다. 이 법칙을 역학의 "황금률"이라고 합니다. 이 규칙은 알렉산드리아의 헤론에 의해 고대 그리스에서 공식화되었습니다.

이 규칙은 마찰력을 극복하기 위한 작업을 고려하지 않으므로 근사치입니다.

동력 전달 효율

효율성 계수는 ​​구현에 소비된 에너지에 대한 유용한 작업의 비율($Q$)로 정의할 수 있습니다.

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

열 기관의 효율을 계산하기 위해 다음 공식이 사용됩니다.

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

여기서 $Q_n$은 히터에서 받은 열량입니다. $Q_(ch)$ - 냉장고로 전달되는 열의 양.

Carnot 주기에 따라 작동하는 이상적인 열기관의 효율은 다음과 같습니다.

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

여기서 $T_n$ - 히터 온도; $T_(ch)$ - 냉장고 온도.

효율성을 위한 작업의 예

실시예 1

운동.크레인 엔진의 출력은 $N$입니다. $\Delta t$와 같은 시간 간격 동안 그는 질량 $m$의 하중을 높이 $h$까지 들어 올렸습니다. 크레인의 효율성은 얼마입니까?\textit()

해결책.고려중인 문제에서 유용한 작업은 질량 $m$의 하중 $h$ 높이까지 몸을 들어 올리는 작업과 같으며, 이것은 중력을 극복하는 작업입니다. 다음과 같습니다.

부하를 들어올릴 때 수행되는 총 작업은 전력의 정의를 사용하여 찾을 수 있습니다.

효율성 계수의 정의를 사용하여 찾아보겠습니다.

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

식 (1.1) 및 (1.2)를 사용하여 식 (1.3)을 변환합니다.

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

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

실시예 2

운동. 이상기체 Carnot 주기를 실행하는 반면 주기의 효율성은 $\eta $와 같습니다. 일정한 온도에서 기체 압축 사이클에서 하는 일은? 팽창하는 동안 기체가 한 일은 $A_0$입니다.

해결책.사이클의 효율성은 다음과 같이 정의됩니다.

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

Carnot 주기를 고려하여 열이 공급되는 프로세스를 결정합니다($Q$).

Carnot 사이클은 두 개의 등온선과 두 개의 단열재로 구성되어 있으므로 단열 과정(과정 2-3 및 4-1)에서 열 전달이 없다고 즉시 말할 수 있습니다. 등온 공정 1-2에서는 열이 공급되고(그림 1 $Q_1$), 등온 공정 3-4에서는 열이 제거됩니다($Q_2$). 식 (2.1) $Q=Q_1$에서 밝혀졌습니다. 우리는 등온 과정 동안 시스템에 공급되는 열의 양(열역학 제1법칙)이 기체에 의해 완전히 일을 수행한다는 것을 알고 있습니다. 즉, 다음을 의미합니다.

가스는 다음과 같은 유용한 작업을 수행합니다.

등온 과정 3-4에서 제거된 열의 양은 압축 작업과 동일합니다(작업은 음수임)(T=const, $Q_2=-A_(34)$이므로). 그 결과:

결과 (2.2) - (2.4)를 고려하여 공식 (2.1)을 변환합니다.

\[\eta =\frac(A_(12)+A_(34))(A_(12))\to A_(12)\eta =A_(12)+A_(34)\to A_(34)=( \eta -1)A_(12)\left(2.4\right).\]

조건 $A_(12)=A_0,\ $finally에 의해 다음을 얻습니다.

대답.$A_(34)=\left(\eta -1\right)A_0$

인생에서 사람은 문제와 변화의 필요성에 직면합니다. 다른 유형에너지. 에너지를 변환하도록 설계된 장치를 에너지 기계(메커니즘)라고 합니다. 예를 들어, 동력 기계에는 발전기, 내연 기관, 전기 모터, 증기 기관 등이 포함됩니다.

이론상 모든 종류의 에너지는 완전히 다른 종류의 에너지로 변환될 수 있습니다. 그러나 실제로는 기계의 에너지 변환 외에도 손실이라고 하는 에너지 변환이 발생합니다. 동력 기계의 완성도는 성능 계수(COP)를 결정합니다.

정의

메커니즘(기계)의 효율성메커니즘에 공급되는 전체 에너지(W)에 대한 유용한 에너지()의 비율이라고 합니다. 일반적으로 효율성은 문자(this)로 표시됩니다. 수학적 형태로 효율성의 정의는 다음과 같이 작성됩니다.

효율성은 A(완전한 작업)에 대한 (유용한 작업)의 비율로 작업 측면에서 정의할 수 있습니다.

전력비로도 찾을 수 있습니다.

메커니즘에 공급되는 전원은 어디에 있습니까? - 소비자가 메커니즘에서 받는 힘. 식 (3)은 다르게 쓸 수 있습니다.

메커니즘에서 손실되는 힘의 일부는 어디에 있습니까?

효율성의 정의에서 100%를 초과할 수 없음(또는 1보다 클 수 없음)이 분명합니다. 효율성이 있는 간격: .

효율성 계수는 ​​기계의 완성도를 평가할 때뿐만 아니라 어떤 기계의 효율성을 결정하는 데에도 사용됩니다. 복잡한 메커니즘에너지를 소비하는 모든 종류의 장치.

그들은 쓸모없는 에너지 손실이 최소화되도록 메커니즘을 만들려고합니다 (). 이를 위해 마찰력(다양한 종류의 저항)을 줄이려고 합니다.

메커니즘 연결의 효율성

구조적으로 복잡한 메커니즘(장치)을 고려할 때 전체 구조의 효율성과 에너지를 소비하고 변환하는 모든 노드 및 메커니즘의 효율성이 계산됩니다.

직렬로 연결된 n개의 메커니즘이 있는 경우 결과 시스템 효율성은 각 부분의 효율성의 곱으로 찾을 수 있습니다.

메커니즘이 병렬로 연결된 경우(그림 1)(하나의 엔진이 여러 메커니즘을 구동함) 유용한 작업은 시스템의 각 개별 부분에서 출력되는 유용한 작업의 합계입니다. 엔진에 의해 소비된 작업이 로 표시되면 이 경우의 효율성은 다음과 같습니다.

효율 단위

대부분의 경우 효율성은 백분율로 표시됩니다.

문제 해결의 예

실시예 1

운동	기계의 효율이 다음과 같을 때 질량이 m인 망치를 높이 hn번 들어 올리는 기구의 힘은 얼마입니까?
해결책	전력(N)은 다음과 같은 정의에서 찾을 수 있습니다. 주파수()가 조건(해머가 초당 n번 상승)에 지정되어 있으므로 다음과 같이 시간을 찾습니다. 작업은 다음과 같이 찾을 수 있습니다. 이 경우 ((1.2) 및 (1.3)을 고려하여) 식 (1.1)은 다음과 같이 변환됩니다. 시스템의 효율성이 이므로 다음과 같이 작성합니다. 원하는 전력은 어디에 있습니까?
대답

실시예 2

운동	길이, 높이가 h인 경우 경사면의 효율은 얼마입니까? 물체가 주어진 평면을 중심으로 움직일 때 마찰 계수는 와 같습니다.
해결책	그림을 그려봅시다. 문제 해결의 기초로 효율성을 계산하는 공식을 다음과 같은 형식으로 취합니다. 유용한 작업은 하중을 높이 h로 들어 올리는 작업입니다. 화물을 운송하는 동안 주어진 평면을 따라 이동하여 수행한 작업은 다음과 같이 찾을 수 있습니다. 신체에 가해지는 힘을 고려하여 뉴턴의 두 번째 법칙에서 찾은 견인력은 어디에 있습니까(그림 1).

주제에 대한 요약:

능률

계획:

소개

• 1 열기관 효율
• 2 효율 100% 이상
  • 2.1 보일러 효율
  • 2.2 히트 펌프 및 냉각기
메모
문학

소개

능률 (능률) - 에너지 변환 또는 전달과 관련된 시스템(장치, 기계)의 효율성 특성. 시스템이 받는 총 에너지 양에 대한 사용된 유용한 에너지의 비율에 의해 결정됩니다. 일반적으로 η로 표시됩니다. η = W field / W cym. 효율성은 차원이 없는 양이며 종종 백분율로 측정됩니다. 수학적으로 효율성의 정의는 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

,

어디 하지만- 유용한 에너지(일), 큐- 소비된 에너지(일).

에너지 보존 법칙으로 인해 효율성은 항상 1보다 작습니다(한계에서는 동일함). 즉, 소비된 에너지보다 더 유용한 작업을 얻는 것은 불가능합니다(그러나 아래 참조).

1. 열기관의 효율

열기관 효율- 히터에서 받은 소비된 에너지에 대한 엔진이 수행한 유용한 작업의 비율. 열기관의 효율은 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

,

어디 큐 1 - 히터에서 받은 열의 양(연료, 뜨거운 소스), 큐 2 - 저온 소스에 제공되는 열의 양(개방형 가스터빈의 외부 환경 - 외부 환경에서 가져온 공기). Carnot 주기에 따라 작동하는 열기관은 가장 높은 효율을 보입니다.

2. 100% 이상의 효율성

위에서 언급했듯이 에너지 절약에 대한 현대적인 개념은 효율이 100% 이상인 장치의 존재를 허용하지 않습니다. 그러한 장치는 첫 번째 종류의 영구 운동 기계가 될 수 있습니다. 열역학의 첫 번째 법칙에 따르면 불가능하지만 오늘날까지 언론에 그러한 장치에 대한 보고서 (광고 포함)가 있습니다 (예 : Potapov의 열 발생기는 전기를 소비하는 것보다 더 많은 열을 생성한다고합니다). 이러한 사실이 확인되면 물리학에 혁명을 일으키게 되는데, 이는 어째서인지 관찰되지 않는다.

그러나 일부 장치는 실제로 사용하도록 계산된 것보다 더 유용한 에너지를 생성할 수 있습니다.

2.1. 보일러 효율

화석 연료 보일러의 효율은 전통적으로 순 발열량에서 계산됩니다. 연소 생성물의 수분이 과열 증기의 형태로 보일러를 떠난다고 가정합니다. 콘덴싱 보일러에서는 이 수분이 응축되어 응축열이 유용하게 사용됩니다. 낮은 발열량에 따라 효율을 계산할 때 결국 하나 이상이 될 수 있습니다. 이 경우 증기 응축 열을 고려한 총 발열량에 따라 고려하는 것이 더 정확합니다. 그러나 그러한 보일러의 성능은 다른 설비의 데이터와 비교하기 어렵습니다.

2.2. 히트 펌프 및 냉각기

난방 기술로서 열 펌프의 장점은 때때로 작업에 소비되는 에너지보다 더 많은 열을 받을 수 있다는 것입니다. 유사하게, 냉동 기계는 공정을 구성하는 데 소비되는 것보다 냉각된 말단에서 더 많은 열을 제거할 수 있습니다.

이러한 열기관의 효율성은 다음과 같은 특징이 있습니다. 성능 계수(냉각기용) 또는 변환 비율(히트펌프용)

,

어디 큐- 콜드 엔드(냉장 기계)에서 취한 열 또는 핫 엔드(히트 펌프)로 전달된 열 ㅏ- 이 프로세스에 소비된 작업(또는 전기). 이러한 기계에 대한 최고의 성능 지표에는 역 카르노 사이클이 있습니다. 성능 계수

,

어디 티 1 , 티 2 - 뜨겁고 차가운 끝의 온도, K . 이 값은 분명히 임의로 클 수 있습니다. 실제로 접근하기 어렵지만 성능 계수는 여전히 1을 초과할 수 있습니다. 이것은 고려된 에너지(예: 전기) 외에도 핫 엔드에서 가져온 에너지가 유용한 열로 변환되기 때문에 열역학 제1법칙과 모순되지 않습니다. 그러나 광고 출판물에서 때때로 수행되는이 지표를 "효율성"이라고 부르는 것은 올바르지 않습니다.

메모

1. Potapov의 소용돌이 열 발생기 - www.patlah.ru/etm/etm-24/a_energia/generator_potapova/generator_potapova.htm. 기술 및 방법 백과사전.
2. 냉각 계수 - dic.academic.ru/dic.nsf/bse/147721/Refrigerating- 대 소비에트 백과사전의 기사

문학

• 페리시킨 A.V.물리학. 7 학년. - Bustard, 2005. - 192 p. - 50,000부. - ISBN 5-7107-9459-7.

이 초록은 러시아 Wikipedia의 기사를 기반으로 합니다. 동기화 완료 07/11/11 00:01:38
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