เป็นที่รู้กันว่าเครื่องจักรเคลื่อนที่ตลอดเวลานั้นเป็นไปไม่ได้ นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าสำหรับกลไกใด ๆ ข้อความต่อไปนี้เป็นจริง: งานทั้งหมดที่ทำด้วยความช่วยเหลือของกลไกนี้ (รวมถึงการทำความร้อนกลไกและ สิ่งแวดล้อมเพื่อเอาชนะแรงเสียดทาน) มีงานที่มีประโยชน์มากกว่าเสมอ

ตัวอย่างเช่น มากกว่าครึ่งหนึ่งของการทำงานของเครื่องยนต์สันดาปภายในเสียเปล่าไปกับการทำความร้อนส่วนประกอบของเครื่องยนต์ ความร้อนบางส่วนจะถูกพาออกไปโดยก๊าซไอเสีย

มักจำเป็นต้องประเมินประสิทธิผลของกลไกและความเป็นไปได้ในการใช้งาน ดังนั้นเพื่อคำนวณว่างานที่ทำไปส่วนไหนเสียเปล่าส่วนไหนมีประโยชน์เป็นพิเศษ ปริมาณทางกายภาพซึ่งแสดงให้เห็นประสิทธิภาพของกลไก

ค่านี้เรียกว่าประสิทธิภาพของกลไก

ค่าสัมประสิทธิ์ การกระทำที่เป็นประโยชน์กลไกเท่ากับอัตราส่วนของงานที่มีประโยชน์ต่องานทั้งหมด แน่นอนว่าประสิทธิภาพจะน้อยกว่าหนึ่งเสมอ ค่านี้มักแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ โดยปกติจะแสดงด้วยตัวอักษรกรีก η (อ่านว่า "นี่") ปัจจัยประสิทธิภาพย่อว่าประสิทธิภาพ

η = (A_เต็ม /A_useful) * 100%,

โดยที่ η ประสิทธิภาพ, A_งานทั้งหมดเต็ม, A_งานที่เป็นประโยชน์

ในบรรดาเครื่องยนต์ มอเตอร์ไฟฟ้ามีประสิทธิภาพสูงสุด (สูงถึง 98%) ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ สันดาปภายใน 20% - 40% กังหันไอน้ำประมาณ 30%

โปรดทราบว่าสำหรับ เพิ่มประสิทธิภาพของกลไกมักจะพยายามลดแรงเสียดทานลง ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้สารหล่อลื่นหรือตลับลูกปืนแบบต่างๆ ซึ่งแทนที่แรงเสียดทานแบบเลื่อนด้วยแรงเสียดทานแบบกลิ้ง

ตัวอย่างการคำนวณประสิทธิภาพ

ลองดูตัวอย่างนักปั่นจักรยานน้ำหนัก 55 กก. ขี่จักรยานหนัก 5 กก. ขึ้นไปบนเนินเขาสูง 10 ม. ทำงาน 8 กิโลจูล ค้นหาประสิทธิภาพของจักรยาน อย่าคำนึงถึงแรงเสียดทานจากการหมุนของล้อบนถนน

สารละลาย.ลองหามวลรวมของจักรยานและนักปั่น:

ม. = 55 กก. + 5 กก. = 60 กก

ลองหาน้ำหนักรวมของพวกเขา:

P = มก. = 60 กก. * 10 นิวตัน/กก. = 600 นิวตัน

มาดูงานยกจักรยานและนักปั่นกันดีกว่า:

ประโยชน์ = PS = 600 N * 10 m = 6 kJ

มาดูประสิทธิภาพของจักรยานกัน:

A_เต็ม / A_useful * 100% = 6 กิโลจูล / 8 กิโลจูล * 100% = 75%

คำตอบ:ประสิทธิภาพของจักรยานคือ 75%

ลองดูอีกตัวอย่างหนึ่งวัตถุที่มีมวล m ถูกแขวนไว้จากปลายแขนคันโยก แรง F ลงที่แขนอีกข้างหนึ่ง และปลายของแขนลดลงโดย h ค้นหาว่าตัวถังเพิ่มขึ้นเท่าใดหากประสิทธิภาพของคันโยกเป็น η%

สารละลาย.มาดูงานที่ทำโดยแรง F:

η% ของงานนี้ทำเพื่อยกวัตถุที่มีมวล m ดังนั้นจึงใช้ Fhη / 100 ในการยกร่างกาย เนื่องจากน้ำหนักของร่างกายเท่ากับ mg ร่างกายจึงเพิ่มขึ้นเป็น Fhη / 100 / mg

เป็นที่ทราบกันดีว่าพลังงานไฟฟ้าถูกส่งไปในระยะทางไกลที่แรงดันไฟฟ้าเกินระดับที่ผู้บริโภคใช้ จำเป็นต้องใช้หม้อแปลงไฟฟ้าเพื่อแปลงแรงดันไฟฟ้าให้เป็นค่าที่ต้องการ เพิ่มคุณภาพของกระบวนการส่งไฟฟ้า และลดการสูญเสียที่เกิดขึ้น

คำอธิบายและหลักการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้า

หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการลดหรือเพิ่มแรงดันไฟฟ้า เปลี่ยนจำนวนเฟส และในบางกรณีซึ่งพบไม่บ่อยนักคือเปลี่ยนความถี่ของไฟฟ้ากระแสสลับ

มีประเภทอุปกรณ์ดังต่อไปนี้:

• พลัง;
• วัด;
• พลังงานต่ำ;
• ชีพจร;
• หม้อแปลงยอด

อุปกรณ์แบบคงที่ประกอบด้วยองค์ประกอบโครงสร้างหลักดังต่อไปนี้: ขดลวดสองเส้น (หรือมากกว่า) และวงจรแม่เหล็กซึ่งเรียกอีกอย่างว่าแกน ในหม้อแปลงไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าจะถูกส่งไปยังขดลวดปฐมภูมิและนำออกจากขดลวดทุติยภูมิในรูปแบบที่แปลงแล้ว ขดลวดเชื่อมต่อแบบเหนี่ยวนำด้วยสนามแม่เหล็กในแกนกลาง

นอกเหนือจากคอนเวอร์เตอร์อื่นๆ แล้ว หม้อแปลงยังมีปัจจัยด้านประสิทธิภาพ (ตัวย่อว่า ประสิทธิภาพ) พร้อมด้วยสัญลักษณ์ ค่าสัมประสิทธิ์นี้แสดงถึงอัตราส่วนของพลังงานที่ใช้อย่างมีประสิทธิผลต่อพลังงานที่ใช้จากระบบ นอกจากนี้ยังสามารถแสดงเป็นอัตราส่วนของพลังงานที่ใช้โดยโหลดต่อพลังงานที่อุปกรณ์ใช้จากเครือข่าย ประสิทธิภาพเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์หลักที่แสดงถึงประสิทธิภาพของงานที่ดำเนินการโดยหม้อแปลงไฟฟ้า

ประเภทของการสูญเสียในหม้อแปลงไฟฟ้า

กระบวนการถ่ายโอนไฟฟ้าจากขดลวดปฐมภูมิไปยังขดลวดทุติยภูมินั้นมาพร้อมกับการสูญเสีย ด้วยเหตุผลนี้ ไม่ใช่พลังงานทั้งหมดที่ถูกถ่ายโอน แต่พลังงานส่วนใหญ่จะถูกถ่ายโอน

การออกแบบตัวเครื่องไม่มีชิ้นส่วนที่หมุนได้เหมือนเครื่องใช้ไฟฟ้าอื่นๆ สิ่งนี้อธิบายถึงการไม่มีการสูญเสียทางกลอยู่

ดังนั้นอุปกรณ์จึงมีการสูญเสียดังต่อไปนี้:

• ไฟฟ้าในขดลวดทองแดง
• แม่เหล็กในแกนเหล็ก

แผนภาพพลังงานและกฎการอนุรักษ์พลังงาน

หลักการทำงานของอุปกรณ์สามารถนำเสนอตามแผนผังในรูปแบบของแผนภาพพลังงานดังแสดงในภาพที่ 1 แผนภาพนี้สะท้อนถึงกระบวนการถ่ายโอนพลังงานในระหว่างที่เกิดการสูญเสียทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก .

ตามแผนภาพสูตรในการกำหนดกำลังที่มีประสิทธิผล P 2 มีดังนี้:

P 2 =P 1 -ΔP el1 -ΔP el2 -ΔP ม. (1)

โดยที่ P 2 มีประโยชน์และ P 1 คือพลังงานที่อุปกรณ์ใช้จากเครือข่าย

เมื่อแสดงถึงการสูญเสียทั้งหมด ΔP กฎการอนุรักษ์พลังงานจะมีลักษณะดังนี้: P 1 = ΔP+P 2 (2)

จากสูตรนี้ชัดเจนว่า P 1 ใช้กับ P 2 เช่นเดียวกับการสูญเสียทั้งหมด ΔP ดังนั้นประสิทธิภาพของหม้อแปลงจึงได้มาในรูปแบบของอัตราส่วนของพลังงานที่ให้มา (มีประโยชน์) ต่อพลังงานที่ใช้ไป (อัตราส่วนของ P 2 และ P 1)

การกำหนดประสิทธิภาพ

ด้วยความแม่นยำที่จำเป็นสำหรับการคำนวณอุปกรณ์ ค่าประสิทธิภาพที่ได้รับก่อนหน้านี้สามารถนำมาจากตารางที่ 1:

ดังที่แสดงในตาราง ค่าของพารามิเตอร์จะขึ้นอยู่กับกำลังทั้งหมดโดยตรง

การกำหนดประสิทธิภาพโดยการวัดโดยตรง

สูตรสำหรับ การคำนวณประสิทธิภาพสามารถนำเสนอได้หลายเวอร์ชัน:

การแสดงออกนี้สะท้อนให้เห็นอย่างชัดเจนว่าค่าประสิทธิภาพของหม้อแปลงไฟฟ้าไม่มากกว่าหนึ่งและไม่เท่ากับค่านั้นด้วย

นิพจน์ต่อไปนี้จะกำหนดค่ากำลังสุทธิ:

P 2 =U 2 *J 2 *cosφ 2 , (4)

โดยที่ U 2 และ J 2 เป็นแรงดันและกระแสทุติยภูมิของโหลด และcosφ 2 คือตัวประกอบกำลัง ซึ่งค่าจะขึ้นอยู่กับประเภทของโหลด

เนื่องจาก P 1 =ΔP+P 2 สูตร (3) จึงอยู่ในรูปแบบต่อไปนี้:

การสูญเสียทางไฟฟ้าของขดลวดปฐมภูมิ ΔP el1n ขึ้นอยู่กับกำลังสองของกระแสที่ไหลในนั้น ดังนั้นจึงควรกำหนดไว้ดังนี้:

(6)

ในทางกลับกัน:

(7)

โดยที่ r mp คือความต้านทานของขดลวดแบบแอคทีฟ

เนื่องจากการทำงานของอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าไม่ได้จำกัดอยู่เพียงโหมดที่กำหนด การกำหนดระดับของโหลดปัจจุบันจึงจำเป็นต้องใช้ตัวประกอบโหลด ซึ่งเท่ากับ:

β=เจ 2 /เจ 2н, (8)

โดยที่ J 2n คือกระแสพิกัดของขดลวดทุติยภูมิ

จากที่นี่เราเขียนนิพจน์เพื่อกำหนดกระแสขดลวดทุติยภูมิ:

เจ 2 =β*เจ 2n (9)

หากเราแทนความเท่าเทียมกันนี้ลงในสูตร (5) เราจะได้นิพจน์ต่อไปนี้:

โปรดทราบว่า GOST แนะนำให้กำหนดค่าประสิทธิภาพโดยใช้นิพจน์สุดท้าย

เมื่อสรุปข้อมูลที่นำเสนอเราทราบว่าประสิทธิภาพของหม้อแปลงสามารถกำหนดได้โดยค่ากำลังของขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิของอุปกรณ์ในโหมดพิกัด

การหาประสิทธิภาพด้วยวิธีทางอ้อม

เนื่องจากค่าประสิทธิภาพที่สูงซึ่งอาจเท่ากับ 96% ขึ้นไป รวมถึงลักษณะที่ไม่ประหยัดของวิธีการวัดโดยตรง ให้คำนวณพารามิเตอร์ด้วย ระดับสูงความแม่นยำไม่สามารถทำได้ ดังนั้นการตัดสินใจจึงมักดำเนินการโดยวิธีทางอ้อม

เมื่อสรุปนิพจน์ที่ได้รับทั้งหมดเราได้สูตรต่อไปนี้สำหรับการคำนวณประสิทธิภาพ:

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

สรุปแล้วควรสังเกตว่าสูง ตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพบ่งบอกถึงการทำงานที่มีประสิทธิภาพของอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้า การสูญเสียในขดลวดและแกนเหล็กตาม GOST นั้นถูกกำหนดโดยประสบการณ์หรือการลัดวงจรและมาตรการที่มุ่งลดสิ่งเหล่านี้จะช่วยให้บรรลุค่าประสิทธิภาพสูงสุดเท่าที่จะเป็นไปได้ซึ่งเป็นสิ่งที่เราจำเป็นต้องมุ่งมั่น

ในความเป็นจริงงานที่ทำโดยใช้อุปกรณ์ใด ๆ จะเป็นงานที่มีประโยชน์มากกว่าเสมอ เนื่องจากส่วนหนึ่งของงานจะดำเนินการกับแรงเสียดทานที่กระทำภายในกลไกและเมื่อเคลื่อนย้ายแต่ละส่วน ดังนั้นเมื่อใช้บล็อกแบบเคลื่อนย้ายได้ พวกเขาจึงทำงานเพิ่มเติมโดยการยกบล็อกและเชือกขึ้น และเอาชนะแรงเสียดทานในบล็อก

ให้เราแนะนำสัญกรณ์ต่อไปนี้: งานที่มีประโยชน์จะแสดงด้วย $A_p$ งานทั้งหมดโดย $A_(poln)$ ในกรณีนี้เรามี:

คำนิยาม

ปัจจัยด้านประสิทธิภาพ (ประสิทธิภาพ)เรียกว่าอัตราส่วนของงานที่มีประโยชน์ต่องานให้เสร็จ ให้เราแสดงประสิทธิภาพด้วยตัวอักษร $\eta $ จากนั้น:

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

บ่อยครั้งที่ประสิทธิภาพแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ จากนั้นคำจำกัดความของมันคือสูตร:

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

เมื่อสร้างกลไก พวกเขาพยายามเพิ่มประสิทธิภาพ แต่ไม่มีกลไกใดที่มีประสิทธิภาพเท่ากับกลไกเดียว (นับประสาอะไรมากกว่าหนึ่ง)

ดังนั้น ประสิทธิภาพจึงเป็นปริมาณทางกายภาพที่แสดงสัดส่วนของงานที่มีประโยชน์ซึ่งประกอบขึ้นจากงานทั้งหมดที่ผลิตขึ้น เมื่อใช้ประสิทธิภาพ จะมีการประเมินประสิทธิภาพของอุปกรณ์ (กลไก ระบบ) ที่แปลงหรือส่งพลังงานและทำงาน

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของกลไก คุณสามารถลองลดแรงเสียดทานในแกนและมวลของมันได้ หากละเลยแรงเสียดทานได้ มวลของกลไกจะน้อยกว่ามวลอย่างมาก เช่น ของภาระที่ยกกลไก ประสิทธิภาพจะน้อยกว่าความสามัคคีเล็กน้อย งานที่ทำเสร็จจะเท่ากับงานที่มีประโยชน์โดยประมาณ:

กฎทองของกลศาสตร์

ต้องจำไว้ว่าการชนะในที่ทำงานไม่สามารถทำได้โดยใช้กลไกง่ายๆ

ให้เราแสดงงานแต่ละชิ้นในสูตร (3) ว่าเป็นผลคูณของแรงที่สอดคล้องกันและเส้นทางที่เคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของแรงนี้ จากนั้นเราแปลงสูตร (3) ให้อยู่ในรูปแบบ:

สำนวน (4) แสดงให้เห็นว่าการใช้กลไกง่ายๆ ทำให้เรามีพลังพอๆ กับการสูญเสียในการเดินทาง กฎนี้เรียกว่า "กฎทอง" ของกลศาสตร์ กฎข้อนี้กำหนดขึ้นในสมัยกรีกโบราณโดยนกกระสาแห่งอเล็กซานเดรีย

กฎข้อนี้ไม่ได้คำนึงถึงการทำงานของการเอาชนะแรงเสียดทานดังนั้นจึงเป็นค่าประมาณ

ประสิทธิภาพการถ่ายโอนพลังงาน

ประสิทธิภาพสามารถกำหนดเป็นอัตราส่วนของงานที่มีประโยชน์ต่อพลังงานที่ใช้ในการดำเนินการ ($Q$):

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

ในการคำนวณประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน ให้ใช้สูตรต่อไปนี้:

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

โดยที่ $Q_n$ คือปริมาณความร้อนที่ได้รับจากเครื่องทำความร้อน $Q_(ch)$ - ปริมาณความร้อนที่ถ่ายโอนไปยังตู้เย็น

ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติที่ทำงานตามวัฏจักรการ์โนต์เท่ากับ:

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

โดยที่ $T_n$ คืออุณหภูมิเครื่องทำความร้อน $T_(ch)$ - อุณหภูมิตู้เย็น

ตัวอย่างปัญหาด้านประสิทธิภาพ

ตัวอย่างที่ 1

ออกกำลังกาย.เครื่องยนต์เครนมีกำลังเท่ากับ $N$ ในช่วงเวลาที่เท่ากับ $\Delta t$ เขายกมวล $m$ ให้สูง $h$ ประสิทธิภาพของเครนคืออะไร?\textit()

สารละลาย.งานที่เป็นประโยชน์ในปัญหาที่กำลังพิจารณานั้นเท่ากับงานยกร่างกายให้สูง $h$ ของน้ำหนักบรรทุก $m$ นี่คืองานเอาชนะแรงโน้มถ่วง มันเท่ากับ:

เราพบว่างานทั้งหมดเสร็จสิ้นเมื่อยกของโดยใช้คำจำกัดความของกำลัง:

ลองใช้คำจำกัดความของประสิทธิภาพเพื่อค้นหา:

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

เราแปลงสูตร (1.3) โดยใช้นิพจน์ (1.1) และ (1.2):

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

คำตอบ.$\eta =\frac(mgh)(N\เดลต้า t)\cdot 100\%$

ตัวอย่างที่ 2

ออกกำลังกาย. ก๊าซในอุดมคติดำเนินวงจรการ์โนต์ และประสิทธิภาพของวงจรคือ $\eta $ งานที่ทำในวงจรอัดแก๊สที่อุณหภูมิคงที่คืออะไร? งานที่ทำโดยแก๊สระหว่างการขยายตัวคือ $A_0$

สารละลาย.เรากำหนดประสิทธิภาพของวงจรดังนี้:

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

ลองพิจารณาวัฏจักรคาร์โนต์และพิจารณาว่าความร้อนจะถูกส่งไปในกระบวนการใด (ซึ่งก็คือ $Q$)

เนื่องจากวัฏจักรการ์โนต์ประกอบด้วยไอโซเทอร์มสองตัวและอะเดียแบทสองตัว เราจึงสามารถพูดได้ทันทีว่าในกระบวนการอะเดียแบติก (กระบวนการ 2-3 และ 4-1) จะไม่มีการถ่ายเทความร้อน ในกระบวนการไอโซเทอร์มอล 1-2 ความร้อนจะถูกส่งเข้ามา (รูปที่ 1 $Q_1$) ในกระบวนการไอโซเทอร์มอล 3-4 ความร้อนจะถูกขจัดออกไป ($Q_2$) ปรากฎว่าในนิพจน์ (2.1) $Q=Q_1$ เรารู้ว่าปริมาณความร้อน (กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์) ที่จ่ายให้กับระบบระหว่างกระบวนการไอโซเทอร์มอลจะไปที่การทำงานของแก๊สทั้งหมด ซึ่งหมายความว่า:

ก๊าซทำงานที่มีประโยชน์ซึ่งเท่ากับ:

ปริมาณความร้อนที่ถูกกำจัดออกไปในกระบวนการไอโซเทอร์มอล 3-4 เท่ากับงานอัด (งานเป็นลบ) (เนื่องจาก T=const แล้ว $Q_2=-A_(34)$) ด้วยเหตุนี้เราจึงมี:

ให้เราแปลงสูตร (2.1) โดยคำนึงถึงผลลัพธ์ (2.2) - (2.4):

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

เนื่องจากตามเงื่อนไข $A_(12)=A_0,\ $เราจึงได้:

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

ในชีวิตคน ๆ หนึ่งประสบปัญหาและจำเป็นต้องเปลี่ยนแปลง ประเภทต่างๆพลังงาน. อุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อแปลงพลังงานเรียกว่าเครื่องจักรพลังงาน (กลไก) เครื่องจักรพลังงาน เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องยนต์สันดาปภายใน มอเตอร์ไฟฟ้า เครื่องยนต์ไอน้ำ เป็นต้น

ตามทฤษฎีแล้ว พลังงานประเภทใดก็ตามสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานประเภทอื่นได้อย่างสมบูรณ์ แต่ในทางปฏิบัติ นอกเหนือจากการเปลี่ยนแปลงพลังงานแล้ว การเปลี่ยนแปลงพลังงานยังเกิดขึ้นในเครื่องจักรอีกด้วย ซึ่งเรียกว่าการสูญเสีย ความสมบูรณ์แบบของเครื่องจักรพลังงานเป็นตัวกำหนดสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ (ประสิทธิภาพ)

คำนิยาม

ประสิทธิภาพของกลไก(เครื่องจักร)เรียกว่าอัตราส่วนของพลังงานที่มีประโยชน์ () ต่อพลังงานทั้งหมด (W) ที่จ่ายให้กับกลไก โดยทั่วไป ประสิทธิภาพจะแสดงด้วยตัวอักษร (eta) ในรูปแบบทางคณิตศาสตร์ นิยามของประสิทธิภาพจะเขียนได้ดังนี้

ประสิทธิภาพสามารถกำหนดได้ในแง่ของงาน โดยอัตราส่วน (งานที่มีประโยชน์) ต่อ A (งานทั้งหมด):

นอกจากนี้ยังสามารถพบได้เป็นอัตราส่วนกำลัง:

พลังงานที่จ่ายให้กับกลไกอยู่ที่ไหน - กำลังที่ผู้บริโภคได้รับจากกลไก นิพจน์ (3) สามารถเขียนได้แตกต่างกัน:

โดยที่ส่วนของกำลังที่สูญเสียไปในกลไกนั้นอยู่ที่ไหน

จากคำจำกัดความของประสิทธิภาพ เห็นได้ชัดว่าต้องไม่เกิน 100% (หรือไม่เกิน 1) ช่วงเวลาที่ประสิทธิภาพตั้งอยู่: .

ปัจจัยด้านประสิทธิภาพไม่เพียงแต่ใช้ในการประเมินระดับความสมบูรณ์แบบของเครื่องจักรเท่านั้น แต่ยังใช้ในการกำหนดประสิทธิภาพของสิ่งใดๆ ด้วย กลไกที่ซับซ้อนและอุปกรณ์ทุกชนิดที่ใช้พลังงาน

พวกเขาพยายามสร้างกลไกใด ๆ เพื่อให้การสูญเสียพลังงานที่ไร้ประโยชน์มีน้อยที่สุด () เพื่อจุดประสงค์นี้ พวกเขากำลังพยายามลดแรงเสียดทาน (ความต้านทานประเภทต่างๆ)

ประสิทธิภาพของการเชื่อมต่อกลไก

เมื่อพิจารณาถึงกลไก (อุปกรณ์ที่มีโครงสร้างซับซ้อน) จะมีการคำนวณประสิทธิภาพของโครงสร้างทั้งหมดและประสิทธิภาพของส่วนประกอบและกลไกทั้งหมดที่ใช้และแปลงพลังงาน

หากเรามีกลไก n อันที่เชื่อมต่อกันแบบอนุกรม ประสิทธิภาพที่ได้ของระบบจะพบว่าเป็นผลคูณของประสิทธิภาพของแต่ละส่วน:

เมื่อกลไกเชื่อมต่อแบบขนาน (รูปที่ 1) (เครื่องยนต์หนึ่งตัวขับเคลื่อนหลายกลไก) งานที่มีประโยชน์คือผลรวมของงานที่มีประโยชน์ที่เอาต์พุตของแต่ละส่วนของระบบ หากงานที่ใช้โดยเครื่องยนต์แสดงเป็น แล้วจะพบประสิทธิภาพในกรณีนี้เป็น:

หน่วยประสิทธิภาพ

ในกรณีส่วนใหญ่ ประสิทธิภาพจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่างที่ 1

ออกกำลังกาย	ข้อใดคือพลังของกลไกที่ยกค้อนมวล m ให้สูง h n ครั้งต่อวินาที ถ้าประสิทธิภาพของเครื่องจักรเท่ากับ ?
สารละลาย	กำลัง (N) สามารถพบได้ตามคำจำกัดความดังนี้: เนื่องจากความถี่ () ถูกระบุในเงื่อนไข (ค้อนเพิ่มขึ้น n ครั้งต่อวินาที) เราจะหาเวลาได้ดังนี้: งานจะมีลักษณะดังนี้: ในกรณีนี้ (โดยคำนึงถึง (1.2) และ (1.3)) นิพจน์ (1.1) จะถูกแปลงเป็นรูปแบบ: เนื่องจากประสิทธิภาพของระบบเท่ากัน เราจึงเขียนว่า: พลังงานที่ต้องการอยู่ที่ไหนแล้ว:
คำตอบ

ตัวอย่างที่ 2

ออกกำลังกาย	ประสิทธิภาพของระนาบเอียงจะเป็นอย่างไร ถ้าความยาวเป็น ความสูง h? ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานเมื่อวัตถุเคลื่อนที่บนระนาบที่กำหนดมีค่าเท่ากับ
สารละลาย	มาวาดรูปกันเถอะ เพื่อเป็นพื้นฐานในการแก้ปัญหาเราใช้สูตรการคำนวณประสิทธิภาพในรูปแบบ: งานที่มีประโยชน์คืองานยกของให้สูง h: งานที่ทำเมื่อส่งสินค้าโดยการเคลื่อนย้ายไปตามระนาบที่กำหนดสามารถพบได้ดังนี้: แรงดึงอยู่ที่ไหนซึ่งเราพบจากกฎข้อที่สองของนิวตันโดยพิจารณาถึงแรงที่กระทำต่อร่างกาย (รูปที่ 1):

บทคัดย่อในหัวข้อ:

ประสิทธิภาพ

วางแผน:

การแนะนำ

• 1 ประสิทธิภาพความร้อนของเครื่องยนต์
• 2 ประสิทธิภาพเหนือ 100%
  • 2.1 ประสิทธิภาพของหม้อไอน้ำ
  • 2.2 ปั๊มความร้อนและเครื่องทำความเย็น
หมายเหตุ
วรรณกรรม

การแนะนำ

ประสิทธิภาพ (ประสิทธิภาพ) - ลักษณะของประสิทธิภาพของระบบ (อุปกรณ์เครื่องจักร) ที่เกี่ยวข้องกับการแปลงหรือการส่งผ่านพลังงาน ถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของพลังงานที่ใช้อย่างมีประโยชน์ต่อปริมาณพลังงานทั้งหมดที่ได้รับจากระบบ มักเขียนแทนด้วย η: η = W floor /W cym ประสิทธิภาพเป็นปริมาณไร้มิติและมักวัดเป็นเปอร์เซ็นต์ ในทางคณิตศาสตร์ นิยามของประสิทธิภาพสามารถเขียนได้เป็น

,

ที่ไหน ก- พลังงานที่มีประโยชน์ (งาน) และ ถาม- พลังงานที่ใช้ไป (งาน)

เนื่องจากกฎการอนุรักษ์พลังงานประสิทธิภาพจึงน้อยกว่าความสามัคคีเสมอ (ในขีดจำกัดจะเท่ากับมัน) นั่นคือเป็นไปไม่ได้ที่จะได้งานที่มีประโยชน์มากกว่าพลังงานที่ใช้ไป (แต่ดูด้านล่าง)

1. ประสิทธิภาพความร้อนของเครื่องยนต์

ประสิทธิภาพความร้อนของเครื่องยนต์- อัตราส่วนของงานที่มีประโยชน์ที่เสร็จสมบูรณ์ของเครื่องยนต์ต่อพลังงานที่ใช้ไปที่ได้รับจากเครื่องทำความร้อน ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้

,

ที่ไหน ถาม 1 - ปริมาณความร้อนที่ได้รับจากเครื่องทำความร้อน (เชื้อเพลิง, แหล่งร้อน) ถาม 2 - ปริมาณความร้อนที่มอบให้กับแหล่งความเย็น (สภาพแวดล้อมภายนอกในกังหันก๊าซแบบเปิด - อากาศที่นำมาจากสภาพแวดล้อมภายนอก) เครื่องยนต์ความร้อนที่ทำงานตามวัฏจักรคาร์โนต์จะมีประสิทธิภาพสูงสุด

2. ประสิทธิภาพสูงกว่า 100%

ดังที่ได้กล่าวมาแล้วแนวคิดการอนุรักษ์พลังงานสมัยใหม่ไม่อนุญาตให้มีอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพสูงกว่า 100% อุปกรณ์ดังกล่าวอาจเป็นเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ตลอดเวลาประเภทแรก ตามกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์มันเป็นไปไม่ได้ แต่จนถึงทุกวันนี้มีรายงานในสื่อ (รวมถึงโฆษณา) เกี่ยวกับอุปกรณ์ดังกล่าว (ตัวอย่างเช่นเครื่องกำเนิดความร้อน Potapov ถูกกล่าวหาว่าสร้างความร้อนมากกว่าการใช้ไฟฟ้า) หากข้อเท็จจริงเหล่านี้ได้รับการยืนยัน ก็จะทำให้เกิดการปฏิวัติทางฟิสิกส์ซึ่งไม่มีใครสังเกตเห็นด้วยเหตุผลบางประการ

อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์บางชนิดสามารถสร้างพลังงานที่เป็นประโยชน์ได้มากกว่าที่ได้รับการออกแบบมาให้ใช้จริง

2.1. ประสิทธิภาพของหม้อไอน้ำ

ประสิทธิภาพของหม้อไอน้ำที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลนั้นคำนวณแบบดั้งเดิมโดยพิจารณาจากค่าความร้อนที่ต่ำกว่า สันนิษฐานว่าความชื้นของผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้ออกจากหม้อไอน้ำในรูปของไอน้ำร้อนยวดยิ่ง ในหม้อไอน้ำที่ควบแน่น ความชื้นนี้จะถูกควบแน่น และใช้ความร้อนของการควบแน่นอย่างมีประโยชน์ เมื่อคำนวณประสิทธิภาพตามค่าความร้อนที่ต่ำกว่า อาจมีค่ามากกว่าหนึ่งค่า ในกรณีนี้การคำนวณด้วยค่าความร้อนที่สูงกว่าจะถูกต้องมากกว่าโดยคำนึงถึงความร้อนของการควบแน่นของไอน้ำ อย่างไรก็ตามประสิทธิภาพของหม้อไอน้ำดังกล่าวนั้นยากต่อการเปรียบเทียบกับข้อมูลในการติดตั้งอื่น ๆ

2.2. ปั๊มความร้อนและเครื่องทำความเย็น

ข้อดีของปั๊มความร้อนในฐานะอุปกรณ์ทำความร้อนคือความสามารถในการรับความร้อนมากกว่าพลังงานที่ใช้ในการดำเนินงานในบางครั้ง ในทำนองเดียวกัน เครื่องทำความเย็นสามารถขจัดความร้อนออกจากปลายระบายความร้อนได้มากกว่าที่ใช้ในการจัดระเบียบกระบวนการ

ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนนั้นมีลักษณะเฉพาะคือ ค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ(สำหรับเครื่องทำความเย็น) หรือ อัตราส่วนการเปลี่ยนแปลง(สำหรับปั๊มความร้อน)

,

ที่ไหน ถาม- ความร้อนที่นำมาจากปลายเย็น (ในเครื่องทำความเย็น) หรือถ่ายโอนไปยังปลายร้อน (ในปั๊มความร้อน) ก- งาน (หรือไฟฟ้า) ที่ใช้ในกระบวนการนี้ วงจรคาร์โนต์ย้อนกลับมีตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพที่ดีที่สุดสำหรับเครื่องจักรดังกล่าว: มีค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ

,

ที่ไหน ต 1 , ต 2 - อุณหภูมิของปลายร้อนและเย็น K. เห็นได้ชัดว่าค่านี้สามารถมีขนาดใหญ่ได้ตามอำเภอใจ แม้ว่าจะเป็นเรื่องยากที่จะเข้าใกล้ในทางปฏิบัติ แต่ค่าสัมประสิทธิ์ของประสิทธิภาพยังคงเกินเอกภาพได้ สิ่งนี้ไม่ขัดแย้งกับกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ เนื่องจากนอกเหนือจากพลังงานที่นำมาพิจารณา (เช่น ไฟฟ้า) พลังงานที่นำมาจากปลายร้อนจะถูกแปลงเป็นความร้อนที่มีประโยชน์ อย่างไรก็ตาม การเรียกตัวบ่งชี้นี้ว่า "ประสิทธิภาพ" ดังที่บางครั้งทำในสื่อสิ่งพิมพ์โฆษณานั้นไม่ถูกต้อง

หมายเหตุ

1. เครื่องกำเนิดความร้อนแบบน้ำวนของ Potapov - www.patlah.ru/etm/etm-24/a_energia/generator_potapova/generator_potapova.htm สารานุกรมเทคโนโลยีและวิธีการ.
2. ค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ - dic.academic.ru/dic.nsf/bse/147721/Refrigeration- บทความจากสารานุกรมแห่งสหภาพโซเวียตผู้ยิ่งใหญ่

วรรณกรรม

• Peryshkin A.V.ฟิสิกส์. ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 - อีแร้ง, 2548. - 192 น. - 50,000 เล่ม - ไอ 5-7107-9459-7.

บทคัดย่อนี้อ้างอิงจากบทความจากวิกิพีเดียภาษารัสเซีย การซิงโครไนซ์เสร็จสมบูรณ์ 07/11/11 00:01:38 น
บทคัดย่อที่คล้ายกัน: