Сучасні реалії передбачають 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.

Трохи 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 енергії для 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 вище ККД, тим вигідніша робота машини, але ця величина не може 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 збільшення цієї 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 конструктивних особливостей двигунів.

Ідеальний тепловий двигун

Чи можливе створення такого двигуна, коефіцієнт корисної дії якого був би 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 технології неможливо. ККД теплових машин значно нижчий, навіть з урахуванням тих же температурних режимів, що і в ідеальній тепловій установці.

Але не варто зменшувати роль розрахункової формули ККД, 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.

Як визначити коефіцієнт корисної дії. Формула ккд через потужність

Як знайти коефіцієнт корисної дії

p align="justify"> Коефіцієнт корисної дії показує відношення придатної роботи, яка виконується механізмом або пристроєм, до витраченої. Найчастіше за витрачену роботу приймають кількість енергії, що споживає пристрій для того, щоб виконати роботу.

Вам знадобиться

• - Автомобіль;
• - термометр;
• - Калькулятор.

Інструкція

2. При розрахунку ККД теплового мотора придатною роботою вважайте механічну роботу, виконану механізмом. За витрачену роботу беріть число теплоти, що виділяється паливом, що згоріло, яке є джерелом енергії для мотора.

3. Приклад. Середня сила тяги двигуна автомобіля становить 882 Н. На 100 км шляху він споживає 7 кг бензину. Визначте ККД його двигуна. Спочатку виявіть підходящу роботу. Вона дорівнює добутку сили F на відстань S, яка долається тілом під її впливом Ап=F?S. Визначте число теплоти, яке виділиться при спалюванні 7 кг бензину, і буде витрачена робота Аз=Q=q?m, де q – питома теплота згоряння палива, для бензину вона дорівнює 42?10^6 Дж/кг, а m – маса цього палива. ККД мотора дорівнюватиме ККД=(F?S)/(q?m)?100%= (882?100000)/(42?10^6?7)?100%=30%.

4. У загальному випадку для виявлення ККД, будь-якої теплової машини (мотора внутрішнього згоряння, парового мотора, турбіни і т.д.), де робота виконується газом, має показник корисної дії рівний різниці теплоти відданої нагрівачем Q1 і отриманої холодильником Q2, виявіть різницю теплоти нагрівача та холодильника, та поділіть на теплоту нагрівача ККД = (Q1-Q2)/Q1. Тут ККД вимірюється в окремих одиницях від 0 до 1, щоб перевести результат у відсотки, помножте його на 100.

5. Щоб отримати ККД бездоганної теплової машини (машини Карно), виявіть відношення різниці температур нагрівача Т1 і холодильника Т2 до температури нагрівача ККД=(Т1-Т2)/Т1. Це гранично допустимий ККД для певного типу теплової машини із заданими температурами нагрівача та холодильника.

6. Для електродвигуна виявіть витрачену роботу як добуток потужності на час її виконання. Скажімо, якщо електродвигун крана потужністю 3,2 кВт піднімає вантаж масою 800 кг на висоту 3,6 м за 10 с, його ККД дорівнює відношенню придатної роботи Ап=m?g?h, де m – маса вантажу, g?10 м /с? прискорення вільного падіння, h – висота яку підняли вантаж, і витраченої роботи Аз=Р?t, де Р – потужність мотора, t – час роботи. Отримайте формулу для визначення ККД=Ап/Аз?100%=(m?g?h)/(Р?t) ?100%=%=(800?10?3,6)/(3200?10) ?100% = 90%.

Показник придатного впливу (ККД) - це показник продуктивності будь-якої системи, чи то мотор автомобіля, машина чи інший механізм. Він показує, як результативно дана система використовує одержувану енергію. Обчислити ККД дуже легко.

Інструкція

1. Найчастіше кожного ККД обчислюється із співвідношення придатно використовуваної системою енергії до кожної сумарно отриманої енергії на певний проміжок часу. Варто відзначити, що ККД немає певних одиниць виміру. Утім, у шкільній програмі цю величину вимірюють у відсотках. Даний показник, виходячи з зазначених вище даних, обчислюється за формулою:? = (A / Q) * 100%, де? («ця») – це бажаний ККД, A – придатна робота системи, Q – сумовані витрати енергії, A та Q вимірюються в Джоулях.

2. Вказаний вище метод обчислення ККД не є винятковим, тому що придатна робота системи (A) обчислюється за формулою: A = Po-Pi, де Po – підведена системі енергія ззовні, Pi – втрати енергії під час роботи системи. Розгорнувши чисельник зазначеної вище формули, її можна записати надалі: ? = ((Po-Pi)/Po) * 100%.

3. Щоб обчислення ККД було більш виразним і наочним, можна розглянути приклади. Приклад 1: Придатна робота системи дорівнює 75 Дж, сума витраченої її роботи енергії становить 100 Дж, потрібно виявити ККД цієї системи. Для вирішення цього завдання застосуйте найпершу формулу: ? = 75/100 = 0.75 чи 75%Ответ: ККД запропонованої системи становить 75%.

4. Приклад 2: Енергія, що підводиться для роботи мотора, становить 100 Дж, втрати енергії при роботі цього мотора 25 Дж, потрібно обчислити ККД. Для вирішення запропонованої задачі скористайтесь 2-ою формулою підрахунку бажаного показника: ? = (100-25)/100 = 0.75 чи 75%. Результати в обох прикладах вийшли ідентичні, чай у другому випадку були детальніше розібрані дані чисельника.

Зверніть увагу! Багато типи сучасних моторів (скажімо, ракетний мотор чи турбовоздушный) мають кілька щаблів своєї роботи, й у всій щаблі існує свій ККД, який обчислюється за кожною із зазначених формул. Але щоб виявити загальний показник, доведеться перемножити всі відомі ККД на всіх етапах роботи цього двигуна:? = ?1 *? 2 *? 3 * ... *?.

Корисна рада ККД не може бути більше одиниці, чай під час роботи будь-якої системи неминуче виникають втрати енергії.

Попутні перевезення є різновидом транспортних перевезень, що полягає в завантаженні транспортного засобу, що здійснює холостий пробіг. Обстановки, коли транспорт змушений пересуватися без вантажу, зустрічаються досить часто, причому, як, і пізніше виконання наміченого транспортного замовлення. Для підприємства можливість взяти додатковий вантаж означає, як мінімум, зниження фінансових втрат.

Інструкція

1. Оцініть результативність застосування попутних вантажоперевезень реально для підприємства. Значним моментом, що слід усвідомити, є той факт, що попутний вантаж може бути перевезений у той час, коли транспорт вимушено переміщується порожняком після здійснення первинної (стрижневої) транспортної заявки. Якщо у діяльності вашого підприємства такі ситуації зустрічаються регулярно, відважно обирайте такий метод оптимізації перевезень.

2. Оцініть, який попутний вантаж за масою та габаритами може перевезти ваш транспортний засіб. Попутний вантаж може бути економічно виграшним навіть у тому випадку, якщо частина вантажного простору вашого автомобіля виявиться незайнятою.

3. Продумайте, з яких точок основного маршруту ви зможете взяти попутний вантаж. Комфортніше за кожного, якщо такий вантаж ви можете отримати у фінальній точці планового маршруту та довезти його до місця, де розташоване ваше транспортне підприємство. Але така ситуація може зустрітися не завжди. Отже розгляньте також можливість деякого відхилення від маршруту, прорахувавши, очевидно, економічну раціональність такого метаморфози.

4. Дізнаєтеся, чи не потрібне зворотне перевезення вантажу підприємству, в яке ви робите планове вантажоперевезення. У цьому випадку значно простіше домовитися про ціну питання та забезпечити безпеку додаткового взаємовигідного співробітництва.

5. Виявіть кілька спеціалізованих інтернет-порталів, які надають інформаційні служби у сфері вантажоперевезень. Як водиться, сайти таких компаній мають відповідні розділи, що дозволяють розшукати попутний вантаж на шляху вашого проходження та залишити відповідну заявку. Найчастіше застосування такої ймовірності вимагає, як мінімум, реєстрації на сайті. Буде досконало, якщо інформаційне джерело має вбудовані ймовірності для логістичного огляду зустрічних пропозицій.

6. Не зневажайте збірними перевезеннями, коли у вибраному напрямку на одному виді транспорту перевозяться вантажі малого габариту від різних клієнтів. При цьому транспорт повинен робити човникові маршрути за вибраними напрямками.

Зверніть увагу! Виявити попутний вантаж – абсолютно неважко! Основне завдання роботи нашого обслуговування - пошук різних завантажень, який користувачі можуть здійснювати не тільки з максимальною для себе зручністю, але і ідеально задарма. За допомогою нашої системи, робота якої ґрунтується на застосуванні сучасних інформаційних спецтехнологій, виявити вантаж можна дуже легко.

Мабуть, Ви вирішили купити або взяти в оренду величезний вантажний автомобіль, за допомогою якого Ви маєте намір заробляти гроші, шляхом перевезень вантажів по Росії, СНД та Європі. Все одно, наймете Ви водія або самі на ньому їздитимете, Вам знадобляться замовники, тобто вантажі для перевезення. Тоді Ви неодмінно подумаєте або вже замислилися, де і як знайти вантажі для власного вантажного автомобіля?

Щоб виявити показник придатного впливу будь-якого двигуна, треба придатну роботу розділити на витрачену і помножити на 100 відсотків. Для теплового двигуна виявіть цю величину по відношенню до потужності, помноженої на тривалість роботи, до тепла, що виділилося при згорянні палива. Теоретично ККД теплового двигуна визначається за співвідношенням температур холодильника та нагрівача. Для електричних двигунів виявіть відношення його потужності до потужності споживаного струму.

Вам знадобиться

• паспорт двигуна внутрішнього згоряння (ДВС), термометр, тестер

Інструкція

1. Визначення ККД ДВЗ Виявіть у технічній документації даного певного двигуна його потужність. Залийте в його бак кілька палива і запустіть двигун, щоб він пропрацював деякий час на повних циклах, розвиваючи максимальну потужність, вказану в паспорті. За допомогою секундоміра засікайте час роботи двигуна, виразивши його в секундах. Через деякий час зупиніть двигун і злийте залишки палива. Відібравши від вихідного обсягу залитого палива фінальний обсяг, виявіть обсяг витраченого палива. Застосовуючи таблицю, виявіть його густину і помножте на об'єм, отримавши масу витраченого палива m=? V. Масу висловіть у кілограмах. Залежно від виду палива (бензин чи дизельне пальне), визначте по таблиці його питому теплоту згоряння. Для визначення ККД максимальну потужність помножте на час роботи двигуна і на 100%, а результат ступінчасто поділіть на його масу та питому теплоту згоряння ККД = P t 100%/(q m).

2. Для досконалої теплової машини, можна застосувати формулу Карно. Для цього дізнайтеся температуру згоряння палива та виміряйте температуру холодильника (вихлопних газів) спеціальним термометром. Переведіть температуру, виміряну в градусах Цельсія в безумовну шкалу, до чого до значення додайте число 273. Для визначення ККД від числа 1 відніміть відношення температур холодильника і нагрівача (температуру згоряння палива) ККД =(1-Тхол/Тнаг) 100%. Даний варіант розрахунку ККД не розглядає механічне тертя та теплообмін із зовнішнім середовищем.

3. Визначення ККД електродвигуна Дізнайтеся номінальну потужність електродвигуна за технічною документацією. Підключіть його до джерела струму, досягши максимальних циклів валу, і за допомогою тестера виміряйте значення напруги на ньому і силу струму в ланцюзі. Для визначення ККД заявлену в документації потужність, поділіть на добуток сили струму на напругу, підсумок помножте на 100% ККД = P 100% / (I U).

Відео на тему

Зверніть увагу! У всіх розрахунках ККД має бути менше 100%.

Для огляду нормальної динаміки населення соціологам необхідно визначити загальні коефіцієнти. Основними з них є показники народжуваності, смертності, шлюбності та натуральної парафії. Спираючись на них, можна скласти демографічну картину в даний момент часу.

Інструкція

1. Зверніть увагу на те, що загальний показник є відносним показником. Так, кількість тих, хто народився за певний період, скажімо, за рік, відрізнятиметься від загального показника народжуваності. Пов'язано це з тим, що при його знаходженні враховуються дані про загальну кількість населення. Це уможливлює зіставлення поточних результатів досліджень з підсумками минулих років.

2. Визначте розрахунковий період. Скажімо, щоб виявити показник шлюбності, треба визначити, за який період часу кількість укладених шлюбів вас хвилює. Так, дані за останнє півріччя істотно відрізнятимуться від тих, які ви отримаєте при визначенні п'ятирічного тимчасового проміжку. Розглядайте, що розрахунковий період при обчисленні загального показника зазначається у роках.

3. Визначте загальну кількість населення. Подібного роду дані можна отримати, звернувшись до даних перепису населення. Для визначення загальних показників народжуваності, смертності, шлюбності та розведення вам потрібно виявити твір загальної чисельності населення та розрахункового періоду. Число, що вийшло, запишіть у знаменник.

4. Поставте на місце чисельника безумовний показник, що відповідає бажаному відносному. Скажімо, якщо перед вами стоїть завдання визначити загальний показник народжуваності, то на місці чисельника має знаходитися число, що відображає загальну кількість народжених дітей за період, що вас хвилює. Якщо вашою метою є визначення ярусу смертності чи шлюбності, то місце чисельника поставте число померлих в розрахунковий період чи кількість які одружилися, відповідно.

5. Помножте число, що вийшло на 1000. Це і буде бажаний вами загальний показник. Якщо перед вами стоїть завдання виявити загальний показник приходу, то відніміть з показника народжуваності показник смертності.

Відео на тему

Під словом «робота» сприймається раніше за кожного дію, яка дає людині кошти для існування. Іншими словами, за неї він отримує фізичну винагороду. Тим не менш, люди готові у свій вільний час або задарма, або за суто символічну плату брати участь також у соціально-придатній роботі, спрямованій на підтримку нужденним, благоустрій дворів та вулиць, озеленення тощо. Число таких добровольців напевно було б ще величезним, але вони нерідко не знають, де можуть знадобитися їхні служби.

Інструкція

1. Один із найзнаменитіших видів соціально-придатної роботи – благодійність. Вона включає допомогу нужденним, суспільно незахищеним групам населення: інвалідам, старим, безпритульним. Словом, кожним тим, хто з якоїсь причини опинився у тяжкій життєвій обстановці.

2. Добровольцям, які бажають взяти посильну участь у наданні такої допомоги, слід звернутися до найближчих філантропічних організацій або відділів громадської допомоги. Можете навести довідки у найближчій церкві – священнослужитель напевно знає, хто з його пастви потребує підтримки.

3. Також ви можете виявити ініціативу буквально за місцем проживання - в багатоквартирному будинку напевно живуть самотні пенсіонерки, інваліди або матері-одиначки, у яких весь рубль на рахунку. Надайте їм посильну допомогу. Вона зовсім не обов'язково повинна полягати в грошовому пожертвуванні - можна, скажімо, іноді ходити в магазин за товарами або в аптеку за ліками.

4. Багато людей бажають взяти участь у благоустрої рідного міста. Їм варто зв'язатися з відповідними конструкціями місцевого муніципалітету, скажімо, тими, які відповідають за прибирання територій, озеленення. Робота, напевно, знайдеться. Крім того, можна, скажімо, з власної ініціативи розбити клумбу під вікнами будинку, посадити квіти.

5. Є люди, які дуже люблять тварин, які бажають допомогти бездоглядним собакам і кішкам. Якщо ви належите до цієї категорії, зв'яжіться з місцевими організаціями зоозахисників або з власниками притулків для тварин. Ну а якщо ви живете у величезному місті, де є зоопарки, дізнайтесь у адміністрації, чи не потрібні помічники з догляду за звіриними. Як водиться, такі пропозиції допомоги зустрічають із вдячністю.

6. Неможливо забувати і про виховання підростаючого покоління. Якщо ентузіаст-доброволец зможе, скажімо, вести заняття у якомусь шкільному гуртку чи центрі культури та творчості, він принесе цим велику користь. Словом, соціально-придатної роботи для небайдужих людей знайдеться багато, про всяк смак та ймовірність. Було б бажання.

Показник зволоження - показник, що використовується визначення параметрів мікроклімату. Розрахувати його можна, маючи інформацію про випадання опадів у регіоні протягом досить тривалого періоду.

Показник зволоження

Коефіцієнт зволоження є особливий показник, розроблений експертами у сфері метеорології з метою оцінки ступеня вологості мікроклімату у тому чи іншому регіоні. При цьому було прийнято до уваги, що мікроклімат є багаторічним відгуком погодних умов у цій місцевості. Отже, розглядати показник зволоження також було вирішено в довгих часових рамках: як водиться, даний показник розраховується на основі даних, зібраних протягом року. Таким чином, показник зволоження показує, наскільки величезна кількість опадів, що випадають протягом цього періоду в регіоні. Це, своєю чергою, одна із основних чинників, визначальних превалюючий тип рослинності у цій місцевості.

Розрахунок показника зволоження

Формула розрахунку показника зволоження виглядає подальшим чином: K = R / E. У зазначеній формулі символом K позначено власне показник зволоження, а символом R - кількість опадів, що вивалилися в цій місцевості протягом року, виражене в міліметрах. Нарешті, символом E позначається кількість опадів, що випарувалося з землі, за той самий період. Вказана кількість опадів, яка також виражається в міліметрах, залежить від типу ґрунту, температури в даному регіоні у певний період часу та інших факторів. Отже незважаючи на простоту наведеної формули, розрахунок показника зволоження вимагає проведення великої кількості завчасних вимірювань за допомогою точних приладів і може бути здійснений тільки силами досить величезного колективу метеорологів. У свою чергу, значення показника зволоження на певній території, що розглядає всі ці показники, як водиться , дозволяє з високим ступенем достовірності визначити, який тип рослинності переважає у цьому регіоні. Так, якщо показник зволоження перевищує 1, це говорить про високий рівень вологості на даній території, що тягне за собою перевагу таких типів рослинності як тайга, тундра або лісотундра. Задоволений рівень вологості відповідає показнику зволоження, що дорівнює 1, і, як водиться, характеризується переважанням змішаних або широколистяних лісів. Показник зволоження в межах від 0,6 до 1 характерний для лісостепових масивів, від 0,3 до 0,6 – для степів, від 0,1 до 0,3 – для напівпустельних територій, а від 0 до 0,1 – для пустель .

Відео на тему

jprosto.ru

Коефіцієнт корисної дії

Припустимо, ми відпочиваємо на дачі, і нам потрібно принести з криниці води. Ми опускаємо в нього відро, зачерпуємо воду та починаємо піднімати. Чи не забули, яка наша мета? Правильно: набрати води. Але погляньте: ми піднімаємо не лише воду, а й саме відро, а також важкий ланцюг, на якому воно висить. Це символізує двокольорова стрілка: вага вантажу, що піднімається нами, складається з ваги води і ваги відра і ланцюга.

Розглядаючи ситуацію якісно, ​​ми скажемо: поряд із корисною роботою з підйому води ми здійснюємо й іншу роботу – підйом відра та ланцюга. Зрозуміло, без ланцюга та відра ми не змогли б набрати води, проте, з погляду кінцевої мети, їхня вага «шкодить» нам. Якби ця вага була б меншою, то й повна виконана робота теж була б меншою (при тій же корисній).

Тепер перейдемо до кількісного вивчення цих робіт і запровадимо фізичну величину, яка називається коефіцієнтом корисної дії.

Завдання. Яблука, відібрані для переробки, вантажник висипає з кошиків у вантажівку. Маса порожнього кошика 2 кг, а яблук у ньому – 18 кг. Чому дорівнює частка корисної роботи вантажника від повної роботи?

Рішення. Повною роботою є переміщення яблук у кошиках. Ця робота складається з підйому яблук та підйому кошиків. Важливо: підняття яблук – корисна робота, а підняття кошиків – «непотрібна», тому що мета роботи вантажника – перемістити тільки яблука.

Введемо позначення: Fя – сила, з якої руки піднімають нагору лише яблука, а Fк – сила, з якою руки піднімають нагору лише кошик. Кожна з цих сил дорівнює відповідній силі тяжкості: F = mg.

Користуючись формулою A = ±(F||· l) , «розпишемо» роботи цих двох сил:

Aкорисн = +Fя · lя = mя g · h і Aбезкорисн = +Fк · lк = mк g · h

Повна робота складається з двох робіт, тобто дорівнює їх сумі:

Aповн = Aкорисн + Aбезкорисн = mя g h + mк g h = (mя + mк) · g h

У завданні нас просять вирахувати частку корисної роботи вантажника від повної роботи. Зробимо це, поділивши корисну роботу на повну:

У фізиці такі частки прийнято виражати у відсотках та позначати грецькою літерою «η» (читається: «ця»). У результаті отримаємо:

η = 0,9 або η = 0,9 ·100% = 90%, що те саме.

Це показує, що з 100% повної роботи вантажника частка його корисної роботи становить 90%. Завдання вирішено.

Фізична величина, що дорівнює відношенню корисної роботи до повної виконаної роботи, у фізиці має власну назву - ККД - коефіцієнт корисної дії:

Після обчислення ККД за цією формулою його прийнято множити на 100%. І навпаки: для підстановки ККД у цю формулу його значення потрібно перевести з відсотків у десятковий дріб, поділивши на 100%.

questions-physics.ru

ККД теплового двигуна. ККД теплового двигуна

Роботу багатьох видів машин характеризує такий важливий показник, як ККД теплового двигуна. Інженери з кожним роком прагнуть створювати більш досконалу техніку, яка за менших витрат палива давала б максимальний результат від його використання.

Пристрій теплового двигуна

Перш ніж розумітися на тому, що таке ККД (коефіцієнт корисної дії), необхідно зрозуміти, як працює цей механізм. Без знання принципів його дії не можна з'ясувати суть цього показника. Тепловим двигуном називають пристрій, який здійснює роботу завдяки використанню внутрішньої енергії. Будь-яка теплова машина, що перетворює теплову енергію на механічну, використовує теплове розширення речовин при підвищенні температури. У твердотільних двигунах можлива не лише зміна об'єму речовини, а й форми тіла. Дія такого двигуна підпорядкована законам термодинаміки.

Принцип функціонування

Для того щоб зрозуміти, як працює тепловий двигун, необхідно розглянути основи його конструкції. Для функціонування приладу необхідні два тіла: гаряче (нагрівач) та холодне (холодильник, охолоджувач). Принцип дії теплових двигунів (ККД теплових двигунів) залежить від їхнього виду. Найчастіше холодильником виступає конденсатор пари, а нагрівачем - будь-який вид палива, що згорає у топці. ККД ідеального теплового двигуна знаходиться за такою формулою:

ККД = (нагрів. - Тхолод.) / Тнагрів. х 100%.

При цьому ККД реального двигуна ніколи не зможе перевищити значення, отриманого згідно з цією формулою. Також цей показник ніколи не перевищить вищезазначеного значення. Щоб підвищити ККД, найчастіше збільшують температуру нагрівача та зменшують температуру холодильника. Обидва ці процеси будуть обмежені реальними умовами роботи устаткування.

При функціонуванні теплового двигуна відбувається робота, у міру якої газ починає втрачати енергію і охолоджується до певної температури. Остання, як правило, на кілька градусів вище за навколишню атмосферу. Це температура холодильника. Такий спеціальний пристрій призначений для охолодження з наступною конденсацією відпрацьованої пари. Там, де є конденсатори, температура холодильника іноді нижче температури навколишнього середовища.

У тепловому двигуні тіло при нагріванні та розширенні не здатне віддати всю свою внутрішню енергію для виконання роботи. Якась частина теплоти буде передана холодильнику разом із вихлопними газами або парою. Ця частина теплової внутрішньої енергії неминуче губиться. Робоче тіло при згорянні палива одержує від нагрівача певну кількість теплоти Q1. При цьому воно ще здійснює роботу A, під час якої передає холодильнику частину теплової енергії: Q2

ККД характеризує ефективність двигуна у сфері перетворення та передачі енергії. Цей показник часто вимірюється у відсотках. Формула ККД:

η*A/Qx100 %, де Q - витрачена енергія, А - корисна робота.

Виходячи із закону збереження енергії, можна дійти невтішного висновку, що ККД буде завжди менше одиниці. Іншими словами, корисної роботи ніколи не буде більше, ніж на неї витрачено енергію.

ККД двигуна – це відношення корисної роботи до енергії, повідомленої нагрівачем. Його можна подати у вигляді такої формули:

η = (Q1-Q2)/ Q1, де Q1 - теплота, отримана від нагрівача, а Q2 - віддана холодильнику.

Робота теплового двигуна

Робота, що здійснюється тепловим двигуном, розраховується за такою формулою:

A = | QH | - |QX|, де А - робота, QH - кількість теплоти, що отримується від нагрівача, QX - кількість теплоти, що віддається охолоджувачу.

|QH| - | QX |) / | QH | = 1 - | QX | / | QH |

Він дорівнює відношенню роботи, яку здійснює двигун, до кількості отриманої теплоти. Частина теплової енергії при цій передачі губиться.

Двигун Карно

Максимальне КПД теплового двигуна відзначається у приладу Карно. Це зумовлено тим, що у зазначеній системі він залежить тільки від абсолютної температури нагрівача (Тн) та охолоджувача (Тх). ККД теплового двигуна, що працює за циклом Карно, визначається за такою формулою:

(Тн - Тх) / Тн = - Тх - Тн.

Закони термодинаміки дозволили вирахувати максимальний ККД, який можливий. Вперше цей показник вирахував французький вчений та інженер Саді Карно. Він вигадав теплову машину, яка функціонувала на ідеальному газі. Вона працює за циклом з 2 ізотерм та 2 адіабат. Принцип її роботи досить простий: до посудини з газом підводять контакт нагрівача, унаслідок чого робоче тіло розширюється ізотермічно. При цьому воно функціонує та отримує певну кількість теплоти. Після посудини теплоізолюють. Попри це газ продовжує розширюватися, але вже адіабатно (без теплообміну з навколишнім середовищем). Саме тоді його температура знижується до показників холодильника. У цей момент газ контактує з холодильником, внаслідок чого віддає певну кількість теплоти при ізометричному стиску. Потім посудину знову теплоізолюють. При цьому газ адіабатно стискається до початкового обсягу та стану.

Різновиди

В наш час існує багато типів теплових двигунів, які працюють за різними принципами та на різному паливі. Усі мають свій ККД. До них належать такі:

Двигун внутрішнього згоряння (поршневий), що є механізмом, де частина хімічної енергії згоряючого палива переходить в механічну енергію. Такі прилади можуть бути газовими та рідинними. Розрізняють 2- та 4-тактні двигуни. У них може бути робочий цикл безперервної дії. За методом приготування суміші палива такі двигуни бувають карбюраторними (із зовнішнім сумішоутворенням) та дизельними (з внутрішнім). За видами перетворювача енергії їх поділяють поршневі, реактивні, турбінні, комбіновані. ККД таких машин не перевищує показника 0,5.

Двигун Стірлінга – прилад, у якому робоче тіло знаходиться у замкнутому просторі. Він є різновидом двигуна зовнішнього згоряння. Принцип його дії ґрунтується на періодичному охолодженні/нагріві тіла з отриманням енергії внаслідок зміни його об'єму. Це один із найефективніших двигунів.

Турбінний (роторний) двигун із зовнішнім згорянням палива. Такі установки найчастіше трапляються на теплових електричних станціях.

Турбінний (роторний) ДВЗ використовується на теплових електричних станціях у піковому режимі. Не дуже поширений, як інші.

Турбіногвинтовий двигун за рахунок гвинта створює деяку частину тяги. Решту він одержує за рахунок вихлопних газів. Його конструкція є роторним двигуном (газова турбіна), на вал якого насаджують повітряний гвинт.

Інші види теплових двигунів

Ракетні, турбореактивні та реактивні двигуни, які отримують тягу за рахунок віддачі вихлопних газів.

Твердотільні двигуни використовують як паливо тверде тіло. Працюючи змінюється не його обсяг, а форма. Під час експлуатації обладнання використовується гранично малий перепад температури.

Як можна підвищити ККД

Чи можливе підвищення ККД теплового двигуна? Відповідь потрібно шукати у термодинаміці. Вона вивчає взаємні перетворення різних видів енергії. Встановлено, що не можна всю наявну теплову енергію перетворити на електричну, механічну тощо. При цьому перетворення їх на теплову відбувається без будь-яких обмежень. Це можливо через те, що природа теплової енергії ґрунтується на невпорядкованому (хаотичному) русі частинок.

Чим сильніше розігрівається тіло, тим швидше рухатимуться його молекули. Рух частинок стане ще безладнішим. Поряд із цим усі знають, що порядок можна легко перетворити на хаос, який дуже важко впорядкувати.

fb.ru

Коефіцієнт корисної дії (ККД) - термін, який можна застосувати, мабуть, до кожної системи та пристрою. Навіть у людини є ККД, правда, напевно, поки що не існує об'єктивної формули для її знаходження. У цій статті докладно розповімо, що таке ККД і як його можна розрахувати для різних систем.

ККД-визначення

ККД - це показник, що характеризує ефективність тієї чи іншої системи щодо віддачі чи перетворення енергії. ККД - безмірна величина і є або числовим значенням в діапазоні від 0 до 1, або у відсотках.

Загальна формула

ККД позначається символом Ƞ.

Загальна математична формула знаходження ККД записується так:

?=А/Q, де А - корисна енергія/робота, виконана системою, а Q - енергія, що споживається цією системою для організації процесу отримання корисного виходу.

Коефіцієнт корисної дії, на жаль, завжди менше одиниці або дорівнює їй, оскільки згідно із законом збереження енергії ми не можемо отримати роботи більше, ніж витрачено енергії. Крім того, ККД насправді вкрай рідко дорівнює одиниці, оскільки корисна робота завжди супроводжується наявністю втрат, наприклад, на нагрівання механізму.

ККД теплового двигуна

Тепловий двигун - це пристрій, що перетворює теплову енергію на механічну. У тепловому двигуні робота визначається різницею кількості теплоти, отриманої від нагрівача, та кількості теплоти, відданої охолоджувачу, а тому ККД визначається за формулою:

• ?=Qн-Qх/Qн, де Qн - кількість теплоти, отримана від нагрівача, а Qх - кількість теплоти, віддане охолоджувачу.

Вважається, що високий ККД забезпечують двигуни, що працюють за циклом Карно. У цьому випадку ККД визначається за такою формулою:

• Ƞ=T1-T2/T1, де Т1 – температура гарячого джерела, T2 – температура холодного джерела.

ККД електричного двигуна

Електричний двигун - це пристрій, який перетворює електричну енергію на механічну, так що ККД у даному випадку - це коефіцієнт ефективності пристрою щодо перетворення електричної енергії на механічну. Формула знаходження ККД електричного двигуна виглядає так:

• ? = P2/P1, де P1 - підведена електрична потужність, P2 - корисна механічна потужність, вироблена двигуном.

Електрична потужність знаходиться як добуток струму та напруги системи (P=UI), а механічна - як відношення роботи до одиниці часу (P=A/t)

ККД трансформатора

Трансформатор - це пристрій, який перетворює змінний струм однієї напруги на змінний струм іншої напруги, зберігаючи частоту. Крім того, трансформатори також можуть перетворювати змінний струм на постійний.

Коефіцієнт корисної дії трансформатора знаходиться за формулою:

• ?=1/1+(P0+PL*n2)/(P2*n), де P0 - втрати режиму холостого ходу, PL - навантажувальні втрати, P2 - активна потужність, що віддається навантаженню, n - відносний ступінь навантаження.

ККД чи не ККД?

Варто зауважити, що крім ККД існує ще ряд показників, які характеризують ефективність енергетичних процесів, і іноді ми можемо зустріти описи типу - ККД близько 130%, проте в даному випадку потрібно розуміти, що термін застосований не зовсім коректно, і найімовірніше автор або виробник розуміє під даною абревіатурою дещо іншу характеристику.

Наприклад, теплові насоси відрізняються тим, що можуть віддавати більше теплоти, ніж витрачають. Так, холодильна машина може відвести від об'єкта, що охолоджується, більше теплоти, ніж витрачено в енергетичному еквіваленті на організацію відведення. Показник ефективності холодильної машини називається холодильним коефіцієнтом, позначається літерою і визначається за формулою: Qx/A, де Qx - тепло, що відводиться від холодного кінця, A - робота, витрачена на процес відведення. Однак іноді холодильний коефіцієнт називають і ККД холодильної машини.

Цікаво також, що ККД котлів, що працюють на органічному паливі, зазвичай розраховується за нижчою теплотою згоряння, при цьому він може вийти більше одиниці. Проте його все одно традиційно називають ККД. Можна визначати ККД котла за вищою теплотою згоряння, і тоді він завжди буде менше одиниці, проте в цьому випадку незручно порівнюватиме показники котлів з даними інших установок.

Cлайд 1

Муніципальний автономний загальноосвітній заклад «Середня загальноосвітня школа № 1» м.Мала Вішера, Новгородської області Алгоритм вирішення завдань на визначення к.п.д. теплового циклу за графіком залежності тиску від обсягу Склала Лук'янець Надія Миколаївна вчитель фізики вищої кваліфікаційної категорії 2011

Cлайд 2

Завдання визначення коефіцієнта корисної дії за графіком залежності тиску від обсягу. Розрахуйте ККД теплової машини, яка використовує як робоче тіло одноатомний ідеальний газ і працює за циклом, зображеним на малюнку. Поява нових малюнків та записів відбувається лише після клацання миші.

Cлайд 3

Завдання визначення коефіцієнта корисної дії за графіком залежності тиску від обсягу. Розрахуйте ККД теплової машини, яка використовує як робоче тіло одноатомний ідеальний газ і працює за циклом, зображеним на малюнку.

Cлайд 4

Підказка №1 Отже, необхідно визначити в кожному процесі зміни температури отримано, або віддано кількість теплоти. Розрахунок кількості теплоти виробляють виходячи з першого закону термодинаміки.

Cлайд 5

Підказка №2 Робота, виконана у будь-якому процесі, чисельно дорівнює площі фігури укладеної під графіком координатах P(V). Площа заштрихованої фігури дорівнює роботі в процесі 2-3, а площа зафарбованої фігури - роботі в процесі 4-1, причому саме ця робота газу є негативною, т.к. від 4 до 1 обсяг зменшується. Робота за цикл дорівнює сумі цих робіт. Отже робота газу за цикл чисельно дорівнює площі цього циклу.

Cлайд 6

Алгоритм розв'язання задачі. 1. Записати формулу ККД. 2. Визначити роботу газу площею фігури процесу координатах P,V. 3. Проаналізувати у якому з процесів поглинається, а чи не виділяється кількість теплоти. 4.Використовуючи 1 закон термодинаміки, підрахувати отриману кількість теплоти. 5. Підрахувати ККД.

Cлайд 7

1. Записати формулу ККД. 2. Визначити роботу газу площею фігури процесу координатах P,V. Рішення

Cлайд 8

1. Процес1-2. V = const, P T Q поглинається 2. Процес 2 – 3. P = const, V , T Q поглинається 3. Процес 3 – 4. V = const, P , T Q виділяється 4. Процес 4 – 1. P = const, V , T Q 3. Проаналізувати в якому з процесів поглинається, а не виділяється кількість теплоти.

Cлайд 9

Для процесу 1-2 4. Використовуючи 1 закон термодинаміки, підрахувати отриману кількість теплоти. отже Для ізохорного процесу Віднімемо з нижнього рівняння верхнє

« Фізика – 10 клас»

Для вирішення завдань треба скористатися відомими виразами для визначення ККД теплових машин і мати на увазі, що вираз (13.17) справедливий тільки для ідеальної теплової машини.

Завдання 1.

У казані парової машини температура 160 °С, а температура холодильника 10 °С.
Яку максимальну роботу може теоретично здійснити машина, якщо в топці, коефіцієнт корисної дії якої 60 %, спалено вугілля масою 200 кг із питомою теплотою згоряння 2,9 10 7 Дж/кг?

Рішення.

Максимальну роботу може здійснити ідеальна теплова машина, що працює за циклом Карно, ККД якої η = (Т 1 - Т 2)/Т 1 де Т 1 і Т 2 - абсолютні температури нагрівача і холодильника. Для будь-якої теплової машини ККД визначається за формулою η = A/Q 1 де А - робота, що здійснюється тепловою машиною, Q 1 - кількість теплоти, отриманої машиною від нагрівача.
З умови завдання ясно, що Q 1 - це частина кількості теплоти, що виділилася при згорянні палива: Q 1 = η 1 mq.

Тоді звідки А = η 1 mq(1 – Т 2 /Т 1) = 1,2 10 9 Дж.

Завдання 2.

Парова машина потужністю N = 14,7 кВт споживає за 1 годину роботи паливо масою m = 8,1 кг, з питомою теплотою згоряння q = 3,3 10 7 Дж/кг.
Температура казана 200 °С, холодильника 58 °С.
Визначте ККД цієї машини та порівняйте його з ККД ідеальної теплової машини.

Рішення.

ККД теплової машини дорівнює відношенню скоєної механічної роботи А до витраченої кількості теплоти Qlt, що виділяється при згорянні палива.
Кількість теплоти Q1 = mq.

Здійснена за цей час робота А = Nt.

Таким чином, η = A/Q 1 = Nt/qm = 0,198, або η ≈ 20%.

Для ідеальної теплової машини η < η ид.

Завдання 3.

Ідеальна теплова машина з ККД працює за зворотним циклом (рис. 13.15).

Яку максимальну кількість теплоти можна забрати від холодильника, здійснивши механічну роботу А?

Оскільки холодильна машина працює за зворотним циклом, то для переходу тепла від менш нагрітого тіла до більш нагрітого необхідно, щоб зовнішні сили здійснили позитивну роботу.
Принципова схема холодильної машини: від холодильника відбирається кількість теплоти Q 2 зовнішніми силами здійснюється робота і нагрівачеві передається кількість теплоти Q 1 .
Отже, Q 2 = Q 1 (1 - η), Q 1 = A/η.

Остаточно Q 2 = (A / η) (1 - η).

Джерело: «Фізика – 10 клас», 2014, підручник Мякішев, Буховцев, Сотський

Основи термодинаміки. Теплові явища - Фізика, підручник для 10 класу - Класна фізика