кпд 0 что это значит

КПД — что это, по какой формуле считается и как найти КПД тепловой машины или механизма

Здравствуйте, уважаемые читатели блога KtoNaNovenkogo.ru. Эта аббревиатура вряд ли требует расшифровки: она неизвестна разве что тем, у кого в школе был «неуд» по физике.

Но для забывчивых всё же напомним, что под этим сокращением скрывается коэффициент полезного действия. Что же собой представляет эта величина?

кпд 0 что это значит. Смотреть фото кпд 0 что это значит. Смотреть картинку кпд 0 что это значит. Картинка про кпд 0 что это значит. Фото кпд 0 что это значит

Поговорим о ней простым и понятным языком – это может пригодиться даже в повседневной жизни.

Что такое КПД в физике и какова его формула

Для выполнения какой-либо работы необходимо затратить определённое количество энергии. Чтобы ехал велосипед, вы тратите мышечную энергию крутя педали. Чтобы двигался автомобиль, используется энергия сжигаемого топлива (бензина, солярки или газа).

Для горения лампочки требуется энергия электрического тока. Список можно продолжать до бесконечности. Точку можно поставить на солнечной энергии, благодаря которой существует жизнь на Земле.

Далее возникает логичный вопрос: а насколько эффективно расходуется эта энергия? В идеале хотелось бы, чтобы вся она шла «в дело», то есть использовалась только по прямому назначению. Но, к сожалению, на практике такого не бывает.

Затраченная энергия будет всегда больше, чем полезная работа, так как для достижения основной цели (движение, подъём груза, освещение, отопление и т.д.) часть энергии неизбежно уйдёт на неустранимые потери (преодоление силы трения, нагрев электропроводки, выброс продуктов горения в атмосферу и т.д.). Понятно, что чем меньше такие потери, тем лучше.

Критерием того, насколько эффективно работает система (устройство, агрегат, двигатель, машина и т.д.), служит показатель, получивший название коэффициент полезного действия (КПД).

кпд 0 что это значит. Смотреть фото кпд 0 что это значит. Смотреть картинку кпд 0 что это значит. Картинка про кпд 0 что это значит. Фото кпд 0 что это значит

Иными словами, КПД показывает, какова доля полезной работы в общих энергозатратах. Математически КПД (чаще всего обозначается символом ŋ) определяется по формуле:

кпд 0 что это значит. Смотреть фото кпд 0 что это значит. Смотреть картинку кпд 0 что это значит. Картинка про кпд 0 что это значит. Фото кпд 0 что это значит

где A — полезная энергия (работа);
Q — энергия, затраченная на совершение полезной работы.

Понятно, что ŋ – величина безразмерная и не может быть больше единицы (да и равной единице она может быть чисто теоретически).

Выражается она в виде десятичной дроби либо в процентах (в последнем случае в формулу вставляется множитель х100).

Так, если КПД равен 0,9 (90%), то это значит, что 10% полезной мощности составили безвозвратные потери.

КПД теплового двигателя (машины)

Под тепловым двигателем понимается машина (агрегат), в которой энергия, высвобождающаяся в процессе расширения рабочего тела, преобразуется в механическую работу.

В качестве рабочего тела обычно выступает газ или газообразные вещества (пары бензина, водяной пар и т.п.).

Тепловые машины работают по замкнутому циклу. Это значит, что процесс преобразования энергии и сопутствующей теплопередачи периодически повторяется, а рабочее тело совершает круговой цикл, возвращаясь в исходное состояние.

К тепловым двигателям относятся:

Используя положения предыдущего параграфа, КПД тепловой машины можно сформулировать как отношение полезной работы, совершённой за один цикл, к энергии (количеству теплоты), поступившей от энергоносителя (нагревателя).

Тогда формулу (1) можно преобразовать следующим образом:

кпд 0 что это значит. Смотреть фото кпд 0 что это значит. Смотреть картинку кпд 0 что это значит. Картинка про кпд 0 что это значит. Фото кпд 0 что это значит

где Q1 — количество теплоты, полученное двигателем от нагревателя за цикл;
Q2 — количество теплоты, отданное двигателем охладителю (холодильнику) за цикл;
Q1 – Q2 – количество теплоты, которое пошло на совершение работы.

Предположим, что Q1 = Q2, то есть на совершение полезной работы ничего не осталось – вся энергия «ушла в трубу». Тогда и КПД будет нулевым. Если же Q2 = 0, то есть вся энергия отдана полезной работе (потери отсутствуют), то КПД будет равен 1.

Но это теория, на практике ни то ни другое нереалистично. В первом случае двигатель просто бесполезен, во втором – идеален, но недосягаем.

Значения КПД для различных типов тепловых двигателей приведены ниже.

кпд 0 что это значит. Смотреть фото кпд 0 что это значит. Смотреть картинку кпд 0 что это значит. Картинка про кпд 0 что это значит. Фото кпд 0 что это значит

Самым большим КПД обладают тепловые двигатели, работающие на основе цикла Карно (процесс назван в честь французского инженера, открывшего это явление в 1824 г.). В термодинамике оно характеризует круговой цикл, включающий в себя две стадии: расширение и сжатие рабочего тела.

Причём на протяжении обеих стадий попеременно проходят два процесса: изотермический (протекающий при постоянной температуре), и адиабатический (протекающий без теплообмена с окружающей средой). Максимальное значение КПД здесь достигается за счёт того, что тела с разной температурой не контактируют, а значит, без осуществления работы теплопередача исключается.

КПД механизма — по какой формуле вычисляют

Человек придумал разнообразные механизмы, с помощью которых можно поднимать тяжёлые грузы на определённую высоту. Так, для подъёма ведра с водой из колодца изобрели ворот, для подъёма автомобиля – домкрат. При помощи лебёдки и наклонной плоскости египтяне построили свои грандиозные пирамиды.

Пользуясь этими приспособлениями, человек редко вспоминает об их КПД. В качестве примера рассмотрим этот показатель для наклонной плоскости.

кпд 0 что это значит. Смотреть фото кпд 0 что это значит. Смотреть картинку кпд 0 что это значит. Картинка про кпд 0 что это значит. Фото кпд 0 что это значит

Принцип расчёта КПД остаётся неизменным: нужно найти отношение полезной работы ко всей затраченной энергии. То есть опять-таки используем общую формулу (1), сделав соответствующие преобразования.

Предположим, тело массой m нужно поднять (точнее затолкать или затянуть) на высоту h. При постоянной скорости подъёма полезная работа будет равна произведению силы тяжести (mg) на высоту (h).

Затраченная работа определяется произволением силы толчка или тяги F на длину наклонной плоскости L. Заметим, что толчковое (тяговое) усилие идёт на преодоление силы трения Fтр.

Таким образом, КПД такого простейшего механизма можно посчитать по формуле:

кпд 0 что это значит. Смотреть фото кпд 0 что это значит. Смотреть картинку кпд 0 что это значит. Картинка про кпд 0 что это значит. Фото кпд 0 что это значит

Несложный анализ показывает, что КПД наклонной плоскости обратно пропорционален силе трения и длине аппарели. Последняя, в свою очередь, зависит от угла наклона: чем он больше, тем короче аппарель.

Как можно увеличить КПД

Современная наука постоянно ищет пути повышения КПД двигателей и отдельных механизмов, внедряя новые технические решения и технологические инновации.

Чем выше будет КПД, тем экономичней будет двигатель, тем больше энергоресурсов удастся сберечь.

Тепловой двигатель

Из формулы (2) следует, что для увеличения КПД есть два пути: а) повышение температуры нагревателя; б) понижение температуры холодильника. Оба пути малоперспективны.

Нагреватель нельзя разогревать до бесконечности, так как любой материал имеет предел жаропрочности. Холодильником почти всегда служит окружающая среда, а внедрение в систему дополнительного теплообменника (например, баллона с жидким азотом) нецелесообразно: это резко увеличит вес, габариты и стоимость двигателя.

Установлено, что на КПД не влияют характеристики рабочего тела. Что же остаётся?

А остаётся немало практически реализуемых способов, таких как уменьшение трения в механических узлах, минимизация теплопотерь путём достижения максимально полного сгорания топлива, создание обтекаемых форм для снижения лобового сопоставления (воздуха или воды) и т.д.

Учитывая, что в механике хорошим показателем на сегодняшний день считается КПД 30-40%, учёным и практикам есть над чем работать.

Наклонная плоскость

Из формулы (3) следует, что для повышения КПД нужно снижать силу трения (прежде всего, путём создания гладких соприкасающихся поверхностей) и увеличивать угол наклона. Но! При крутом уклоне силёнок для поднятия тяжёлого груза может и не хватить.

В заключение отметим, что в электротехнике ситуация с КПД обстоит гораздо лучше (показатель в 95% для электродвигателя – норма). На то есть объективные причины, объяснение которых выходит за рамки рассматриваемой темы.

Удачи вам! До скорых встреч на страницах блога KtoNaNovenkogo.ru

Эта статья относится к рубрикам:

Комментарии и отзывы (2)

Так как показано на рисунке, где мужик тянет груз вверх по наклонной плоскости, повысить КПД, снижая силу трения, невозможно, поскольку этот мужик не сможет передвигаться по данной поверхности.

Если человек лежит весь день на диване и лишь вечером выносит ведро мусора, то его КПД стремится к нулю. А вот если он при этом сочиняет что-то, за что получает хорошие бабки, то КПД стремительно возрастает. Значит он уже не просто «дурака валяет», а занимается творческим процессом! ))

Источник

КПД – физический смысл величины, как ее вычислять

Что такое КПД

Коэффициент полезного действия машины или механизма – это важная величина, характеризующая энергоэффективность данного устройства. Понятие используется и в повседневной жизни. Например, когда человек говорит, что КПД его усилий низкий, это значит, что сил затрачено много, а результата почти нет. Величина измеряет отношение полезной работы ко всей совершенной работе.

Согласно формуле, чтобы найти величину, нужно полезную работу разделить на всю совершенную работу. Или полезную энергию разделить на всю израсходованную энергию. Этот коэффициент всегда меньше единицы. Работа и энергия измеряется в Джоулях. Поделив Джоули на Джоули, получаем безразмерную величину. КПД иногда называют энергоэффективностью устройства.

кпд 0 что это значит. Смотреть фото кпд 0 что это значит. Смотреть картинку кпд 0 что это значит. Картинка про кпд 0 что это значит. Фото кпд 0 что это значит

Если попытаться объяснить простым языком, то представим, что мы кипятим чайник на плите. При сгорании газа образуется определенное количество теплоты. Часть этой теплоты нагревает саму горелку, плиту и окружающее пространство. Остальная часть идет на нагревание чайника и воды в нем. Чтобы рассчитать энергоэффективность данной плитки, нужно будет разделить количество тепла, требуемое для нагрева воды до температуры кипения на количество тепла, выделившееся при горении газа.

Данная величина всегда ниже единицы. Например, для любой атомной электростанции она не превышает 35%. Причиной является то, что электростанция представляет собой паровую машину, где нагретый за счет ядерной реакции пар вращает турбину. Большая часть энергии идет на нагрев окружающего пространства. Тот факт, что η не может быть равен 100%, следует из второго начала термодинамики.

Примеры расчета КПД

Пример 1. Нужно рассчитать коэффициент для классического камина. Дано: удельная теплота сгорания березовых дров – 107Дж/кг, количество дров – 8 кг. После сгорания дров температура в комнате повысилась на 20 градусов. Удельная теплоемкость кубометра воздуха — 1,3 кДж/ кг*град. Общая кубатура комнаты – 75 кубометров.

Чтобы решить задачу, нужно найти частное или отношение двух величин. В числителе будет количество теплоты, которое получил воздух в комнате (1300Дж*75*20=1950 кДж ). В знаменателе – количество теплоты, выделенное дровами при горении (10000000Дж*8 =8*107 кДж). После подсчетов получаем, что энергоэффективность дровяного камина – около 2,5%. Действительно, современная теория об устройстве печей и каминов говорит, что классическая конструкция не является энергоэффективной. Это связано с тем, что труба напрямую выводит горячий воздух в атмосферу. Для повышения эффективности устраивают дымоход с каналами, где воздух сначала отдает тепло кладке каналов, и лишь потом выходит наружу. Но справедливости ради, нужно отметить, что в процессе горения камина нагревается не только воздух, но и предметы в комнате, а часть тепла выходит наружу через элементы, плохо теплоизолированные — окна, двери и т.д.

кпд 0 что это значит. Смотреть фото кпд 0 что это значит. Смотреть картинку кпд 0 что это значит. Картинка про кпд 0 что это значит. Фото кпд 0 что это значит

Пример 2. Автомобиль проделал путь 100 км. Вес машины с пассажирами и багажом – 1400 кг. При этом было затрачено14 литров бензина. Найти: КПД двигателя.

Для решения задачи необходимо отношение работы по перемещению груза к количеству тепла, выделившемуся при сгорании топлива. Количество тепла также измеряется в Джоулях, поэтому не придется приводить к другим единицам. A будет равна произведению силы на путь( A=F*S=m*g*S). Сила равна произведению массы на ускорение свободного падения. Полезная работа = 1400 кг x 9,8м/с2 x 100000м=1,37*108 Дж

Удельная теплота сгорания бензина – 46 МДж/кг=46000 кДж/кг. Восемь литров бензина будем считать примерно равными 8 кг. Тепла выделилось 46*106*14=6.44*108 Дж. В результате получаем η ≈21%.

Единицы измерения

Коэффициент полезного действия – величина безразмерная, то есть не нужно ставить какую-либо единицу измерения. Но эту величину можно выразить и в процентах. Для этого полученное в результате деления по формуле число необходимо умножить на 100%. В школьном курсе математики рассказывали, что процент – этот одна сотая чего-либо. Умножая на 100 процентов, мы показываем, сколько в числе сотых.

От чего зависит величина КПД

Эта величина зависит от того, насколько общая совершенная работа может переходить в полезную. Прежде всего, это зависит от самого устройства механизма или машины. Инженеры всего мира бьются над тем, чтобы повышать КПД машин. Например, для электромобилей коэффициент очень высок – больше 90%.

кпд 0 что это значит. Смотреть фото кпд 0 что это значит. Смотреть картинку кпд 0 что это значит. Картинка про кпд 0 что это значит. Фото кпд 0 что это значит

А вот двигатель внутреннего сгорания, в силу своего устройства, не может иметь η, близкий к 100 процентам. Ведь энергия топлива не действует непосредственно на вращающиеся колеса. Энергия рассеивается на каждом передаточном звене. Слишком много передаточных звеньев, и часть выхлопных газов все равно выходит в выхлопную трубу.

Как обозначается

В русских учебниках обозначается двояко. Либо так и пишется – КПД, либо обозначается греческой буквой η. Эти обозначения равнозначны.

Символ, обозначающий КПД

Символом является греческая буква эта η. Но чаще все же используют выражение КПД.

Мощность и КПД

Мощность механизма или устройства равна работе, совершаемой в единицу времени. Работа(A) измеряется в Джоулях, а время в системе Си – в секундах. Но не стоит путать понятие мощности и номинальной мощности. Если на чайнике написана мощность 1 700 Ватт, это не значит, что он передаст 1 700 Джоулей за одну секунду воде, налитой в него. Это мощность номинальная. Чтобы узнать η электрочайника, нужно узнать количество теплоты(Q), которое должно получить определенное количество воды при нагреве на энное количество градусов. Эту цифру делят на работу электрического тока, выполненную за время нагревания воды.

Величина A будет равна номинальной мощности, умноженной на время в секундах. Q будет равно объему воды, умноженному на разницу температур на удельную теплоемкость. Потом делим Q на A тока и получаем КПД электрочайника, примерно равное 80 процентам. Прогресс не стоит на месте, и КПД различных устройств повышается, в том числе бытовой техники.

кпд 0 что это значит. Смотреть фото кпд 0 что это значит. Смотреть картинку кпд 0 что это значит. Картинка про кпд 0 что это значит. Фото кпд 0 что это значит

Напрашивается вопрос, почему через мощность нельзя узнать КПД устройства. На упаковке с оборудованием всегда указана номинальная мощность. Она показывает, сколько энергии потребляет устройство из сети. Но в каждом конкретном случае невозможно будет предсказать, сколько конкретно потребуется энергии для нагрева даже одного литра воды.

Например, в холодной комнате часть энергии потратится на обогрев пространства. Это связано с тем, что в результате теплообмена чайник будет охлаждаться. Если, наоборот, в комнате будет жарко, чайник закипит быстрее. То есть КПД в каждом из этих случаев будет разным.

Формула работы в физике

Для механической работы формула несложна: A = F x S. Если расшифровать, она равна приложенной силе на путь, на протяжении которого эта сила действовала. Например, мы поднимаем груз массой 15 кг на высоту 2 метра. Механическая работа по преодолению силы тяжести будет равна F x S = m x g x S. То есть, 15 x 9,8 x 2 = 294 Дж. Если речь идет о количестве теплоты, то A в этом случае равняется изменению количества теплоты. Например, на плите нагрели воду. Ее внутренняя энергия изменилась, она увеличилась на величину, равную произведению массы воды на удельную теплоемкость на количество градусов, на которое она нагрелась.

кпд 0 что это значит. Смотреть фото кпд 0 что это значит. Смотреть картинку кпд 0 что это значит. Картинка про кпд 0 что это значит. Фото кпд 0 что это значит

Это интересно

Наукой обосновано, что коэффициент полезного действия любого механизма всегда меньше единицы. Это связано со вторым началом термодинамики.

кпд 0 что это значит. Смотреть фото кпд 0 что это значит. Смотреть картинку кпд 0 что это значит. Картинка про кпд 0 что это значит. Фото кпд 0 что это значит

Для сравнения, коэффициенты полезного действия различных устройств:

Наука и инженерная мысль не стоит на месте. постоянно изобретаются способы, как уменьшить теплопотери, снизить трение между частями агрегата, повысить энергоэффективность техники.

кпд 0 что это значит. Смотреть фото кпд 0 что это значит. Смотреть картинку кпд 0 что это значит. Картинка про кпд 0 что это значит. Фото кпд 0 что это значит

Профильное образование: Троицкий аграрный техникум, специальность – электрик 3 разряда (1996 г.).
IV группа допуска по электробезопасности.
Электрик 4 разряда.
Опыт работы – с 1996 года.
Объекты работ: квартиры, дачи, бани, офисы и другие.
Дополнительная информация: Ленинградская область (до 100 км от г. Санкт-Петербурга)

Источник

Коэффициент полезного действия (КПД) — формулы и расчеты

\[A_p Определение и формула КПД Определение

Чаще всего коэффициент полезного действия выражают в процентах, тогда его определением является формула:

При создании механизмов пытаются увеличить их КПД, но механизмов с коэффициентом полезного действия равным единице (а тем более больше единицы) не существует.

И так, коэффициент полезного действия — это физическая величина, которая показывает долю, которую полезная работа составляет от всей произведенной работы. При помощи КПД оценивают эффективность устройства (механизма, системы), преобразующей или передающей энергию, совершающего работу.

Для увеличения КПД механизмов можно пытаться уменьшать трение в их осях, их массу. Если трением можно пренебречь, масса механизма существенно меньше, чем масса, например, груза, который поднимает механизм, то КПД получается немного меньше единицы. Тогда произведенная работа примерно равна полезной работе:

Что такое КПД

Коэффициент полезного действия машины или механизма – это важная величина, характеризующая энергоэффективность данного устройства. Понятие используется и в повседневной жизни. Например, когда человек говорит, что КПД его усилий низкий, это значит, что сил затрачено много, а результата почти нет. Величина измеряет отношение полезной работы ко всей совершенной работе.

Согласно формуле, чтобы найти величину, нужно полезную работу разделить на всю совершенную работу. Или полезную энергию разделить на всю израсходованную энергию. Этот коэффициент всегда меньше единицы. Работа и энергия измеряется в Джоулях. Поделив Джоули на Джоули, получаем безразмерную величину. КПД иногда называют энергоэффективностью устройства.

кпд 0 что это значит. Смотреть фото кпд 0 что это значит. Смотреть картинку кпд 0 что это значит. Картинка про кпд 0 что это значит. Фото кпд 0 что это значит

Если попытаться объяснить простым языком, то представим, что мы кипятим чайник на плите. При сгорании газа образуется определенное количество теплоты. Часть этой теплоты нагревает саму горелку, плиту и окружающее пространство. Остальная часть идет на нагревание чайника и воды в нем. Чтобы рассчитать энергоэффективность данной плитки, нужно будет разделить количество тепла, требуемое для нагрева воды до температуры кипения на количество тепла, выделившееся при горении газа.

Данная величина всегда ниже единицы. Например, для любой атомной электростанции она не превышает 35%. Причиной является то, что электростанция представляет собой паровую машину, где нагретый за счет ядерной реакции пар вращает турбину. Большая часть энергии идет на нагрев окружающего пространства. Тот факт, что η не может быть равен 100%, следует из второго начала термодинамики.

кпд 0 что это значит. Смотреть фото кпд 0 что это значит. Смотреть картинку кпд 0 что это значит. Картинка про кпд 0 что это значит. Фото кпд 0 что это значит кпд 0 что это значит. Смотреть фото кпд 0 что это значит. Смотреть картинку кпд 0 что это значит. Картинка про кпд 0 что это значит. Фото кпд 0 что это значит кпд 0 что это значит. Смотреть фото кпд 0 что это значит. Смотреть картинку кпд 0 что это значит. Картинка про кпд 0 что это значит. Фото кпд 0 что это значит кпд 0 что это значит. Смотреть фото кпд 0 что это значит. Смотреть картинку кпд 0 что это значит. Картинка про кпд 0 что это значит. Фото кпд 0 что это значит кпд 0 что это значит. Смотреть фото кпд 0 что это значит. Смотреть картинку кпд 0 что это значит. Картинка про кпд 0 что это значит. Фото кпд 0 что это значит кпд 0 что это значит. Смотреть фото кпд 0 что это значит. Смотреть картинку кпд 0 что это значит. Картинка про кпд 0 что это значит. Фото кпд 0 что это значит кпд 0 что это значит. Смотреть фото кпд 0 что это значит. Смотреть картинку кпд 0 что это значит. Картинка про кпд 0 что это значит. Фото кпд 0 что это значит

Асинхронные механизмы

Расшифровка термина «асинхронность» — несовпадение по времени. Понятие используется во многих современных машинах, которые являются электрическими и способны преобразовывать соответствующую энергию в механическую. Плюсы устройств:

Чтобы рассчитать КПД, используется уравнение η = P2 / P1. Для расчёта Р1 и Р2 применяются общие данные потери энергии в обмотках мотора. У большинства агрегатов показатель находится в пределах 80−90%. Для быстрого расчёта используется онлайн-ресурс либо личный калькулятор. Для проверки возможного КПД у мотора внешнего сгорания, который функционирует от разных источников тепла, используется силовой агрегат Стирлинга. Он представлен в виде тепловой машины с рабочим телом в виде жидкости либо газа. Вещество движется по замкнутому объёму.

Принцип его функционирования основан на постепенном нагреве и охлаждении объекта за счёт извлечения энергии из давления. Подобный механизм применяется на косметическом аппарате и современной подводной лодке. Его работоспособность наблюдается при любой температуре. Он не нуждается в дополнительной системе для запуска. Его КПД возможно расширить до 70%, в отличие от стандартного мотора.

Примеры расчета КПД

Пример 1. Нужно рассчитать коэффициент для классического камина. Дано: удельная теплота сгорания березовых дров – 107Дж/кг, количество дров – 8 кг. После сгорания дров температура в комнате повысилась на 20 градусов. Удельная теплоемкость кубометра воздуха – 1,3 кДж/ кг*град. Общая кубатура комнаты – 75 кубометров.

Чтобы решить задачу, нужно найти частное или отношение двух величин. В числителе будет количество теплоты, которое получил воздух в комнате (1300Дж*75*20=1950 кДж ). В знаменателе – количество теплоты, выделенное дровами при горении (10000000Дж*8 =8*107 кДж). После подсчетов получаем, что энергоэффективность дровяного камина – около 2,5%. Действительно, современная теория об устройстве печей и каминов говорит, что классическая конструкция не является энергоэффективной. Это связано с тем, что труба напрямую выводит горячий воздух в атмосферу. Для повышения эффективности устраивают дымоход с каналами, где воздух сначала отдает тепло кладке каналов, и лишь потом выходит наружу. Но справедливости ради, нужно отметить, что в процессе горения камина нагревается не только воздух, но и предметы в комнате, а часть тепла выходит наружу через элементы, плохо теплоизолированные – окна, двери и т.д.

кпд 0 что это значит. Смотреть фото кпд 0 что это значит. Смотреть картинку кпд 0 что это значит. Картинка про кпд 0 что это значит. Фото кпд 0 что это значит

Пример 2. Автомобиль проделал путь 100 км. Вес машины с пассажирами и багажом – 1400 кг. При этом было затрачено14 литров бензина. Найти: КПД двигателя.

Для решения задачи необходимо отношение работы по перемещению груза к количеству тепла, выделившемуся при сгорании топлива. Количество тепла также измеряется в Джоулях, поэтому не придется приводить к другим единицам. A будет равна произведению силы на путь( A=F*S=m*g*S). Сила равна произведению массы на ускорение свободного падения. Полезная работа = 1400 кг x 9,8м/с2 x 100000м=1,37*108 Дж

Удельная теплота сгорания бензина – 46 МДж/кг=46000 кДж/кг. Восемь литров бензина будем считать примерно равными 8 кг. Тепла выделилось 46*106*14=6.44*108 Дж. В результате получаем η ≈21%.

Электродвигатель АИР характеристики

Тип двигателяР, кВтНоминальная частота вращения, об/минкпд,*COS ф1п/1нМп/МнМmах/Мн1н, АМасса, кг
Купить АИР56А20,18284068,00,785,02,22,20,523,4
Купить АИР56В20,25284068,00,6985,02,22,20,523,9
Купить АИР56А40,12139063,00,665,02,12,20,443,4
Купить АИР56В40,18139064,00,685,02,12,20,653,9
Купить АИР63А20,37284072,00,865,02,22,20,914,7
Купить АИР63В20,55284075,00,855,02,22,31,315,5
Купить АИР63А40,25139068,00,675,02,12,20,834,7
Купить АИР63В40,37139068,00,75,02,12,21,185,6
Купить АИР63А60,1888056,00,624,01,920,794,6
Купить АИР63В60,2588059,00,624,01,921,045,4
Купить АИР71А20,75284075,00,836,12,22,31,778,7
Купить АИР71В21,1284076,20,846,92,22,32,610,5
Купить АИР71А40,55139071,00,755,22,42,31,578,4
Купить АИР71В40,75139073,00,766,02,32,32,0510
Купить АИР71А60,3788062,00,704,71,92,01,38,4
Купить АИР71В60,5588065,00,724,71,92,11,810
Купить АИР71А80,2564554,00,614,71,81,91,19
Купить АИР71В80,2564554,00,614,71,81,91,19
Купить АИР80А21,5285078,50,847,02,22,33,4613
Купить АИР80А2ЖУ21,5285078,50,847,02,22,33,4613
Купить АИР80В22,2285581,00,857,02,22,34,8515
Купить АИР80В2ЖУ22,2285581,00,857,02,22,34,8515
Купить АИР80А41,1139076,20,776,02,32,32,8514
Купить АИР80В41,5140078,50,786,02,32,33,7216
Купить АИР80А60,7590569,00,725,32,02,12,314
Купить АИР80В61,190572,00,735,52,02,13,216
Купить АИР80А80,3767562,00,614,01,81,91,4915
Купить АИР80В80,5568063,00,614,01,82,02,1718
Купить АИР90L23,0286082,60,877,52,22,36,3417
Купить АИР90L2ЖУ23,0286082,60,877,52,22,36,3417
Купить АИР90L42,2141080,00,817,02,32,35,117
Купить АИР90L61,592076,00,755,52,02,14,018
Купить АИР90LA80,7568070,00,674,01,82,02,4323
Купить АИР90LB81,168072,00,695,01,82,03,3628
Купить АИР100S24,0288084,20,887,52,22,38,220,5
Купить АИР100S2ЖУ24,0288084,20,887,52,22,38,220,5
Купить АИР100L25,5290085,70,887,52,22,311,128
Купить АИР100L2ЖУ25,5290085,70,887,52,22,311,128
Купить АИР100S43,0141082,60,827,02,32,36,821
Купить АИР100L44,0143584,20,827,02,32,38,837
Купить АИР100L62,293579,00,766,52,02,15,633,5
Купить АИР100L81,569074,00,705,01,82,04,433,5
Купить АИР112M27,5289587,00,887,52,22,314,949
Купить АИР112М2ЖУ27,5289587,00,887,52,22,314,949
Купить АИР112М45,5144085,70,837,02,32,311,745
Купить АИР112MA63,096081,00,736,52,12,17,441
Купить АИР112MB64,086082,00,766,52,12,19,7550
Купить АИР112MA82,271079,00,716,01,82,06,046
Купить АИР112MB83,071080,00,736,01,82,07,853
Купить АИР132M211290088,40,897,52,22,321,254
Купить АИР132М2ЖУ211290088,40,897,52,22,321,254
Купить АИР132S47,5146087,00,847,02,32,315,652
Купить АИР132M411145088,40,847,02,22,322,560
Купить АИР132S65,596084,00,776,52,12,112,956
Купить АИР132M67,597086,00,776,52,02,117,261
Купить АИР132S84,072081,00,736,01,92,010,370
Купить АИР132M85,572083,00,746,01,92,013,686
Купить АИР160S215293089,40,897,52,22,328,6116
Купить АИР160S2ЖУ215293089,40,897,52,22,328,6116
Купить АИР160M218,5293090,00,907,52,02,334,7130
Купить АИР160М2ЖУ218,5293090,00,907,52,02,334,7130
Купить АИР160S415146089,40,857,52,22,330,0125
Купить АИР160S4ЖУ215146089,40,857,52,22,330,0125
Купить АИР160M418,5147090,00,867,52,22,336,3142
Купить АИР160S61197087,50,786,52,02,124,5125
Купить АИР160M61597089,00,817,02,02,131,6155
Купить АИР160S87,572085,50,756,01,92,017,8125
Купить АИР160M81173087,50,756,52,02,025,5150
Купить АИР180S222294090,50,907,52,02,341,0150
Купить АИР180S2ЖУ222294090,50,907,52,02,341,0150
Купить АИР180M230295091,40,907,52,02,355,4170
Купить АИР180М2ЖУ230295091,40,907,52,02,355,4170
Купить АИР180S422147090,50,867,52,22,343,2160
Купить АИР180S4ЖУ222147090,50,867,52,22,343,2160
Купить АИР180M430147091,40,867,22,22,357,6190
Купить АИР180М4ЖУ230147091,40,867,22,22,357,6190
Купить АИР180M618,598090,00,817,02,12,138,6160
Купить АИР180M81573088,00,766,62,02,034,1172
Купить АИР200M237295092,00,887,52,02,367,9230
Купить АИР200М2ЖУ237295092,00,887,52,02,367,9230
Купить АИР200L245296092,50,907,52,02,382,1255
Купить АИР200L2ЖУ245296092,50,907,52,02,382,1255
Купить АИР200M437147592,00,877,22,22,370,2230
Купить АИР200L445147592,50,877,22,22,384,9260
Купить АИР200M62298090,00,837,02,02,144,7195
Купить АИР200L63098091,50,847,02,02,159,3225
Купить АИР200M818,573090,00,766,61,92,041,1210
Купить АИР200L82273090,50,786,61,92,048,9225
Купить АИР225M255297093,00,907,52,02,3100320
Купить АИР225M455148093,00,877,22,22,3103325
Купить АИР225M63798092,00,867,02,12,171,0360
Купить АИР225M83073591,00,796,51,92,063360
Купить АИР250S275297593,60,907,02,02,3135450
Купить АИР250M290297593,90,917,12,02,3160530
Купить АИР250S475148093,60,886,82,22,3138,3450
Купить АИР250M490148093,90,886,82,22,3165,5495
Купить АИР250S64598092,50,867,02,12,086,0465
Купить АИР250M65598092,80,867,02,12,0104520
Купить АИР250S83774091,50,796,61,92,078465
Купить АИР250M84574092,00,796,61,92,094520
Купить АИР280S2110297594,00,917,11,82,2195650
Купить АИР280M2132297594,50,917,11,82,2233700
Купить АИР280S4110148094,50,886,92,12,2201650
Купить АИР280M4132148094,80,886,92,12,2240700
Купить АИР280S67598593,50,866,72,02,0142690
Купить АИР280M69098593,80,866,72,02,0169800
Купить АИР280S85574092,80,816,61,82,0111690
Купить АИР280M87574093,50,816,21,82,0150800
Купить АИР315S2160297594,60,927,11,82,22791170
Купить АИР315M2200297594,80,927,11,82,22481460
Купить АИР315МВ2250297594,80,927,11,82,22481460
Купить АИР315S4160148094,90,896,92,12,22881000
Купить АИР315M4200148094,90,896,92,12,23601200
Купить АИР315S611098594,00,866,72,02,0207880
Купить АИР315М(А)613298594,20,876,72,02,02451050
Купить АИР315MВ616098594,20,876,72,02,03001200
Купить АИР315S89074093,80,826,41,82,0178880
Купить АИР315М(А)811074094,00,826,41,82,02171050
Купить АИР315MВ813274094,00,826,41,82,02601200
Купить АИР355S2250298095,50,926,51.62,3432,31700
Купить АИР355M2315298095,60,927,11,62,25441790
Купить АИР355S4250149095,60,906,21,92,94411700
Купить АИР355M4315148095,60,906,92,12,25561860
Купить АИР355MА620099094,50,886,71,92,02921550
Купить АИР355S616099095,10,886,31,62,82911550
Купить АИР355МВ625099094,90,886,71,92,0454,81934
Купить АИР355L631599094,50,886,71,92,04571700
Купить АИР355S813274094,30,826,41,92,7259,41800
Купить АИР355MА816074093,70,826,41,82,02612000
Купить АИР355MВ820074094,20,826,41,82,03152150
Купить АИР355L813274094,50,826,41,82,03872250

От чего зависит величина КПД

Эта величина зависит от того, насколько общая совершенная работа может переходить в полезную. Прежде всего, это зависит от самого устройства механизма или машины. Инженеры всего мира бьются над тем, чтобы повышать КПД машин. Например, для электромобилей коэффициент очень высок – больше 90%.

кпд 0 что это значит. Смотреть фото кпд 0 что это значит. Смотреть картинку кпд 0 что это значит. Картинка про кпд 0 что это значит. Фото кпд 0 что это значит

А вот двигатель внутреннего сгорания, в силу своего устройства, не может иметь η, близкий к 100 процентам. Ведь энергия топлива не действует непосредственно на вращающиеся колеса. Энергия рассеивается на каждом передаточном звене. Слишком много передаточных звеньев, и часть выхлопных газов все равно выходит в выхлопную трубу.

Значения показателя

кпд 0 что это значит. Смотреть фото кпд 0 что это значит. Смотреть картинку кпд 0 что это значит. Картинка про кпд 0 что это значит. Фото кпд 0 что это значит

В 1824 году инженер Карно дал определение КПД идеального двигателя, когда коэффициент равен 100%. Для трактовки понятия была создана специальная машина со следующей формулой: η=(T1 — Т2)/ T1. Для расчёта максимального показателя применяется уравнение КПД макс = (T1-T2)/T1x100%. В двух примерах T1 указывает на температуру нагревателя, а T2 — температуру холодильника.

На практике для достижения 100% коэффициента потребуется приравнять температуру охладителя к нулю. Подобное явление невозможно, так как T1 выше температуры воздуха. Процедура повышения КПД источника тока либо силового агрегата считается важной технической задачей. Теоретически проблема решается путём снижения трения элементов двигателя и уменьшения теплопотери. В дизельном моторе подобное достигается турбонаддувом. В таком случае КПД возрастает до 50%.

Мощность стандартного двигателя увеличивается следующими способами:

КПД зависит от типа и конструкции мотора. Современные учёные утверждают, что будущее за электродвигателями. На практике работа, которую совершает любое устройство, превышает полезную, так как определённая её часть выполняется против трения. Если используется подвижный блок, совершается дополнительная работа: поднимается блок с верёвкой, преодолеваются силы трения в блоке.

Мощность и КПД

Мощность механизма или устройства равна работе, совершаемой в единицу времени. Работа(A) измеряется в Джоулях, а время в системе Си – в секундах. Но не стоит путать понятие мощности и номинальной мощности. Если на чайнике написана мощность 1 700 Ватт, это не значит, что он передаст 1 700 Джоулей за одну секунду воде, налитой в него. Это мощность номинальная. Чтобы узнать η электрочайника, нужно узнать количество теплоты(Q), которое должно получить определенное количество воды при нагреве на энное количество градусов. Эту цифру делят на работу электрического тока, выполненную за время нагревания воды.

Величина A будет равна номинальной мощности, умноженной на время в секундах. Q будет равно объему воды, умноженному на разницу температур на удельную теплоемкость. Потом делим Q на A тока и получаем КПД электрочайника, примерно равное 80 процентам. Прогресс не стоит на месте, и КПД различных устройств повышается, в том числе бытовой техники.

кпд 0 что это значит. Смотреть фото кпд 0 что это значит. Смотреть картинку кпд 0 что это значит. Картинка про кпд 0 что это значит. Фото кпд 0 что это значит

Напрашивается вопрос, почему через мощность нельзя узнать КПД устройства. На упаковке с оборудованием всегда указана номинальная мощность. Она показывает, сколько энергии потребляет устройство из сети. Но в каждом конкретном случае невозможно будет предсказать, сколько конкретно потребуется энергии для нагрева даже одного литра воды.

Например, в холодной комнате часть энергии потратится на обогрев пространства. Это связано с тем, что в результате теплообмена чайник будет охлаждаться. Если, наоборот, в комнате будет жарко, чайник закипит быстрее. То есть КПД в каждом из этих случаев будет разным.

Обозначения

Прописная Η

Строчная η

Смотреть что такое «Эта (буква)» в других словарях:

Ү (буква) — Буква кириллицы Ү Кириллица А Б В Г Ґ Д … Википедия

Ө (буква) — Буква кириллицы Ө Кириллица А Б В Г Ґ Д … Википедия

эта — буква, каста, сия Словарь русских синонимов. эта сущ., кол во синонимов: 3 • буква (103) • каста … Словарь синонимов

Эта — Греческий алфавит Αα Альфа Νν Ню Ββ … Википедия

Ѫ (буква) — Большой юс Кириллица А Б В Г Ґ Д … Википедия

ЭТА — У этого термина существуют и другие значения, см. ETA. У этого термина существуют и другие значения, см. Эта (буква). Страна басков и свобода баск. Euskadi Ta Askatasuna … Википедия

Эта страшная буква «Р» — The Big C Жанр комедия … Википедия

Буква зю — Эта статья о фразеологизме. О компьютерной программе см. Bukva zu. В Викисловаре есть статья « … Википедия

буква — Знак (азбучный), письмена (множ. ч.), иероглиф (гиероглиф), каракуля, руны. Нагородил какие то каракули, и читай. … Ср. знак. Словарь русских синонимов и сходных по смыслу выражений. под. ред. Н. Абрамова, М.: Русские словари, 1999. буква … Словарь синонимов

Буква А — Буква кириллицы А Кириллица А Б В Г Ґ Д … Википедия

Допустим, мы отдыхаем на даче, и нам нужно принести из колодца воды. Мы опускаем в него ведро, зачерпываем воду и начинаем поднимать. Не забыли, какова наша цель? Правильно: набрать воды. Но взгляните: мы поднимаем не только воду, но и само ведро, а также тяжёлую цепь, на которой оно висит. Это символизирует двухцветная стрелка: вес поднимаемого нами груза складывается из веса воды и веса ведра и цепи.

Формула работы в физике

Для механической работы формула несложна: A = F x S. Если расшифровать, она равна приложенной силе на путь, на протяжении которого эта сила действовала. Например, мы поднимаем груз массой 15 кг на высоту 2 метра. Механическая работа по преодолению силы тяжести будет равна F x S = m x g x S. То есть, 15 x 9,8 x 2 = 294 Дж. Если речь идет о количестве теплоты, то A в этом случае равняется изменению количества теплоты. Например, на плите нагрели воду. Ее внутренняя энергия изменилась, она увеличилась на величину, равную произведению массы воды на удельную теплоемкость на количество градусов, на которое она нагрелась.

кпд 0 что это значит. Смотреть фото кпд 0 что это значит. Смотреть картинку кпд 0 что это значит. Картинка про кпд 0 что это значит. Фото кпд 0 что это значит

Решение примеров

Задача 1. Поезд на скорости 54 км/ч развивает мощность 720 кВт. Нужно вычислить силу тяги силовых агрегатов. Решение: чтобы найти мощность, используется формула N=F x v. Если перевести скорость в единицу СИ, получится 15 м/с. Подставив данные в уравнение, определяется, что F равно 48 kН.

Задача 2. Масса транспортного средства соответствует 2200 кг. Машина, поднимаясь в гору под уклоном в 0,018, проходит расстояние 100 м. Скорость развивается до 32,4 км/ч, а коэффициент трения соответствует 0,04. Нужно определить среднюю мощность авто при движении. Решение: вычисляется средняя скорость — v/2. Чтобы определить силу тяги мотора, выполняется рисунок, на котором отображаются силы, воздействующие на машину:

кпд 0 что это значит. Смотреть фото кпд 0 что это значит. Смотреть картинку кпд 0 что это значит. Картинка про кпд 0 что это значит. Фото кпд 0 что это значит

Первая величина вычисляется по второму закону Ньютона: mg+N+Ftr+F=ma. Для ускорения используется уравнение a=v2/2S. Если подставить последние значение и воспользоваться cos, получится средняя мощность. Так как ускорение считается постоянной величиной и равно 9,8 м/с2, поэтому v= 9 м/с. Подставив данные в первую формулу, получится: N= 9,5 kBt.

При решении сложных задач по физике рекомендуется проверить соответствие предоставленных в условиях единиц измерения с международными стандартами. Если они отличаются, необходимости перевести данные с учётом СИ.

Это интересно

Наукой обосновано, что коэффициент полезного действия любого механизма всегда меньше единицы. Это связано со вторым началом термодинамики.

кпд 0 что это значит. Смотреть фото кпд 0 что это значит. Смотреть картинку кпд 0 что это значит. Картинка про кпд 0 что это значит. Фото кпд 0 что это значит

Для сравнения, коэффициенты полезного действия различных устройств:

Наука и инженерная мысль не стоит на месте. постоянно изобретаются способы, как уменьшить теплопотери, снизить трение между частями агрегата, повысить энергоэффективность техники.

Потеря энергии при нагревании движка

Важную роль в работе электродвигателя играют потери энергии при нагревании двигателя. Наиболее часто падение КПД происходит от естественной теплоотдачи при работе механизма.

Электродвигатель обычно нагревается от трения, а еще из-за электрических и магнитных сил, действующих на него в процессе работы. К примеру, энергозатраты работы мотора составили 100 рублей, а механическая энергия была оценена в 80 рублей. В данном случае КПД электродвигателя будет равен 80%.

Чтобы охладить электрический двигатель, существуют специальные вентиляторы, прогоняющие воздух через работающий мотор и тем самым создающие более оптимальную температуру для его работы.

Степень нагрузки оказывает огромное влияние на работу электродвигателя. Без нагрузки мотор работает с КПД, равным 0%. Если нагрузить двигатель на 25%, то КПД будет равняться 83%. В режиме стопроцентной нагрузки КПД будет равен 87%.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *