Što je učinkovitost? Koncept, definicija, primjena

Danas ćemo vam reći koja je učinkovitost (koeficijent učinkovitosti), kako to izračunati i gdje se primjenjuje ovaj koncept.

Čovjek i mehanizam

Što ujedinjuje perilicu i konzerviranje? Želja osobe da se oslobodi potrebe da sve učini sami. Prije izuma parnog stroja, samo su mišići bili na raspolaganju ljudima. Sve su učinili: plug, sijati, kuhati, ribe, tkati lan. Da bi se osigurala opstanak duge zime, svaki član seljačke obitelji radio je iz dnevnih sati od dvije godine do smrti. Najmlađa djeca su se brinula o životinjama i bili na spašavanju (donijeti, reći, nazvati, uzeti) u odraslima. Djevojka je prvi put stavljena u kotač koji se vrti u pet godina! Čak i vrlo stari cut žlice i pletene sandale, a najviše starije i nemoćne osobe baka sjela na tkalačkom stroju, kolovrat, ako je dopušteno vid. Nisu imali vremena razmišljati o tome što su zvijezde i zašto sjaje. Ljudi su se umorili: svaki dan je bilo potrebno ići i raditi, bez obzira na stanje zdravlja, bol i moral. Naravno, čovjek je želio pronaći asistente koji bi barem malo olakšali njegova istrošena ramena.

Smiješno i čudno

Najnaprednija tehnologija tih dana bila je konj i kotač mlinova. Ali samo dva ili tri puta više posla nego muškarac. Ali prvi su izumitelji počeli stvarati uređaje koji su izgledali vrlo čudno. U filmu "Priča vječne ljubavi", Leonardo da Vinci pričvrstio je male brodice na noge kako bi prošetali vodom. To je dovelo do nekoliko smiješnih incidenata kada je znanstvenik izravno u njegovu odjeću pao u jezero. Iako je ova epizoda samo pisac fikcije, vjerojatno takvi izumi i izgledali su - komični i smiješni.

Stoljeće XIX: željezo i ugljen

No, sredinom XIX stoljeća, sve se promijenilo. Znanstvenici su shvatili snagu pritiska širećeg para. Najvažnije robe toga vremena bile su željezo za proizvodnju kotlova i ugljena za grijanje vode u njima. Znanstvenici tog vremena morali su shvatiti kakva je učinkovitost u fizici pare i plina i kako je poboljšati.

Formula za koeficijent u općem slučaju je:

eta- = A / Q

eta - učinkovitost, A - korisni rad, Q - potrošena energija.

Rad i topline

Koeficijent učinkovitosti (skraćeno UČINKOVITOST) je bezdimenzijska količina. Definiran je kao postotak i izračunat je kao omjer potrošene energije do korisnog rada. Potonji pojam često koriste majke nemara tinejdžera, kada su prisiljeni učiniti nešto o kući. No, zapravo, ovo je pravi rezultat napora. To jest, ako je učinkovitost stroja 20%, onda samo jedna petina energije koja je primljena u akciju. Sada, kada kupujete automobil, čitatelj ne bi trebao imati pitanje, što je učinkovitost motora.

Ako je koeficijent izračunat kao postotak, formula je:

eta- = 100% * (A / Q)

eta - učinkovitost, A - korisni rad, Q - potrošena energija.

Gubitak i stvarnost

Sigurno, svi ti argumenti izazivaju zbunjenost. Zašto ne izmisliti stroj koji može koristiti više energije goriva? Jao, stvarni svijet nije ovakav. U školi djeca rješavaju probleme u kojima nema trenja, svi su sustavi zatvoreni, a zračenje strogo monokromatski. Stvarni inženjeri u proizvodnim pogonima prisiljeni su uzeti u obzir prisutnost svih tih čimbenika. Razmislite, na primjer, što je Učinkovitost toplinskog motora, i iz kojeg je dodan ovaj koeficijent.

Formula u ovom slučaju izgleda ovako:

eta = (Q₁-P₂) / Q₁

Štoviše, Q₁ - količinu topline koju je motor dobio od grijanja i Q₂ - količinu topline koju je dao okolišu (općenito, to se naziva hladnjakom).

Gorivo se zagrijava i širi, sila gura klip, koji pokreće rotacijski element. Ali gorivo se nalazi u nekoj vrsti plovila. Kada se zagrije, prenosi toplinu na zidove posude. To dovodi do gubitka energije. Da je klip spuštao, plin se mora ohladiti. Da bi to učinio, njegov je dio pušten u okoliš. I bilo bi dobro ako se sva toplina plina dade korisnom radu. Ali, nažalost, vrlo se hladi, pa se vruća para izbacuje prema van. Dio energije potrošen je za zagrijavanje zraka. Klip se pomiče u šuplji metalni cilindar. Njegovi rubovi čvrsto stoje na zidove, trenje sile dolaze u igru ​​prilikom kretanja. Klip zagrijava šuplji cilindar, što također dovodi do gubitka energije. Paralelno gibanje štapića gore i dolje na momenta prenosi kroz seriju spojeva koji se razmazati protiv drugog, te grije, tj dio primarne energije utrošene i na njemu.

Naravno, u tvorničkim strojevima sve površine poliranih na atomskoj razini, svi metali su izdržljive i imaju najmanju toplinsku vodljivost, i podmazati klipove ulje ima bolje karakteristike. No, u bilo kojem motoru energija benzina ide do dijelova za grijanje, zraka i trenja.

Lončar i kotao

Sada predlažemo da razumijemo što je učinkovitost kotla, i što se sastoji. Bilo koja hostesa zna: ako napustite vodu da kuhate u tavi ispod zatvorenog poklopca, voda će kapati na peć, ili će poklopac "plesati". Svaki moderni kotao uređen je na isti način:

• topline zagrijava zatvoreni spremnik pun vode;
• voda postaje pregrijana para;
• kada se širi, mješavina plinske i vode rotira turbine ili pomiče klipove.

Baš kao u motoru, generiraju se gubici energije za grijanje kotla, cijevi i trenja svih spojeva, stoga niti jedan mehanizam ne može imati učinkovitost jednaka 100%.

Formula za strojeve koji rade na Carnotovu ciklusu, izgleda kao opća formula za toplinski motor, ali umjesto količine topline - temperature.

eta = (T₁-T₂) / T₁.

Prostorna stanica

A ako stavite mehanizam u svemir? Slobodna energija Sunca je dostupna 24 sata na dan, hlađenje plina moguće je doslovno do 0^oko Kelvin gotovo odmah. Možda će u svemiru biti veća učinkovitost proizvodnje? Odgovor je dvosmislen: da i ne. Svi ti čimbenici mogli bi stvarno poboljšati prijenos energije na korisni rad. Ali isporuku na željenu visinu, čak i tisuću tona do sada nevjerojatno skupo. Čak i ako takvo postrojenje koje će se izvoditi na pet stotina godina, to ne plaća za troškove opreme za dizanje, pa znanstvena fantastika tako aktivno iskorištavaju ideju svemirskog lifta - to bi uvelike pojednostaviti zadatak i da će učiniti komercijalno održiv prijenos tvornice u prostoru.