I dag vil vi fortælle dig, hvad effektivitet (effektivitetsfaktor) er, hvordan den beregnes, og hvor dette koncept anvendes.
Mand og mekanisme
Hvad har en vaskemaskine og en konservesfabrik til fælles? En persons ønske om at fritage sig selv for behovet for at gøre alt på egen hånd. Før opfindelsen af dampmaskinen havde folk kun deres muskler til deres rådighed. De gjorde alt selv: de pløjede, såede, kogte, fangede fisk, vævede hør. For at sikre overlevelse i den lange vinter arbejdede hvert medlem af bondefamilien i dagtimerne fra toårsalderen til sin død. De yngste børn passede dyrene og hjalp (bringe, fortælle, ringe, tage) de voksne. Pigen blev først sat bag et spinnehjul i en alder af fem! Selv dybe gamle mennesker skar skeer og vævede bastsko, og de mest ældre og svagelige bedstemødre sad ved væve og spindehjul, hvis deres syn tillod det. De havde ikke tid til at tænke over, hvad stjerner er, og hvorfor de skinner. Folk blev trætte: hver dag skulle de gå og arbejde, uanset helbredstilstand, smerte og moral. Naturligvis ønskede manden at finde hjælpere, der i det mindste en smule ville aflaste hans overanstrengte skuldre.
Sjovt og underligt
Den mest avancerede teknologi i de dage var hesten og møllehjulet. Men de udførte kun to eller tre gange mere arbejde end et menneske. Men de første opfindere begyndte at komme med enheder, der så meget mærkelige ud. I filmen "The Story of Eternal Love" fæstede Leonardo da Vinci små både til sine fødder for at gå på vandet. Det førte til flere sjove hændelser, da videnskabsmanden kastede sig i søen med tøjet på. Selvom denne episode kun er en opfindelse af manuskriptforfatteren, må sådanne opfindelser have set sådan ud - komiske og sjove.
19. århundrede: jern og kul
Men i midten af det 19. århundrede ændrede alt sig. Forskere har indset trykkraften ved at ekspandere damp. Datidens vigtigste varer var jern til fremstilling af kedler og kul til opvarmning af vand i dem. Forskere på den tid skulle forstå, hvad effektivitet er i damp- og gasfysik, og hvordan man øger den.
Formlen for koefficienten i det generelle tilfælde er:
η=A/Q
η - effektivitet, A - nyttigt arbejde, Q - energiforbrug.
Arbejde og varme
Efficiency (forkortet effektivitet) er en dimensionsløs størrelse. Den er defineret som en procentdel og beregnes som forholdet mellem energiforbrug og nyttigt arbejde. Sidstnævnte udtryk bruges ofte af mødre til uagtsomme teenagere, når de tvinger dem til at gøre noget i huset. Men faktisk er dette det virkelige resultat af den indsats, der er brugt. Det vil sige, at hvis effektiviteten af maskinen er 20%, så konverterer den kun en femtedel af den modtagne energi til handling. Nu ved købbil, bør læseren ikke have et spørgsmål, hvad er effektiviteten af motoren.
Hvis koefficienten beregnes som en procentdel, er formlen:
η=100 %(A/Q)
η - effektivitet, A - nyttigt arbejde, Q - energiforbrug.
Tab og virkelighed
Alle disse argumenter forårsager helt sikkert forvirring. Hvorfor ikke opfinde en bil, der kan bruge mere brændstofenergi? Ak, sådan er den virkelige verden ikke. I skolen løser børn problemer, hvor der ikke er friktion, alle systemer er lukkede, og strålingen er strengt monokromatisk. Rigtige ingeniører på produktionsanlæg er tvunget til at tage højde for tilstedeværelsen af alle disse faktorer. Overvej f.eks. hvad en varmemotors effektivitet er, og hvad består denne koefficient af.
Formlen i dette tilfælde ser sådan ud:
η=(Q1-Q2)/Q1
I dette tilfælde er Q1 mængden af varme, som motoren modtog fra opvarmning, og Q2 er mængden af varme, som det gav til miljøet (almindeligvis omt alt som et køleskab).
Brændstoffet opvarmes og udvider sig, kraften skubber stemplet, som driver det roterende element. Men brændstoffet er indeholdt i et eller andet fartøj. Når den opvarmes, overfører den varme til beholderens vægge. Dette fører til energitab. For at stemplet kan falde ned, skal gassen afkøles. For at gøre dette frigives en del af det til miljøet. Og det ville være godt, hvis gassen gav al varmen til nyttigt arbejde. Men desværre afkøles det meget langsomt, så der kommer varm damp ud. En del af energien bruges på at varme luften op. Stemplet bevæger sig i en hul metalcylinder. Dens kanter slutter tæt mod væggene; når du bevæger dig, spiller friktionskræfter ind. Stemplet opvarmer den hule cylinder, hvilket også fører til energitab. Stangens translationelle bevægelse op og ned overføres til et drejningsmoment gennem en række led, der gnider mod hinanden og varmes op, det vil sige, at en del af den primære energi også bruges på dette.
Naturligvis i fabriksmaskiner er alle overflader poleret til atomniveau, alle metaller er stærke og har den laveste varmeledningsevne, og stempelolie har de bedste egenskaber. Men i enhver motor bruges benzinens energi til at opvarme dele, luft og friktion.
Pande og kedel
Nu foreslår vi at forstå, hvad effektiviteten af kedlen er, og hvad den består af. Enhver husmor ved: Hvis du lader vandet koge i en gryde under et lukket låg, så drypper vand enten på komfuret, eller låget "danser". Enhver moderne kedel er indrettet på nogenlunde samme måde:
- heat opvarmer en lukket beholder fuld af vand;
- vand bliver overophedet damp;
- ved ekspansion roterer gas-vand-blandingen turbiner eller flytter stempler.
Ligesom i en motor går der energi tabt til at opvarme kedlen, rørene og friktionen i alle led, så ingen mekanisme kan have en virkningsgrad svarende til 100%.
Formlen for maskiner, der arbejder i henhold til Carnot-cyklussen, ligner den generelle formel for en varmemotor, kun i stedet for mængden af varme - temperatur.
η=(T1-T2)/T1.
rumstation
Og hvis du sætter mekanismen i rummet? Gratis solenergi er tilgængelig 24 timer i døgnet, afkøling af enhver gas er bogstaveligt t alt mulig til 0o Kelvin næsten øjeblikkeligt. Måske i rummet ville effektiviteten af produktionen være højere? Svaret er tvetydigt: ja og nej. Alle disse faktorer kunne i høj grad forbedre overførslen af energi til nyttigt arbejde. Men at levere selv tusind tons til den ønskede højde er stadig utrolig dyrt. Selvom en sådan fabrik fungerer i fem hundrede år, vil den ikke betale omkostningerne ved at hæve udstyret tilbage, hvilket er grunden til, at science fiction-forfattere så aktivt udnytter ideen om en rumelevator - dette ville i høj grad forenkle opgaven og gøre det kommercielt rentabelt at flytte fabrikker ud i rummet.
