Кпд что это такое в человеке
Коэффициент полезного действия в работе человека
Сравнение увеличения затрат энергии с увеличением тяжести работы показывает, что величина затрачиваемой энергии за вычетом основного обмена всегда больше совершаемой человеком «полезной» механической работы. Причина такого несоответствия заключается прежде всего в том, что при превращении химической энергии питательных веществ в работу значительная часть энергии теряется в виде тепла, не переходя в механическую энергию. Некоторая часть энергии расходуется на поддержание статических напряжений, которые только частично учитываются при подсчете совершенной человеком механической работы. Каждое движение человека требует и статических и динамических напряжений, причем соотношение тех и других при различных работах различно. Так, поднятие груза с высоты 1 м на высоту 1,5 м при выпрямленном туловище требует меньшей затраты энергии, чем поднятие такого же груза с высоты 0,5 м на высоту 1 м при наклонном положении туловища, так как удержание последнего в наклонном состоянии требует более значительного статического напряжения мышц спины.
Определенная часть энергии, образовавшейся при химических реакциях, расходуется на преодоление сопротивлений движению со стороны растягиваемых во время движения мышц-антагонистов и эластичных тканей в суставах, на преодоление вязкого сопротивления деформации мышц и на преодоление инерции движущихся звеньев тела при изменениях направления движения. Отношение количества выполненной человеком механической работы, выраженное в калориях, к величине затрат энергии, также в калориях, называется энергетическим коэффициентом полезного действия.
Величина коэффициента полезного действия работы в отдельных случаях позволяет установить более рациональные условия выполнения физической работы, в частности определить оптимальную скорость (темп), нагрузку, производительность работы. Большей частью величина энергетических трат на единицу продукции бывает наименьшей, а обратная ей величина коэффициента полезного действия — наибольшей при средних степенях скорости и нагрузки в середине периода работы, если она продолжается до утомления.
Изменение коэффициента полезного действия в отдельных случаях, в частности, когда сравниваются однородные работы, различающиеся лишь способом выполнения, может служить одним из критериев для оценки рациональности некоторых конкретных сторон труда. Однако этот критерий для работающего человека ни в какой мере не имеет того определяющего и универсального значения, которым он обладает в оценке работы машины. В то время как в паровой машине только внешняя механическая работа является основным полезным эффектом превращений энергии, а остальная извлеченная из топлива энергия справедливо считается бесполезно потерянной, для организма человека полезна и та часть потребляемой энергии, которая идет не на внешнюю механическую работу, а на повышение жизнедеятельности клеток во время работы и на восстановление временно уменьшающейся работоспособности.
Более точным и универсальным критерием физиологической оценки рациональности конкретных рабочих приемов и отдельных движений является длительность поддержания высокого уровня работоспособности, что проявляется в увеличении производительности труда и в таком приспособлении физиологических функций, которое ведет к дальнейшему развитию физических и духовных способностей человека.
Коэффициент полезного действия (КПД)
Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат
(в правом нижнем углу экрана).
КПД: понятие коэффициента полезного действия
Представьте, что вы пришли на работу в офис, выпили кофе, поболтали с коллегами, посмотрели в окно, пообедали, еще посмотрели в окно — вот и день прошел. Если вы не сделали ни одного дела по работе, то можно считать, что ваш коэффициент полезного действия равен нулю.
В обратной ситуации, когда вы сделали все запланированное — КПД равен 100%.
По сути, КПД — это процент полезной работы от работы затраченной.
Вычисляется по формуле:
Формула КПД
η = (Aполезная/Aзатраченная) * 100%
η — коэффициент полезного действия [%]
Aполезная — полезная работа [Дж]
Aзатраченная — затраченная работа [Дж]
Есть такое философское эссе Альбера Камю «Миф о Сизифе». Оно основано на легенде о неком Сизифе, который был наказан за обман. Его приговорили после смерти вечно таскать огромный булыжник вверх на гору, откуда этот булыжник скатывался, после чего Сизиф тащил его обратно в гору. То есть он делал совершенно бесполезное дело с нулевым КПД. Есть даже выражение «Сизифов труд», которое описывает какое-либо бесполезное действие.
Давайте пофантазируем и представим, что Сизифа помиловали и камень с горы не скатился. Тогда, во-первых, Камю бы не написал об этом эссе, потому что никакого бесполезного труда не было. А во-вторых, КПД в таком случае был бы не нулевым.
Полезная работа в этом случае равна приобретенной булыжником потенциальной энергии. Потенциальная энергия прямо пропорционально зависит от высоты: чем выше расположено тело, тем больше его потенциальная энергия. То есть, чем выше Сизиф прикатил камень, тем больше потенциальная энергия, а значит и полезная работа.
Потенциальная энергия
Еп = mg
Еп — потенциальная энергия [Дж]
g — ускорение свободного падения [м/с^2]
На планете Земля g ≃ 9,8 м/с^2
Затраченная работа здесь — это механическая работа Сизифа. Механическая работа зависит от приложенной силы и пути, на протяжении которого эта сила была приложена.
Механическая работа
А = FS
A — механическая работа [Дж]
F — приложенная сила [Н]
И как же достоверно определить, какая работа полезная, а какая затраченная?
Все очень просто! Задаем два вопроса:
В примере выше процесс происходит ради того, чтобы тело поднялось на какую-то высоту, а значит — приобрело потенциальную энергию (для физики это синонимы). Происходит процесс за счет энергии, затраченной Сизифом — вот и затраченная работа.
КПД в механике
Главный секрет заключается в том, что эта формула подойдет для всех видов КПД.
η = (Aполезная/Aзатраченная) * 100%
η — коэффициент полезного действия [%]
Aполезная — полезная работа [Дж]
Aзатраченная — затраченная работа [Дж]
Дальше мы просто заменяем полезную и затраченную работы на те величины, которые ими являются.
Давайте разберемся на примере задачи.
Задача
Чтобы вкатить санки массой 4 кг в горку длиной 12 метров, мальчик приложил силу в 15 Н. Высота горки равна 2 м. Найти КПД этого процесса. Ускорение свободного падения принять равным g ≃9,8 м/с^2
Запишем формулу КПД.
η = (Aполезная/Aзатраченная) * 100%
Теперь задаем два главных вопроса:
Ради чего все это затеяли?
Чтобы санки в горку поднять — то есть ради приобретения телом потенциальной энергии. Значит в данном процессе полезная работа равна потенциальной энергии санок.
Потенциальная энергия
Еп = mgh
Еп — потенциальная энергия [Дж]
g — ускорение свободного падения [м/с^2]
На планете Земля g ≃9,8 м/с^2
За счет чего процесс происходит?
За счет мальчика, он же тянет санки. Значит затраченная работа равна механической работе
Механическая работа
А = FS
A — механическая работа [Дж]
F — приложенная сила [Н]
Заменим формуле КПД полезную работу на потенциальную энергию, а затраченную — на механическую работу:
η = Eп/A * 100% = mgh/FS * 100%
η = 4*9,8*2/15*12 * 100% = 78,4/180 * 100% ≃ 43,6 %
Ответ: КПД процесса приблизительно равен 43,6 %
КПД в термодинамике
В термодинамике КПД — очень важная величина. Она полностью определяет эффективность такой штуки, как тепловая машина.
Схема теплового двигателя выглядит так:
У теплового двигателя обязательно есть нагреватель, который (не может быть!) нагревает рабочее тело, передавая ему количество теплоты Q1 или Qнагревателя (оба варианта верны, это зависит лишь от учебника, в котором вы нашли формулу).
Оставшееся количество теплоты Q2 или Qхолодильника отводится к холодильнику, после чего возвращается к нагревателю и процесс повторяется.
КПД такой тепловой машины будет равен:
КПД тепловой машины
η = (Aполезная/Qнагревателя) * 100%
η — коэффициент полезного действия [%]
Aполезная — полезная работа (механическая) [Дж]
Qнагревателя — количество теплоты, полученное от нагревателя[Дж]
Если мы выразим полезную (механическую) работу через Qнагревателя и Qхолодильника, мы получим:
A = Qнагревателя — Qхолодильника.
Подставим в числитель и получим такой вариант формулы.
КПД тепловой машины
η = Qнагревателя — Qхолодильника/Qнагревателя * 100%
η — коэффициент полезного действия [%]
Qнагревателя — количество теплоты, полученное от нагревателя[Дж]
Qхолодильника — количество теплоты, отданное холодильнику [Дж]
А возможно ли создать тепловую машину, которая будет работать только за счет охлаждения одного тела?
Точно нет! Если у нас не будет нагревателя, то просто нечего будет передавать на механическую работу. Любой такой процесс — когда энергия не приходит из ниоткуда — означал бы возможность существования вечного двигателя.
Поскольку свидетельств такого процесса в мире не существует, то мы можем сделать вывод: вечный двигатель невозможен. Это второе начало термодинамики.
Запишем его, чтобы не забыть:
Невозможно создать периодическую тепловую машину за счет охлаждения одного тела без изменений в других телах.
Задача
Найти КПД тепловой машины, если рабочее тело получило от нагревателя 20кДж, а отдало холодильнику 10 кДж.
Решение:
Возьмем формулу для расчета КПД:
η = Qнагревателя — Qхолодильника/Qнагревателя * 100%
η = 20 — 10/20 *100% = 50%
Ответ: КПД тепловой машины равен 50%
Идеальная тепловая машина: цикл Карно
Давайте еще чуть-чуть пофантазируем: какая она — идеальная тепловая машина. Кажется, что это та, у которой КПД равен 100%.
На самом деле понятие «идеальная тепловая машина» уже существует. Это тепловая машина, у которой в качестве рабочего тела взят идеальный газ. Такая тепловая машина работает по циклу Карно. Зависимость давления от объема в этом цикле выглядит следующим образом
А КПД для цикла Карно можно найти через температуры нагревателя и холодильника.
КПД цикла Карно
η = Tнагревателя — Tхолодильника /Tнагревателя *100%
η — коэффициент полезного действия [%]
Tнагревателя — температура нагревателя[Дж]
Tхолодильника — температура холодильника [Дж]
КПД в электродинамике
Мы каждый день пользуемся различными электронными устройствами: от чайника до смартфона, от компьютера до робота-пылесоса — и у каждого устройства можно определить, насколько оно эффективно выполняет задачу, для которой оно предназначено, просто посчитав КПД.
η = Aполезная/Aзатраченная *100%
η — коэффициент полезного действия [%]
Aполезная — полезная работа [Дж]
Aзатраченная — затраченная работа [Дж]
Для электрических цепей тоже есть нюансы. Давайте разбираться на примере задачи.
Задачка, чтобы разобраться
Найти КПД электрического чайника, если вода в нем приобрела 22176 Дж тепла за 2 минуты, напряжение в сети — 220 В, а сила тока в чайнике 1,4 А.
Решение:
Цель электрического чайника — вскипятить воду. То есть его полезная работа — это количество теплоты, которое пошло на нагревание воды. Оно нам известно, но формулу вспомнить все равно полезно 😉
Количество теплоты, затраченное на нагревание
Q — количество теплоты [Дж]
c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]
tконечная — конечная температура [˚C]
tначальная — начальная температура [˚C]
Работает чайник, потому что в розетку подключен. Затраченная работа в данном случае — это работа электрического тока.
Работа электрического тока
A = (I^2)*Rt = (U^2)/R *t = UIt
A — работа электрического тока [Дж]
R — сопротивление [Ом]
То есть в данном случае формула КПД будет иметь вид:
η = Q/A *100% = Q/UIt *100%
Переводим минуты в секунды — 2 минуты = 120 секунд. Теперь намм известны все значения, поэтому подставим их:
η = 22176/220*1,4*120 *100% = 60%
Ответ: КПД чайника равен 60%.
Давайте выведем еще одну формулу для КПД, которая часто пригождается для электрических цепей, но применима ко всему. Для этого нужна формула работы через мощность:
Работа электрического тока
A — работа электрического тока [Дж]
Подставим эту формулу в числитель и в знаменатель, учитывая, что мощность разная — полезная и затраченная. Поскольку мы всегда говорим об одном процессе, то есть полезная и затраченная работа ограничены одним и тем же промежутком времени, можно сократить время и получить формулу КПД через мощность.
η = Pполезная/Pзатраченная *100%
η — коэффициент полезного действия [%]
Pполезная — полезная мощность [Дж]
Pзатраченная — затраченная мощность [Дж]
Повышаем КПД персонала, или Как из ленивых сотрудников сделать ударников труда
Всем понятно, что чем больше отдача от людей, тем меньше финансовые издержки — не надо платить, выделять рабочие места в офисе и постоянно подталкивать непродуктивных членов коллектива. Дурной пример, как известно, заразителен, а в коллективе он заразителен вдвойне. Поэтому руководство компании и кадровые службы вынуждены направлять усилия на то, чтобы своевременно выявлять тех, кто работает «спустя рукава».
Заражение бездельем, порой напоминает лавинообразное падение предварительно выстроенных костяшек домино — падает одна, затем другая и так далее, пока не упадут все. Сотрудник, работающий «вполсилы», неэффективно и небрежно, приносит не только прямой вред организации, но и вносит смуту в коллектив, задает неправильные стандарты поведения, заражая коллег ленью и безалаберностью.
Классический пример. Директор (он же хозяин) автозаправочной станции ввел для операторов обязательное правило: вежливо здороваться с посетителями и всегда им улыбаться. Клиенты сразу отметили позитивные изменения в поведении работников автозаправочной станции. Увеличился поток посетителей, на заправке появились очереди. Но через некоторое время в коллективе появилась новая оператор — Надежда З., которая ранее работала на другой автозаправочной станции, где требования руководства были не так строги. Надежда решила, что можно трудиться по-старинке — разговаривать с хмурым выражением лица, неохотно пробивать заказ, не приветствовать посетителей. Постоянные клиенты обратили внимание на необщительную девушку, но доверия к заправке, тем не менее, не потеряли, поскольку неприветливость Надежды щедро компенсировалась внимательным и вежливым обслуживанием других операторов. Однако со временем другие сотрудники, глядя на свою нерадивую коллегу, стали меньше внимания уделять клиентам, рассудив, «почему ей можно, а нам нельзя?». Последствия для бизнеса были ощутимые. В пятистах метрах от АЗС открылась новая заправка с регламентированной системой обслуживания. Многие клиенты перешли к конкурентам, так как не могли оправиться от «потребительского шока», вызванного сначала суперкачественным, а затем крайне низким уровнем обслуживания.
Рыба ищет, где глубже…
Следует отметить, что «человек разумный» не способен долгое время оставаться совершенно бездеятельным, если, конечно, он не спит. Когда мы что-то «не делаем» или делаем неправильно или неэффективно, мы занимаемся совершенно другими делами, то есть так или иначе заполняем свое время. Одним из таких дел является широко известная имитация бурной деятельности, когда сотрудник постоянно суетится, куда-то бегает, делает массу телефонных звонков, но при этом его активность не имеет никакого полезного результата. Рабочее место таких людей завалено бумагами, они имеют массу незаконченных проектов и огромное количество деловых контактов, поздно уходят с работы и имеют крайне усталый вид.
Другой вариант реализации низкой эффективности — долгая раскачка. Сотрудник приходит на работу, пьет кофе, беседует с коллегами, смотрит прогноз погоды в Интернете, выходит курить, возвращается на рабочее место и… так до самого обеда. После обеда опять начинается вхождение в рабочий ритм. Если его не подгонять, то он ничего не сделает до самого вечера, когда уже пора уходить домой.
Затягивание сроков выполнения задачи
Мария Л., специалист отдела обучения персонала крупного холдинга в сфере нефтехимического производства, всегда долго и тщательно готовит документы — приказы о переподготовке персонала, распоряжения о формировании учебных групп, договора с учебными центрами. Процесс проверки уже готовых документов занимает вдвое больше времени. Такой подход приводит к тому, что организация производственного обучения происходит крайне медленно, а срыв сроков подготовки персонала ограничивает полное использование производственных мощностей предприятия. В ответ на замечания руководства о том, что работа не выполняется в срок, Мария обычно отвечает, что у нее просто не хватает времени.
Это довольно распространенная ситуация для бюрократизированных компаний. Когда для того чтобы сделать один шаг, требуется масса объяснений, санкций, распоряжений и других форм документального сопровождения процесса деятельности. Сотрудники достаточно творчески используют систему корпоративного документооборота, чтобы ничего не делать, либо работать с прохладцей, понемногу, руководствуясь поговоркой «Ешь — потей, работай — мерзни», подолгу и тщательно занимаются подготовкой процесса, собирают подписи и разрешения. Подобной же уловкой пользуются люди, которые ссылаются на постоянную нехватку ресурсов — денег, оборудования, информации.
Выполнение одной задачи в ущерб другой
Многие используют такую лазейку как «срочное задание», чтобы временно избавиться от надоевших повседневных дел или от других, менее интересных.
Руководитель крупного предприятия дал задание Светлане, своему секретарю, обзвонить всех руководителей подразделений с тем, чтобы они подготовили полугодовые отчеты и явились на общее собрание во второй половине дня. Помимо этого задания Светлана должна была выполнять свою повседневную работу: получать и регистрировать корреспонденцию, отвечать на входящие звонки и так далее. Секретарь начала обзванивать руководителей и совершенно забыла о своих каждодневных обязанностях. Сославшись на то, что у нее сейчас срочная работа, она довольно сухо попросила важного клиента перезвонить после обеда, что впоследствии повлияло на репутацию компании — клиент был рассержен столь формальным подходом и даже всерьез подумывал о разрыве деловых отношений с давним партнером и поставщиком.
Энергию в массы!
Чтобы человек продуктивно работал, в его деятельности должны присутствовать два компонента: первое — энергия, второе — направление, или цель. Низкий уровень энергии встречается, как правило, у людей больных, страдающих авитаминозом, с низкой мотивацией, усталых, имеющих серьезные психологические проблемы, ведущих нездоровый образ жизни. Поэтому одна из задач кадровой службы и менеджмента компании — обнаруживать людей с низким уровнем энергии и принимать необходимые меры.
Руководство одной из региональных сетей быстрого питания обнаружило, что производительность фронт-персонала — продавцов и кулинаров тонаров — крайне невысока. Многие сотрудники лениво и небрежно, без энтузиазма обслуживают клиентов, что влияет на отношение потребителей к компании. Решить проблему было поручено HR-службе, которая после ряда наблюдений сделала следующее заключение: большинство сотрудников — молодые люди, студенты. Они учатся и работают, а свободное время проводят в клубах, компаниях, на дискотеках, зачастую употребляя алкогольные напитки. Понятно, что такой образ жизни не способствует поддержанию отличной физической формы, что, в свою очередь, сказывается на работе. Нанимать на работу людей более старшего возраста с точки зрения кадровой политики было неприемлемо. Поэтому HR-служба подготовила план мероприятий, где руководству компании предлагалось создать корпоративный клуб для молодых сотрудников — организовать помещение для встреч и сделать небольшой спортзал. Руководство приняло предложение кадровой службы и выделило необходимые средства. И молодые сотрудники стали ходить на занятия по фитнесу, участвовать в мероприятиях. Уровень энергии ощутимо поднялся — все стали активнее работать, появился блеск в глазах.
Мотивация может быть и такой: организация для сотрудников обедов и ужинов. Такая забота о человеческих ресурсах полезна не только с точки зрения формирования корпоративной лояльности, но имеет и экономическое обоснование. Далеко не всегда сами сотрудники берут с собой на работу приготовленную дома еду. И далеко не все могут посетить в обеденный перерыв хорошее кафе, либо из-за нехватки времени и денег, либо из-за отсутствия нормального заведения общественного питания рядом с работой.
Огромное влияние на коллектив оказывает личное обращение руководителей к подчиненным. Различные собрания, деловые встречи, рабочие группы являются отличными энерджайзерами для сотрудников. Руководители подразделений должны уметь общаться со своими подчиненными — говорить ясно, четко, воодушевляюще. И задача кадровой службы — искать менеджеров среди таких кандидатов, которые способны вести за собой, поднимать уровень энергии не только у себя, но и у других людей.
Еще одна причина низкого уровня энергии — синдром выученной беспомощности. Термин «выученная беспомощность» был придуман психологами, проводившими эксперимент над собаками, суть которого заключалась в изучении реакции животного на слабые разряды электрического тока. Фактически собаки учились беспомощности, отказываясь совершать активные действия!
Сотрудники, находящиеся под постоянным прессом критики и негативного отношения, также становятся беспомощными и вялыми. Вместо того чтобы брать на себя ответственность и проявлять инициативу, они предпочитают жаловаться на начальство, низкую заработную плату и неблагодарных клиентов.
Одна из функций кадровой службы организации — диагностика стиля управления руководителей подразделений. Начальник может быть жестким и авторитарным, но если он умеет не только критиковать, но и хвалить подчиненных — энергетический уровень в отделе будет высоким. И наоборот, демократически настроенный, инициативный менеджер с легкостью может остановить работу целой компании, если он умеет только обвинять и находить недостатки.
Большой документооборот также приводит к тому, что люди начинают работать осторожно, порой предпочитая не делать ничего, лишь бы не допустить ошибку. Необходимо максимально избавляться от лишних бумаг, а также от ненужных согласований и разрешений.
Впередсмотрящие
Без карты и компаса корабли сбиваются с курса, а без сопровождения наземной диспетчерской службы самолет может потерять ориентацию и разбиться. Также и персонал без целей в работе начинает заниматься всем чем угодно, только не своими непосредственными обязанностями. У каждого работника должна быть своя «координатная сетка». Он должен четко знать, что ему делать в первую очередь, что во вторую и так далее. Постановка целей и задач должна быть конкретной, измеримой и ограниченной временными рамками.
Человек должен не только представлять свой конечный результат, но и знать, что он будет делать в том случае, если в настоящий момент выполнить работу невозможно по объективным причинам. Так, например, опытные бригадиры всегда планируют для строителей работу, которую они могут делать на случай, если вовремя не будут подвезены строительные материалы. Чтобы работа не стояла, а люди не «расхолаживались». Практика «запасного фронта работ» может в значительной степени повысить производительность труда.
Вперед смотрящими и должны стать отделы управления персоналом. Свою деятельность им надо направлять на диагностику стиля руководства начальников подразделений, удовлетворенности сотрудников своей работой, а также выстраивание системы содержания рабочего времени сотрудников. При этом для исследований используются структурированные интервью, тесты и фокус-группы.
Пример вопросов для интервью и фокус-групп с сотрудниками:
Для диагностики стиля руководства многие службы управления персоналом используют психологические тесты, однако, на наш взгляд, метод психологического тестирования имеет ограничения в связи с тем, что использовать тесты повторно можно только через достаточно большой промежуток времени. Поскольку повторный опрос одних и тех же респондентов снижает надежность результатов — многие руководители стремятся давать социально желательные ответы. К тому же многие стандартные опросники достаточно хорошо «читаемы», и для человека не представляет особой сложности дать ответы, которые, по его мнению, хотело бы видеть руководство. Наиболее надежным и точным методом исследования стиля управления являются кейсы. Причем лучше, если на них нужно будет отвечать по принципу «Ситуация — действия — прогнозируемый результат».
Предполагается, что наиболее успешный руководитель будет давать ответы в колонках «Действия» и «Результат», в целом соответствующие эффективной стратегии, то есть дает не только негативную, но и позитивную обратную связь, ставит цели и отслеживает итог и, соответственно, принимает меры к повышению энергии у подчиненных.
Чтобы заставить сотрудников работать больше и лучше, недостаточно только кнута и пряника, нужно обучать работать, изучать людей и прилагать усилия для формирования здоровой трудовой атмосферы. Главную роль в этом процессе играет кадровая служба и менеджмент компании. Если они справляются со своей задачей — сотрудники становятся результативными, если нет — эффективность падает и растут затраты на персонал.