Кпд не может быть больше 100 потому что
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]
Почему коэффициент полезного действия не может быть 100
23 января 2018 · 4,1 K
КПД – процентное отношение полезной работы к затраченной. Затраченная энергия всегда больше полезной, так как часть энергии всегда тратиться на преодоление например сил трения. Поэтому КПД меньше 100%
Может ли КПД быть больше 100 процентов и почему?
КПД 100 процентов – это предел. КПД 100% означает, что ВСЯ энергия, затраченная на получение мощности двигателя, используется им в работе. В природе такого, в принципе, никогда не бывает, и поэтому КПД ВСЕХ ДВИГАТЕЛЕЙ всегда меньше 100 процентов.
Потери энергии происходят или на преодоление силы трения рабочих частей, деталей, механизмов или по причине утери тепла (оно выходит в атмосферу). Такого двигателя, где все тепло расходуется на работу нет и придумать их в условиях земного шара очень тяжело. Тут нужна невесомость, вакуум, отсутствие трения (что невозможно сделать даже в условиях вакуума).
В общем, 100 процентов это недостижимый предел. Проценты обозначают, какая часть энергии расходуется ПОЛЕЗНО.
Самый большой КПД имеют электродвигатели – 80-95%. Самый низкий – паровозная топка (где-то до 20%).
Объясните чайнику: если до Большого взрыва Вселенная была бесконечно мала, то как называлось то пространство, которое ее окружало?
Так нет никакого пространства вне Вселенной. Просто ничего. Да и говорить о том что Вселенная была сжата тоже нельзя и это не правильно, т.к. Вселенную извне нечему сдерживать из вне – там вросто нет абсолютно ничего. Даже называя словами абсолютно ничего мы уже это ничего как-то материализуем, как минимум у этого ничего уже есть название. Так устроен наш мозг. А это то, что вообще не имеет даже навания, потому-что там называть нечего и даже понятия “там” нет. Это тоже самое как открыть флешку в командоре, зайти в нее и представить что существует вне места на флешке. Просто всем, чем можно вообще оперрировать с местом на флешке ограничено. А вне этого ограничения просто физически ничего нет. Вселенная расширяется до тех пор, пока последний атом не будет расщеплен на энергию. Вот стадия Вселенной когда последний атом расщипился и больше нечему расширять пространство. Большая вероятность, что Вселенная начнет тогда схлопываться, концентрируя энергию и уменьшая свой объем. До тех пор, пока концентрат энергии не приведет к образованию первых элементарных частиц (кварки, глюоны) и не запустится процесс вспять и начнутся стадии “конденсат цветного стекла”, “глазма” и т.д. И так до бесконечности. Это наша Вселенная. Она так вечность делает и будет делать. А вот одна ли она и является ли она частью чего-то большго – нам пока-что не известно.
Прочитать ещё 60 ответов
Таки кто построил пирамиды, а главное каким образом, если самый тяжёлый блок весит 35 тонн?
Пирамиды отлили из бетона с наполнителем из породы, которую рубили в каменоломнях и транспортировали по реке в насыпной таре. Опалубкой служили соседние уже отлитые блоки и дранка из папируса. Поэтому блоки так идеально обработаны. Поэтому в блоках не зазоров даже на лезвие ножа. Потому, что строительная артель человек в 500 могла и доставить материал и отлить эти постройки всего за несколько лет. Эта проста, мысль была высказана уже очень давно и очень просто все объясняет.
Прочитать ещё 2 ответа
Любые процессы в замкнутой системе протекают с неубыванием энтропии. Однако в системе не замкнутой КПД может быть больше 100 процентов! Пример: тепловой насос.
Источник: Курс термодинамики.
Потери, братан, потери, убытки, блин… Трения всевозможныя! Природа сопротивляется любому движению. Ей все по барабану, хочет покоя… А тут ты со своми двигателями-генераторами… Даже пальцем пошевелить – и тут надо затратить энергию, а ты говоришь… Даже падающая в вакууме пустая консервная банка тормозится всевозможными полями, шальными нейтронами, и пробивается навылет бродячими нейтрино… О как! Да еще жена требует 100% получки… Вот у кого надо учиться!
как все бросились посылать человека к учебнику физики. но уж если обращаться к ней, так обращаться с уважением, а не поминать в суе
КПД может быть 100%. Философские речи рьяных товарищей поэтому смело сливайте в унитаз.
А прежде чем ставить вопрос, уточните КПД чего именно? Оптиковолоконной передачи, трансформатора – там тоже применяется понятие КПД, хотя оно не то же самое что в механике, где это полезная работа деленная на полную. Сверхпроводники? Квантовый транзистор?
Если же более простые материи, то – в тепловой машине не может быть 100%, потому что надо часть тепла выбросить в природу, иначе это тепло не будет передаваться от холодного к теплому, совершая при этом действие нужное нам. Но если в пруду – теплонакопителе купаются дети, считайте что КПД 100%, потому что дети нагрелись этим потерянным теплом. А так – больше 40% не получите
У электродвижков КПД приближается к 99%, как верно было сказано – трение и рассеяние мешают. + теплопотери ( трение, как бы не думали, зачастую не главная причина )
КПД 100% может быть на ответах мейл.ру. Регистрируешься под новым именем, отвечаешь на 1 вопрос, но так, чтобы автор обязательно выбрал его лучшим. Больше ни на какие вопросы не отвечаешь и вот тебе пожалуйста КПД 100%. Вопреки всем законам!
КПД может быть больше ста процентов. Ответ дал Mart, а я приведу пример.
Берём холодильник и ставим его в дверной проём дверцей на улицу. Дверцы холодильника открываем, холодильник включаем. Меряём потреблённую холодильником мощность от сети электропитания. Меряем повышение температуры в помещении. Понимаем, что затратили энергии меньше, чем получили в виде нагретого воздуха.
Для успешного опыта следует обеспечить изоляцию внутреннего воздушного пространства помещения – важно, хтобы холодильник был единственным пунктом передачи тепла.
КПД не может быть равен или больше 100 %, он всегда меньше 100%, потому что в механическую энергию можно превратить только часть энергии, выделившейся при сгорании топлива
Svetoslav i K
[14.7K]
Любителям похвастать школьными знаниями стоит быть по внимательнее к словам и гибче мышлением, а то потом читая инструкцию к своей сплит системе можно получить разрыв шаблона – получение тепловой мощности 2,5квт при затраченных 700вт. Так работает тепловой насос.
автор вопроса выбрал этот ответ лучшим
Вопрос интересный и я могу ответить на него так – да, может, но только не сам КПД, а перенос энергии больший, чем затрачено на сам процесс. Казалось бы – это вечный двигатель какой-то получается или попираются все известные законы физики, но кондиционеры (точнее – тепловой насос в них)) работают именно так на затраченный Квт могут дать “прирост” в 2,5-5 раз, иными словами тепла (полезного) переносится в несколько раз больше затрат. Это называется коэффициентом теплового трансформирования, он высчитывается по формуле:
Значения в приведенной формуле означают следующее:
А вот классический КПД не может превышать значения в 100%.
КПД 100 процентов – это предел. КПД 100% означает, что ВСЯ энергия, затраченная на получение мощности двигателя, используется им в работе. В природе такого, в принципе, никогда не бывает, и поэтому КПД ВСЕХ ДВИГАТЕЛЕЙ всегда меньше 100 процентов.
Потери энергии происходят или на преодоление силы трения рабочих частей, деталей, механизмов или по причине утери тепла (оно выходит в атмосферу). Такого двигателя, где все тепло расходуется на работу нет и придумать их в условиях земного шара очень тяжело. Тут нужна невесомость, вакуум, отсутствие трения (что невозможно сделать даже в условиях вакуума).
В общем, 100 процентов это недостижимый предел. Проценты обозначают, какая часть энергии расходуется ПОЛЕЗНО.
Самый большой КПД имеют электродвигатели – 80-95%. Самый низкий – паровозная топка (где-то до 20%).
1.Скажем сплит-система (в народе – кондиционер) при некоторых температурах наружного воздуха, скажем +5 при потреблении 1 кВт электроэнергии получаем 2,5 кВт тепловой энергии.
2.Конденсационные котлы кпд до 125 % за счет конденсации влаги из воздуха добираем процентов 30.
КПД больше 1 (больше 100%), это как из стакана вылить больше 250 мл воды. Если в расчетах или на практике такое происходит, значит нечисто поставлен опыт, не учтен какой-то еще подвод энергии.
Резюме – не бывает, по определению. Иначе, это не КПД.
Коэффициент полезного действия(КПД)не может быть больше 100%. Даже до 100% не может дойти, так как часть энергии затрачивается на другие нужды, такие как разгон, нагрев и т.д. В любом случае будут потери.
Ракитин Сергей
[415K]
Дело в том, что разные виды энергии имеют различную практическую ценность. Например, наименее ценной является тепловая энергия, ибо её невозможно превратить в другие формы с эффективностью 100%, да и 50% – скорее недостижимый предел. А вот любой другой вид перевести в тепло с эффективностью 100% – легко, а если немного напрячься, то и 250% и более.
Тут уже приводился пример теплового насоса. При малой разности температур он позволяет на каждый затраченный киловатт-час электроэнергии перекачать от более холодного тела к более горячему несколько киловатт-часов тепловой энергии, например, с улицы в комнату. При этом если разница температур составит всего 5 градусов, то КПД этого процесса будет в районе 1000%.
Коэффициент полезного действия (КПД) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии; определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; обозначается обычно h = Wпол/Wcyм.
Если имелось ввиду не Коммунистическая партия Дании и не КПД-3 — электронный скоростемер на локомотивах и МВПС, то вот:
В электрических двигателях КПД — отношение совершаемой (полезной) механической работы к электрической энергии, получаемой от источника.
В тепловых двигателях — отношение полезной механической работы к затрачиваемому количеству теплоты.
В электрических трансформаторах — отношение электромагнитной энергии, получаемой во вторичной обмотке, к энергии, потребляемой первичной обмоткой.
Для вычисления КПД разные виды энергии и механическая работа выражаются в одинаковых единицах на основе механического эквивалента теплоты, и других аналогичных соотношений. В силу своей общности понятие КПД позволяет сравнивать и оценивать с единой точки зрения такие различные системы, как атомные реакторы, электрические генераторы и двигатели, теплоэнергетические установки, полупроводниковые приборы, биологические объекты и т. д.
Различают КПД отдельного элемента (ступени) машины или устройства и КПД, характеризующий всю цепь преобразований энергии в системе. КПД первого типа в соответствии с характером преобразования энергии может быть механическим, термическим и т. д. Ко второму типу относятся общий, экономический, технический и другие виды КПД. Общий КПД системы равен произведению частных КПД, или КПД ступеней.
В технической литературе КПД иногда определяют таким образом, что он может оказаться больше единицы. Подобная ситуация возникает, если определять КПД отношением Wпол/Wзатр, где Wпол — используемая энергия, получаемая на «выходе» системы, Wзатр — не вся энергия, поступающая в систему, а лишь та её часть, для получения которой производятся реальные затраты. Например, при работе полупроводниковых термоэлектрических обогревателей (тепловых насосов) затрата электроэнергии меньше количества теплоты, выделяемой термоэлементом. Избыток энергии черпается из окружающей среды. При этом, хотя истинный КПД установки меньше единицы, рассмотренный КПД h=Wпол/Wзатр может оказаться больше единицы. Например, тепловой КПД кондиционеров в среднем равен 300-400%.
Автор Даниил Леонидович На чтение 7 мин. Просмотров 20.8k. Опубликовано 18 ноября
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.
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.
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%.
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.
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.
Это интересно
Наукой обосновано, что коэффициент полезного действия любого механизма всегда меньше единицы. Это связано со вторым началом термодинамики.
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.