Какво е ефективността? Концепция, определение, приложение

Днес ще ви кажем каква е ефективността (коефициент на ефективност), как да я изчислите и къде се прилага тази концепция.

Човек и механизъм

Какво съчетава пералня и консерва? Желанието на човек да се освободи от необходимостта да направи всичко сам. Преди изобретяването на парния двигател само мускулите им бяха на разположение на хората. Те направиха всичко сами: плуг, свине, готвене, риба, тъкане на лен. За да се осигури оцеляването на дългата зима, всеки член на семейството на селянин работи от 2 години до смъртта си. Най-малките деца се грижат за животните и са на спасение (донеси, разкажете, повикайте, вземете) при възрастни. Момичето за пръв път беше в ротационно колело на пет години! Дори дълбоко стари мъже рязаха лъжици и въртяха лисните обувки, а най-старите и слаби баби седеха на станове и въртящи се колела, ако погледнеше. Нямаха време да мислят за това какви са звездите и защо те блестят. Хората са се уморили: всеки ден е било необходимо да ходят и да работят, независимо от здравословното състояние, болката и морала. Естествено, човекът искаше да намери асистенти, които поне биха облекчили малко износените му рамене.

Странно и странно

Най-модерната технология в онези дни беше кон и колело на мелницата. Но те само два или три пъти повече работа, отколкото един мъж. Но първите изобретатели започнаха да излизат с устройства, които изглеждаха много странни. Във филма "Историята на вечната любов" Леонардо да Винчи придърпал малки лодки, за да ходи по водата. Това доведе до няколко нелепо инцидента, когато ученият се заби в езерото директно в дрехите си. Макар че този епизод е само писател на художествена литература, вероятно такива изобретения изглеждат - комични и смешни.

Век XIX: желязо и въглища

Но в средата на XIX век всичко се промени. Учените осъзнават силата на натиска на една разширяваща се двойка. Най-важните стоки от това време са желязото за производството на котли и въглища за отопление на водата в тях. Учените от онова време трябваше да разберат каква е ефективността във физиката на пара и газ и как да го подобрим.

Формулата за коефициента в общия случай е:

ета- = A / Q

eta- ефективност, A - полезна работа, Q - изразходвана енергия.

Работа и топлина

Коефициентът на ефективност (съкратено ЕФЕКТИВНОСТ) е безразмерно количество. Тя се определя като процент и се изчислява като съотношението на изразходваната енергия към полезната работа. Последният термин често се използва от майките на небрежните тийнейджъри, когато са принудени да направят нещо за къщата. Но всъщност това е истинският резултат от усилието. Това означава, че ако ефективността на машината е 20%, то само обръща една пета от постъпилата енергия в действие. Сега, когато купувате кола, читателят не би трябвало да има въпрос, каква е ефективността на двигателя.

Ако коефициентът се изчислява като процент, тогава формулата е:

етанол = 100% * (A / Q)

eta- ефективност, A - полезна работа, Q - изразходвана енергия.

Загуба и реалност

Разбира се, всички тези аргументи предизвикват объркване. Защо да не измисляте машина, която да използва повече енергия? Уви, истинският свят не е такъв. В училище децата решават проблеми, при които няма триене, всички системи са затворени и радиацията е строго монохромна. Истинските инженери в производствените предприятия са принудени да вземат предвид наличието на всички тези фактори. Помислете, например, какво е Ефективността на топлинния двигател, и от който се добавя този коефициент.

Формулата в този случай изглежда така:

ета = (Q₁-Q₂) / Q₁

Освен това Q₁ - количеството топлина, което двигателят получава от нагряването, и Q₂ - количеството топлина, което е дал на околната среда (като цяло това се нарича хладилник).

Горивото се загрява и се разширява, силата натиска буталото, което задвижва ротационния елемент. Но горивото се съдържа в някакъв съд. При нагряване се прехвърля топлина върху стените на съда. Това води до загуба на енергия. Че буталото е спуснало, газ е необходимо да се охлади. За да направите това, неговата част се освобождава в околната среда. И би било добре, ако цялата топлина на газа е дадена на полезна работа. Но уви, това се охлажда много бавно, толкова гореща пара пада навън. Част от енергията се изразходва за отопление на въздуха. Буталото се движи в кух цилиндър. Краищата му се прилепват плътно към стените, силите на триене влизат в действие при движение. Буталото загрява кухия цилиндър, което също води до загуба на енергия. Прогресивното движение на пръта нагоре и надолу се предава на въртящия момент чрез серия от стави, които се търкат един срещу друг и се нагряват, т.е. част от първичната енергия се изразходва и върху нея.

Разбира се, във фабричните машини всички повърхности са полирани до атомно ниво, всички метали са силни и имат най-малко топлопроводимост, а маслото за смазване на буталата има най-добри свойства. Но във всеки двигател енергията на бензина отива за отопление, въздух и триене.

Казан и котел

Сега предлагаме да разберем каква е ефективността на котела и от какво се състои. Всяка домакиня знае: ако оставите водата да заври в тенджера под затворен капак, или водата ще капе върху печката, или капакът ще "танцува". Всеки модерен бойлер е подреден по същия начин:

• топлозагрява затворен контейнер, пълен с вода;
• водата става прегрята пара;
• когато се разширява, сместа газ-вода върти турбините или движи буталата.

Точно както при двигателя, генерират се загуби на енергия за отопление на котела, тръби и триене на всички връзки, поради което механизмът не може да има ефективност, равна на 100%.

Формулата за машини, работещи на цикъла Carnot, изглежда като обща формула за топлинна машина, но вместо количеството топлина - температурата.

ета = (Т₁-T₂) / T₁.

Космическа станция

И ако сложите механизма в пространството? Свободната енергия на Слънцето е на разположение 24 часа в денонощието, охлаждането на всеки газ е възможно буквално до 0^за Келвин почти моментално. Може би в космическото пространство ефективността на производството ще бъде по-висока? Отговорът е двусмислен: да и не. Всички тези фактори могат наистина да подобрят трансфера на енергия към полезна работа. Но доставката до желаната височина, дори хиляда тона, досега невероятно скъпа. Дори ако такъв завод ще се кандидатира за петстотин години, тя не плаща за цената на подемни съоръжения, така че научната фантастика така активно експлоатират идеята за космически асансьор - това значително ще опрости задачата и ще го направи и икономически изгодно да се прехвърлят фабрики в пространството.