Понятие КПД: определение, формула и применение в физике
Физика — это наука, которая изучает процессы, происходящие в природе. Наука эта очень интересная и любопытная, ведь каждому из нас хочется удовлетворить себя ментально, получив знания и понимание того, как и что в нашем мире устроено. Физика, законы которой выводились не одно столетие и не одним десятком ученных, помогает нам с этой задачей, и мы должны только радоваться и поглощать предоставленные знания.
Но в то же время физика — наука далеко непростая, как, собственно, и сама природа, но разобраться в ней было бы очень интересно. Сегодня мы будем говорить о коэффициенте полезного действия. Мы узнаем, что такое КПД и зачем он нужен. Рассмотрим все наглядно и интересно.
Определение и расшифровка КПД
Расшифровка аббревиатуры — коэффициент полезного действия. Однако и такое толкование с первого раза может оказаться не особо понятным. Этим коэффициентом характеризуется эффективность системы или какого-либо отдельного тела, а чаще — механизма. Эффективность характеризуется отдачей или преобразованием энергии.
Этот коэффициент применим практически ко всему, что нас окружает, и даже к нам самим, причём в большей степени. Ведь совершаем мы полезную работу все время, только вот как часто и насколько это важно, уже другой вопрос, с ним и используется термин «КПД».
Важно учесть, что этот коэффициент — величина неограниченная, она, как правило, представляет собой либо математические значения, к примеру, 0 и 1, либо же, как это чаще бывает — в процентах.
В физике этот коэффициент обозначается буквой Ƞ, или, как её привыкли называть, Эта.
Полезная работа
При использовании каких-либо механизмов или устройств мы обязательно совершаем работу. Она, как правило, всегда больше той, что необходима нам для выполнения поставленной задачи. Исходя из этих фактов различается два типа работы: это затраченная, которая обозначается большой буквой, А с маленькой з (Аз), и полезная — А с буквой п (Ап). Для примера, возьмем такой случай: у нас есть задача поднять булыжник определенной массой на определенную высоту. В этом случае работа характеризует только преодоление силы тяжести, которая, в свою очередь, действует на груз.
В случае когда для подъема применяется какое-либо устройство, кроме силы тяжести булыжника, важно учесть еще и силу тяжести частей этого устройства. И кроме всего этого, важно помнить, что, выигрывая в силе, мы всегда будем проигрывать в пути. Все эти факты приводят к одному выводу, что затрачиваемая работа в любом варианте окажется больше полезной, Аз > Ап, вопрос как раз заключается в том, насколько её больше, ведь можно максимально сократить эту разницу и тем самым увеличить КПД, наш или нашего устройства.
Полезная работа — это часть затрачиваемой, которую мы совершаем, используя механизм. А КПД — это как раз та физическая величина, которая показывает, какую часть составляет полезная работа от всей затраченной.
Итог:
Физическая формула КПД
Существует определенная формула для нахождения КПД. Она звучит следующим образом: чтобы найти КПД в физике, нужно количество энергии разделить на проделанную системой работу. То есть КПД — это отношение затраченной энергии к выполненной работе. Отсюда можно сделать простой вывод, что тем лучше и эффективнее система или тело, чем меньше энергии затрачивается на выполнение работы.
Сама формула выглядит кратко и очень просто Ƞ будет равняться A/Q. То есть Ƞ = A/Q. В этой краткой формулы и фиксируют нужные нам элементы для вычисления. То есть A в этом случае является использованной энергией, которая потребляется системой во время работы, а большая буква Q, в свою очередь, будет являться затраченной A, или опять же затраченной энергией.
В идеале КПД равен единице. Но, как это обычно бывает, он её меньше. Так происходит по причине физики и по причине, конечно же, закона о сохранении энергии.
Все дело в том, что закон сохранения энергии предполагает, что не может быть получено больше А, чем получено энергии. И даже единице этот коэффициент будет равняться крайне редко, поскольку энергия тратится всегда. И работа сопровождается потерями: к примеру, у двигателя потеря заключается в его обильном нагреве.
Ƞ=А/Q, где
Применение в разных сферах физики
Примечательно, что КПД не существует как понятие нейтральное, для каждого процесса есть свой КПД, это не сила трения, он не может существовать сам по себе.
Рассмотрим несколько из примеров процессов с наличием КПД.
К примеру, возьмем электрический двигатель. Задача электрического двигателя — преобразовывать электрическую энергию в механическую. В этом случае коэффициентом будет являться эффективность двигателя в отношении преобразования электроэнергии в энергию механическую. Для этого случая также существует формула, и выглядит она следующим образом: Ƞ=P2/P1. Здесь P1 — это мощность в общем варианте, а P2 — полезная мощность, которую вырабатывает сам двигатель.
Нетрудно догадаться что структура формулы коэффициента всегда сохраняется, меняются в ней лишь данные, которые нужно подставить. Они зависят от конкретного случая, если это двигатель, как в случае выше, то необходимо оперировать затрачиваемой мощностью, если работа, то исходная формула будет другая.
Теперь мы знаем определение КПД и имеем представление об этом физическом понятии, а также об отдельных его элементах и нюансах. Физика — это одна из самых масштабных наук, но её можно разобрать на маленькие кусочки, чтобы понять. Сегодня мы исследовали один из этих кусочков.
Видео
Это видео поможет вам понять, что такое КПД.
КПД – физический смысл величины, как ее вычислять
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.
ⓘ КПД (значения)
Поделиться в:
Дата публикации:
Источник статьи:
Пользователи также искали:
кпд идеальной тепловой машины, кпд максимальное значение, кпд нагревателя, кпд тепловой машины формула, максимальное кпд теплового двигателя, машины, тепловой, формула, максимальное, двигателя, теплового, кпд тепловой машины, кпд теплового двигателя, идеальной, нагревателя, значение, кпд идеальной тепловой машины, кпд нагревателя, кпд тепловой машины формула, максимальное кпд теплового двигателя, кпд максимальное значение, значения, КПД значения, кпд формула, кпд (значения), физики дании. кпд (значения),
Кпд идеальной тепловой машины.
Методика оценки энергетической Доклады ТУСУР. КПД парового котла в данном случае не учитывается. Механическое трение в подшипниках снизит эту мощность до значения Wе – эффективной. Кпд тепловой машины. Отклонения заявленного и фактического КПД на кривых. Значения слова кпд. Что такое кпд? Кпд. КПД США PAC USA Комитеты политического действия КПД – организации в Соединенных Штатах,. Кпд максимальное значение. Параметры рабочего режима РОСЭЛЕКТРО. По стандарту ISO допустимо указывать более высокие значения гидравлического КПД на кривой насоса, так как имеется больший минусовой допуск по.
Кпд теплового двигателя.
Критерии рационального использования энергии в насосных. Характеристика эффективности системы устройства, машины в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой обозначается обычно η эта. Кпд формула. Мощные фотоэлектрические преобразо Исследования и. КПД источника питания на базе микросхем Power Integrations. спроектированным для измерения среднего значения, чтобы измерить параметры.
Максимальное кпд теплового двигателя.
Учёные МГУ разработали способ повышения КПД перовскитных. Тока коллектора i к. – мгновенное значение коллекторного тока. U б i к i к. I к1. I к0 t t. Рис. 3. Коэффициент полезного действия КПД η выходной цепи. Кривые насосных характеристик Grundfos. Нулевое значение КПД можно получить, если агрегат работает, а подача жидкости при нарастающем давлении не происходит из за закрытого.
Источники питания с высоким коэффициентом полезного.
Показывается воз можность достижения значений КПД 90% и выше на основе обеспечения режимов группирования, названных COM, COM2 и CSM. Значения пиктограмм на упаковках продукции Uniel Uniel. В упрощенных расчетах КПД на соса часто используют паспортное значение КПД электродвигателя, приведенное для номинальных значений нагрузки. Значение словосочетания коэффициент полезного действия. За номер вентилятора принимается значение, соответствующее и статического КПД от производительности при определенной плотности газа. ГОСТ Р 51677 2000. Значения параметров рабочего режима при номинальной нагрузке и номинальном напряжении коэффициента полезного действия, коэффициента.
КПД двигателя и топливная эффективность ооо востсибдизель.
Принцип оценки коэффициента полезного действия волновой достижение значений КПД, превышающих 0.54 при увеличении крутящих момен. Слово КПД Что такое КПД? Значения слова, примеры. Значение КПД также относится только к насосной части η ηН. В некоторых типах насосов со встроенным приводом и, возможно, встроенным. Современный подход к энергоэффективности насосного. Где ηэ – коэффициент полезного действия двигателя с нормальным КПД е значения КПД погружных асинхронных электродвига телей в.
Какой КПД у электродвигателя ООО СЗЭМО Электродвигатель.
При расчёте значений КПД агрегатов ГПА учитывается изменение КПД при Номинальные значения КПД привода и компрессора назначаются на. ГОСТ 25941 83 МЭК 34 2 72, МЭК 34 2А 74 Машины. КПД коэффициент полезного действия – это отношение полезной работы, Формула дает теоретический предел для максимального значения КПД. Лабораторная работа №5. Обязательной паспортной характеристикой любого насоса является КПД Значения hн.у. существенно меньше значений hн.с., и график КПД насосной. Предельные значения коэффициента полезного действия и. Коэффициент полезного действия КПД двигателя это мера эффективности Значения КПД двигателей обычно приводятся применительно к.
КПД и энергопотребление центробежных насосов Агроводком.
Максимальное значение КПД тепловой машины. Цикл Карно.
Е. Минимальные значения КПД энергосберегающего двигателя для случая снижения суммарных потерь мощности в двигателе на 20%, т.е. при 0. Телеуроки. Елизавета Емельянова. Коэффициент полезного. Определение КПД при подъеме тела по наклонной плоскости. Цели работы: Посчитайте среднее значение веса бруска и запишите в протокол. Значение коэффициент полезного действия. Как правило, подача и напор в точке максимального КПД насоса где PL,avg среднее значение потребляемой данным насосом мощности с учетом. Научно техническое издание: Расчетное Наука и Образование. Значения пиктограмм на упаковках продукции Uniel. На небольших Коэффициент класса энергии с наиболее высоким уровнем КПД. А самый.
КПД коэффициент полезного действия редуктора.
Решения задач на определение КПД циклов требуется знание почти всего предшествующего материала. В силу этого обстоятельства, такие задачи. КПД термодинамических циклов. Холостом ходе достигает значения коэффициента полезного действия 76–84%, источники серии TOP 100 достигают значения КПД 92% при. Интегральный показатель энергоэффективности погружных. 1 и определяют соответствующие им значения мощности гидротурбины Координаты характеристик определяются для различных значений КПД. Практика измерения коэффициента полезного действия насосов. КПД 50 56%. Как правило, указанные высокие значения КПД получены для. ФЭП ЛИ значительно меньших размеров. Cведения о создании ФЭП.
Силовой трансформатор для тяговой подстанции переменного.
Только КПД коэффициент полезного действия объективно и правильно отражает эффективность той или иной установки, аппарата, системы. Значения. Территория НЕФТЕГАЗ № 2 2005. Произведение этих двух значений представляет собой общий КПД ntot. ntot nM np. КПД насосов разных типов и размеров могут отличаться в очень. РД 153 34.0 09.161 97 Положение о нормативных меганорм. Методы определения потерь и коэффициента полезного действия с В случае измерения общего КПД или общего значения потребляемой мощности.
КПД светильника Интернет магазин ламп.
Значение двигателей внутреннего сгорания. Двигателем Таблица 1. 4. Значения индикаторного КПД и удельного индикаторного расхода топлива. Способ интервальной оценки информационной эффективности. И коэффициента полезного действия кпд процесса разделения газовой смеси. На примере числить предельные значения кпд и потерь эксер гии.
Лабораторная работа №5 Определение КПД при подъёме.
По формуле 1 рассчитаны значения ηр для двухпродуктового Таким образом, максимальное для данной ТЭЦ численное значение КПД 0.69. Кинематический расчет привода. Таблица 2 Минимально допустимые средние значения КПД Номинальная мощность внешнего источника питания Среднее значение КПД внешние.