DANS vue générale la formule d'efficacité peut s'écrire comme suit : n = A*100%/Q. Dans cette formule, le symbole n est utilisé pour désigner l'efficacité, le symbole A représente la quantité de travail effectué et Q la quantité d'énergie dépensée. Il convient de souligner que l'unité mesures d'efficacité sont des intérêts. Théoriquement, la valeur maximale de ce coefficient est de 100%, mais en pratique, il est presque impossible d'atteindre un tel indicateur, car lors du fonctionnement de chaque mécanisme, il existe certaines pertes d'énergie.
Efficacité du moteur
Moteur combustion interne(ICE), qui est l’un des éléments clés du mécanisme voiture moderne, est également une variante d'un système basé sur l'utilisation d'une ressource - l'essence ou le diesel. Par conséquent, la valeur d’efficacité peut être calculée pour celui-ci.
Malgré tout avancées techniques Dans l'industrie automobile, le rendement standard des moteurs à combustion interne reste assez faible : selon les technologies utilisées dans la conception du moteur, il peut aller de 25 % à 60 %. Cela est dû au fait que le fonctionnement d'un tel moteur est associé à des pertes d'énergie importantes.
Donc, les plus grandes pertes L'efficacité du moteur à combustion interne est due au fonctionnement du système de refroidissement, qui consomme jusqu'à 40 % de l'énergie générée par le moteur. Une partie importante de l'énergie - jusqu'à 25 % - est perdue lors du processus d'élimination des gaz d'échappement, c'est-à-dire qu'elle est simplement emportée dans l'atmosphère. Enfin, environ 10 % de l'énergie générée par le moteur est consacrée à surmonter les frictions entre les différentes pièces du moteur à combustion interne.
C'est pourquoi les technologues et les ingénieurs impliqués dans l'industrie automobile déploient des efforts importants pour accroître l'efficacité moteurs en réduisant les pertes dans tous les éléments répertoriés. Ainsi, l'orientation principale des développements de conception visant à réduire les pertes liées au fonctionnement du système de refroidissement est associée aux tentatives visant à réduire la taille des surfaces à travers lesquelles le transfert de chaleur s'effectue. La réduction des pertes dans le processus d'échange gazeux est réalisée principalement à l'aide d'un système de turbocompression, et la réduction des pertes associées au frottement est réalisée grâce à l'utilisation de systèmes plus avancés technologiquement et matériaux modernes lors de la conception d'un moteur. Selon les experts, l'utilisation de ces technologies et d'autres technologies peut augmenter le rendement des moteurs à combustion interne jusqu'à 80 % et plus.
En réalité, le travail effectué à l'aide de n'importe quel appareil est toujours un travail plus utile, puisqu'une partie du travail est effectuée contre les forces de friction qui agissent à l'intérieur du mécanisme et lors de son déplacement. pièces détachées. Ainsi, à l'aide d'un bloc mobile, ils effectuent travail supplémentaire, soulevant le bloc lui-même et la corde et surmontant les forces de friction dans le bloc.
Introduisons la notation suivante : on note le travail utile par $A_p$, travail à temps plein- $A_(complet)$. Dans ce cas nous avons :
Définition
Facteur d'efficacité (efficacité) appelé le rapport entre le travail utile et le travail terminé. Notons l'efficacité par la lettre $\eta $, alors :
\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\ \left(2\right).\]
Le plus souvent, l'efficacité est exprimée en pourcentage, sa définition est alors la formule :
\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\cdot 100\%\ \left(2\right).\]
Lors de la création de mécanismes, ils essaient d'augmenter leur efficacité, mais les mécanismes efficaces égal à un(et surtout plus d'un) n'existe pas.
Le facteur d’efficacité est donc grandeur physique, qui montre la part que représente le travail utile dans l’ensemble du travail produit. En utilisant l'efficacité, l'efficacité d'un appareil (mécanisme, système) qui convertit ou transmet de l'énergie et effectue un travail est évaluée.
Pour augmenter l'efficacité des mécanismes, vous pouvez essayer de réduire les frottements dans leurs axes et leur masse. Si le frottement peut être négligé, la masse du mécanisme est nettement inférieure à la masse, par exemple, de la charge qui soulève le mécanisme, alors l'efficacité est légèrement inférieure à l'unité. Alors le travail effectué est approximativement égal au travail utile :
La règle d'or de la mécanique
Il ne faut pas oublier que la réussite au travail ne peut s’obtenir à l’aide d’un mécanisme simple.
Exprimons chacun des travaux de la formule (3) comme le produit de la force correspondante et du chemin parcouru sous l'influence de cette force, puis on transforme la formule (3) sous la forme :
L'expression (4) montre qu'en utilisant un mécanisme simple, on gagne en puissance autant qu'on en perd en déplacement. Cette loi appelée la « règle d’or » de la mécanique. Cette règle a été formulée dans Grèce antique Héron d'Alexandrie.
Cette règle ne prend pas en compte le travail de dépassement des forces de frottement, elle est donc approximative.
Efficacité du transfert d'énergie
L'efficacité peut être définie comme le rapport entre le travail utile et l'énergie dépensée pour sa mise en œuvre ($Q$) :
\[\eta =\frac(A_p)(Q)\cdot 100\%\ \left(5\right).\]
Pour calculer le rendement d'un moteur thermique, utilisez la formule suivante :
\[\eta =\frac(Q_n-Q_(ch))(Q_n)\left(6\right),\]
où $Q_n$ est la quantité de chaleur reçue du radiateur ; $Q_(ch)$ - la quantité de chaleur transférée au réfrigérateur.
Le rendement d'un moteur thermique idéal fonctionnant selon le cycle de Carnot est égal à :
\[\eta =\frac(T_n-T_(ch))(T_n)\left(7\right),\]
où $T_n$ est la température du radiateur ; $T_(ch)$ - température du réfrigérateur.
Exemples de problèmes d'efficacité
Exemple 1
Exercice. Le moteur de la grue a une puissance de $N$. Dans un intervalle de temps égal à $\Delta t$, il a soulevé une charge de masse $m$ jusqu'à une hauteur $h$. Quelle est l’efficacité d’une grue ?\textit()
Solution. Le travail utile dans le problème considéré est égal au travail consistant à soulever un corps à une hauteur $h$ d'une charge de masse $m$ ; Il est égal à :
On retrouve le travail total effectué lors du levage d'une charge en utilisant la définition de la puissance :
Utilisons la définition de l'efficacité pour la trouver :
\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\cdot 100\%\left(1.3\right).\]
On transforme la formule (1.3) à l'aide des expressions (1.1) et (1.2) :
\[\eta =\frac(mgh)(N\Delta t)\cdot 100\%.\]
Répondre.$\eta =\frac(mgh)(N\Delta t)\cdot 100\%$
Exemple 2
Exercice. Gaz parfait effectue un cycle de Carnot, tandis que Efficacité des cycles est égal à $\eta $. Quel est le travail dans le cycle de compression des gaz à température constante? Le travail effectué par le gaz lors de la détente est de $A_0$
Solution. Nous définissons l’efficacité du cycle comme :
\[\eta =\frac(A_p)(Q)\left(2.1\right).\]
Considérons le cycle de Carnot et déterminons dans quels processus la chaleur est fournie (ce sera $Q$).
Puisque le cycle de Carnot est constitué de deux isothermes et de deux adiabatiques, on peut immédiatement dire que dans processus adiabatiques(processus 2-3 et 4-1) il n'y a pas d'échange thermique. DANS processus isotherme 1 à 2 chaleurs sont fournies (Fig. 1 $Q_1$), dans un processus isotherme, 3 à 4 chaleurs sont évacuées ($Q_2$). Il s'avère que dans l'expression (2.1) $Q=Q_1$. Nous savons que la quantité de chaleur (la première loi de la thermodynamique) fournie au système lors d'un processus isotherme est entièrement consacrée au travail du gaz, ce qui signifie :
Le gaz effectue un travail utile, qui est égal à :
La quantité de chaleur évacuée dans le processus isotherme 3-4 est égale au travail de compression (le travail est négatif) (puisque T=const, alors $Q_2=-A_(34)$). En conséquence nous avons :
Transformons la formule (2.1) en tenant compte des résultats (2.2) - (2.4) :
\[\eta =\frac(A_(12)+A_(34))(A_(12))\to A_(12)\eta =A_(12)+A_(34)\to A_(34)=( \eta -1)A_(12)\gauche(2.4\droite).\]
Puisque par condition $A_(12)=A_0,\ $on obtient finalement :
Répondre.$A_(34)=\gauche(\eta -1\right)A_0$
