DI DALAM pandangan umum rumus efisiensinya dapat ditulis sebagai berikut: n = A*100%/Q. Dalam rumus ini, simbol n digunakan untuk menunjukkan efisiensi, simbol A melambangkan jumlah usaha yang dilakukan, dan Q adalah jumlah energi yang dikeluarkan. Perlu ditekankan bahwa unit tersebut pengukuran efisiensi adalah minat. Secara teoritis, nilai maksimum koefisien ini adalah 100%, namun dalam praktiknya hampir tidak mungkin untuk mencapai indikator tersebut, karena dalam pengoperasian setiap mekanisme terdapat kehilangan energi tertentu.
Efisiensi mesin
Mesin pembakaran internal(ICE), yang merupakan salah satu komponen kunci dari mekanisme tersebut mobil modern, juga merupakan varian dari sistem yang didasarkan pada penggunaan sumber daya - bahan bakar bensin atau solar. Oleh karena itu, dapat dihitung nilai efisiensinya.
Terlepas dari segalanya kemajuan teknis industri otomotif, efisiensi standar mesin pembakaran internal masih cukup rendah: tergantung pada teknologi yang digunakan dalam desain mesin, efisiensinya dapat berkisar antara 25% hingga 60%. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa pengoperasian mesin seperti itu dikaitkan dengan kehilangan energi yang signifikan.
Jadi, kerugian terbesar Efisiensi mesin pembakaran dalam disebabkan oleh pengoperasian sistem pendingin yang memakan hingga 40% energi yang dihasilkan mesin. Sebagian besar energi - hingga 25% - hilang dalam proses pembuangan gas buang, yaitu terbawa begitu saja ke atmosfer. Terakhir, sekitar 10% energi yang dihasilkan mesin dihabiskan untuk mengatasi gesekan antar berbagai bagian mesin pembakaran dalam.
Oleh karena itu, para ahli teknologi dan insinyur yang terlibat dalam industri otomotif melakukan upaya yang signifikan meningkatkan efisiensi mesin dengan mengurangi kerugian di semua item yang terdaftar. Dengan demikian, arah utama pengembangan desain yang bertujuan untuk mengurangi kerugian yang terkait dengan pengoperasian sistem pendingin dikaitkan dengan upaya untuk mengurangi ukuran permukaan tempat terjadinya perpindahan panas. Pengurangan kerugian dalam proses pertukaran gas dilakukan terutama dengan menggunakan sistem turbocharging, dan pengurangan kerugian akibat gesekan dilakukan melalui penggunaan teknologi yang lebih maju dan bahan modern saat merancang mesin. Menurut para ahli, penggunaan teknologi ini dan teknologi lainnya dapat meningkatkan efisiensi mesin pembakaran internal hingga 80% atau lebih.
Pada kenyataannya, usaha yang dilakukan dengan bantuan alat apa pun selalu merupakan pekerjaan yang lebih berguna, karena sebagian dari usaha tersebut dilakukan melawan gaya gesek yang bekerja di dalam mekanisme dan ketika menggerakkannya. bagian individu. Jadi, dengan menggunakan balok bergerak, mereka tampil pekerjaan ekstra, mengangkat balok itu sendiri dan talinya serta mengatasi gaya gesek pada balok.
Mari kita perkenalkan notasi berikut: kita menyatakan pekerjaan yang berguna dengan $A_p$, pekerjaan penuh waktu- $A_(penuh)$. Dalam hal ini kita memiliki:
Definisi
Faktor efisiensi (efisiensi) disebut rasio pekerjaan yang berguna untuk menyelesaikan pekerjaan. Mari kita nyatakan efisiensi dengan huruf $\eta $, lalu:
\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\ \kiri(2\kanan).\]
Paling sering, efisiensi dinyatakan dalam persentase, maka definisinya adalah rumus:
\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\cdot 100\%\ \kiri(2\kanan).\]
Saat membuat mekanisme, mereka mencoba meningkatkan efisiensinya, tetapi mekanismenya dengan efisiensi sama dengan satu(dan terutama lebih dari satu) tidak ada.
Jadi, faktor efisiensinya adalah kuantitas fisik, yang menunjukkan bagian pekerjaan yang berguna dari seluruh pekerjaan yang dihasilkan. Dengan menggunakan efisiensi, efisiensi perangkat (mekanisme, sistem) yang mengubah atau mentransmisikan energi dan melakukan kerja dinilai.
Untuk meningkatkan efisiensi mekanisme, Anda dapat mencoba mengurangi gesekan pada sumbu dan massanya. Jika gesekan dapat diabaikan, massa mekanisme jauh lebih kecil daripada massa, misalnya beban yang mengangkat mekanisme, maka efisiensinya sedikit lebih kecil dari satu. Maka usaha yang dilakukan kira-kira sama dengan usaha yang bermanfaat:
Aturan emas mekanika
Harus diingat bahwa kemenangan di tempat kerja tidak dapat dicapai dengan mekanisme sederhana.
Mari kita nyatakan setiap usaha pada rumus (3) sebagai hasil kali gaya yang bersangkutan dan lintasan yang ditempuh di bawah pengaruh gaya tersebut, kemudian kita ubah rumus (3) menjadi bentuk:
Ekspresi (4) menunjukkan bahwa dengan menggunakan mekanisme sederhana, kita memperoleh kekuatan sebanyak yang kita kehilangan dalam perjalanan. hukum ini disebut “aturan emas” mekanika. Aturan ini dirumuskan dalam Yunani kuno Bangau dari Alexandria.
Aturan ini tidak memperhitungkan usaha mengatasi gaya gesekan, oleh karena itu merupakan perkiraan.
Efisiensi transfer energi
Efisiensi dapat didefinisikan sebagai rasio kerja berguna terhadap energi yang dikeluarkan untuk pelaksanaannya ($Q$):
\[\eta =\frac(A_p)(Q)\cdot 100\%\ \kiri(5\kanan).\]
Untuk menghitung efisiensi mesin kalor, gunakan rumus berikut:
\[\eta =\frac(Q_n-Q_(ch))(Q_n)\kiri(6\kanan),\]
dimana $Q_n$ adalah jumlah panas yang diterima dari pemanas; $Q_(ch)$ - jumlah panas yang dipindahkan ke lemari es.
Efisiensi mesin kalor ideal yang beroperasi menurut siklus Carnot adalah:
\[\eta =\frac(T_n-T_(ch))(T_n)\kiri(7\kanan),\]
dimana $T_n$ adalah suhu pemanas; $T_(ch)$ - suhu lemari es.
Contoh masalah efisiensi
Contoh 1
Latihan. Mesin derek memiliki kekuatan $N$. Dalam selang waktu $\Delta t$, dia mengangkat beban bermassa $m$ ke ketinggian $h$. Berapakah efisiensi derek?\textit()
Larutan. Usaha yang berguna dalam soal yang sedang dipertimbangkan sama dengan usaha mengangkat benda ke ketinggian $h$ beban bermassa $m$; ini adalah usaha mengatasi gaya gravitasi. Itu sama dengan:
Kita mencari usaha total yang dilakukan saat mengangkat beban menggunakan definisi daya:
Mari kita gunakan definisi efisiensi untuk menemukannya:
\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\cdot 100\%\kiri(1,3\kanan).\]
Kami mengubah rumus (1.3) menggunakan ekspresi (1.1) dan (1.2):
\[\eta =\frac(mgh)(N\Delta t)\cdot 100\%.\]
Menjawab.$\eta =\frac(mgh)(N\Delta t)\cdot 100\%$
Contoh 2
Latihan. gas ideal melakukan siklus Carnot, sementara Efisiensi siklus sama dengan $\eta $. Berapakah usaha dalam siklus kompresi gas di suhu konstan? Usaha yang dilakukan gas selama pemuaian adalah $A_0$
Larutan. Kami mendefinisikan efisiensi siklus sebagai:
\[\eta =\frac(A_p)(Q)\kiri(2.1\kanan).\]
Mari kita pertimbangkan siklus Carnot dan tentukan proses mana yang menghasilkan panas (ini akan menjadi $Q$).
Karena siklus Carnot terdiri dari dua isoterm dan dua adiabat, kita dapat langsung mengatakannya proses adiabatik(proses 2-3 dan 4-1) tidak terjadi pertukaran panas. DI DALAM proses isotermal 1-2 panas disuplai (Gbr. 1 $Q_1$), dalam proses isotermal 3-4 panas dihilangkan ($Q_2$). Ternyata dalam ekspresi (2.1) $Q=Q_1$. Kita tahu bahwa jumlah panas (hukum pertama termodinamika) yang disuplai ke sistem selama proses isotermal seluruhnya digunakan untuk melakukan kerja gas, yang berarti:
Gas melakukan kerja yang bermanfaat, yaitu:
Jumlah kalor yang dibuang pada proses isotermal 3-4 sama dengan kerja kompresi (usahanya negatif) (karena T=const, maka $Q_2=-A_(34)$). Hasilnya, kami memiliki:
Mari kita ubah rumus (2.1) dengan mempertimbangkan hasil (2.2) - (2.4):
\[\eta =\frac(A_(12)+A_(34))(A_(12))\ke A_(12)\eta =A_(12)+A_(34)\ke A_(34)=( \eta -1)A_(12)\kiri(2.4\kanan).\]
Karena dengan kondisi $A_(12)=A_0,\ $kita akhirnya mendapatkan:
Menjawab.$A_(34)=\kiri(\eta -1\kanan)A_0$
