NË pamje e përgjithshme formula e efikasitetit mund të shkruhet si më poshtë: n = A*100%/Q. Në këtë formulë, simboli n përdoret për të treguar efikasitetin, simboli A përfaqëson sasinë e punës së bërë dhe Q është sasia e energjisë së shpenzuar. Vlen të theksohet se njësia matjet e efikasitetit janë përqindje. Teorikisht, vlera maksimale e këtij koeficienti është 100%, por në praktikë është pothuajse e pamundur të arrihet një tregues i tillë, pasi në funksionimin e secilit mekanizëm ka humbje të caktuara të energjisë.
Efikasiteti i motorit
Motorri djegia e brendshme(ICE), i cili është një nga komponentët kryesorë të mekanizmit makinë moderne, është gjithashtu një variant i një sistemi të bazuar në përdorimin e një burimi - benzinë ose naftë. Prandaj, vlera e efikasitetit mund të llogaritet për të.
Pavarësisht të gjithave përparimet teknike në industrinë e automobilave, efikasiteti standard i motorëve me djegie të brendshme mbetet mjaft i ulët: në varësi të teknologjive të përdorura në hartimin e motorit, ai mund të shkojë nga 25% në 60%. Kjo për faktin se funksionimi i një motori të tillë shoqërohet me humbje të konsiderueshme të energjisë.
Kështu që, humbjet më të mëdha Efikasiteti i motorit me djegie të brendshme është për shkak të funksionimit të sistemit të ftohjes, i cili merr deri në 40% të energjisë së gjeneruar nga motori. Një pjesë e konsiderueshme e energjisë - deri në 25% - humbet në procesin e heqjes së gazit të shkarkimit, domethënë, thjesht merret në atmosferë. Së fundi, afërsisht 10% e energjisë së gjeneruar nga motori shpenzohet për tejkalimin e fërkimit midis pjesëve të ndryshme të motorit me djegie të brendshme.
Prandaj, teknologët dhe inxhinierët e përfshirë në industrinë e automobilave bëjnë përpjekje të konsiderueshme për të rritjen e efikasitetit motorët duke reduktuar humbjet në të gjithë artikujt e listuar. Kështu, drejtimi kryesor i zhvillimeve të projektimit që synojnë zvogëlimin e humbjeve që lidhen me funksionimin e sistemit të ftohjes shoqërohet me përpjekjet për të zvogëluar madhësinë e sipërfaqeve përmes të cilave ndodh transferimi i nxehtësisë. Zvogëlimi i humbjeve në procesin e shkëmbimit të gazit kryhet kryesisht duke përdorur një sistem turbocharging, dhe reduktimi i humbjeve të lidhura me fërkimin kryhet përmes përdorimit të më të avancuarve teknologjikisht dhe materiale moderne gjatë projektimit të një motori. Sipas ekspertëve, përdorimi i këtyre dhe teknologjive të tjera mund të rrisë efikasitetin e motorëve me djegie të brendshme në 80% dhe më lart.
Në realitet, puna e bërë me ndihmën e çdo pajisjeje është gjithmonë punë më e dobishme, pasi një pjesë e punës kryhet kundër forcave të fërkimit që veprojnë brenda mekanizmit dhe gjatë lëvizjes së tij. pjesë individuale. Pra, duke përdorur një bllok të luajtshëm, ata kryejnë punë shtesë, duke ngritur vetë bllokun dhe litarin dhe duke kapërcyer forcat e fërkimit në bllok.
Le të prezantojmë shënimin e mëposhtëm: ne shënojmë punën e dobishme me $A_p$, Punë me kohë të plotë- $A_(plot)$. Në këtë rast kemi:
Përkufizimi
Faktori i efikasitetit (efikasiteti) quhet raporti i punës së dobishme me punën e plotë. Le të shënojmë efikasitetin me shkronjën $\eta $, pastaj:
\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\ \majtas(2\djathtas).\]
Më shpesh, efikasiteti shprehet në përqindje, atëherë përkufizimi i tij është formula:
\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\cdot 100\%\ \majtas(2\djathtas).\]
Gjatë krijimit të mekanizmave, ata përpiqen të rrisin efikasitetin e tyre, por mekanizmat me efikasitet e barabartë me një(dhe veçanërisht më shumë se një) nuk ekziston.
Pra, faktori i efikasitetit është sasi fizike, e cila tregon pjesën që përbën puna e dobishme nga e gjithë puna e prodhuar. Duke përdorur efikasitetin, vlerësohet efikasiteti i një pajisjeje (mekanizmi, sistemi) që konverton ose transmeton energji dhe kryen punë.
Për të rritur efikasitetin e mekanizmave, mund të përpiqeni të zvogëloni fërkimin në boshtet e tyre dhe masën e tyre. Nëse fërkimi mund të neglizhohet, masa e mekanizmit është dukshëm më e vogël se masa, për shembull, e ngarkesës që ngre mekanizmin, atëherë efikasiteti është pak më i vogël se uniteti. Atëherë puna e bërë është afërsisht e barabartë me punën e dobishme:
Rregulli i artë i mekanikës
Duhet mbajtur mend se fitimi në punë nuk mund të arrihet duke përdorur një mekanizëm të thjeshtë.
Le të shprehim secilën nga punimet në formulën (3) si produkt i forcës përkatëse dhe rrugës së përshkuar nën ndikimin e kësaj force, pastaj e shndërrojmë formulën (3) në formën:
Shprehja (4) tregon se duke përdorur një mekanizëm të thjeshtë, ne fitojmë forcë aq sa humbim në udhëtim. Ky ligj quhet "rregulli i artë" i mekanikës. Ky rregull është formuluar në Greqia e lashte Heroni i Aleksandrisë.
Ky rregull nuk merr parasysh punën e tejkalimit të forcave të fërkimit, prandaj është i përafërt.
Efikasiteti i transferimit të energjisë
Efikasiteti mund të përkufizohet si raporti i punës së dobishme me energjinë e shpenzuar për zbatimin e tij ($Q$):
\[\eta =\frac(A_p)(Q)\cdot 100\%\ \majtas(5\djathtas).\]
Për të llogaritur efikasitetin e një motori ngrohjeje, përdorni formulën e mëposhtme:
\[\eta =\frac(Q_n-Q_(ch))(Q_n)\majtas(6\djathtas),\]
ku $Q_n$ është sasia e nxehtësisë së marrë nga ngrohësi; $Q_(ch)$ - sasia e nxehtësisë së transferuar në frigorifer.
Efikasiteti i një motori ideal termik që funksionon sipas ciklit Carnot është i barabartë me:
\[\eta =\frac(T_n-T_(ch))(T_n)\majtas(7\djathtas),\]
ku $T_n$ është temperatura e ngrohësit; $T_(ch)$ - temperatura e frigoriferit.
Shembuj të problemeve të efikasitetit
Shembulli 1
Ushtrimi. Motori i vinçit ka një fuqi prej $N $. Në një interval kohor të barabartë me $\Delta t$, ai ngriti një ngarkesë me masë $m$ në një lartësi $h$. Cili është efikasiteti i një vinçi?\textit()
Zgjidhje. Puna e dobishme në problemin në shqyrtim është e barabartë me punën e ngritjes së një trupi në një lartësi $h$ të një ngarkese me masë $m$ kjo është puna e kapërcimit të forcës së rëndesës. Është e barabartë me:
Ne gjejmë punën totale të bërë gjatë ngritjes së një ngarkese duke përdorur përkufizimin e fuqisë:
Le të përdorim përkufizimin e efikasitetit për ta gjetur atë:
\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\cdot 100\%\majtas(1.3\djathtas).\]
Ne transformojmë formulën (1.3) duke përdorur shprehjet (1.1) dhe (1.2):
\[\eta =\frac(mgh)(N\Delta t)\cdot 100\%.\]
Përgjigju.$\eta =\frac(mgh)(N\Delta t)\cdot 100\%$
Shembulli 2
Ushtrimi. Gaz ideal kryen një cikël Carnot, ndërsa Efikasiteti i ciklitështë e barabartë me $\eta $. Në çfarë është puna në ciklin e ngjeshjes së gazit temperaturë konstante? Puna e bërë nga gazi gjatë zgjerimit është $A_0$
Zgjidhje. Ne e përcaktojmë efikasitetin e ciklit si:
\[\eta =\frac(A_p)(Q)\majtas(2.1\djathtas).\]
Le të shqyrtojmë ciklin Carnot dhe të përcaktojmë se në cilat procese furnizohet nxehtësia (kjo do të jetë $Q$).
Meqenëse cikli Carnot përbëhet nga dy izoterma dhe dy adiabate, mund të themi menjëherë se në proceset adiabatike(proceset 2-3 dhe 4-1) nuk ka shkëmbim nxehtësie. NË procesi izotermik Furnizohet 1-2 nxehtësi (Fig. 1 $Q_1$), në një proces izotermik hiqet 3-4 nxehtësi ($Q_2$). Rezulton se në shprehjen (2.1) $Q=Q_1$. Ne e dimë se sasia e nxehtësisë (ligji i parë i termodinamikës) që i jepet sistemit gjatë një procesi izotermik shkon tërësisht në kryerjen e punës nga gazi, që do të thotë:
Gazi kryen punë të dobishme, e cila është e barabartë me:
Sasia e nxehtësisë që hiqet në procesin izotermik 3-4 është e barabartë me punën e ngjeshjes (puna është negative) (pasi T=const, atëherë $Q_2=-A_(34)$). Si rezultat kemi:
Le të transformojmë formulën (2.1) duke marrë parasysh rezultatet (2.2) - (2.4):
\[\eta =\frac(A_(12)+A_(34))(A_(12))\në A_(12)\eta =A_(12)+A_(34)\në A_(34)=( \eta -1)A_(12)\majtas(2.4\djathtas).\]
Meqenëse sipas kushtit $A_(12)=A_0,\ $ më në fund marrim:
Përgjigju.$A_(34)=\majtas(\eta -1\djathtas)A_0$
