İÇİNDE genel görünüm verimlilik formülü şu şekilde yazılabilir: n = A*100%/Q. Bu formülde n sembolü verimliliği, A sembolü yapılan iş miktarını, Q ise harcanan enerji miktarını temsil etmektedir. Birimi vurgulamakta yarar var. verimlilik ölçümleri yüzdelerdir. Teorik olarak bu katsayının maksimum değeri% 100'dür, ancak pratikte böyle bir göstergeye ulaşmak neredeyse imkansızdır çünkü her mekanizmanın çalışmasında belirli enerji kayıpları vardır.
Motor verimliliği
Motor içten yanmalı Mekanizmanın temel bileşenlerinden biri olan (ICE) modern araba, aynı zamanda bir kaynağın (benzin veya dizel yakıt) kullanımına dayanan bir sistemin bir çeşididir. Dolayısıyla bunun için verimlilik değeri hesaplanabilir.
Her şeye rağmen teknik ilerlemeler Otomotiv endüstrisinde içten yanmalı motorların standart verimliliği oldukça düşük kalıyor: Motorun tasarımında kullanılan teknolojilere bağlı olarak %25 ile %60 arasında değişebiliyor. Bunun nedeni, böyle bir motorun çalışmasının önemli enerji kayıpları ile ilişkili olmasıdır.
Bu yüzden, en büyük kayıplarİçten yanmalı motorun verimliliği, motor tarafından üretilen enerjinin %40'a kadarını alan soğutma sisteminin çalışmasından kaynaklanmaktadır. Egzoz gazının uzaklaştırılması sürecinde enerjinin önemli bir kısmı -% 25'e kadar - kaybolur, yani basitçe atmosfere taşınır. Son olarak, motor tarafından üretilen enerjinin yaklaşık %10'u, içten yanmalı motorun çeşitli parçaları arasındaki sürtünmenin üstesinden gelmek için harcanır.
Bu nedenle otomotiv endüstrisinde yer alan teknoloji uzmanları ve mühendisler, verimliliği artırmak Listelenen tüm öğelerdeki kayıpları azaltarak motorlar. Bu nedenle, soğutma sisteminin çalışmasıyla ilgili kayıpları azaltmayı amaçlayan tasarım gelişmelerinin ana yönü, ısı transferinin gerçekleştiği yüzeylerin boyutunu azaltma girişimleriyle ilişkilidir. Gaz değişim sürecindeki kayıpların azaltılması, esas olarak bir turboşarj sistemi kullanılarak gerçekleştirilir ve sürtünmeyle ilgili kayıpların azaltılması, teknolojik açıdan daha gelişmiş ve modern malzemeler Bir motor tasarlarken. Uzmanlara göre bu ve diğer teknolojilerin kullanılması, içten yanmalı motorların verimliliğini %80 ve daha yüksek bir düzeye çıkarabilir.
Gerçekte herhangi bir cihaz yardımıyla yapılan iş her zaman daha faydalı bir iştir çünkü işin bir kısmı mekanizmanın içinde ve onu hareket ettirirken etki eden sürtünme kuvvetlerine karşı yapılır. bireysel parçalar. Böylece, hareketli bir blok kullanarak şunları gerçekleştirirler: ekstra iş, bloğun kendisini ve ipi kaldırmak ve bloktaki sürtünme kuvvetlerinin üstesinden gelmek.
Aşağıdaki gösterimi tanıtalım: Yararlı çalışmayı $A_p$ ile belirtiyoruz, tam çalışma- $A_(dolu)$. Bu durumda elimizde:
Tanım
Verimlilik faktörü (verimlilik) faydalı işin tamamlanan işe oranı denir. Verimliliği $\eta $ harfiyle gösterelim, o zaman:
\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\ \left(2\right).\]
Çoğu zaman verimlilik yüzde olarak ifade edilir, ardından tanımı şu formüldür:
\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\cdot 100\%\ \left(2\right).\]
Mekanizmaları oluştururken verimliliklerini artırmaya çalışıyorlar ama verimliliği olan mekanizmalar bire eşit(ve özellikle birden fazlası) mevcut değildir.
Yani verimlilik faktörü fiziksel miktar, yararlı işin üretilen tüm işler içindeki payını gösterir. Verimlilik kullanılarak, enerjiyi dönüştüren veya ileten ve iş yapan bir cihazın (mekanizma, sistem) verimliliği değerlendirilir.
Mekanizmaların verimliliğini artırmak için eksenlerindeki ve kütlelerindeki sürtünmeyi azaltmayı deneyebilirsiniz. Sürtünme ihmal edilebilirse, mekanizmanın kütlesi, örneğin mekanizmayı kaldıran yükün kütlesinden önemli ölçüde daha azdır, o zaman verimlilik birlikten biraz daha azdır. O zaman yapılan iş yaklaşık olarak faydalı işe eşittir:
Mekaniğin altın kuralı
İşyerinde kazanmanın basit bir mekanizma ile sağlanamayacağı unutulmamalıdır.
Formül (3)'teki işlerden her birini, kendisine karşılık gelen kuvvetin ve bu kuvvetin etkisi altında kat edilen yolun çarpımı olarak ifade edelim ve ardından formül (3)'ü şu şekle dönüştürelim:
İfade (4), basit bir mekanizma kullanarak yolculukta kaybettiğimiz kadar güç kazandığımızı göstermektedir. Bu yasa mekaniğin “altın kuralı” olarak adlandırılıyor. Bu kural şu şekilde formüle edilmiştir: Antik Yunanistanİskenderiye balıkçılı.
Bu kural sürtünme kuvvetlerinin üstesinden gelme işini hesaba katmaz, bu nedenle yaklaşıktır.
Enerji aktarım verimliliği
Verimlilik, faydalı işin uygulanması için harcanan enerjiye oranı ($Q$) olarak tanımlanabilir:
\[\eta =\frac(A_p)(Q)\cdot 100\%\ \left(5\right).\]
Bir ısı motorunun verimliliğini hesaplamak için aşağıdaki formülü kullanın:
\[\eta =\frac(Q_n-Q_(ch))(Q_n)\left(6\right),\]
burada $Q_n$ ısıtıcıdan alınan ısı miktarıdır; $Q_(ch)$ - buzdolabına aktarılan ısı miktarı.
Carnot çevrimine göre çalışan ideal bir ısı motorunun verimliliği şuna eşittir:
\[\eta =\frac(T_n-T_(ch))(T_n)\left(7\right),\]
burada $T_n$ ısıtıcı sıcaklığıdır; $T_(ch)$ - buzdolabı sıcaklığı.
Verimlilik sorunlarına örnekler
Örnek 1
Egzersiz yapmak. Vinç motorunun gücü $N$'dır. $\Delta t$'a eşit bir zaman aralığında, $m$ kütleli bir yükü $h$ yüksekliğine kaldırdı. Bir vincin verimliliği nedir?\textit()
Çözüm. Söz konusu problemdeki faydalı iş, bir cismi $m$ kütleli bir yükün $h$ yüksekliğine kaldırma işine eşittir; bu, yerçekimi kuvvetinin üstesinden gelme işidir. Şuna eşittir:
Bir yükü kaldırırken yapılan toplam işi güç tanımını kullanarak buluruz:
Bunu bulmak için verimlilik tanımını kullanalım:
\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\cdot 100\%\left(1,3\right).\]
Formül (1.3)'ü (1.1) ve (1.2) ifadelerini kullanarak dönüştürüyoruz:
\[\eta =\frac(mgh)(N\Delta t)\cdot 100\%.\]
Cevap.$\eta =\frac(mgh)(N\Delta t)\cdot 100\%$
Örnek 2
Egzersiz yapmak. İdeal gaz Carnot çevrimi gerçekleştirirken Döngü verimliliği$\eta $'a eşittir. Gaz sıkıştırma döngüsünde yapılan iş nedir? sabit sıcaklık? Genişleme sırasında gazın yaptığı iş $A_0$
Çözüm. Döngünün verimliliğini şu şekilde tanımlıyoruz:
\[\eta =\frac(A_p)(Q)\left(2.1\right).\]
Carnot çevrimini ele alalım ve ısının hangi süreçlerde sağlandığını belirleyelim (bu $Q$ olacaktır).
Carnot çevrimi iki izoterm ve iki adiabattan oluştuğu için şunu hemen söyleyebiliriz: adyabatik süreçler(2-3 ve 4-1 süreçleri) ısı değişimi yoktur. İÇİNDE izotermal süreç 1-2 ısı sağlanır (Şekil 1 $Q_1$), izotermal bir süreçte 3-4 ısı uzaklaştırılır ($Q_2$). (2.1) ifadesinde $Q=Q_1$ olduğu ortaya çıktı. İzotermal bir süreç sırasında sisteme sağlanan ısı miktarının (termodinamiğin birinci yasası) tamamen gaz tarafından iş yapılmasına gittiğini biliyoruz; bu şu anlama gelir:
Gaz, aşağıdakilere eşit olan yararlı bir iş gerçekleştirir:
İzotermal işlem 3-4'te uzaklaştırılan ısı miktarı sıkıştırma işine eşittir (iş negatiftir) (T=const olduğundan $Q_2=-A_(34)$). Sonuç olarak elimizde:
(2.2) - (2.4) sonuçlarını dikkate alarak formül (2.1)'i dönüştürelim:
\[\eta =\frac(A_(12)+A_(34)(A_(12))\to A_(12)\eta =A_(12)+A_(34)\to A_(34)=( \eta -1)A_(12)\left(2,4\right).\]
$A_(12)=A_0,\ $ koşuluna göre sonunda şunu elde ederiz:
Cevap.$A_(34)=\left(\eta -1\right)A_0$
