I dag vil vi fortelle deg hva effektivitet (effektivitetsfaktor) er, hvordan du beregner den og hvor dette konseptet brukes.
Mann og mekanisme
Hva har en vaskemaskin og en hermetikkfabrikk til felles? Ønsket til en person om å avlaste seg selv fra behovet for å gjøre alt på egen hånd. Før oppfinnelsen av dampmaskinen hadde folk bare musklene til rådighet. De gjorde alt selv: de pløyde, sådde, kokte, fanget fisk, vev lin. For å sikre overlevelse i løpet av den lange vinteren jobbet hvert medlem av bondefamilien dagslys fra han var to år gammel til han døde. De minste barna passet dyrene og hjalp (bringe, fortelle, ringe, ta) de voksne. Jenta ble først satt bak et snurrehjul i en alder av fem! Til og med dype gamle mennesker skar skjeer og vevde bastsko, og de mest eldre og svakeste bestemødrene satt ved vevstoler og spinnehjul, hvis synet tillot det. De hadde ikke tid til å tenke på hva stjerner er og hvorfor de skinner. Folk ble slitne: hver dag måtte de gå og jobbe, uavhengig av helsetilstand, smerte og moral. Naturligvis ønsket mannen å finne hjelpere som i det minste ville avlaste de overarbeidede skuldrene hans litt.
Morsomt og rart
Den mest avanserte teknologien på den tiden var hesten og møllehjulet. Men de gjorde bare to eller tre ganger mer arbeid enn et menneske. Men de første oppfinnerne begynte å komme opp med enheter som så veldig merkelige ut. I filmen «The Story of Eternal Love» festet Leonardo da Vinci små båter til føttene for å gå på vannet. Dette førte til flere morsomme hendelser da forskeren stupte i sjøen med klærne på. Selv om denne episoden bare er et påfunn av manusforfatteren, må slike oppfinnelser ha sett sånn ut - komiske og morsomme.
1800-tallet: jern og kull
Men på midten av 1800-tallet forandret alt seg. Forskere har innsett trykkkraften ved å utvide damp. De viktigste varene på den tiden var jern til fremstilling av kjeler og kull til oppvarming av vann i dem. Forskere på den tiden måtte forstå hva effektivitet er i damp- og gassfysikk, og hvordan de kan øke den.
Formelen for koeffisienten i det generelle tilfellet er:
η=A/Q
η - effektivitet, A - nyttig arbeid, Q - energi brukt.
Arbeid og varme
Efficiency (forkortet effektivitet) er en dimensjonsløs størrelse. Den er definert som en prosentandel og beregnes som forholdet mellom energiforbruk og nyttig arbeid. Sistnevnte begrep brukes ofte av mødre til uaktsomme tenåringer når de tvinger dem til å gjøre noe rundt huset. Men faktisk er dette det virkelige resultatet av innsatsen som er brukt. Det vil si at hvis effektiviteten til maskinen er 20 %, konverterer den bare en femtedel av den mottatte energien til handling. Nå ved kjøpbil, leseren bør ikke ha et spørsmål, hva er effektiviteten til motoren.
Hvis koeffisienten beregnes som en prosentandel, er formelen:
η=100 %(A/Q)
η - effektivitet, A - nyttig arbeid, Q - energi brukt.
Tap og virkelighet
Sikkert alle disse argumentene forårsaker forvirring. Hvorfor ikke finne opp en bil som kan bruke mer drivstoffenergi? Akk, den virkelige verden er ikke slik. På skolen løser barn problemer der det ikke er friksjon, alle systemer er lukket, og strålingen er strengt monokromatisk. Ekte ingeniører ved produksjonsanlegg er tvunget til å ta hensyn til tilstedeværelsen av alle disse faktorene. Tenk for eksempel på hva som er effektiviteten til en varmemotor, og hva består denne koeffisienten av.
Formelen i dette tilfellet ser slik ut:
η=(Q1-Q2)/Q1
I dette tilfellet er Q1 mengden varme som motoren mottok fra oppvarming, og Q2 er mengden av varme som det ga til miljøet (vanligvis referert til som et kjøleskap).
Brennstoffet varmes opp og utvider seg, kraften presser stemplet som driver det roterende elementet. Men drivstoffet finnes i et fartøy. Ved oppvarming overfører den varme til karets vegger. Dette fører til energitap. For at stempelet skal gå ned, må gassen avkjøles. For å gjøre dette slippes en del av det ut i miljøet. Og det ville vært bra om gassen ga all varmen til nyttig arbeid. Men, dessverre, den avkjøles veldig sakte, så varm damp kommer ut. En del av energien brukes på å varme opp luften. Stempelet beveger seg i en hul metallsylinder. Kantene sitter tett inntil veggene, og friksjonskrefter spiller inn under bevegelse. Stempelet varmer opp den hule sylinderen, noe som også fører til tap av energi. Translasjonsbevegelsen opp og ned til stangen overføres til et dreiemoment gjennom en serie ledd som gnis mot hverandre og varmes opp, det vil si at en del av primærenergien også brukes på dette.
Selvfølgelig, i fabrikkmaskiner er alle overflater polert til atomnivå, alle metaller er sterke og har den laveste varmeledningsevnen, og stempelolje har de beste egenskapene. Men i enhver motor brukes energien til bensin til å varme opp deler, luft og friksjon.
Panne og gryte
Nå foreslår vi å forstå hva effektiviteten til kjelen er, og hva den består av. Enhver husmor vet: Hvis du lar vann koke i en kjele under et lukket lokk, vil enten vann dryppe på komfyren, eller lokket vil "danse". Enhver moderne kjele er arrangert på omtrent samme måte:
- heat varmer opp en lukket beholder full av vann;
- vann blir overopphetet damp;
- ved ekspansjon roterer gass-vann-blandingen turbiner eller flytter stempler.
Akkurat som i en motor går energi tapt for å varme opp kjelen, rørene og friksjonen til alle ledd, så ingen mekanisme kan ha en virkningsgrad lik 100%.
Formelen for maskiner som fungerer i henhold til Carnot-syklusen ser ut som den generelle formelen for en varmemotor, bare i stedet for mengden varme - temperatur.
η=(T1-T2)/T1.
romstasjon
Og hvis du setter mekanismen i rommet? Gratis solenergi er tilgjengelig 24 timer i døgnet, kjøling av enhver gass er mulig bokstavelig t alt til 0o Kelvin nesten umiddelbart. Kanskje i verdensrommet ville produksjonseffektiviteten vært høyere? Svaret er tvetydig: ja og nei. Alle disse faktorene kan faktisk forbedre overføringen av energi til nyttig arbeid betydelig. Men å levere enda tusen tonn til ønsket høyde er fortsatt utrolig dyrt. Selv om en slik fabrikk opererer i fem hundre år, vil den ikke betale tilbake kostnadene ved å heve utstyret, og det er grunnen til at science fiction-forfattere så aktivt utnytter ideen om en romheis - dette ville i stor grad forenkle oppgaven og gjøre det kommersielt levedyktig å overføre fabrikker til verdensrommet.
