расшифровка и обозначение, примеры расчётов

Физика

12.11.21

14 мин.

Каждый механизм, совершающий работу, затрачивает на её выполнение определённую энергию. Её разница с потребляемой для этого мощностью называется коэффициентом полезного действия. Для физики формула, определяющая это значение, является фундаментальной. С её помощью рассчитывают эффективность энергетических процессов. Можно утверждать, что этот параметр занимает важное место в характеристиках любого технического устройства.

Оглавление:

• Общие сведения и определения
• Нахождение полезного действия
• Тепловые и электродвигатели
• Решение задач

Общие сведения и определения

Энергия — это характеристика, являющаяся скалярной величиной и служащая мерой различного перемещения и взаимодействия материи при переходе в ту или иную форму. С фундаментальной точки зрения, она состоит из импульса и его момента, связанных с неоднородностью времени. В физике понятие «энергия» применяется для замкнутых систем.

Как было установлено опытным путём из-за независимости физических законов от момента времени, энергия не исчезает и не появляется из ничего, она просто есть и переходит из одного состояния в другое. Это утверждение называется Законом сохранения. В математике это правило эквивалентно системе дифференциальных уравнений, описывающих их динамику и обладающих первым интегралом движения, симметричного относительно сдвига во времени.

Чтобы система совершила работу, она должна получить энергию снаружи. То есть на неё должен воздействовать импульс. Но не вся получаемая энергия идёт на достижение нужной цели. По факту она разделяется на два вида:

• затрачиваемая — полная величина, которая была взята извне;
• полезная — та, что не затрачивается на преодоление различных сил.

Например, пусть необходимо поднять груз. Другими словами, совершить работу. Для того чтобы достичь заданной цели, нужно преодолеть ряд сил: тяжести, трения. Эти затраты и считаются неполезными. Так, для механических устройств энергия затрачивается на преодоление сил, возникающих при контакте поверхностей, в электричестве — на сопротивление проводников. Вот такого типа потери и называют затратными.

В соответствии с Законом сохранения, взятая системой энергия не может просто исчезнуть. Поэтому и рассчитывают, какое количество её было трансформировано в другую «побочную» форму. Если общую работу обозначить за A, то можно записать равенство: A = Aп + Aз, где Aз — работа затраченная, а Aп — полезная. Так как идеальных систем не существует, то всегда Aз > Aп.

Научное общество с давних времён занимается проблемой уравнивания этих величин. Периодически появляются сведения об изобретении «вечного двигателя». Это устройство, у которого вся потребляемая энергия идёт на выполнение полезного действия. К сожалению, сегодняшние возможности и знания не позволяют полностью исключить затраты. Поэтому все такие изобретения являются ложными, а перед учёными стоит задача свести потери к минимуму.

Нахождение полезного действия

Если затраченную работу увеличить в несколько раз, то на это же число возрастёт и взятая полезная энергия. Если бы механизм был идеальный, то их отношение равнялось единице. Но так как в реальности оно всегда меньше, то соотношение Ап к Аз используется для описания качества. Этому параметру и присвоили название КПД. Расшифровка этой аббревиатуры звучит как «коэффициент полезного действия».

Другими словами, если нужно найти КПД по формуле, то следует просто вычислить отношение: η = Ап / Аз. Для обозначения характеристики применяют букву греческого алфавита η (эта). Таким образом, полезным действием называют физическую величину, равную отношению работы, выполненной самим механизмом, к затраченной энергии по приведению его в действие. Измерять КПД принято в процентах.

Если система тел способна совершить работу, то говорят, что она обладает энергией. Измеряется она в джоулях. Существует несколько видов энергии, с помощью которых можно определять работу, а значит, и вычислять КПД. Наиболее часто приходится исследовать две энергии:

1. Потенциальную — ею называется энергия взаимодействия тел или частей одной физической частицы. Её вычисление зависит от принятой системы. Для тела, поднятого над землёй, она будет равна: Eп = mgh. То есть приобретённая потенциальная энергия — это полезная работа. Например, её сообщают телу при поднятии его по наклонной плоскости.
2. Кинетическую — это та энергия, которой обладает движущееся тело. Она пропорциональна массе тела и квадрату его скорости: Ек = mv² / 2.

Следует отметить, что при расчёте работы, связанной с потенциальной энергией, имеет значение уровень, от которого она отсчитывается.

На первый взгляд кажется, что эта ситуация приводит к неоднозначностям. Но это не так, потому что работа равняется не самой энергии, а её изменению. При этом существует закономерность, что уменьшение потенциальной энергии приводит к увеличению кинетической. Это правило действует и в обратную сторону.

Тепловые и электродвигатели

Тепловыми машинами называют механизмы, которые преобразовывают внутреннюю энергию в механическую работу. Это ветряные и водяные мельницы, устройства, работающие от всевозможного топлива. К основным частям любого теплового двигателя относят:

• нагреватель — приспособление с высокой температурой по отношению к окружающей среде;
• рабочее тело — часть, непосредственно выполняющая поставленную задачу, например, газ или пар;
• охладитель.

Количество теплоты, полученной от нагревателя телом, будет равно совершённой работе плюс изменение внутренней энергии: Q = A + Δ U. Максимальное КПД такого устройства будет, когда ΔU = 0. Внутренняя энергия газов зависит от температуры. Значит, при совершении работы она не должна изменяться. Другими словами, происходящий процесс должен быть изотермическим.

Становится понятным, что для повышения КПД нужно, чтобы работа по сжатию была меньше той, которую совершает тело при расширении. Достичь это можно охлаждением: A = Q1 — Q2. В это время часть энергии будет возвращаться в систему. Значит, КПД равно: η = (Q1 — Q2) / Q1. При этом наибольший коэффициент находится по формуле: η = (T1 — T2) / T2, где T1 и T2 — температуры нагревателя и охладителя соответственно.

У электродвигателей потери энергии обусловлены нагреванием проводников при прохождении по ним электрического тока, а также воздействием паразитных магнитных потоков. Кроме этого, дополнительный расход энергии может затрачиваться на механические потери, вызванные элементами двигателя.

У электромашины КПД может изменяться от 10% до 99%. Находят его через следующее отношение: η = P2 / P1, где P2 — механическая мощность, а P — подводимая к двигателю. Нужно отметить, что эффективность эксплуатации двигателя сильно упадёт, если его применять для обеспечения движения механизма, обладающего более низким коэффициентом полезной энергии.

Повышение КПД электрической машины возможно путём использования качественных деталей, например, подшипников качения, крыльчаток с уменьшенным сопротивлением воздуху. Для снижения нагрева применяют сверхпроводники, обладающие малым сопротивлением. Магнитные потери уменьшают применением электромагнитной стали с высокой степенью изоляции.

Решение задач

Любое вычисление коэффициента полезного действия сводится к нахождению отношений работы. Так как это безразмерная величина, ответ записывают в процентах. Существует ряд типовых задач, позволяющих лучше разобраться в теории и понять, для чего можно использовать знания на практике. Вот некоторые из них:

1. На стройке с помощью рычажного механизма паллету массой 190 кг подняли на один метр. При этом длинное плечо опустилось на два метра. Найти КПД, учитывая, что приложенная сила к рычагу составила 1000 ньютон. Для решения этого задания нужно рассчитать полную и полезную работу. Так как общая энергия характеризуется силой, которая была приложена к плечу рычага, то найти её можно из выражения: Аз = F * S = 1000 Н/кг * 2 м = 2000 Дж. В то же время полезная работа — это та, что позволила поднять груз. Находится она следующим образом: Ап = mgh = 190 кг * 1 м * 10 Н/кг = 1900 Дж. Отсюда искомая сила равна: n = 1900 Дж / 2000 Дж = 0,95 * 100 = 95%.
2. Производительность насоса составляет 300 литров в минуту при подаче воды на 20 метров. Найти, какая мощность мотора, если КПД устройства составляет 80%. Для того чтобы выполнить расчёт, понадобится знать плотность воды. Она составляет 1000 кг / м³. Решать эту задачу нужно следующим образом. Полезная работа при поднятии воды насосом равняется: Aп = P * s1 = mgh, где m — масса воды, которую можно найти, зная плотность и объём. Тогда Ап = p * V * h = 1000 кг / м³ * 0,3 м³ * 20 м = 60 000 Дж. Полную же затраченную энергию можно найти по формуле: Аз = n * t. Отсюда: n = Ап / Аз = Ап / n * t = 60 000 Дж / 0,8 * 60с = 1250 Вт.
3. Куб массой 200 кг поднимают по наклонной доске. Высота отклонения от горизонтальной линии составляет полтора метра, а длина пути — десять метров. Определить необходимую силу, если КПД составляет 60%. Полезная работа в этом случае находится из произведения веса куба и высоты: Aп = mgh. Полная же энергия рассчитывается так: Аз = F * l. Эти выражения можно подставить в формулу нахождения КПД и из неё уже выразить искомую силу: F = mgh / n = (200 кг * 10 Н/кг * 1,5 м) / (0,6 * 10 м) = 3000 / 6 = 500 Н.

Таким образом, при решении задач необходимо сначала правильно определить полезную и полную работу. Для этого нужно разобраться, с какой целью используется тот или иной механизм. Ведь за всю энергию принимается та, которая совершается самим устройством.\

Формула полезной работы в физике для КПД: как найти, формула

Содержание:

• 
  Понятие КПД (коэффициента полезного действия)
  • 
    Применение в различных сферах физики

• 
  Какой буквой обозначается, единицы измерения
• 
  Физическая формула КПД
• 
  Примеры расчета КПД

Содержание

• 
  Понятие КПД (коэффициента полезного действия)
  • 
    Применение в различных сферах физики

• 
  Какой буквой обозначается, единицы измерения
• 
  Физическая формула КПД
• 
  Примеры расчета КПД

Выбирая техническое устройство, всегда обращают внимание на эффективность его работы. Иными словами, насколько высока энергоэффективность. Получить ответ на этот вопрос можно, если произвести вычисление коэффициента его полезного действия. Тогда становится понятным, насколько затраченные усилия будут обеспечивать полезный результат работы.

Понятие КПД (коэффициента полезного действия)

Термин «КПД» широко используется не только среди профессионалов, но и в быту. Под ним понимают, насколько совершенная работа превышает полезную, т.е. ту, ради которой механизм или прибор приобретается.

Учеными разработана специальная формула, из которой следует, что КПД всегда меньше единицы. Чтобы рассчитать коэффициент, нужно полезную работу, выраженную в Джоулях, разделить на энергию, которая затрачена на эту работу. Поскольку энергия также выражается в Джоулях, конечная расчетная величина безразмерна.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Источник: mashintop.ru

Объяснить бытовым языком данное понятие можно так: энергия, выделяемая от плиты, на которой должен закипеть чайник, расходуется не только на его нагревание. Она должна нагреть саму посудину, воздух вокруг нее, сам нагревательный элемент. И только ее часть будет расходоваться на передачу воде. Чтобы сориентироваться, насколько долго будет закипать чайник одного объема на различного вида печах, нужно знать их КПД.

В поисках наиболее эффективного прибора не стоит стремиться к единице. Такого не бывает. Например, КПД атомной электростанции примерно равно 35%.

Происходит это по двум причинам:

1. Исходя из закона сохранения энергии, получить больше работы, чем затрачено энергии, невозможно.
2. Любая работа сопровождается определенными потерями, будь-то нагревание тары или преодоление сил трения при движении по поверхности.

Термин КПД применим практически к каждому процессу, в котором имеется затраченная и полезная работа.

Применение в различных сферах физики

Характеризуя КПД, следует учитывать, что он не является константой, поскольку в каждом случае свои особенности энергозатрат. С другой стороны, он не может быть установлен изолированно от конкретных процессов. Если рассмотреть работу электродвигателя, величина его КПД сложится исходя из преобразования энергии тока в механическую работу.

В данном случае КПД рассматривается не как соотношение полезной и общей работы, а как соотношение отдаваемой мощности и подводимой к рабочему механизму.

В формулу (η=P₂/P₁) должны быть включены P₁ – первичная мощность и P₂ – мощность прибора.

В качестве первого примера выведем формулу КПД для варианта определения с величинами работы и затраченной энергии (формула для определения КПД теплового двигателя). Условными обозначениями в ней будут являться:

Ап – работа полезная;

• Q₁ – количество энергии (или тепла), полученной от нагревающего устройства;
• Q₂ – количество энергии (или тепла), отданное в процессе деятельности;
• Q₁ – Q₂ – та энергия (или тепло), которая пошла на процесс.

В итоге получится выражение:

Теперь выразим формулу через соотношение мощностей. Условные обозначения следующие:

Р_отд – полезная (эффективная) мощность;

Р_подв – номинальная мощность.

Формула будет выглядеть так:

Если затрата или передача энергии происходит неоднократно, общий КПД равен сумме КПД на каждом участке процесса:

Какой буквой обозначается, единицы измерения

В вышеприведенной формуле искомая величина коэффициента полезного действия обозначается буквой η, которая произносится «эта».

Для упрощения понимания величины, КПД чаще выражается в процентах.

Физическая формула КПД

С учетом изложенных выше особенностей и необходимости выражения результата в %, физические формулы приобретают усовершенствованный внешний вид:

или

Примеры расчета КПД

Формула применяется для расчетов коэффициентов машин различного типа.

Задача 1

Имеется 10 кг дров, теплота сгорания которых составляет 95 Дж/кг. При их сгорании в помещении объемом 75 м3 установилась температура 22оС (допускаем, что удельная теплоемкость воздуха равна 1,3 кДж/ кгхград).

Решение состоит из нескольких действий:

1. 1300 Дж умножить на 75 (объем) и 22 (температуру). Получаем 2 145 кДж. Это то тепло, выраженное в кДж, которое поступило в воздух помещения.
2. 10700000Дж умножаем на 10 (количество дров) =10х107 кДж.
3. При делении полезного тепла и полного, выработанного обогревателем, получаем значение 2,5%. Это говорит о низкой эффективности прибора и большой затрате дров и необходимости внесения конструктивных изменений, например, оборудования возможности дымоходам нагревать не только воздух, но и предметы в помещении.

Задача 2

В доме установлен электробойлер объемом 80 литров. Нагревательный элемент имеет мощность 2 кВт. Было замечено, что для нагревания воды от 12^оС до 70^оС уходит 3 часа. Нужно определить КПД прибора.

Дополнительные данные: плотность воды составляет 1000 кг/м³, ее теплоемкость – 4200 Дж/кг*^оС.

Решать задачу нужно по формуле:

\(\eta=Q_{пол}\div Q_{зат}\times100\%\)

\(Q_{зат}=N\times t=10800(сек)\)

\(Q_{пол}=c\times m\times(T_2-T_1)\)

\(m=\rho\times V\)

\(T_1=12\) ^oC

\(T_2=70\) ^oC

Конечная формула:

\(\eta=(c\times\rho\times V\times(T_2-T_1)\div N\times t)\times100\%=90\%\)

Задача 3

Температура воды, налитой в котел паровой машины, составляет 160^оС. Температура холодильника – 10^оС. Коэффициент полезного действия машины – 60%. В топке сжигается 200 кг угля. Его удельная теплота сгорания – 2,9 • 107 Дж/кг. О какой максимальной работе может идти речь для данной машины?

Решение следующее. А_макс возможна для идеальной тепловой машины, которая функционирует по циклу Карно. Ее КПД равно (Т₁-Т₂)/Т₁. В этой формуле Т₁ и Т₂ – температуры нагревателя, холодильника.

Определяем КПД, пользуясь формулой: \( \eta\;=\;A\div Q_1\). В этой формуле А – работа тепловой машины, Q₁ – теплота, полученная от нагревателя. С другой стороны, она равна \(\eta_1\times m\times q\).

\(Q_1\;=\;\eta_1\times m\times q\)

\((T_1-T_2)\div T_1=A\div\eta_1\times m\times g\)

Итоговая формула:

\(А\;=\;\eta_1\times m\times q\times(1\;-\;Т_2\div Т_1)\)

Подставив значение, получаем ответ: 1,2*109 Дж.

Насколько полезной была для вас статья?

Рейтинг: 3.50 (Голосов: 2)

Выделите текст и нажмите одновременно клавиши «Ctrl» и «Enter»

Поиск по содержимому

Эффективность в физике: формула и расчет

Представьте, что сегодня вам нужно выполнить проект по физике. Может быть, проект немного сложный, но вы хорошо понимаете тему и тратите на его выполнение всего пару часов. На следующее утро вы спрашиваете своего коллегу, и он говорит вам, что работал над проектом пять часов. Ваш учитель физики слышит вас и говорит, что вы действовали более эффективно, чем ваш коллега, так как вам потребовалось меньше ресурсов, чем вашему коллеге, для достижения того же результата.

Именно так обычно используется термин эффективность, но в физике используется несколько более техническое определение.

Когда мы говорим о эффективности в физике, мы имеем в виду отношение полезной выходной энергии системы к общей входной энергии, переданной этой системе.

Напомним, что в физике энергия определяется как свойство системы, позволяющее ей совершать работу и вызывать некоторое изменение движения объекта или нагревать его. Мы можем различать различные виды энергии, такие как механическая энергия (связанная с движением), тепловая энергия (связанная с температурой), звуковая энергия, кинетическая энергия, электрическая энергия и т. д.

Рейтинг эффективности электрического прибора может быть полезным и быстрым способом точно оценить его эффективность, адаптированный из изображения Loominade CC BY-SA 4.0.

Чтобы понять концепцию эффективности важно понять закон сохранения энергии . Этот закон гласит, что энергия не создается и не уничтожается. Вместо этого он передается из одной формы в другую по-разному. Когда мы говорим об эффективности, мы имеем в виду разницу между энергией, вложенной в систему, и полезной энергией, полученной из системы, которая всегда будет меньше, чем общая подводимая энергия. Эта разница является причиной того, что у нас есть потеря энергии . Но, как гласит закон сохранения энергии, эта энергия не уничтожается. Эта энергия преобразуется в другие виды энергии, такие как тепловая энергия, повышающая температуру системы или звуковая энергия, производящая звук, который мы можем услышать.

Важно понимать разницу между эффективностью и эффективностью . Эффективность означает получение желаемого результата с минимальными потерями энергии по отношению к общей подводимой энергии. С другой стороны, эффективность — это вероятность того, что мы получим желаемый результат, независимо от того, сколько ресурсов используется или тратится впустую в процессе. Например, использование животных для вспахивания полей может быть эффективным, но не очень эффективным с точки зрения энергии, потому что требуется много энергии для выращивания сельскохозяйственных культур, которые используются для кормления животных, и много энергии тратится на переваривание пищи. питание, рост и содержание животного, выращивание несъедобных частей сельскохозяйственных культур и т. д.

Представьте, что у нас есть машина, которую мы заливаем маслом. Это масло преобразуется системой в энергию благодаря двигателю автомобиля. Но когда мы заводим машину, мы видим, как двигатель нагревается, начинает издавать звук и т. д. Следовательно, вся энергия, которую мы «ввели» в виде масла (полезную работу производит, сжигая это масло ) не будет полностью преобразован в движение автомобиля.

Мы можем вычислить эффективность этого автомобиля, чтобы увидеть, какой процент введенной энергии преобразуется в желаемую механическую энергию. Это скажет нам, насколько эффективна машина. Помните, что это не имеет ничего общего с эффективностью автомобиля. Пока машина достигает своей цели (перевозит людей из одной точки в другую), она будет эффективной.

Соревновательные автомобили стараются быть максимально эффективными, потому что это важная характеристика, чтобы быть конкурентоспособными.

Формула КПД и символ

Теперь мы понимаем, что такое КПД в физике. Но нам нужен способ вычислить это, верно? В общем, мы можем выразить КПД как:

КПД=полезная передача энергии на выходеобщая передача энергии на входе

Эффективность также может быть представлена ​​символом η. Легко видеть, что эффективность не имеет единиц, так как представляет собой отношение двух переменных с одинаковыми единицами измерения. Этот КПД должен быть максимум равен единице и всегда больше или равен нулю. В неидеальном процессе он меньше единицы. Если мы хотим выразить эту эффективность в процентах, мы просто умножаем ее на 100:

эффективность%=полезнаявыходэнергопередачаобщаявходэнергопередача×100

Мы также можем выразить эффективность через общую входную и полезную выходную мощность мощность r, , которая является скоростью изменения передачи энергии и может быть выражена как: =Et

или прописью:

power=energytime

Следовательно, если мы знаем мощность системы или машины на выходе и мощность на выходе, мы можем вычислить эффективность следующим образом:0003

efficiency=usefulpoweroutputtotalpowerinput

В неидеальном случае приход энергии должен быть больше энергии результата. Следовательно, мы можем выразить эту разницу как:

общая входная энергия = полезная выходная передача энергии + потеря энергии

Где энергия потери относится к энергии, которая теряется в процессе в другие виды энергии. Есть и другие способы вычисления эффективности системы в отношении энергии, задействованной в процессе, которые мы увидим в следующем разделе с некоторыми примерами.

Расчет эффективности

Давайте выполним простое упражнение, чтобы увидеть, как можно вычислить эффективность машины. Представьте себе двигатель, которому требуется 3 минуты для выполнения процесса (например, движения автомобиля или столкновения с водой), требующего энергии 4500 Дж. Этот двигатель потребляет (теоретически) 60 Вт. Каков КПД этой машины?

Во-первых, нам нужно вычислить мощность упомянутого процесса. Как мы видели ранее, для вычисления мощности (помните, что мы выражаем время в секундах):

P=Et=4500J180s=25W

Теперь нам осталось вычислить эффективность η по выученным формулам. Помните, что мощность, задействованная в процессе, будет 25 Вт (результат), а теоретически потребляемая машиной будет 60 Вт (доход): просто умножьте эффективность на 100)

Примеры эффективности в физике

Наряду со статьей мы обсудили, как энергия может принимать различные формы, и вычислили эффективность для этих различных типов энергии. Теперь давайте посмотрим на некоторые примеры этих энергий и посмотрим, как использовать формулу эффективности для вычисления эффективности в этих случаях.

Механический КПД

В этом случае машина выполняет работу, состоящую в перемещении объекта на определенное расстояние. Следовательно, энергия дохода используется для выполнения этой работы, которая и будет являться результирующей энергией результата. Мы используем предыдущую формулу для расчета эффективности.

Потеря энергии происходит за счет трения, которое представляет собой силу сопротивления движению, поэтому энергия рассеивается в виде тепла или звука. Примером может служить автомобиль, любой другой тип транспортного средства или любая другая машина с двигателем или движущимися частями.

Электрический КПД

Чтобы вычислить электрический КПД, мы также используем формулу, которую мы видели ранее, для деления между доходом и выходной мощностью. Мы используем эту эффективность для некоторых бытовых приборов и лампочек. Есть несколько методов повышения электрического КПД, которые будут обсуждаться позже.

Тепловой КПД

Мы используем тепловой КПД для расчета КПД тепловых двигателей, которые представляют собой машины, преобразующие тепловую энергию в работу, которая является другим видом энергии. В тепловой машине у нас есть два источника тепла с разными температурами, один с большей температурой, а другой с более низкой температурой.

В случае, описанном для теплового КПД, когда два источника имеют разные температуры, КПД можно рассчитать как:

η=1-QCQH

входит.

У тепловых машин есть предел эффективности. Этот предел установлен теоремой Карно . Эта теорема утверждает, что максимальный КПД тепловой машины определяется температурами источников.

η≤1-TCTH

TH – это температура самого горячего источника, а TC – это температура самого холодного источника. Независимо от регулировки, чтобы избежать потерь энергии, таких как трение, эффективность не будет выше, чем эта.

Тепловая машина Карно, commons.wikimedia.org

Повышение эффективности в физике

Повышение эффективности является одной из основных целей, когда мы используем энергию и передаем ее. Вот почему так важно найти способы минимизировать потери энергии.

Например, как мы видели, когда мы преобразуем любую энергию в механическую, некоторый процент этой энергии теряется из-за трения . Есть несколько способов уменьшить эту потерю энергии:

• Сила трения и, следовательно, потеря энергии прямо пропорциональны коэффициенту трения , который является индивидуальным для каждой поверхности. Использование поверхностей с более низким коэффициентом трения или использование смазки может помочь снизить потери энергии.
• Когда объект движется, использование колес может помочь уменьшить эффект трения. Кроме того, мы можем попытаться уменьшить сопротивление, создаваемое воздухом , двигаясь медленнее или используя обтекаемые конструкции, где эффект сопротивления воздуха меньше из-за того, как он течет.

Повышение эффективности использования электроэнергии также имеет важное значение в наши дни. Основным способом, которым мы достигаем этого при транспортировке электроэнергии из одной точки в другую на большие расстояния, является снижение тока и повышение напряжения для заданной мощности в линиях электропередач. Таким образом, электричество может перемещаться быстрее, а энергетические потери сокращаются примерно до двух процентов. Как только электричество поступает в зоны с населением, мощность снижается.

Линии электропередач, напряжение которых повышено для повышения эффективности.

Кроме того, мы могли бы использовать сверхпроводников для уменьшения потерь энергии. Эти сверхпроводники сделаны из материалов, которые позволяют электричеству проходить через них, не нагреваясь, и с потерями энергии примерно нулевыми из-за их чрезвычайно низкого электрического сопротивления. Проблема с этими типами сверхпроводящих материалов заключается в том, что они очень дороги в обслуживании, поэтому их использование в настоящее время экономически нецелесообразно.

Эффективность в физике — основные выводы

• Эффективность — это отношение полезной выходной энергии системы к общей подводимой энергии.
• Энергия может быть преобразована из разных типов в другие, такие как тепловая энергия, механическая энергия, световая энергия и т.д. одной формы в другую. Следовательно, в процессе происходит потеря энергии, которая трансформируется в другой вид энергии. Обычно эта потеря энергии происходит за счет трения.
• Существует прямая зависимость между потерями энергии в процессе и эффективностью машины, которая его выполняет.
• Эффективность — степень успешности достижения желаемого результата независимо от используемых ресурсов. Машина может быть эффективной, но не эффективной .
• Чтобы вычислить эффективность, мы делим энергии результата на энергию дохода . То же самое работает и с мощностью.
• Эффективность можно повысить разными способами. Для механической эффективности мы можем использовать смазка и колеса . Кроме того, электрический КПД может быть повышен с помощью методов модификации силовых или сверхпроводников .

Формула эффективности — GeeksforGeeks

Эффективность объекта определяется как способность приблизиться к определенному результату при заданном входе с наименьшим количеством отходов. Его можно интерпретировать как количество труда или энергии, сэкономленных в процессе. Математически это отношение работы, выполненной машиной или процессом, к общей расширенной энергии или потребленному теплу. Он обозначается символом эта (η). Его формула равна отношению выходной работы к входной, умноженной на 100. Единицей измерения является процент (%).

Формула КПД

η = (W _o /W _i ) × 100

Где

• η9 — эффективность 193 o — выходная работа,
• W _i — входная работа.

С точки зрения энергии на входе и энергии на выходе формула выглядит следующим образом:

η процент эффективность,

E _o – работа на выходе,

E _i – работа на входе.

Примеры задач

Задача 1. Рассчитайте КПД машины, если энергия на входе 200 Дж, а на выходе 150 Дж. 0193 или = 150

E _i = 200

Используя формулу, которую мы имеем,

η = (E _o /E _i ) × 100

= (150/200) × 100

= 75%

Задача 2. Рассчитайте КПД машины, если входная энергия 450 Дж, а выходная энергия 300 Дж.

7 Решение:

Имеем,

E _o = 300

E _i = 450

Используя полученную формулу,

η = (E _{o 90 90 i 90 90 93 /E 93}

= (300 /450) × 100

= 66,67%

Задача 3. Рассчитайте КПД моторного двигателя, если работа 500 Дж выполняется для получения выходной работы 100 Дж.

Решение:

Имеем,

W _o = 100

W _i = 9 0

6 η = (Вт _о /Вт _i ) × 100

= (100/500) × 100

= 20 %

Задача 4. Рассчитайте выходную энергию, если КПД машины составляет 52 %, а подводимая энергия 250 Дж. Решение:

У нас есть,

η = 52%

E _i = 250

Используя нашу формулу,

η = (E _o /E _i ) × 19 > 100

3 о = nE _i /100

= 52 (250)/100

= 130 Дж

Задача 5.