Idag kommer vi att berätta vad effektivitet (effektivitetsfaktor) är, hur man beräknar den och var detta koncept tillämpas.
Människa och mekanism
Vad har en tvättmaskin och en konservfabrik gemensamt? En persons önskan att befria sig från behovet av att göra allt på egen hand. Före uppfinningen av ångmaskinen hade människorna bara sina muskler till sitt förfogande. De gjorde allt själva: de plöjde, sådde, lagade mat, fångade fisk, vävde lin. För att säkerställa överlevnaden under den långa vintern arbetade varje medlem av bondefamiljen dagsljus från två års ålder till sin död. De yngsta barnen tog hand om djuren och hjälpte (föra, berätta, ringa, ta) de vuxna. Flickan sattes först bakom ett snurrande hjul vid fem års ålder! Även djupa gamla människor skar skedar och vävde bastskor, och de mest äldre och sjuka mormödrarna satt vid vävstolar och snurrande hjul, om deras syn tillät. De hade inte tid att tänka på vad stjärnor är och varför de lyser. Folk tröttnade: varje dag var de tvungna att gå och jobba, oavsett hälsotillstånd, smärta och moral. Naturligtvis ville mannen hitta medhjälpare som åtminstone något skulle avlasta hans överansträngda axlar.
Roligt och konstigt
Den mest avancerade tekniken på den tiden var hästen och kvarnhjulet. Men de gjorde bara två eller tre gånger mer arbete än en människa. Men de första uppfinnarna började komma med enheter som såg väldigt konstiga ut. I filmen "The Story of Eternal Love" fäste Leonardo da Vinci små båtar vid sina fötter för att gå på vattnet. Detta ledde till flera roliga incidenter när forskaren störtade i sjön med kläderna på. Även om det här avsnittet bara är ett påhitt av manusförfattaren, måste sådana uppfinningar ha sett ut så - komiska och roliga.
1800-talet: järn och kol
Men i mitten av 1800-talet förändrades allt. Forskare har insett tryckkraften av expanderande ånga. Den tidens viktigaste varor var järn för tillverkning av pannor och kol för uppvärmning av vatten i dem. Forskare på den tiden var tvungna att förstå vad effektivitet är i ång- och gasfysik, och hur man kan öka den.
Formeln för koefficienten i det allmänna fallet är:
η=A/Q
η - effektivitet, A - användbart arbete, Q - energi förbrukad.
Arbete och värme
Efficiency (förkortat effektivitet) är en dimensionslös storhet. Den definieras som en procentsats och beräknas som förhållandet mellan energiförbrukning och nyttigt arbete. Den senare termen används ofta av mödrar till försumliga tonåringar när de tvingar dem att göra något i huset. Men i själva verket är detta det verkliga resultatet av nedlagda ansträngningar. Det vill säga, om maskinens effektivitet är 20%, omvandlar den bara en femtedel av den mottagna energin till handling. Nu vid köpbil, läsaren bör inte ha en fråga, vad är effektiviteten på motorn.
Om koefficienten beräknas i procent, är formeln:
η=100 %(A/Q)
η - effektivitet, A - användbart arbete, Q - energi förbrukad.
Förlust och verklighet
Alla dessa argument orsakar förvirring. Varför inte uppfinna en bil som kan använda mer bränsleenergi? Tyvärr är den verkliga världen inte så. I skolan löser barn problem där det inte finns någon friktion, alla system är stängda och strålningen är strikt monokromatisk. Riktiga ingenjörer vid tillverkningsanläggningar tvingas ta hänsyn till närvaron av alla dessa faktorer. Tänk till exempel på hur verkningsgraden är hos en värmemotor och vad består denna koefficient av.
Formeln i det här fallet ser ut så här:
η=(Q1-Q2)/Q1
I det här fallet är Q1 mängden värme som motorn fick från uppvärmning, och Q2 är mängden värme som den gav till miljön (kallas vanligtvis för ett kylskåp).
Bränslet värms upp och expanderar, kraften trycker på kolven som driver det roterande elementet. Men bränslet finns i något fartyg. När den värms upp överför den värme till kärlets väggar. Detta leder till energiförluster. För att kolven ska sjunka måste gasen kylas. För att göra detta släpps en del av det ut i miljön. Och det vore bra om gasen gav all värme till nyttigt arbete. Men tyvärr svalnar den väldigt långsamt, så het ånga kommer ut. En del av energin går åt till att värma luften. Kolven rör sig i en ihålig metallcylinder. Dess kanter passar tätt mot väggarna, när man rör sig kommer friktionskrafter in i bilden. Kolven värmer den ihåliga cylindern, vilket också leder till energiförlust. Stångens translationsrörelse upp och ned överförs till ett vridmoment genom en serie leder som gnider mot varandra och värms upp, det vill säga att en del av primärenergin också spenderas på detta.
Naturligtvis i fabriksmaskiner är alla ytor polerade till atomnivå, alla metaller är starka och har lägst värmeledningsförmåga och kolvolja har de bästa egenskaperna. Men i vilken motor som helst används bensinens energi för att värma upp delar, luft och friktion.
Panna och kittel
Nu föreslår vi att vi ska förstå vad pannans effektivitet är och vad den består av. Alla hemmafruar vet: om du låter vattnet koka i en kastrull under ett stängt lock, kommer antingen vatten att droppa på spisen, eller så kommer locket att "dansa". Alla moderna pannor är arrangerade på ungefär samma sätt:
- värme värmer en stängd behållare full med vatten;
- vatten blir överhettad ånga;
- när gas-vattenblandningen expanderar roterar turbinerna eller flyttar kolvarna.
Precis som i en motor går energi förlorad för att värma upp pannan, rören och friktionen i alla leder, så ingen mekanism kan ha en verkningsgrad som är lika med 100%.
Formeln för maskiner som arbetar enligt Carnot-cykeln ser ut som den allmänna formeln för en värmemotor, bara istället för mängden värme - temperatur.
η=(T1-T2)/T1.
rymdstation
Och om du sätter mekanismen i rymden? Gratis solenergi är tillgänglig 24 timmar om dygnet, kylning av vilken gas som helst är möjlig bokstavligen till 0o Kelvin nästan omedelbart. Kanske skulle effektiviteten i produktionen vara högre i rymden? Svaret är tvetydigt: ja och nej. Alla dessa faktorer skulle verkligen kunna förbättra överföringen av energi till nyttigt arbete. Men att leverera till och med tusen ton till önskad höjd är fortfarande otroligt dyrt. Även om en sådan fabrik fungerar i femhundra år, kommer den inte att betala tillbaka kostnaden för att höja utrustningen, vilket är anledningen till att science fiction-författare så aktivt utnyttjar idén om en rymdhiss - detta skulle avsevärt förenkla uppgiften och göra det är kommersiellt lönsamt att flytta fabriker ut i rymden.
