Slajd 1
Opštinska autonomna obrazovna ustanova „Srednja škola br. 1“, Malaja Vishera, Novgorodska oblast Algoritam za rešavanje problema za određivanje efikasnosti. termalni ciklus prema grafikonu zavisnosti pritiska od zapremine Sastavio Lukyanets Nadezhda Nikolaevna nastavnik fizike najviše kvalifikacione kategorije 2011.Slajd 2
Zadatak je odrediti efikasnost iz grafika pritiska u odnosu na zapreminu. Izračunajte efikasnost toplotnog motora koji koristi jednoatomni idealni gas kao radni fluid i radi prema ciklusu prikazanom na slici. Do pojave novih crteža i zapisa dolazi tek nakon klika mišem.
Slajd 3
Zadatak je odrediti efikasnost iz grafika pritiska u odnosu na zapreminu. Izračunajte efikasnost toplotnog motora koji koristi jednoatomni idealni gas kao radni fluid i radi prema ciklusu prikazanom na slici.
Slajd 4
Savjet br. 1. Stoga je potrebno u svakom procesu promjenom temperature odrediti količinu primljene ili predane topline. Količina toplote se izračunava na osnovu prvog zakona termodinamike.
Slajd 5
Savjet br. 2 Rad obavljen u bilo kojem procesu je numerički jednak površini figure koja se nalazi ispod grafikona u koordinatama P(V). Površina osenčene figure je jednaka radu u procesu 2-3, a površina osenčene figure je jednaka radu u procesu 4-1, i upravo je taj rad gasa negativan , jer sa 4 na 1 jačina se smanjuje. Rad po ciklusu jednak je zbiru ovih radova. Dakle, rad koji gas obavi po ciklusu je numerički jednak površini ovog ciklusa.
Slajd 6
Algoritam za rješavanje problema. 1. Zapišite formulu efikasnosti. 2. Odrediti rad gasa na osnovu površine procesne figure u koordinatama P, V. 3. Analizirajte u kojem od procesa se količina topline apsorbira, a ne oslobađa. 4. Koristeći 1. zakon termodinamike, izračunajte količinu primljene topline. 5. Izračunajte efikasnost.
Slajd 7
1. Zapišite formulu efikasnosti. 2. Odrediti rad gasa na osnovu površine procesne figure u koordinatama P, V. Rješenje
Slajd 8
1. Proces1–2. V = const, P T Q se apsorbuje 2. Proces 2 – 3. P = const, V , T Q se apsorbuje 3. Proces 3 – 4. V = const, P , T Q se oslobađa 4. Proces 4 – 1. P = const, V , T Q oslobođeni 3. Analizirajte u kojem od procesa se količina topline apsorbira, a ne oslobađa.
Slajd 9
Za proces 1-2 4. Koristeći 1. zakon termodinamike, izračunajte količinu primljene topline. stoga Za izohorični proces, oduzmite gornju od donje jednačine
Posao koji obavlja motor je:
Ovaj proces prvi je razmatrao francuski inženjer i naučnik N. L. S. Carnot 1824. godine u knjizi „Razmišljanja o pokretačkoj sili vatre i o mašinama koje su sposobne da razviju tu silu“.
Cilj Carnotovog istraživanja bio je da se otkriju razlozi nesavršenosti toplotnih motora tog vremena (imali su efikasnost ≤ 5%) i da se pronađu načini za njihovo poboljšanje.
Carnotov ciklus je najefikasniji od svih. Njegova efikasnost je maksimalna.
Slika prikazuje termodinamičke procese ciklusa. Tokom izotermnog širenja (1-2) na temperaturi T 1 , rad se obavlja zbog promjene unutrašnje energije grijača, odnosno zbog dovoda topline u plin Q:
A 12 = Q 1 ,
Hlađenje plina prije kompresije (3-4) nastaje tijekom adijabatskog širenja (2-3). Promjena unutrašnje energije ΔU 23 tokom adijabatskog procesa ( Q = 0) potpuno se pretvara u mehanički rad:
A 23 = -ΔU 23 ,
Temperatura plina kao rezultat adijabatskog širenja (2-3) pada na temperaturu hladnjaka T 2 < T 1 . U procesu (3-4), plin se izotermno komprimira, prenoseći količinu topline u hladnjak P 2:
A 34 = Q 2,
Ciklus se završava procesom adijabatske kompresije (4-1), u kojem se plin zagrijava do temperature T 1.
Maksimalna vrijednost efikasnosti idealnih plinskih toplotnih motora prema Carnot ciklusu:
.
Suština formule je izražena u dokazanom WITH. Carnotova teorema da efikasnost bilo kojeg toplotnog motora ne može premašiti efikasnost Carnotovog ciklusa koji se izvodi na istoj temperaturi grijača i hladnjaka.
Kako pronaći faktor efikasnosti. Formula za efikasnost kroz snagu
Kako pronaći efikasnost
Efikasnost pokazuje omjer korisnog rada koji je izvršio mehanizam ili uređaj prema utrošenom radu. Često je potrošeni rad količina energije koju uređaj troši da bi obavio rad.
Trebaće ti
- - automobilski;
- - termometar;
- - kalkulator.
Instrukcije
2. Prilikom izračunavanja efikasnosti toplotnog motora, smatrajte mehanički rad koji je izvršio mehanizam odgovarajućim radom. Za utrošeni rad uzmite broj topline koju oslobađa sagorjelo gorivo, koje je izvor energije za motor.
3. Primjer. Prosječna vučna sila motora automobila je 882 N. On troši 7 kg benzina na 100 km putovanja. Odredite efikasnost njegovog motora. Prvo pronađite odgovarajući posao. Jednaka je proizvodu sile F i udaljenosti S koju tijelo pređe pod njegovim uticajem An=F?S. Odredite količinu toplote koja će se osloboditi pri sagorevanju 7 kg benzina, to će biti utrošeni rad Az = Q = q?m, gde je q specifična toplota sagorevanja goriva, za benzin je jednaka 42? 10^6 J/kg, a m je masa ovog goriva. Efikasnost motora će biti jednaka efikasnosti=(F?S)/(q?m)?100%= (882?100000)/(42?10^6?7)?100%=30%.
4. Uopšteno govoreći, da bi se otkrila efikasnost, bilo koji toplotni motor (motor sa unutrašnjim sagorevanjem, parna mašina, turbina, itd.), gde rad obavlja gas, ima indeks efikasnosti jednak razlici toplote koju odaje grijača Q1 i primljenog od hladnjaka Q2, naći razliku topline grijača i hladnjaka i podijeliti sa toplinom efikasnosti grijača = (Q1-Q2)/Q1. Ovdje se efikasnost mjeri u višestrukim jedinicama od 0 do 1; da biste rezultat pretvorili u procente, pomnožite ga sa 100.
5. Da bi se dobila efikasnost besprekorne toplotne mašine (Carnot mašina), pronađite odnos temperaturne razlike između grejača T1 i frižidera T2 i temperature efikasnosti grejača = (T1-T2)/T1. Ovo je maksimalna dozvoljena efikasnost za određeni tip toplotnog motora sa datim temperaturama grejača i frižidera.
6. Za električni motor, pronađite utrošeni rad kao proizvod snage i vremena potrebnog da se on završi. Recimo, ako elektromotor dizalice snage 3,2 kW podigne teret težine 800 kg na visinu od 3,6 m za 10 s, onda je njegova efikasnost jednaka omjeru prikladnog rada Ap=m?g?h, gdje je m je masa tereta, g?10 m /sa? ubrzanje slobodnog pada, h je visina na koju je podignut teret, a utrošeni rad Az=P?t, gdje je P snaga motora, t vrijeme njegovog rada. Dobijte formulu za određivanje efikasnosti=Ap/Az?100%=(m?g?h)/(P?t)?100%=%=(800?10?3.6)/(3200?10)?100% =90%.
Pokazatelj performansi (efikasnosti) je pokazatelj performansi bilo kojeg sistema, bilo da se radi o motoru automobila, stroju ili drugom mehanizmu. Pokazuje koliko efikasno dati sistem koristi energiju koju prima. Izračunavanje efikasnosti je veoma jednostavno.
Instrukcije
1. Većinu vremena, efikasnost se izračunava iz omjera energije koju koristi sistem i svake ukupne energije primljene u određenom vremenskom intervalu. Vrijedi napomenuti da efikasnost nema određene mjerne jedinice. Međutim, u školskom programu ova vrijednost se mjeri kao postotak. Ovaj indikator, na osnovu gore navedenih podataka, izračunava se pomoću formule:? = (A/Q)*100%, gdje? (“ovo”) je željena efikasnost, A je upotrebljiva performansa sistema, Q je ukupna potrošnja energije, A i Q se mjere u džulima.
2. Navedena metoda za proračun efikasnosti nije isključiva, jer se korisni rad sistema (A) izračunava po formuli: A = Po-Pi, gdje je Po energija koja se dovodi u sistem izvana, Pi je gubitak energije tokom rada sistema. Proširujući brojnik gornje formule, može se napisati u sljedećem obliku:? = ((Po-Pi)/Po)*100%.
3. Da bi proračun efikasnosti bio jasniji i vizualniji, možete pogledati primjere Primjer 1: Korisni rad sistema je 75 J, količina energije koja se troši za njegov rad je 100 J, potrebno je odrediti efikasnost ovog sistema. Da biste riješili ovaj problem, koristite prvu formulu:? = 75/100 = 0,75 ili 75% Odgovor: Efikasnost predloženog sistema je 75%.
4. Primjer 2: Energija koja se isporučuje za rad motora je 100 J, gubitak energije tokom rada ovog motora je 25 J, potrebno je izračunati efikasnost. Da biste riješili predloženi problem, koristite 2. formulu za izračunavanje željenog indikatora:? = (100-25)/100 = 0,75 ili 75%. Rezultati u oba primjera su bili identični, au drugom slučaju detaljnije su analizirani podaci brojilaca.
Bilješka! Mnogi tipovi modernih motora (recimo, raketni motori ili turbo-vazdušni motori) imaju nekoliko faza svog rada, a za čitav stepen postoji sopstvena efikasnost koja se izračunava pomoću svake od navedenih formula. Ali da biste pronašli univerzalni indikator, morat ćete pomnožiti sve poznate efikasnosti u svim fazama rada datog motora: = ?1*?2*?3*…*?.
Koristan savjet: Efikasnost ne može biti veća od jedan; tokom rada bilo kojeg sistema neizbježno dolazi do gubitaka energije.
Povezani transport je vrsta transportnog transporta koji se sastoji od utovara vozila koje radi u praznom hodu. Često se dešavaju situacije kada je transport primoran da se kreće bez tereta, i prije i kasnije nakon što je planirani transportni nalog završen. Za preduzeće, verovatnoća preuzimanja dodatnog tereta znači, u najmanju ruku, smanjenje finansijskih gubitaka.
Instrukcije
1. Procijenite efektivnost korištenja povezanog transporta tereta u stvarnosti za vaše preduzeće. Značajna stvar koju treba shvatiti je činjenica da se povezani teret može transportovati u vrijeme kada je transport primoran da se kreće prazan nakon završetka primarnog (osnovnog) transportnog zahtjeva. Ako se ovakve situacije redovno dešavaju u aktivnostima vašeg preduzeća, hrabro izaberite ovaj način optimizacije transporta.
2. Procijenite koji prateći teret vaše vozilo može prevesti u smislu težine i dimenzija. Prolazak tereta može biti ekonomski isplativ čak i ako dio teretnog prostora vašeg vozila nije zauzet.
3. Razmislite sa kojih tačaka glavne rute ćete moći da preuzmete prolazni teret. Svima je ugodnije ako takav teret možete primiti na krajnjoj tački planirane rute i prevesti do mjesta gdje se nalazi vaše transportno preduzeće. Ali takva situacija se ne može uvijek dogoditi. Stoga uzmite u obzir i vjerovatnoću nekog odstupanja od rute, računajući, naravno, ekonomsku racionalnost takve metamorfoze.
4. Saznajte da li firma kojoj obavljate redovni prevoz tereta zahteva povratni prevoz tereta. U ovom slučaju je mnogo lakše dogovoriti cijenu pitanja i osigurati sigurnost dodatne obostrano korisne saradnje.
5. Pronađite nekoliko specijalizovanih internet portala koji pružaju informativne usluge iz oblasti transporta tereta. Kao i obično, web stranice takvih kompanija imaju odgovarajuće odjeljke koji vam omogućavaju da pronađete povezani teret duž vaše rute i ostavite odgovarajući zahtjev. U većini slučajeva, korištenje takve vjerovatnoće zahtijeva, u najmanju ruku, registraciju na stranici. Bilo bi savršeno ako izvor informacija ima ugrađene vjerovatnoće za logistički pregled kontraponuda.
6. Ne zanemarite konsolidovani transport kada se manji teret od različitih klijenata prevozi u odabranom pravcu na jednoj vrsti transporta. U tom slučaju, prijevoz mora napraviti šatl rute u odabranim smjerovima.
Bilješka! Otkrivanje tereta u prolazu apsolutno nije teško! Glavni zadatak našeg servisa je traženje različitih preuzimanja, nešto što korisnici mogu učiniti ne samo uz maksimalnu pogodnost, već i besplatno. Uz pomoć našeg sistema, čiji je rad zasnovan na korišćenju savremenih informacionih tehnologija, teret se može vrlo lako otkriti.
Korisni savjeti Očigledno ste odlučili kupiti ili iznajmiti ogroman kamion, uz pomoć kojeg namjeravate zaraditi prevozeći robu širom Rusije, ZND-a i Evrope. Nije bitno da li ćete unajmiti vozača ili ga sami vozite, za prevoz će vam trebati mušterije, odnosno teret. Tada ćete sigurno razmisliti ili ste već razmišljali o tome gdje i kako pronaći teret za svoj kamion?
Da biste pronašli indikator prikladnog rada bilo kojeg motora, potrebno je odgovarajući rad podijeliti s utrošenim i pomnožiti sa 100 posto. Za toplinski motor, pronađite ovu vrijednost omjerom snage pomnožene s trajanjem rada i toplinom koja se oslobađa tijekom sagorijevanja goriva. Teoretski, efikasnost toplotnog motora određena je omjerom temperatura hladnjaka i grijača. Za električne motore pronađite omjer njegove snage i snage potrošene struje.
Trebaće ti
- motor sa unutrašnjim sagorevanjem (ICE) pasoš, termometar, tester
Instrukcije
1. Određivanje efikasnosti motora sa unutrašnjim sagorevanjem Nađite njegovu snagu u tehničkoj dokumentaciji datog motora. Napunite njegov rezervoar određenom količinom goriva i pokrenite motor tako da neko vrijeme radi punim ciklusima, razvijajući maksimalnu snagu navedenu u pasošu. Pomoću štoperice zabilježite vrijeme rada motora, izražavajući ga u sekundama. Nakon nekog vremena ugasite motor i ispustite preostalo gorivo. Oduzimajući konačnu zapreminu od početne zapremine ulivenog goriva, pronađite zapreminu potrošenog goriva. Koristeći tabelu, pronađite njegovu gustinu i pomnožite sa zapreminom, dobijajući masu potrošenog goriva m =? V. Izraziti masu u kilogramima. U zavisnosti od vrste goriva (benzin ili dizel), odredite njegovu specifičnu toplotu sagorevanja iz tabele. Da biste odredili efikasnost, pomnožite maksimalnu snagu sa vremenom rada motora i sa 100%, a rezultat podijelite postupno sa njegovom masom i specifičnom toplotom efikasnosti sagorevanja =P t 100%/(q m).
2. Za savršen toplotni motor moguće je primijeniti Carnotovu formulu. Da biste to učinili, saznajte temperaturu sagorijevanja goriva i izmjerite temperaturu hladnjaka (izduvni plinovi) posebnim termometrom. Pretvorite temperaturu izmjerenu u stepenima Celzijusa u bezuslovnu skalu dodavanjem vrijednosti 273. Da biste odredili efikasnost od broja 1, oduzmite omjer temperatura hladnjaka i grijača (temperatura sagorijevanja goriva) Efikasnost = (1 -Tcol/Tnag) 100%. Ova opcija za proračun efikasnosti ne uzima u obzir mehaničko trenje i razmjenu topline sa vanjskim okruženjem.
3. Određivanje efikasnosti elektromotora Odredite nazivnu snagu elektromotora, prema tehničkoj dokumentaciji. Spojite ga na izvor struje, postižući maksimalne cikluse osovine, i uz pomoć testera izmjerite napon na njemu i struju u kolu. Da biste odredili efikasnost, podijelite snagu navedenu u dokumentaciji sa proizvodom struje i napona, pomnožite ukupnu sa 100% efikasnosti =P 100%/(I U).
Video na temu
Bilješka! U svim proračunima, efikasnost bi trebala biti manja od 100%.
Da bi pregledali normalnu dinamiku stanovništva, sociolozi treba da odrede ukupne koeficijente. Glavni su pokazatelji fertiliteta, mortaliteta, braka i prirodnog dohotka. Na osnovu njih je moguće napraviti demografsku sliku u datom trenutku.
Instrukcije
1. Imajte na umu da je ukupni indikator relativan indikator. Tako će se broj rođenih u određenom periodu, recimo u godini, razlikovati od opšte stope fertiliteta. To je zbog činjenice da se prilikom pronalaženja uzimaju u obzir podaci o ukupnoj populaciji. Ovo omogućava poređenje dosadašnjih rezultata istraživanja sa rezultatima prethodnih godina.
2. Odredite obračunski period. Na primjer, da biste pronašli stopu brakova, morate odrediti u kom vremenskom periodu se broj brakova odnosi na vas. Tako će se podaci za posljednjih šest mjeseci značajno razlikovati od onih koje ćete dobiti prilikom određivanja petogodišnjeg vremenskog perioda. Uzmite u obzir da je period obračuna prilikom izračunavanja ukupnog indikatora određen u godinama.
3. Odrediti ukupnu populaciju. Slične vrste podataka mogu se dobiti pozivanjem na podatke popisa stanovništva. Da biste odredili opšte pokazatelje fertiliteta, mortaliteta, stope brakova i razvoda, morat ćete pronaći proizvod ukupnog stanovništva i obračunskog perioda. Dobijeni broj upišite u nazivnik.
4. Na mjesto brojioca stavite bezuslovni indikator koji odgovara željenom relativnom. Recimo, ako ste suočeni sa zadatkom da odredite univerzalnu stopu nataliteta, onda bi na mjestu brojila trebao biti broj koji odražava ukupan broj djece rođene u periodu koji vas zanima. Ako je vaš cilj da odredite nivo mortaliteta ili stopu brakova, onda na mjesto brojioca stavite broj umrlih u obračunskom periodu, odnosno broj ljudi koji su stupili u brak.
5. Dobijeni broj pomnožite sa 1000. Ovo će biti ukupni indikator koji želite. Ako ste suočeni sa zadatkom pronalaženja općeg pokazatelja prihoda, oduzmite stopu smrtnosti od nataliteta.
Video na temu
Riječ “rad” odnosi se na svaku radnju koja osobi daje sredstva za život. Drugim riječima, za to prima fizičku nagradu. Ipak, ljudi su spremni da u svoje slobodno vrijeme, bilo besplatno ili uz čisto simboličnu naknadu, učestvuju i u društveno korisnom radu koji ima za cilj podršku onima kojima je to potrebno, uređenje dvorišta i ulica, uređenje prostora itd. Broj takvih volontera bi vjerovatno i dalje bio ogroman, ali oni često ne znaju gdje bi njihove usluge mogle biti potrebne.
Instrukcije
1. Jedan od najpoznatijih vidova društveno korisnog rada je dobročinstvo. Uključuje pomoć potrebitim, socijalno ugroženim grupama stanovništva: invalidima, starima, beskućnicima. Jednom riječju, svakome ko se iz nekog razloga nađe u teškoj životnoj situaciji.
2. Volonteri koji žele da učestvuju u pružanju takve pomoći treba da kontaktiraju najbliže filantropske organizacije ili odeljenja za javnu pomoć. Možete se raspitati u najbližoj crkvi - duhovnik vjerovatno zna kome od njegove pastve je posebno potrebna podrška.
3. Inicijativu možete preuzeti i bukvalno u mjestu stanovanja – u stambene zgrade Verovatno postoje usamljeni penzioneri, invalidi ili samohrane majke koje imaju celu rublju na računu. Pružite im svu moguću pomoć. Ne mora se nužno sastojati od novčane donacije – dozvoljeno je, recimo, s vremena na vrijeme otići do trgovine ili apoteke da kupi lijek.
4. Mnogi ljudi žele da učestvuju u unapređenju svog rodnog grada. Trebalo bi da se obrate nadležnim strukturama lokalne opštine, recimo, onima koji su zaduženi za čišćenje teritorija i uređenje. Vjerovatno će biti posla. Osim toga, dozvoljeno je, recimo, samoinicijativno napraviti gredicu ispod prozora kuće i posaditi cvijeće.
5. Postoje ljudi koji zaista vole životinje i žele pomoći psima i mačkama lutalicama. Ako spadate u ovu kategoriju, kontaktirajte lokalne organizacije za zaštitu prava životinja ili vlasnike skloništa za životinje. Pa, ako živite u velikom gradu u kojem postoje zoološki vrtovi, pitajte upravu da li su potrebni pomoćnici za brigu o životinjama. Kao i obično, takve ponude pomoći dočekuju se sa zahvalnošću.
6. Nemoguće je zaboraviti na obrazovanje mlađe generacije. Ako je entuzijastičan volonter u mogućnosti da, recimo, drži nastavu u nekom školskom klubu ili kulturno-kreativnom centru, on će donijeti ogromnu korist. Jednom riječju, ima puno društveno prikladnog posla za brižne ljude, za svaki ukus i vjerovatnoću. Postojala bi želja.
Indikator vlažnosti je indikator koji se koristi za određivanje parametara mikroklime. Može se izračunati ako imate informacije o padavinama u regionu tokom prilično dugog perioda.
Indeks vlažnosti
Koeficijent vlažnosti je poseban indikator koji su razvili stručnjaci iz oblasti meteorologije za procjenu stepena vlažnosti mikroklime u određenom regionu. Vodilo se računa da mikroklima predstavlja dugoročan odgovor na vremenske prilike na datom području. Shodno tome, odlučeno je i da se indikator vlažnosti uzme u obzir u dužem vremenskom periodu: kao i obično, ovaj indikator se izračunava na osnovu podataka prikupljenih tokom godine, tako da indikator vlage pokazuje kolika je količina padavina koja pada tokom ovog perioda. je u regionu koji se razmatra. To je, pak, jedan od glavnih faktora koji određuju preovlađujući tip vegetacije na ovom području.
Proračun indeksa vlage
Formula za izračunavanje indikatora vlage je sljedeća: K = R / E. U ovoj formuli, simbol K označava stvarni indikator vlage, a simbol R označava količinu padavina koja je pala na datom području tokom godine, izražena u milimetrima. Konačno, simbol E predstavlja količinu padavina koje su isparile sa zemljine površine tokom istog vremenskog perioda. Navedena količina padavina, koja se takođe izražava u milimetrima, zavisi od vrste zemljišta, temperature u datom regionu u određenom trenutku i drugih faktora. Shodno tome, uprkos prividnoj jednostavnosti date formule, izračunavanje indikatora vlage zahteva veliki broj unapred merenja pomoću preciznih instrumenata i može da ga izvrši samo prilično veliki tim meteorologa. Zauzvrat, vrednost indikatora vlage na određenoj teritoriji, uzimajući u obzir sve ove pokazatelje, kao i obično, omogućava nam da sa visokim stepenom pouzdanosti utvrdimo koja vrsta vegetacije prevladava u ovoj regiji. Dakle, ako indeks vlažnosti prelazi 1, to ukazuje na visoku razinu vlažnosti u datom području, što podrazumijeva prednost takvih vrsta vegetacije kao što su tajga, tundra ili šumska tundra. Zadovoljavajući nivo vlažnosti odgovara indeksu vlažnosti 1 i, kao i obično, karakteriše ga prevlast mješovitih ili širokolisnih šuma. Indeks vlažnosti u rasponu od 0,6 do 1 tipičan je za šumsko-stepska područja, od 0,3 do 0,6 - za stepe, od 0,1 do 0,3 - za polupustinjske oblasti i od 0 do 0,1 - za pustinje.
Video na temu
jprosto.ru
Efikasnost
Recimo da se opuštamo na dachi, i moramo uzeti vodu iz bunara. Spuštamo kantu u nju, zahvatamo vodu i počinjemo je podizati. Jeste li zaboravili šta je naš cilj? Tako je: uzmi malo vode. Ali pogledajte: ne dižemo samo vodu, već i samu kantu, kao i teški lanac na kojem visi. To je simbolizirano dvobojnom strelicom: težina tereta koji dižemo je zbir težine vode i težine kante i lanca.
Sagledavajući situaciju kvalitativno, reći ćemo: uz korisne poslove podizanja vode, obavljamo i druge poslove - podizanje kante i lanca. Naravno, bez lanca i kante ne bismo mogli da crpimo vodu, ali sa stanovišta krajnjeg cilja, njihova težina nam „šteti“. Kada bi ova težina bila manja, onda bi i ukupan urađeni rad bio manji (sa istim korisnim radom).
Pređimo sada na kvantitativno proučavanje ovih radova i uvedemo fizičku veličinu koja se zove efikasnost.
Zadatak. Utovarivač sipa izabrane jabuke iz korpi u kamion. Masa prazne korpe je 2 kg, a jabuka u njoj 18 kg. Koliki je udio korisnog rada utovarivača od njegovog ukupnog rada?
Rješenje. Pun posao je premeštanje jabuka u korpe. Ovaj posao se sastoji od podizanja jabuka i podizanja korpi. Važno: podizanje jabuka je koristan posao, ali podizanje korpi je „beskorisno“, jer je svrha rada utovarivača da pomjeri samo jabuke.
Uvedemo oznaku: Fâ je sila kojom ruke podižu samo jabuke prema gore, a Fk je sila kojom ruke podižu samo korpu. Svaka od ovih sila je jednaka odgovarajućoj sili gravitacije: F=mg.
Koristeći formulu A = ±(F||· l) , „ispisujemo“ rad ove dvije sile:
Auseful = +Fâ · lâ = mâ g · h i Auseless = +Fk · lk = mk g · h
Ukupan rad se sastoji od dva rada, odnosno jednak je njihovom zbiru:
Afull = Auseful + Auseless = mâ g h + mk g h = (mâ + mk) · g h
U zadatku od nas se traži da izračunamo udio korisnog rada utovarivača od njegovog ukupnog rada. Uradimo to tako što podijelimo koristan rad sa ukupnim:
U fizici se takvi udjeli obično izražavaju u procentima i označavaju grčkim slovom “η” (čitaj: “ovo”). Kao rezultat dobijamo:
η = 0,9 ili η = 0,9 100% = 90%, što je isto.
Ovaj broj pokazuje da od 100% ukupnog rada utovarivača, udio njegovog korisnog rada iznosi 90%. Problem je riješen.
Fizička veličina jednaka omjeru korisnog rada i ukupnog rada ima svoje ime u fizici - efikasnost - faktor efikasnosti:
Nakon izračunavanja efikasnosti pomoću ove formule, obično se množi sa 100%. I obrnuto: da bi se efikasnost zamijenila u ovu formulu, njena vrijednost se mora pretvoriti iz procenta u decimalni razlomak, dijeljenjem sa 100%.
questions-physics.ru
Efikasnost toplotnog motora. Efikasnost toplotnog motora
Rad mnogih vrsta mašina karakteriše tako važan pokazatelj kao što je efikasnost toplotnog motora. Svake godine inženjeri nastoje stvoriti napredniju opremu koja bi uz manju potrošnju goriva dala maksimalni rezultat njenom upotrebom.
Uređaj toplotnog motora
Prije nego što shvatimo šta je efikasnost, potrebno je razumjeti kako ovaj mehanizam funkcionira. Bez poznavanja principa njegovog djelovanja nemoguće je saznati suštinu ovog indikatora. Toplotni motor je uređaj koji obavlja rad koristeći unutrašnju energiju. Svaki toplinski motor koji pretvara toplinsku energiju u mehaničku energiju koristi toplinsko širenje tvari kako temperatura raste. U čvrstim motorima moguće je promijeniti ne samo volumen tvari, već i oblik tijela. Djelovanje takvog motora podliježe zakonima termodinamike.
Princip rada
Da bismo razumjeli kako radi toplinski motor, potrebno je razmotriti osnove njegovog dizajna. Za rad uređaja potrebna su dva tijela: toplo (grijač) i hladno (frižider, hladnjak). Princip rada toplotnih motora (efikasnost toplotnih motora) zavisi od njihovog tipa. Često je hladnjak parni kondenzator, a grijač je bilo koja vrsta goriva koje gori u ložištu. Efikasnost idealnog toplotnog motora nalazi se sljedećom formulom:
Efikasnost = (Theat - Cool) / Theat. x 100%.
U ovom slučaju, efikasnost pravog motora nikada ne može premašiti vrijednost dobivenu prema ovoj formuli. Takođe, ova cifra nikada neće premašiti gore navedenu vrijednost. Da bi se povećala efikasnost, najčešće se povećava temperatura grijača, a smanjuje temperatura hladnjaka. Oba ova procesa će biti ograničena stvarnim radnim uslovima opreme.
Kada radi toplinski stroj, rad se obavlja, jer plin počinje gubiti energiju i hladi se do određene temperature. Potonji je obično nekoliko stepeni viši od okolne atmosfere. Ovo je temperatura frižidera. Ovaj specijalni uređaj je dizajniran za hlađenje i naknadnu kondenzaciju izduvne pare. Tamo gdje su prisutni kondenzatori, temperatura hladnjaka je ponekad niža od temperature okoline.
U toplotnom stroju, kada se tijelo zagrije i proširi, ono nije u stanju da preda svu svoju unutrašnju energiju za rad. Dio topline će se prenijeti u hladnjak zajedno s izduvnim plinovima ili parom. Ovaj dio toplinske unutrašnje energije se neizbježno gubi. Tokom sagorevanja goriva, radni fluid prima određenu količinu toplote Q1 od grejača. Istovremeno, on i dalje obavlja rad A, tokom kojeg prenosi dio toplotne energije u frižider: Q2 Efikasnost karakteriše efikasnost motora u oblasti konverzije i prenosa energije. Ovaj indikator se često mjeri u procentima. Formula efikasnosti: η*A/Qx100%, gdje je Q potrošena energija, A je korisni rad. Na osnovu zakona održanja energije možemo zaključiti da će efikasnost uvijek biti manja od jedinice. Drugim riječima, nikada neće biti korisnijeg posla od energije koja se na njega troši. Efikasnost motora je omjer korisnog rada i energije koju isporučuje grijač. Može se predstaviti u obliku sljedeće formule: η = (Q1-Q2)/ Q1, gdje je Q1 toplina primljena od grijača, a Q2 toplina predana hladnjaku. Rad toplotnog motora izračunava se pomoću sljedeće formule: A = |QH| - |QX|, gde je A rad, QH je količina toplote primljena od grejača, QX je količina toplote predata hladnjaku. |QH| - |QX|)/|QH| = 1 - |QX|/|QH| Ona je jednaka omjeru rada motora i primljene topline. Deo toplotne energije se gubi tokom ovog prenosa. Maksimalna efikasnost toplotnog motora uočena je u Carnot uređaju. To je zbog činjenice da u ovom sistemu zavisi samo od apsolutne temperature grijača (Tn) i hladnjaka (Tx). Efikasnost toplotnog motora koji radi prema Carnotovom ciklusu određena je sljedećom formulom: (Tn - Tx)/ Tn = - Tx - Tn. Danas postoji mnogo vrsta toplotnih motora koji rade na različitim principima i na različita goriva. Svi imaju svoju efikasnost. To uključuje sljedeće: Motor sa unutrašnjim sagorevanjem (klip), koji je mehanizam gde se deo hemijske energije sagorevanja goriva pretvara u mehaničku energiju. Takvi uređaji mogu biti plinoviti i tekući. Postoje 2-taktni i 4-taktni motori. Mogu imati kontinuirani ciklus rada. Prema načinu pripreme mješavine goriva, takvi motori su karburatorski (sa vanjskim formiranjem smjese) i dizel (sa unutrašnjim). Prema vrsti pretvarača energije dijele se na klipne, mlazne, turbinske i kombinirane. Efikasnost takvih mašina ne prelazi 0,5. Stirlingov motor je uređaj u kojem se radni fluid nalazi u skučenom prostoru. To je vrsta motora sa vanjskim sagorijevanjem. Princip njegovog rada zasniva se na periodičnom hlađenju/zagrevanju tela uz proizvodnju energije usled promene njegove zapremine. Ovo je jedan od najefikasnijih motora. Turbinski (rotacijski) motor sa vanjskim sagorijevanjem goriva. Takve instalacije najčešće se nalaze u termoelektranama. Turbinski (rotacioni) motori sa unutrašnjim sagorevanjem koriste se u termoelektranama u vršnom režimu rada. Nije tako raširen kao drugi. Turbinski motor stvara dio svog potiska kroz propeler. Ostatak dobija iz izduvnih gasova. Njegov dizajn je rotacioni motor (plinska turbina), na čiju je osovinu montiran propeler. Raketni, turbomlazni i mlazni motori koji potiskuju iz izduvnih gasova. Motori u čvrstom stanju koriste čvrstu materiju kao gorivo. Tokom rada, ne mijenja se njegov volumen, već oblik. Prilikom rada opreme koristi se izuzetno mala temperaturna razlika. Da li je moguće povećati efikasnost toplotnog motora? Odgovor se mora tražiti u termodinamici. Proučava međusobne transformacije različitih vrsta energije. Utvrđeno je da je nemoguće svu raspoloživu toplotnu energiju pretvoriti u električnu, mehaničku itd. Međutim, njihovo pretvaranje u toplotnu energiju odvija se bez ikakvih ograničenja. To je moguće zbog činjenice da je priroda toplinske energije zasnovana na nesređenom (haotičnom) kretanju čestica. Što se tijelo više zagrijava, brže će se kretati njegovi sastavni molekuli. Kretanje čestica će postati još nestalnije. Uz to, svi znaju da se poredak lako može pretvoriti u haos, koji je vrlo teško urediti. fb.ru Moderne stvarnosti zahtijevaju široku upotrebu toplinskih motora. Brojni pokušaji njihove zamjene elektromotorima do sada su propali. Problemi povezani sa akumulacijom električne energije u autonomnim sistemima teško se rješavaju. Problemi tehnologije proizvodnje elektroenergetskih baterija, s obzirom na njihovu dugotrajnu upotrebu, i dalje su aktuelni. Brzinske karakteristike električnih vozila su daleko od karakteristika automobila sa motorima sa unutrašnjim sagorevanjem. Prvi koraci za stvaranje hibridnih motora mogu značajno smanjiti štetne emisije u megagradima, rješavajući ekološke probleme. Mogućnost pretvaranja energije pare u energiju kretanja bila je poznata još u antičko doba. 130. pne: Filozof Heron iz Aleksandrije predstavio je publici parnu igračku - aeolipile. Sfera ispunjena parom počela je da se okreće pod uticajem mlaza koji su izlazili iz nje. Ovaj prototip modernih parnih turbina u to vrijeme nije korišten. Dugi niz godina i vijekova razvoj filozofa se smatrao samo zabavnom igračkom. Godine 1629. Italijan D. Branchi stvorio je aktivnu turbinu. Para je pokretala disk opremljen lopaticama. Od tog trenutka počinje nagli razvoj parnih mašina. Pretvaranje goriva u energiju kretanja mašinskih delova i mehanizama koristi se u toplotnim mašinama. Glavni delovi mašina: grejač (sistem za dobijanje energije izvana), radni fluid (obavlja korisnu radnju), frižider. Grijač je dizajniran da osigura da radni fluid akumulira dovoljnu količinu unutrašnje energije za obavljanje korisnog rada. Frižider uklanja višak energije. Glavna karakteristika efikasnosti naziva se efikasnost toplotnih motora. Ova vrijednost pokazuje koliko se energije utrošene na grijanje troši na obavljanje korisnog rada. Što je veća efikasnost, to je profitabilniji rad mašine, ali ova vrednost ne može preći 100%. Neka grijač dobije od vanjske energije jednaku Q 1 . Radni fluid je izvršio rad A, dok je energija data frižideru iznosila Q2. Na osnovu definicije izračunavamo vrijednost efikasnosti: η= A / Q 1 . Uzmimo u obzir da je A = Q 1 - Q 2. Dakle, efikasnost toplotnog motora, čija je formula η = (Q 1 - Q 2) / Q 1 = 1 - Q 2 / Q 1, omogućava nam da izvučemo sljedeće zaključke: Da li je moguće stvoriti motor čija bi efikasnost bila maksimalna (idealno jednaka 100%)? Francuski teorijski fizičar i talentovani inženjer Sadi Carnot pokušao je pronaći odgovor na ovo pitanje. Godine 1824, njegovi teorijski proračuni o procesima koji se dešavaju u gasovima su objavljeni. Glavna ideja koja je svojstvena idealnoj mašini može se smatrati izvođenjem reverzibilnih procesa sa idealnim gasom. Počinjemo izotermnim širenjem plina na temperaturi T 1 . Količina toplote koja je potrebna za to je Q 1. Nakon toga se gas širi bez razmene toplote.Postigavši temperaturu T 2, gas se izotermno komprimira prenoseći energiju Q 2 u frižider. Gas se adijabatski vraća u prvobitno stanje. Efikasnost idealnog Carnotovog toplotnog motora, kada se tačno izračuna, jednaka je omjeru temperaturne razlike između uređaja za grijanje i hlađenje prema temperaturi grijača. To izgleda ovako: η=(T 1 - T 2)/ T 1. Moguća efikasnost toplotnog motora, čija je formula: η = 1 - T 2 / T 1, zavisi samo od temperature grejača i hladnjaka i ne može biti veća od 100%. Štaviše, ovaj odnos nam omogućava da dokažemo da efikasnost toplotnih motora može biti jednaka jedinici samo kada frižider dostigne temperaturu. Kao što je poznato, ova vrijednost je nedostižna. Carnotovi teorijski proračuni omogućavaju određivanje maksimalne efikasnosti toplotnog motora bilo kojeg dizajna. Teorema koju je Carnot dokazao je sljedeća. Ni pod kojim okolnostima proizvoljna toplotna mašina ne može imati efikasnost veću od iste vrednosti efikasnosti idealne toplotne mašine. Primjer 1. Kolika je efikasnost idealne toplotne mašine ako je temperatura grejača 800 o C, a temperatura frižidera 500 o C niža? T 1 = 800 o C = 1073 K, ∆T = 500 o C = 500 K, η - ? Po definiciji: η=(T 1 - T 2)/ T 1. Nije nam data temperatura frižidera, već ∆T= (T 1 - T 2), dakle: η= ∆T / T 1 = 500 K/1073 K = 0,46. Odgovor: Efikasnost = 46%. Primjer 2. Odrediti efikasnost idealne toplotne mašine ako se zbog dobijenog jednog kilodžula energije grejača izvrši korisni rad od 650 J. Kolika je temperatura grejača toplotne mašine ako je temperatura hladnjaka 400 K? Q 1 = 1 kJ = 1000 J, A = 650 J, T 2 = 400 K, η - ?, T 1 = ? U ovom problemu govorimo o termalnoj instalaciji, čija se efikasnost može izračunati pomoću formule: Za određivanje temperature grijača koristimo formulu za efikasnost idealnog toplotnog motora: η = (T 1 - T 2)/ T 1 = 1 - T 2 / T 1. Nakon izvođenja matematičkih transformacija, dobijamo: T 1 = T 2 /(1- η). T 1 = T 2 /(1- A / Q 1). Izračunajmo: η= 650 J/ 1000 J = 0,65. T 1 = 400 K / (1- 650 J / 1000 J) = 1142,8 K. Odgovor: η= 65%, T 1 = 1142,8 K. Idealan toplotni motor je dizajniran sa idealnim procesima na umu. Rad se izvodi samo u izotermnim procesima, a njegova vrijednost je određena kao površina ograničena grafikom Carnotovog ciklusa. U stvarnosti, nemoguće je stvoriti uslove da se proces promjene stanja gasa odvija bez pratećih temperaturnih promjena. Ne postoje materijali koji bi isključili razmjenu topline sa okolnim objektima. Adijabatski proces postaje nemoguće izvesti. U slučaju razmjene topline, temperatura plina se nužno mora promijeniti. Efikasnost toplotnih motora stvorenih u realnim uslovima značajno se razlikuje od efikasnosti idealnih motora. Imajte na umu da se procesi u stvarnim motorima odvijaju tako brzo da se varijacija unutarnje toplinske energije radne tvari u procesu promjene njenog volumena ne može nadoknaditi prilivom topline iz grijača i prijenosom u hladnjak. Pravi motori rade u različitim ciklusima: Nije moguće stvoriti ravnotežne procese u stvarnim motorima (približiti ih idealnim) uz savremenu tehnologiju. Efikasnost toplotnih motora je znatno niža, čak i uzimajući u obzir iste temperaturne uslove kao u idealnoj toplotnoj instalaciji. Ali ulogu formule za proračun efikasnosti ne treba smanjiti, jer upravo ona postaje polazna tačka u procesu rada na povećanju efikasnosti pravih motora. Kada se uspoređuju idealni i stvarni toplinski motori, vrijedi napomenuti da temperatura hladnjaka potonjeg ne može biti nikakva. Obično se atmosfera smatra hladnjakom. Temperatura atmosfere može se prihvatiti samo u približnim proračunima. Iskustvo pokazuje da je temperatura rashladnog sredstva jednaka temperaturi izduvnih gasova u motorima, kao što je slučaj kod motora sa unutrašnjim sagorevanjem (skraćeno ICE). ICE je najčešći toplotni motor u našem svijetu. Efikasnost toplotnog motora u ovom slučaju zavisi od temperature koju stvara gorivo. Značajna razlika između motora s unutarnjim izgaranjem i parnih motora je spajanje funkcija grijača i radnog fluida uređaja u mješavini zraka i goriva. Kako mješavina sagorijeva, ona stvara pritisak na pokretne dijelove motora. Postiže se povećanje temperature radnih plinova, značajno mijenjajući svojstva goriva. Nažalost, to se ne može raditi u nedogled. Svaki materijal od kojeg je napravljena komora za izgaranje motora ima svoju tačku topljenja. Otpornost na toplinu takvih materijala glavna je karakteristika motora, kao i sposobnost da značajno utječu na efikasnost. Ako uzmemo u obzir temperaturu radne pare na čijem je ulazu 800 K, a izduvnog gasa - 300 K, onda je efikasnost ove mašine 62%. U stvarnosti, ova vrijednost ne prelazi 40%. Ovo smanjenje nastaje zbog gubitaka topline pri zagrijavanju kućišta turbine. Najveća vrijednost unutrašnjeg sagorijevanja ne prelazi 44%. Povećanje ove vrijednosti je pitanje bliske budućnosti. Promjena svojstava materijala i goriva je problem na kojem rade najbolji umovi čovječanstva. Faktor efikasnosti (efikasnost) je pojam koji se može primijeniti na, možda, svaki sistem i uređaj. Čak i osoba ima faktor efikasnosti, iako vjerovatno još ne postoji objektivna formula za njegovo pronalaženje. U ovom članku ćemo detaljno objasniti šta je efikasnost i kako se može izračunati za različite sisteme. Efikasnost je indikator koji karakteriše efektivnost sistema u smislu proizvodnje ili konverzije energije. Efikasnost je nemjerljiva veličina i predstavlja se ili kao brojčana vrijednost u rasponu od 0 do 1, ili kao postotak. Efikasnost je označena simbolom Ƞ. Opća matematička formula za pronalaženje efikasnosti je napisana na sljedeći način: Ƞ=A/Q, gde je A korisna energija/rad koji sistem obavlja, a Q je energija koju ovaj sistem troši da organizuje proces dobijanja korisnog izlaza. Faktor efikasnosti je, nažalost, uvijek manji ili jednak jedinici, jer prema zakonu održanja energije ne možemo dobiti više rada od utrošene energije. Osim toga, efikasnost je, zapravo, izuzetno rijetko jednaka jedinici, jer je koristan rad uvijek praćen gubicima, na primjer, za zagrijavanje mehanizma. Toplotni motor je uređaj koji pretvara toplotnu energiju u mehaničku energiju. U toplotnom stroju, rad je određen razlikom između količine topline primljene od grijača i količine topline koja se daje hladnjaku, pa se stoga efikasnost određuje formulom: Vjeruje se da najveću efikasnost pružaju motori koji rade na Carnot ciklusu. U ovom slučaju, efikasnost se određuje formulom: Elektromotor je uređaj koji pretvara električnu energiju u mehaničku energiju, pa je efikasnost u ovom slučaju odnos efikasnosti uređaja u pretvaranju električne energije u mehaničku energiju. Formula za pronalaženje efikasnosti elektromotora izgleda ovako: Električna snaga se nalazi kao proizvod struje i napona sistema (P=UI), a mehanička snaga kao omjer rada u jedinici vremena (P=A/t) Transformator je uređaj koji pretvara naizmjeničnu struju jednog napona u naizmjeničnu struju drugog napona uz održavanje frekvencije. Osim toga, transformatori također mogu pretvoriti naizmjeničnu struju u jednosmjernu. Efikasnost transformatora se nalazi po formuli: Vrijedi napomenuti da pored efikasnosti postoji niz pokazatelja koji karakteriziraju efikasnost energetskih procesa, a ponekad možemo naići i na opise poput - efikasnost reda veličine 130%, međutim u ovom slučaju moramo razumjeti da izraz nije u potpunosti upotrijebljen i, najvjerovatnije, autor ili proizvođač ovu kraticu shvaćaju kao nešto drugačiju karakteristiku. Na primjer, toplinske pumpe se razlikuju po tome što mogu osloboditi više topline nego što ih troše. Dakle, rashladna mašina može ukloniti više topline iz predmeta koji se hladi nego što je utrošena u ekvivalentu energije za organiziranje uklanjanja. Pokazatelj efikasnosti rashladne mašine naziva se koeficijent hlađenja, označen slovom Ɛ i određen formulom: Ɛ=Qx/A, gdje je Qx toplina odvedena sa hladnog kraja, A je rad utrošen na proces uklanjanja . Međutim, ponekad se koeficijent hlađenja naziva i efikasnošću rashladne mašine. Zanimljivo je i to da se efikasnost kotlova koji rade na organsko gorivo obično računa na osnovu niže kalorijske vrijednosti, a može biti veća od jedinice. Međutim, to se još uvijek tradicionalno naziva efikasnost. Efikasnost kotla je moguće odrediti po višoj kalorijskoj vrijednosti i tada će uvijek biti manja od jedan, ali u ovom slučaju neće biti zgodno upoređivati performanse kotlova sa podacima iz drugih instalacija.Rad toplotnog motora
Carnot motor
Zakoni termodinamike su omogućili da se izračuna maksimalna moguća efikasnost. Ovaj pokazatelj je prvi izračunao francuski naučnik i inženjer Sadi Carnot. Izumio je toplotni motor koji je radio na idealan gas. Radi u ciklusu od 2 izoterme i 2 adijabate. Princip njegovog rada je prilično jednostavan: grijač je spojen na posudu s plinom, zbog čega se radni fluid izotermno širi. U isto vrijeme funkcionira i prima određenu količinu topline. Nakon toga se posuda termički izoluje. Uprkos tome, gas nastavlja da se širi, ali adijabatski (bez razmene toplote sa okolinom). U tom trenutku njegova temperatura pada na temperaturu hladnjaka. U ovom trenutku plin dolazi u kontakt sa hladnjakom, uslijed čega odaje određenu količinu topline tokom izometrijske kompresije. Zatim se posuda ponovo termički izoluje. U ovom slučaju, plin se adijabatski komprimira do svog prvobitnog volumena i stanja.Sorte
Druge vrste toplotnih motora
Kako možete povećati efikasnost
Malo istorije
Toplotni motor
Proračun efikasnosti
Idealan toplotni motor
Primjer rješavanja problema
Realni uslovi
Ostali toplotni motori
Načini promjene efikasnosti
Vrijednosti efikasnosti motora
Definicija efikasnosti
Opća formula
Efikasnost toplotnog motora
Efikasnost elektromotora
Efikasnost transformatora
Efikasnost ili ne efikasnost?