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Institución educativa municipal autónoma “Escuela secundaria n. ° 1”, Malaya Vishera, región de Novgorod Algoritmo de resolución de problemas para determinar la eficiencia. ciclo térmico según el gráfico de la dependencia de la presión con el volumen Compilado por Lukyanets Nadezhda Nikolaevna, profesora de física de la categoría de calificación más alta 2011

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La tarea consiste en determinar la eficiencia a partir de una gráfica de presión versus volumen. Calcule la eficiencia de un motor térmico utilizando un gas ideal monoatómico como fluido de trabajo y operando según el ciclo que se muestra en la figura. La aparición de nuevos dibujos y registros se produce sólo después de un clic del ratón.

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La tarea consiste en determinar la eficiencia a partir de una gráfica de presión versus volumen. Calcule la eficiencia de un motor térmico utilizando un gas ideal monoatómico como fluido de trabajo y operando según el ciclo que se muestra en la figura.

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Pista No. 1 Por lo tanto, es necesario determinar en cada proceso por el cambio de temperatura la cantidad de calor recibido o desprendido. La cantidad de calor se calcula basándose en la primera ley de la termodinámica.

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Pista No. 2 El trabajo realizado en cualquier proceso es numéricamente igual al área de la figura encerrada debajo del gráfico en coordenadas P(V). El área de la figura sombreada es igual al trabajo en el proceso 2-3, y el área de la figura sombreada es igual al trabajo en el proceso 4-1, y es este trabajo del gas el que es negativo , porque de 4 a 1 el volumen disminuye. El trabajo por ciclo es igual a la suma de estos trabajos. Por tanto, el trabajo realizado por el gas por ciclo es numéricamente igual al área de este ciclo.

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Algoritmo para resolver el problema. 1. Escriba la fórmula de eficiencia. 2. Determine el trabajo del gas con base en el área de la figura del proceso en las coordenadas P, V. 3. Analizar en cuál de los procesos se absorbe y no se libera la cantidad de calor. 4.Utilizando la primera ley de la termodinámica, calcule la cantidad de calor recibido. 5. Calcular la eficiencia.

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1. Escriba la fórmula de eficiencia. 2. Determine el trabajo del gas con base en el área de la figura del proceso en las coordenadas P, V. Solución

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1. Proceso 1–2. V = constante, P T Q se absorbe 2. Proceso 2 – 3. P = constante, V , T Q se absorbe 3. Proceso 3 – 4. V = constante, P , T Q se libera 4. Proceso 4 – 1. P = constante, V , T Q liberado 3. Analizar en cuál de los procesos se absorbe y no se libera la cantidad de calor.

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Para los procesos 1-2 4. Utilizando la primera ley de la termodinámica, calcule la cantidad de calor recibido. por lo tanto, para un proceso isocórico, reste el superior de la ecuación inferior

El trabajo realizado por el motor es:

Este proceso fue considerado por primera vez por el ingeniero y científico francés N. L. S. Carnot en 1824 en el libro “Reflexiones sobre la fuerza motriz del fuego y sobre las máquinas capaces de desarrollar esta fuerza”.

El objetivo de la investigación de Carnot era descubrir las razones de la imperfección de los motores térmicos de esa época (tenían una eficiencia ≤ 5%) y encontrar formas de mejorarlos.

El ciclo de Carnot es el más eficiente de todos. Su eficiencia es máxima.

La figura muestra los procesos termodinámicos del ciclo. Durante la expansión isotérmica (1-2) a temperatura t 1 , el trabajo se realiza debido a un cambio en la energía interna del calentador, es decir, debido al suministro de calor al gas. q:

A 12 = q 1 ,

El enfriamiento del gas antes de la compresión (3-4) ocurre durante la expansión adiabática (2-3). Cambio en la energía interna. ΔU 23 durante un proceso adiabático ( q = 0) se convierte completamente en trabajo mecánico:

A 23 = -ΔU 23 ,

La temperatura del gas como resultado de la expansión adiabática (2-3) cae a la temperatura del refrigerador. t 2 < t 1 . En el proceso (3-4), el gas se comprime isotérmicamente transfiriendo la cantidad de calor al refrigerador. Pregunta 2:

A 34 = Q 2,

El ciclo finaliza con el proceso de compresión adiabática (4-1), en el que el gas se calienta a una temperatura T 1.

Valor máximo de eficiencia de los motores térmicos de gases ideales según el ciclo de Carnot:

.

La esencia de la fórmula se expresa en lo probado. CON. Teorema de Carnot según el cual la eficiencia de cualquier motor térmico no puede exceder la eficiencia de un ciclo de Carnot realizado a la misma temperatura del calentador y del refrigerador.

Cómo encontrar el factor de eficiencia. Fórmula para la eficiencia a través del poder

Cómo encontrar eficiencia

La eficiencia muestra la relación entre el trabajo utilizable realizado por un mecanismo o dispositivo y el trabajo gastado. A menudo, el trabajo gastado es la cantidad de energía que consume un dispositivo para realizar un trabajo.

Necesitará

• - automóvil;
• - termómetro;
• - calculadora.

Instrucciones

2. Al calcular la eficiencia de un motor térmico, considere el trabajo mecánico realizado por el mecanismo como trabajo adecuado. Para el trabajo realizado, tome la cantidad de calor liberado por el combustible quemado, que es la fuente de energía para el motor.

3. Ejemplo. La fuerza de tracción media del motor de un automóvil es de 882 N. Consume 7 kg de gasolina cada 100 km de recorrido. Determine la eficiencia de su motor. Busque primero un trabajo adecuado. Es igual al producto de la fuerza F por la distancia S recorrida por el cuerpo bajo su influencia Аn=F?S. Determine la cantidad de calor que se liberará al quemar 7 kg de gasolina, este será el trabajo gastado Az = Q = q ?m, donde q es el calor específico de combustión del combustible, para la gasolina es igual a 42? 10^6 J/kg, y m es la masa de este combustible. La eficiencia del motor será igual a eficiencia=(F?S)/(q?m)?100%= (882?100000)/(42?10^6?7)?100%=30%.

4. En general, para detectar la eficiencia, cualquier motor térmico (motor de combustión interna, máquina de vapor, turbina, etc.), donde el trabajo se realiza con gas, tiene un índice de eficiencia igual a la diferencia de calor desprendido por el calentador Q1 y recibido por el refrigerador Q2, encuentre la diferencia de calor del calentador y el refrigerador, y divida por el calor de la eficiencia del calentador = (Q1-Q2)/Q1. Aquí, la eficiencia se mide en unidades submúltiplos de 0 a 1; para convertir el resultado en porcentajes, multiplíquelo por 100.

5. Para obtener la eficiencia de un motor térmico impecable (máquina de Carnot), encuentre la relación entre la diferencia de temperatura entre el calentador T1 y el refrigerador T2 y la temperatura de eficiencia del calentador = (T1-T2)/T1. Ésta es la eficiencia máxima permitida para un determinado tipo de motor térmico con temperaturas determinadas del calentador y del refrigerador.

6. Para un motor eléctrico, encuentre el trabajo realizado como producto de la potencia y el tiempo que lleva completarlo. Digamos que si un motor eléctrico de grúa con una potencia de 3,2 kW eleva una carga que pesa 800 kg a una altura de 3,6 m en 10 s, entonces su eficiencia es igual a la relación de trabajo adecuado Аp=m?g?h, donde m es la masa de la carga, g?10 m /Con? aceleración de caída libre, h es la altura a la que se elevó la carga y el trabajo realizado Az=P?t, donde P es la potencia del motor, t es el tiempo de su funcionamiento. Obtenga la fórmula para determinar la eficiencia=Ap/Az?100%=(m?g?h)/(P?t)?100%=%=(800?10?3.6)/(3200?10)?100% =90%.

El indicador de rendimiento (eficiencia) es un indicador del rendimiento de cualquier sistema, ya sea el motor de un automóvil, una máquina u otro mecanismo. Muestra con qué eficacia un sistema determinado utiliza la energía que recibe. Calcular la eficiencia es muy fácil.

Instrucciones

1. La mayoría de las veces, la eficiencia se calcula a partir de la relación entre la energía utilizable por el sistema y cada energía total recibida en un intervalo de tiempo determinado. Vale la pena señalar que la eficiencia no tiene unidades de medida específicas. Sin embargo, en el currículo escolar este valor se mide como porcentaje. Este indicador, con base en los datos anteriores, se calcula mediante la fórmula:? = (A/Q)*100%, ¿dónde? (“esto”) es la eficiencia deseada, A es el rendimiento utilizable del sistema, Q es el consumo total de energía, A y Q se miden en julios.

2. El método anterior para calcular la eficiencia no es excluyente, porque el trabajo utilizable del sistema (A) se calcula mediante la fórmula: A = Po-Pi, donde Po es la energía suministrada al sistema desde el exterior, Pi es la Pérdida de energía durante el funcionamiento del sistema. Habiendo ampliado el numerador de la fórmula anterior, se puede escribir de la siguiente forma:? = ((Po-Pi)/Po)*100%.

3. Para que el cálculo de la eficiencia sea más claro y visual, se pueden observar ejemplos: Ejemplo 1: El funcionamiento útil del sistema es de 75 J, la cantidad de energía gastada para su funcionamiento es de 100 J, es necesario determinar la eficiencia de este sistema. Para resolver este problema, utilice la primera fórmula:? = 75/100 = 0,75 o 75%Respuesta: La eficiencia del sistema propuesto es del 75%.

4. Ejemplo 2: La energía suministrada para operar el motor es 100 J, la pérdida de energía durante el funcionamiento de este motor es 25 J, es necesario calcular la eficiencia. Para resolver el problema propuesto, utilice la segunda fórmula para calcular el indicador deseado:? = (100-25)/100 = 0,75 o 75%. Los resultados en ambos ejemplos fueron idénticos; en el segundo caso, los datos del numerador se analizaron con más detalle.

¡Nota! Muchos tipos de motores modernos (por ejemplo, un motor de cohete o un motor turboaéreo) tienen varias etapas de funcionamiento, y para toda la etapa existe su propia eficiencia, que se calcula utilizando cada una de las fórmulas anteriores. Pero para encontrar un indicador universal, será necesario multiplicar todas las eficiencias conocidas en todas las etapas de funcionamiento de un motor determinado: = ?1*?2*?3*…*?.

Consejo útil: La eficiencia no puede ser mayor que uno, durante el funcionamiento de cualquier sistema, inevitablemente se producen pérdidas de energía.

El transporte asociado es un tipo de transporte de transporte que consiste en cargar un vehículo que se encuentra realizando un recorrido en vacío. Las situaciones en las que el transporte se ve obligado a moverse sin carga ocurren con bastante frecuencia, tanto antes como después de que se haya completado la orden de transporte planificada. Para una empresa, la probabilidad de asumir carga adicional significa, como mínimo, una reducción de las pérdidas financieras.

Instrucciones

1. Evalúe la efectividad de utilizar el transporte de carga asociado en la realidad para su empresa. Un punto importante que debe entenderse es el hecho de que la carga asociada se puede transportar en un momento en que el transporte se ve obligado a moverse vacío después de completar la solicitud de transporte principal (básica). Si situaciones similares ocurren regularmente en las actividades de su empresa, no dude en elegir este método para optimizar el transporte.

2. Calcule qué carga asociada puede transportar su vehículo en términos de peso y dimensiones. Pasar carga puede ser económicamente ventajoso incluso si parte del espacio de carga de su vehículo está desocupado.

3. Considere desde qué puntos de la ruta principal podrá tomar carga en tránsito. Es más cómodo para todos si puede recibir dicha carga en el punto final de la ruta planificada y transportarla hasta el lugar donde se encuentra su empresa de transporte. Pero tal situación puede no ocurrir siempre. Por tanto, hay que considerar también la probabilidad de que se produzca algún desvío de la ruta, calculando, por supuesto, la racionalidad económica de tal metamorfosis.

4. Averigüe si la empresa a la que realiza el transporte de carga programado requiere el transporte de regreso de la carga. En este caso, es mucho más fácil acordar el precio de la emisión y garantizar la seguridad de una cooperación adicional mutuamente beneficiosa.

5. Encuentre varios portales de Internet especializados que brinden servicios de información en el campo del transporte de carga. Como es habitual, los sitios web de dichas empresas tienen secciones correspondientes que le permiten encontrar carga asociada a lo largo de su ruta y dejar la solicitud correspondiente. En la mayoría de los casos, el uso de dicha probabilidad requiere, como mínimo, registrarse en el sitio. Será perfecto si la fuente de información tiene probabilidades incorporadas para una revisión logística de las contraofertas.

6. No descuide el transporte consolidado cuando se transporta carga pequeña de diferentes clientes en la dirección seleccionada en un tipo de transporte. En este caso, el transporte debe realizar rutas de lanzadera en direcciones seleccionadas.

¡Nota! ¡Detectar la carga que pasa no es nada difícil! La tarea principal de nuestro servicio es buscar diferentes descargas, algo que los usuarios pueden hacer no sólo con la máxima comodidad, sino también de forma gratuita. Con la ayuda de nuestro sistema, cuyo funcionamiento se basa en el uso de modernas tecnologías de la información, la carga se puede detectar muy fácilmente.

Consejos útiles Al parecer, ha decidido comprar o alquilar un camión enorme con el que pretende ganar dinero transportando mercancías por Rusia, la CEI y Europa. No importa si contrata a un conductor o lo conduce usted mismo, necesitará clientes, es decir, carga para el transporte. Entonces seguro que piensas o ya has pensado dónde y cómo encontrar carga para tu camión.

Para encontrar el indicador del funcionamiento adecuado de cualquier motor, es necesario dividir el trabajo adecuado por el gastado y multiplicarlo por 100 por ciento. Para un motor térmico, encuentre este valor mediante la relación entre la potencia multiplicada por la duración de la operación y el calor liberado durante la combustión del combustible. Teóricamente, la eficiencia de un motor térmico está determinada por la relación entre las temperaturas del refrigerador y el calentador. Para motores eléctricos, encuentre la relación entre su potencia y la potencia de la corriente consumida.

Necesitará

• Pasaporte, termómetro y probador del motor de combustión interna (ICE)

Instrucciones

1. Determinación de la eficiencia de un motor de combustión interna Encuentre su potencia en la documentación técnica de un motor determinado. Llene su tanque con una cierta cantidad de combustible y arranque el motor para que funcione durante un tiempo a ciclos completos, desarrollando la potencia máxima indicada en el pasaporte. Utilizando un cronómetro, registre el tiempo de funcionamiento del motor, expresándolo en segundos. Después de un rato, pare el motor y drene el combustible restante. Restando el volumen final del volumen inicial de combustible vertido, encuentre el volumen de combustible consumido. Utilizando la tabla, encuentre su densidad y multiplíquela por el volumen, obteniendo la masa de combustible consumido m =? V. Expresar la masa en kilogramos. Dependiendo del tipo de combustible (gasolina o diésel), determine su calor de combustión específico en la tabla. Para determinar la eficiencia, multiplique la potencia máxima por el tiempo de funcionamiento del motor y por 100%, y divida el resultado paso a paso por su masa y calor específico de combustión =P t 100%/(q m).

2. Para un motor térmico perfecto, es posible aplicar la fórmula de Carnot. Para ello, averigüe la temperatura de combustión del combustible y mida la temperatura del frigorífico (gases de escape) con un termómetro especial. Convierta la temperatura medida en grados Celsius a una escala incondicional sumando al valor el número 273. Para determinar la eficiencia del número 1, reste la relación entre las temperaturas del refrigerador y el calentador (temperatura de combustión del combustible) Eficiencia = (1 -Tcol/Tnag) 100%. Esta opción para calcular la eficiencia no considera la fricción mecánica ni el intercambio de calor con el ambiente externo.

3. Determinación de la eficiencia de un motor eléctrico Conoce la potencia nominal del motor eléctrico, según la documentación técnica. Conéctelo a una fuente de corriente, logrando ciclos máximos del eje y, con la ayuda de un probador, mida el voltaje y la corriente en el circuito. Para determinar la eficiencia, divida la potencia indicada en la documentación por el producto de corriente y voltaje, multiplique el total por 100% eficiencia =P 100%/(I U).

Vídeo sobre el tema.

¡Nota! En todos los cálculos, la eficiencia debe ser inferior al 100%.

Para revisar la dinámica poblacional normal, los sociólogos necesitan determinar coeficientes generales. Los principales son los indicadores de fertilidad, mortalidad, matrimonio e ingresos naturales. A partir de ellos es posible trazar una imagen demográfica en un momento determinado.

Instrucciones

1. Tenga en cuenta que el indicador general es un indicador relativo. Por tanto, el número de nacimientos en un período determinado, digamos, en un año, diferirá de la tasa de fertilidad general. Esto se debe a que a la hora de encontrarlo se tienen en cuenta los datos de la población total. Esto permite comparar los resultados de la investigación actual con los resultados de años anteriores.

2. Determinar el período de facturación. Por ejemplo, para encontrar la tasa de matrimonios, debe determinar durante qué período de tiempo le concierne el número de matrimonios. Por lo tanto, los datos de los últimos seis meses diferirán significativamente de los que recibirá al determinar un período de cinco años. Tenga en cuenta que el período de cálculo al calcular el indicador general se especifica en años.

3. Determinar la población total. Se pueden obtener tipos de datos similares haciendo referencia a los datos del censo de población. Para determinar los indicadores generales de tasas de fertilidad, mortalidad, matrimonio y divorcio, será necesario encontrar el producto de la población total y el período de cálculo. Escribe el número resultante en el denominador.

4. En lugar del numerador, coloque un indicador incondicional correspondiente al relativo deseado. Digamos que si se enfrenta a la tarea de determinar la tasa de natalidad universal, en lugar del numerador debería haber un número que refleje el número total de niños nacidos durante el período que le concierne. Si su objetivo es determinar el nivel de mortalidad o la tasa de matrimonio, en lugar del numerador coloque la cantidad de personas que murieron en el período de cálculo o la cantidad de personas que se casaron, respectivamente.

5. Multiplique el número resultante por 1000. Este será el indicador general que desea. Si se enfrenta a la tarea de encontrar un indicador general de ingresos, reste la tasa de mortalidad de la tasa de natalidad.

Vídeo sobre el tema.

La palabra “trabajo” se refiere a toda acción que proporciona a una persona un medio de subsistencia. En otras palabras, recibe una recompensa física por ello. Sin embargo, la gente está dispuesta, en su tiempo libre, ya sea de forma gratuita o mediante un pago puramente simbólico, a participar también en trabajos socialmente beneficiosos destinados a apoyar a los necesitados, mejorar patios y calles, mejorar el paisajismo, etc. El número de estos voluntarios probablemente seguiría siendo enorme, pero a menudo no saben dónde se pueden necesitar sus servicios.

Instrucciones

1. Uno de los tipos de trabajo socialmente útiles más famosos es la caridad. Incluye asistencia a grupos de población necesitados y socialmente vulnerables: discapacitados, ancianos y personas sin hogar. En una palabra, a todo aquel que, por alguna razón, se encuentra en una situación de vida difícil.

2. Los voluntarios que deseen participar en la prestación de dicha asistencia deben comunicarse con las organizaciones filantrópicas o departamentos de asistencia pública más cercanos. Puede preguntar en la iglesia más cercana: el clérigo probablemente sepa quién de su rebaño necesita especialmente apoyo.

3. También puede tomar la iniciativa literalmente en su lugar de residencia, en edificio de apartamentos Probablemente haya jubilados solitarios, discapacitados o madres solteras que tengan el rublo entero en su cuenta. Bríndeles toda la ayuda posible. No tiene por qué consistir necesariamente en una donación monetaria: está permitido, por ejemplo, ir de vez en cuando al supermercado o a la farmacia a comprar medicamentos.

4. Mucha gente quiere participar en la mejora de su ciudad natal. Deben ponerse en contacto con las estructuras pertinentes del municipio local, por ejemplo, aquellas que son responsables de la limpieza del territorio y el paisajismo. Probablemente habrá trabajo. Además, está permitido, por ejemplo, por iniciativa propia, hacer un macizo de flores debajo de las ventanas de la casa y plantar flores.

5. Hay personas que aman mucho a los animales y quieren ayudar a los perros y gatos callejeros. Si pertenece a esta categoría, comuníquese con las organizaciones locales de derechos de los animales o con los propietarios de refugios para animales. Bueno, si vives en una ciudad grande donde hay zoológicos, pregunta en la administración si se necesitan asistentes para cuidar a los animales. Como de costumbre, estas ofertas de ayuda son recibidas con gratitud.

6. No podemos olvidarnos de la educación de las generaciones más jóvenes. Si un voluntario entusiasta es capaz, por ejemplo, de impartir clases en algún club escolar o centro cultural y creativo, aportará enormes beneficios. En una palabra, hay muchos trabajos socialmente adecuados para personas solidarias, para todos los gustos y posibilidades. Habría un deseo.

El indicador de humedad es un indicador utilizado para determinar los parámetros del microclima. Se puede calcular si se dispone de información sobre las precipitaciones en la región durante un período bastante largo.

Índice de humedad

El coeficiente de humidificación es un indicador especial desarrollado por expertos en el campo de la meteorología para evaluar el grado de humedad del microclima en una región en particular. Se tuvo en cuenta que el microclima representa una respuesta a largo plazo a las condiciones climáticas de una zona determinada. Por lo tanto, se decidió considerar el indicador de humedad también a lo largo de un período de tiempo: como es habitual, este indicador se calcula sobre la base de los datos recopilados durante el año. Por lo tanto, el indicador de humedad muestra la cantidad de precipitación que cae durante este período. se encuentra en la región bajo consideración. Este, a su vez, es uno de los principales factores que determinan el tipo de vegetación predominante en esta zona.

Cálculo del índice de humedad.

La fórmula para calcular el indicador de humedad es la siguiente: K = R / E. En esta fórmula, el símbolo K denota el indicador de humedad real y el símbolo R indica la cantidad de precipitación que cayó en un área determinada durante el año, expresada en milímetros. Finalmente, el símbolo E representa la cantidad de precipitación que se evaporó de la superficie terrestre durante el mismo período de tiempo. La cantidad de precipitación indicada, que también se expresa en milímetros, depende del tipo de suelo, de la temperatura de una región determinada en un momento determinado y de otros factores. En consecuencia, a pesar de la aparente simplicidad de la fórmula dada, el cálculo del indicador de humedad requiere un gran número de mediciones previas utilizando instrumentos de precisión y sólo puede ser realizado por un equipo bastante grande de meteorólogos. en un territorio determinado, considerando todos estos indicadores, como es habitual, nos permite determinar con un alto grado de confiabilidad qué tipo de vegetación es predominante en esa región. Por lo tanto, si el índice de humedad excede 1, esto indica un alto nivel de humedad en el área dada, lo que conlleva la ventaja de tipos de vegetación como la taiga, la tundra o el bosque-tundra. Un nivel de humedad satisfactorio corresponde a un índice de humedad de 1 y, como es habitual, se caracteriza por el predominio de bosques mixtos o latifoliados. Un índice de humedad de 0,6 a 1 es típico para las zonas de estepa forestal, de 0,3 a 0,6 para las estepas, de 0,1 a 0,3 para las zonas semidesérticas y de 0 a 0,1 para los desiertos.

Vídeo sobre el tema.

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Eficiencia

Digamos que estamos descansando en la casa de campo y necesitamos ir a buscar agua al pozo. Bajamos el balde, recogemos el agua y comenzamos a levantarlo. ¿Has olvidado cuál es nuestro objetivo? Así es: consigue un poco de agua. Pero mira: no sólo estamos levantando el agua, sino también el propio cubo, además de la pesada cadena de la que cuelga. Esto está simbolizado por una flecha de dos colores: el peso de la carga que levantamos es la suma del peso del agua y el peso del cubo y la cadena.

Considerando cualitativamente la situación, diremos: además del útil trabajo de sacar agua, también realizamos otro trabajo: levantar el cubo y la cadena. Por supuesto, sin la cadena y el cubo no podríamos sacar agua, pero desde el punto de vista del objetivo final, su peso nos “perjudica”. Si este peso fuera menor, entonces el trabajo total realizado también sería menor (con el mismo trabajo útil).

Pasemos ahora al estudio cuantitativo de estos trabajos e introduzcamos una cantidad física llamada eficiencia.

Tarea. El cargador vierte las manzanas seleccionadas para procesar desde las cestas al camión. La masa de una canasta vacía es de 2 kg y las manzanas que contiene son de 18 kg. ¿Cuál es la proporción del trabajo útil del cargador respecto de su trabajo total?

Solución. El trabajo completo consiste en mover manzanas en cestas. Este trabajo consiste en levantar manzanas y levantar cestas. Importante: levantar manzanas es un trabajo útil, pero levantar cestas es “inútil”, porque el objetivo del trabajo del cargador es mover sólo las manzanas.

Introduzcamos la notación: Fя es la fuerza con la que las manos levantan solo las manzanas, y Fк es la fuerza con la que las manos levantan solo la canasta. Cada una de estas fuerzas es igual a la correspondiente fuerza de gravedad: F=mg.

Usando la fórmula A = ±(F||· l) , “escribimos” el trabajo de estas dos fuerzas:

Aútil = +Fя · lя = mя g · hy Inútil = +Fк · lк = mк g · h

La obra total consta de dos obras, es decir, es igual a su suma:

Afull = Aútil + Aútil = mя g h + mк g h = (mя + mк) · g h

En el problema se nos pide que calculemos la proporción del trabajo útil del cargador entre su trabajo total. Hagamos esto dividiendo el trabajo útil por el total:

En física, estas proporciones generalmente se expresan como porcentajes y se denotan con la letra griega “η” (léase: “esto”). Como resultado obtenemos:

η = 0,9 o η = 0,9 100% = 90%, que es lo mismo.

Esta cifra muestra que del 100% del trabajo total del cargador, la proporción de su trabajo útil es el 90%. El problema esta resuelto.

Una cantidad física igual a la relación entre el trabajo útil y el trabajo total realizado tiene su propio nombre en física - eficiencia - factor de eficiencia:

Después de calcular la eficiencia usando esta fórmula, generalmente se multiplica por 100%. Y viceversa: para sustituir la eficiencia en esta fórmula, se debe convertir su valor de porcentaje a fracción decimal, dividiéndolo por 100%.

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Eficiencia del motor térmico. Eficiencia del motor térmico

El funcionamiento de muchos tipos de máquinas se caracteriza por un indicador tan importante como la eficiencia del motor térmico. Cada año, los ingenieros se esfuerzan por crear equipos más avanzados que, con un menor consumo de combustible, proporcionen el máximo resultado de su uso.

Dispositivo de motor térmico

Antes de entender qué es la eficiencia, es necesario entender cómo funciona este mecanismo. Sin conocer los principios de su acción, es imposible descubrir la esencia de este indicador. Una máquina térmica es un dispositivo que realiza un trabajo utilizando energía interna. Cualquier motor térmico que convierta energía térmica en energía mecánica utiliza la expansión térmica de sustancias a medida que aumenta la temperatura. En los motores de estado sólido, es posible cambiar no sólo el volumen de una sustancia, sino también la forma de la carrocería. El funcionamiento de un motor de este tipo está sujeto a las leyes de la termodinámica.

Principio de operación

Para entender cómo funciona un motor térmico, es necesario considerar los conceptos básicos de su diseño. Para el funcionamiento del dispositivo se necesitan dos cuerpos: caliente (calentador) y frío (refrigerador, refrigerador). El principio de funcionamiento de los motores térmicos (eficiencia del motor térmico) depende de su tipo. A menudo, el refrigerador es un condensador de vapor y el calentador es cualquier tipo de combustible que se quema en la cámara de combustión. La eficiencia de una máquina térmica ideal se obtiene mediante la siguiente fórmula:

Eficiencia = (Theat - Cool) / Theat. x 100%.

En este caso, el rendimiento de un motor real nunca podrá superar el valor obtenido según esta fórmula. Además, esta cifra nunca superará el valor mencionado anteriormente. Para aumentar la eficiencia, la mayoría de las veces se aumenta la temperatura del calentador y se disminuye la temperatura del refrigerador. Ambos procesos estarán limitados por las condiciones reales de funcionamiento del equipo.

Cuando un motor térmico funciona, se realiza trabajo, ya que el gas comienza a perder energía y se enfría hasta una determinada temperatura. Esta última suele estar varios grados por encima de la atmósfera circundante. Esta es la temperatura del frigorífico. Este dispositivo especial está diseñado para enfriar y posterior condensación del vapor de escape. Cuando hay condensadores, la temperatura del refrigerador a veces es más baja que la temperatura ambiente.

En una máquina térmica, cuando un cuerpo se calienta y se expande, no es capaz de ceder toda su energía interna para realizar trabajo. Parte del calor se transferirá al frigorífico junto con los gases de escape o el vapor. Esta parte de la energía térmica interna se pierde inevitablemente. Durante la combustión del combustible, el fluido de trabajo recibe una cierta cantidad de calor Q1 del calentador. Al mismo tiempo, todavía realiza el trabajo A, durante el cual transfiere parte de la energía térmica al frigorífico: Q2

La eficiencia caracteriza la eficiencia del motor en el campo de la conversión y transmisión de energía. Este indicador a menudo se mide como un porcentaje. Fórmula de eficiencia:

η*A/Qx100%, donde Q es la energía gastada, A es el trabajo útil.

Basándonos en la ley de conservación de la energía, podemos concluir que la eficiencia siempre será menor que la unidad. En otras palabras, nunca habrá trabajo más útil que la energía gastada en él.

La eficiencia del motor es la relación entre el trabajo útil y la energía suministrada por el calentador. Se puede representar en forma de la siguiente fórmula:

η = (Q1-Q2)/Q1, donde Q1 es el calor recibido del calentador y Q2 es el calor entregado al refrigerador.

Funcionamiento del motor térmico

El trabajo realizado por una máquina térmica se calcula mediante la siguiente fórmula:

A = |QH| - |QX|, donde A es trabajo, QH es la cantidad de calor recibida del calentador, QX es la cantidad de calor entregada al enfriador.

|QH| - |QX|)/|QH| = 1 - |QX|/|QH|

Es igual a la relación entre el trabajo realizado por el motor y la cantidad de calor recibido. Durante esta transferencia se pierde parte de la energía térmica.

motor carnot

La máxima eficiencia de una máquina térmica se observa en el dispositivo de Carnot. Esto se debe a que en este sistema depende únicamente de la temperatura absoluta del calentador (Tn) y del enfriador (Tx). La eficiencia de una máquina térmica que funciona según el ciclo de Carnot está determinada por la siguiente fórmula:

(Tn - Tx)/ Tn = - Tx - Tn.

Las leyes de la termodinámica permitieron calcular la máxima eficiencia posible. Este indicador fue calculado por primera vez por el científico e ingeniero francés Sadi Carnot. Inventó una máquina térmica que funcionaba con un gas ideal. Funciona en un ciclo de 2 isotermas y 2 adiabats. El principio de funcionamiento es bastante simple: se conecta un calentador a un recipiente con gas, como resultado de lo cual el fluido de trabajo se expande isotérmicamente. Al mismo tiempo, funciona y recibe cierta cantidad de calor. Posteriormente el recipiente se aísla térmicamente. A pesar de ello, el gas continúa expandiéndose, pero de forma adiabática (sin intercambio de calor con el medio ambiente). En este momento, su temperatura baja a la de un frigorífico. En este momento, el gas entra en contacto con el frigorífico, por lo que desprende una determinada cantidad de calor durante la compresión isométrica. Luego se vuelve a aislar térmicamente el recipiente. En este caso, el gas se comprime adiabáticamente hasta su volumen y estado originales.

Variedades

Hoy en día, existen muchos tipos de motores térmicos que funcionan según diferentes principios y con diferentes combustibles. Todos tienen su propia eficiencia. Estos incluyen lo siguiente:

Un motor de combustión interna (pistón), que es un mecanismo donde parte de la energía química de la quema del combustible se convierte en energía mecánica. Estos dispositivos pueden ser gaseosos y líquidos. Hay motores de 2 y 4 tiempos. Pueden tener un ciclo de trabajo continuo. Según el método de preparación de la mezcla de combustible, dichos motores son de carburador (con formación de mezcla externa) y diésel (con formación interna). Según el tipo de convertidor de energía, se dividen en de pistón, de chorro, de turbina y combinados. La eficiencia de tales máquinas no supera el 0,5.

Un motor Stirling es un dispositivo en el que el fluido de trabajo se encuentra en un espacio confinado. Es un tipo de motor de combustión externa. El principio de funcionamiento se basa en el enfriamiento/calentamiento periódico del cuerpo con la producción de energía debido a cambios en su volumen. Este es uno de los motores más eficientes.

Motor de turbina (rotativo) con combustión externa de combustible. Estas instalaciones se encuentran con mayor frecuencia en centrales térmicas.

Los motores de combustión interna de turbina (rotativos) se utilizan en centrales térmicas en modo pico. No tan extendido como otros.

Un motor de turbina genera parte de su empuje a través de su hélice. El resto lo obtiene de los gases de escape. Su diseño es un motor rotativo (turbina de gas), en cuyo eje está montada una hélice.

Otros tipos de motores térmicos

Motores de cohetes, turborreactores y a reacción que obtienen empuje de los gases de escape.

Los motores de estado sólido utilizan materia sólida como combustible. Durante el funcionamiento, no cambia su volumen, sino su forma. Al operar el equipo, se utiliza una diferencia de temperatura extremadamente pequeña.

¿Cómo se puede aumentar la eficiencia?

¿Es posible aumentar la eficiencia de un motor térmico? La respuesta debe buscarse en la termodinámica. Estudia las transformaciones mutuas de diferentes tipos de energía. Se ha establecido que es imposible convertir toda la energía térmica disponible en eléctrica, mecánica, etc. Sin embargo, su conversión en energía térmica se produce sin restricciones. Esto es posible debido al hecho de que la naturaleza de la energía térmica se basa en el movimiento desordenado (caótico) de partículas.

Cuanto más se calienta un cuerpo, más rápido se moverán las moléculas que lo constituyen. El movimiento de las partículas será aún más errático. Además de esto, todo el mundo sabe que el orden puede convertirse fácilmente en caos, lo cual es muy difícil de ordenar.

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Las realidades modernas exigen el uso generalizado de motores térmicos. Hasta ahora han fracasado numerosos intentos de sustituirlos por motores eléctricos. Los problemas asociados con la acumulación de electricidad en sistemas autónomos son difíciles de resolver.

Los problemas de la tecnología de fabricación de baterías eléctricas, teniendo en cuenta su uso a largo plazo, siguen siendo relevantes. Las características de velocidad de los vehículos eléctricos están lejos de las de los automóviles con motor de combustión interna.

Los primeros pasos para crear motores híbridos pueden reducir significativamente las emisiones nocivas en las megaciudades, resolviendo problemas ambientales.

Una pequeña historia

La posibilidad de convertir la energía del vapor en energía de movimiento era conocida desde la antigüedad. 130 a.C.: El filósofo Herón de Alejandría presentó al público un juguete de vapor, el aeolipile. La esfera llena de vapor comenzó a girar bajo la influencia de los chorros que emanaban de ella. Este prototipo de turbina de vapor moderna no se utilizaba en aquella época.

Durante muchos años y siglos, los desarrollos del filósofo se consideraron simplemente un juguete divertido. En 1629, el italiano D. Branchi creó una turbina activa. El vapor impulsaba un disco equipado con palas.

A partir de ese momento se inició el rápido desarrollo de las máquinas de vapor.

Motor térmico

La conversión de combustible en energía de movimiento de piezas y mecanismos de máquinas se utiliza en los motores térmicos.

Las partes principales de las máquinas: calentador (sistema de obtención de energía del exterior), fluido de trabajo (realiza una acción útil), frigorífico.

El calentador está diseñado para garantizar que el fluido de trabajo acumule un suministro suficiente de energía interna para realizar un trabajo útil. El frigorífico elimina el exceso de energía.

La principal característica de eficiencia se denomina eficiencia de los motores térmicos. Este valor muestra cuánta energía gastada en calefacción se gasta en realizar un trabajo útil. Cuanto mayor sea la eficiencia, más rentable será el funcionamiento de la máquina, pero este valor no puede superar el 100%.

Cálculo de eficiencia

Deje que el calentador adquiera del exterior energía igual a Q 1 . El fluido de trabajo realizó el trabajo A, mientras que la energía entregada al refrigerador ascendió a Q 2.

Con base en la definición, calculamos el valor de eficiencia:

η= A / Q 1 . Tengamos en cuenta que A = Q 1 - Q 2.

Por tanto, la eficiencia del motor térmico, cuya fórmula es η = (Q 1 - Q 2) / Q 1 = 1 - Q 2 / Q 1, nos permite sacar las siguientes conclusiones:

• La eficiencia no puede exceder 1 (o 100%);
• para maximizar este valor, es necesario aumentar la energía recibida del calentador o disminuir la energía entregada al refrigerador;
• el aumento de la energía del calentador se logra cambiando la calidad del combustible;
• Las características de diseño de los motores pueden reducir la energía entregada al refrigerador.

Motor térmico ideal

¿Es posible crear un motor cuya eficiencia sea máxima (idealmente igual al 100%)? El físico teórico y talentoso ingeniero francés Sadi Carnot intentó encontrar la respuesta a esta pregunta. En 1824 se hicieron públicos sus cálculos teóricos sobre los procesos que ocurren en los gases.

Se puede considerar que la idea principal inherente a la máquina ideal es realizar procesos reversibles con un gas ideal. Empezamos expandiendo el gas isotérmicamente a la temperatura T 1 . La cantidad de calor necesaria para ello es Q 1. Posteriormente el gas se expande sin intercambio de calor y, al alcanzar la temperatura T 2, el gas se comprime isotérmicamente, transfiriendo energía Q 2 al frigorífico. El gas vuelve adiabáticamente a su estado original.

La eficiencia de una máquina térmica de Carnot ideal, cuando se calcula con precisión, es igual a la relación entre la diferencia de temperatura entre los dispositivos de calefacción y refrigeración y la temperatura del calentador. Se ve así: η=(T 1 - T 2)/ T 1.

La posible eficiencia de un motor térmico, cuya fórmula es: η = 1 - T 2 / T 1, depende únicamente de las temperaturas del calentador y del refrigerador y no puede superar el 100%.

Además, esta relación nos permite demostrar que la eficiencia de los motores térmicos puede ser igual a la unidad sólo cuando el frigorífico alcanza la temperatura. Como se sabe, este valor es inalcanzable.

Los cálculos teóricos de Carnot permiten determinar la eficiencia máxima de una máquina térmica de cualquier diseño.

El teorema demostrado por Carnot es el siguiente. En ningún caso un motor térmico arbitrario puede tener una eficiencia superior al mismo valor de eficiencia de un motor térmico ideal.

Ejemplo de resolución de problemas

Ejemplo 1. ¿Cuál es la eficiencia de un motor térmico ideal si la temperatura del calentador es de 800 o C y la temperatura del refrigerador es 500 o C menor?

T 1 = 800 o C = 1073 K, ∆T = 500 o C = 500 K, η - ?

Por definición: η=(T 1 - T 2)/ T 1.

No nos dan la temperatura del frigorífico, sino ∆T= (T 1 - T 2), por tanto:

η= ∆T / T 1 = 500 K/1073 K = 0,46.

Respuesta: Eficiencia = 46%.

Ejemplo 2. Determine la eficiencia de una máquina térmica ideal si, debido al kilojulio adquirido de energía del calentador, se realiza un trabajo útil de 650 J. ¿Cuál es la temperatura del calentador de la máquina térmica si la temperatura del refrigerador es de 400 K?

Q 1 = 1 kJ = 1000 J, A = 650 J, T 2 = 400 K, η - ?, T 1 = ?

En este problema hablamos de una instalación térmica cuyo rendimiento se puede calcular mediante la fórmula:

Para determinar la temperatura del calentador, utilizamos la fórmula de eficiencia de un motor térmico ideal:

η = (T 1 - T 2)/ T 1 = 1 - T 2 / T 1.

Después de realizar transformaciones matemáticas, obtenemos:

T 1 = T 2 /(1- η).

T 1 = T 2 /(1- A / Q 1).

Calculemos:

η= 650 J/ 1000 J = 0,65.

T1 = 400 K / (1- 650 J / 1000 J) = 1142,8 K.

Respuesta: η= 65%, T 1 = 1142,8 K.

Condiciones reales

Un motor térmico ideal se diseña teniendo en cuenta los procesos ideales. El trabajo se realiza sólo en procesos isotérmicos; su valor se determina como el área limitada por la gráfica del ciclo de Carnot.

En realidad, es imposible crear las condiciones para que se produzca el proceso de cambio de estado de un gas sin los cambios de temperatura que lo acompañan. No existen materiales que excluyan el intercambio de calor con los objetos circundantes. El proceso adiabático se vuelve imposible de realizar. En el caso del intercambio de calor, la temperatura del gas necesariamente debe cambiar.

La eficiencia de los motores térmicos creados en condiciones reales difiere significativamente de la eficiencia de los motores ideales. Tenga en cuenta que los procesos en motores reales ocurren tan rápidamente que la variación en la energía térmica interna de la sustancia de trabajo en el proceso de cambiar su volumen no puede compensarse mediante la entrada de calor desde el calentador y su transferencia al refrigerador.

Otros motores térmicos

Los motores reales funcionan en diferentes ciclos:

• Ciclo Otto: un proceso con un volumen constante cambia adiabáticamente, creando un ciclo cerrado;
• Ciclo diésel: isobárico, adiabático, isocoro, adiabático;
• el proceso que ocurre a presión constante se reemplaza por uno adiabático, cerrando el ciclo.

No es posible crear procesos de equilibrio en motores reales (acercarlos a los ideales) con la tecnología moderna. La eficiencia de los motores térmicos es sensiblemente menor, incluso teniendo en cuenta las mismas condiciones de temperatura que en una instalación térmica ideal.

Pero no se debe reducir el papel de la fórmula de cálculo de la eficiencia, ya que es precisamente ella la que se convierte en el punto de partida en el proceso de trabajo para aumentar la eficiencia de los motores reales.

Formas de cambiar la eficiencia

Al comparar motores térmicos ideales y reales, cabe señalar que la temperatura del frigorífico de este último no puede ser cualquiera. Por lo general, la atmósfera se considera un refrigerador. La temperatura de la atmósfera sólo puede aceptarse mediante cálculos aproximados. La experiencia demuestra que la temperatura del refrigerante en los motores es igual a la temperatura de los gases de escape, como ocurre en los motores de combustión interna (abreviado como ICE).

ICE es el motor térmico más común en nuestro mundo. La eficiencia del motor térmico en este caso depende de la temperatura creada por el combustible quemado. Una diferencia significativa entre los motores de combustión interna y los motores de vapor es la fusión de las funciones del calentador y el fluido de trabajo del dispositivo en una mezcla de aire y combustible. A medida que la mezcla se quema, crea presión sobre las partes móviles del motor.

Se consigue un aumento de la temperatura de los gases de trabajo, cambiando significativamente las propiedades del combustible. Lamentablemente, esto no se puede hacer indefinidamente. Cualquier material del que esté hecha la cámara de combustión de un motor tiene su propio punto de fusión. La resistencia al calor de dichos materiales es la característica principal del motor, así como la capacidad de afectar significativamente la eficiencia.

Valores de eficiencia del motor

Si consideramos la temperatura del vapor de trabajo en la entrada, que es de 800 K y la de los gases de escape, de 300 K, entonces la eficiencia de esta máquina es del 62%. En realidad, este valor no supera el 40%. Esta disminución se produce debido a las pérdidas de calor al calentar la carcasa de la turbina.

El valor más alto de combustión interna no supera el 44%. Aumentar este valor es una cuestión de futuro próximo. Cambiar las propiedades de los materiales y los combustibles es un problema en el que están trabajando las mejores mentes de la humanidad.

El factor de eficiencia (eficiencia) es un término que puede aplicarse, quizás, a todos los sistemas y dispositivos. Incluso una persona tiene un factor de eficiencia, aunque probablemente todavía no exista una fórmula objetiva para encontrarlo. En este artículo explicaremos en detalle qué es la eficiencia y cómo se puede calcular para varios sistemas.

Definición de eficiencia

La eficiencia es un indicador que caracteriza la efectividad de un sistema en términos de producción o conversión de energía. La eficiencia es una cantidad inconmensurable y se representa como un valor numérico en el rango de 0 a 1 o como un porcentaje.

Formula general

La eficiencia se indica con el símbolo Ƞ.

La fórmula matemática general para encontrar la eficiencia se escribe de la siguiente manera:

Ƞ=A/Q, donde A es la energía/trabajo útil realizado por el sistema y Q es la energía consumida por este sistema para organizar el proceso de obtención de resultados útiles.

El factor de eficiencia, lamentablemente, siempre es menor o igual a la unidad, ya que, según la ley de conservación de la energía, no podemos obtener más trabajo que la energía gastada. Además, la eficiencia, de hecho, rara vez es igual a la unidad, ya que el trabajo útil siempre va acompañado de pérdidas, por ejemplo, para calentar el mecanismo.

Eficiencia del motor térmico

Un motor térmico es un dispositivo que convierte la energía térmica en energía mecánica. En un motor térmico, el trabajo está determinado por la diferencia entre la cantidad de calor recibida del calentador y la cantidad de calor entregada al enfriador y, por lo tanto, la eficiencia está determinada por la fórmula:

• Ƞ=Qн-Qх/Qн, donde Qн es la cantidad de calor recibida del calentador y Qх es la cantidad de calor entregada al enfriador.

Se cree que la mayor eficiencia la proporcionan los motores que funcionan según el ciclo de Carnot. En este caso, la eficiencia está determinada por la fórmula:

• Ƞ=T1-T2/T1, donde T1 es la temperatura de la fuente termal, T2 es la temperatura de la fuente fría.

Eficiencia del motor eléctrico

Un motor eléctrico es un dispositivo que convierte energía eléctrica en energía mecánica, por lo que la eficiencia en este caso es la relación de eficiencia del dispositivo para convertir energía eléctrica en energía mecánica. La fórmula para encontrar la eficiencia de un motor eléctrico es la siguiente:

• Ƞ=P2/P1, donde P1 es la potencia eléctrica suministrada, P2 es la potencia mecánica útil generada por el motor.

La potencia eléctrica se encuentra como el producto de la corriente y el voltaje del sistema (P=UI), y la potencia mecánica como la relación de trabajo por unidad de tiempo (P=A/t).

Eficiencia del transformador

Un transformador es un dispositivo que convierte corriente alterna de un voltaje en corriente alterna de otro voltaje manteniendo la frecuencia. Además, los transformadores también pueden convertir corriente alterna en corriente continua.

La eficiencia del transformador se encuentra mediante la fórmula:

• Ƞ=1/1+(P0+PL*n2)/(P2*n), donde P0 es la pérdida sin carga, PL es la pérdida con carga, P2 es la potencia activa suministrada a la carga, n es el grado relativo de carga.

¿Eficiencia o no eficiencia?

Vale la pena señalar que, además de la eficiencia, existen una serie de indicadores que caracterizan la eficiencia de los procesos energéticos y, en ocasiones, podemos encontrarnos con descripciones como: eficiencia del orden del 130%, sin embargo, en este caso debemos entender que el término no se utiliza del todo correctamente y, muy probablemente, el autor o el fabricante entienden que esta abreviatura significa una característica ligeramente diferente.

Por ejemplo, las bombas de calor se distinguen por el hecho de que pueden liberar más calor del que consumen. Por lo tanto, una máquina de refrigeración puede eliminar más calor del objeto que se está enfriando del que se gastó en equivalente de energía para organizar la eliminación. El indicador de eficiencia de una máquina de refrigeración se llama coeficiente de refrigeración, se denota con la letra Ɛ y se determina mediante la fórmula: Ɛ=Qx/A, donde Qx es el calor extraído del extremo frío, A es el trabajo invertido en el proceso de extracción. . Sin embargo, a veces el coeficiente de refrigeración también se denomina eficiencia de la máquina de refrigeración.

También es interesante que la eficiencia de las calderas que funcionan con combustible orgánico generalmente se calcula en función del poder calorífico más bajo y puede ser mayor que la unidad. Sin embargo, todavía se le llama tradicionalmente eficiencia. Es posible determinar la eficiencia de una caldera por el poder calorífico más alto, y entonces siempre será menor que uno, pero en este caso será inconveniente comparar el rendimiento de las calderas con datos de otras instalaciones.