فرمول قدرت فعلی توان واقعی و نامی کارایی یک دستگاه الکتریکی دستورالعمل کار آزمایشگاهی "تعیین کارایی کتری برقی" (1 دوره) پس از کاهش، محاسبه را دریافت می کنیم

مشخص است که یک ماشین حرکت دائمی غیرممکن است. این به خاطر این واقعیت است که برای هر مکانیزم این جمله درست است: کل کار انجام شده با کمک این مکانیسم (از جمله گرم کردن مکانیسم و ​​محیط برای غلبه بر نیروی اصطکاک) همیشه کار مفیدتری است.

به عنوان مثال، بیش از نیمی از کار یک موتور احتراق داخلی صرف گرم کردن اجزای موتور می شود. مقداری گرما توسط گازهای خروجی اگزوز منتقل می شود.

اغلب لازم است اثربخشی مکانیسم، امکان سنجی استفاده از آن ارزیابی شود. بنابراین برای محاسبه اینکه چه بخشی از کار انجام شده هدر می رود و چه قسمتی مفید است، کمیت فیزیکی خاصی معرفی می شود که کارایی مکانیزم را نشان می دهد.

این مقدار کارایی مکانیسم نامیده می شود

کارایی یک مکانیسم برابر است با نسبت کار مفید به کل کار. بدیهی است که کارایی همیشه کمتر از وحدت است. این مقدار اغلب به صورت درصد بیان می شود. معمولاً با حرف یونانی η (بخوانید "این") نشان داده می شود. کارایی به اختصار بازده گفته می شود.

η \u003d (A_full / A_useful) * 100%

که در آن η بازده، A_کار کامل کامل، A_کار مفید مفید.

در بین موتورها، موتور الکتریکی بالاترین راندمان (تا 98 درصد) را دارد. راندمان موتورهای احتراق داخلی 20 تا 40 درصد، توربین بخار حدود 30 درصد.

توجه داشته باشید که برای افزایش کارایی مکانیسماغلب سعی می کنند نیروی اصطکاک را کاهش دهند. این را می توان با استفاده از روان کننده ها یا بلبرینگ های مختلف انجام داد که در آنها اصطکاک لغزشی با اصطکاک غلتشی جایگزین می شود.

مثال های محاسبه بهره وری

یک مثال را در نظر بگیرید.دوچرخه سواری با وزن 55 کیلوگرم در حالی که 8 کیلوژول کار می کند از تپه ای با وزن 5 کیلوگرم که ارتفاع آن 10 متر است بالا می رود. کارایی دوچرخه را بیابید. اصطکاک چرخش چرخ ها در جاده در نظر گرفته نمی شود.

راه حل.مجموع جرم دوچرخه و دوچرخه سوار را بیابید:

متر = 55 کیلوگرم + 5 کیلوگرم = 60 کیلوگرم

بیایید وزن کل آنها را پیدا کنیم:

P = mg = 60 کیلوگرم * 10 نیوتن / کیلوگرم = 600 نیوتن

کار انجام شده برای بلند کردن دوچرخه و دوچرخه سوار را پیدا کنید:

Auseful \u003d PS \u003d 600 N * 10 m \u003d 6 kJ

بیایید کارایی دوچرخه را پیدا کنیم:

A_full / A_ مفید * 100% = 6 کیلوژول / 8 کیلوژول * 100% = 75%

پاسخ:راندمان دوچرخه 75 درصد است.

بیایید یک مثال دیگر را در نظر بگیریم.جسمی به جرم m از انتهای بازوی اهرمی آویزان است. یک نیروی رو به پایین F به بازوی دیگر وارد می شود و انتهای آن با h پایین می آید. در صورتی که کارایی اهرم η% باشد بدن چقدر بالا رفته است.

راه حل.کار انجام شده توسط نیروی F را پیدا کنید:

η% این کار برای بلند کردن جسمی به جرم m انجام می شود. بنابراین، Fhη / 100 برای بلند کردن بدن هزینه شد، از آنجایی که وزن بدن برابر با میلی گرم است، قد بدن تا Fhη / 100 / mg افزایش یافته است.

کار آزمایشگاهی

هدف: آموزش هدفمند فعالیت جستجو، واقعی سازی معنای شخصی دانش آموزان برای مطالعه موضوع، ایجاد شرایط برای توسعه مهارت های ارتباطی و فعالیت های مشترک.

وظایف:

آموزشی: کار تجربی رویتعیین کارایی وسایل برقی با استفاده از مثال کتری برقی،شکل گیری توانایی برقراری ارتباط بین عناصر محتوای مطالب قبلاً مورد مطالعه و مطالب جدید.

در حال توسعه: توسعه مهارت های عملیات ذهنی، بهبود توانایی تدوین اهداف مهم شخصی، ترویج توسعه تحقیقات و مهارت های خلاق.

آموزشی: بهبود توانایی کار به صورت جفت، برای تشکیل توانایی درون نگری.

نوع درس : درس - کارگاه (2 ساعت)

تجهیزات

در طول کلاس ها

زمان سازماندهی

نکات ایمنی هنگام کار با ابزارهای اندازه گیری الکتریکی.

فرمول بندی مسئله.

کار انجام شده توسط جریان الکتریکی را محاسبه کنید

مقدار گرمای دریافتی آب و برابر با کار مفید را محاسبه کنید.

با تجربه تعیین کنیدکارایی وسایل برقی به عنوان مثال کتری برقی;

انجام کار بر اساس دستورالعمل.

1. یک کتری برقی را در نظر بگیرید. با توجه به اطلاعات پاسپورت، توان الکتریکی دستگاه P را تعیین کنید.

2. آب با حجم V معادل 1 لیتر (1 کیلوگرم) داخل کتری بریزید.

3. از دماسنج برای اندازه گیری دمای اولیه آب t استفاده کنید 1 .

4. کتری را در شبکه برق روشن کنید و آب را روی حرارت قرار دهید تا بجوشد.

5. نقطه جوش آب t را از جدول تعیین کنید 2 .

6. روی ساعت فاصله زمانی گرم شدن آب Δŧ را در ساعت یادداشت کنید

تمام اندازه گیری ها را در SI انجام دهید.

7. با استفاده از داده های اندازه گیری، محاسبه کنید:

جریان الکتریسیته = P∙Δt

بار = سانتی متر (t 2 -t 1 )

8. بازده کتری برقی را با استفاده از فرمول محاسبه کنید

η = =

9. نتایج اندازه گیری ها و محاسبات را در جدول وارد کنید

P، W

V، m 3

تی 1 , 0 از جانب

Δt، s

تی 2 , 0 از جانب

آ جریان الکتریسیته ، جی

س بار ، جی

ŋ,%

سوالات تستی:

چرا مارپیچ کتری برقی از هادی با سطح مقطع بزرگ ساخته شده است؟ جواب مفصل بده

نمونه هایی از وسایل الکتریکی دیگر را که عنصر گرمایش در آنها یک سیم پیچ است، ذکر کنید. این دستگاه ها چه تفاوتی با یکدیگر دارند؟

جوشکارچرا در حین جوشکاری الکتریکی، حرارت بیشتری دقیقاً در محل اتصال قطعات جوش داده شده آزاد می شود؟(زمانی که جریان بالایی از قطعات فلزی که در یک صفحه کوچک در تماس هستند عبور می کند، در نقطه تماس این قطعات، حداکثر مقاومت در برابر جریان عبوری وجود دارد و در نتیجه حداکثر مقدار گرما آزاد می شود).

مکانیک خودروچرا دستگاه های کم مصرف زیان آور هستند؟ چرا مصرف انرژی هنگام استفاده از چنین وسایلی اجتناب ناپذیر است؟( با توجه به افزایش زمان گرم شدن آب، تلفات توسط همرفت، هدایت حرارتی، تشعشع افزایش می یابد.)

خروجی

5. تکلیف: گزارش تهیه کنید، قانون ژول لنز را تکرار کنید.

گزارش آزمایشگاه

"تعیین کارایی کتری برقی".

هدف، واقعگرایانه: فرا گرفتن بصورت تجربیبا استفاده از مثال کتری برقی، کارایی وسایل برقی را تعیین کنید.

تجهیزات : کتری برقی، دماسنج، ساعت با عقربه دوم.

روند کار:

1. کتری برقی در نظر گرفته شده است. با توجه به اطلاعات گذرنامه، من قدرت الکتریکی دستگاه برقی P را تعیین کردم.

2. آب با حجم V معادل 1 لیتر (1 کیلوگرم) داخل کتری بریزید.

3. دمای اولیه آب t را با دماسنج اندازه گیری کنید 1 .

4. کتری را در شبکه برق روشن کنید و آب را به جوش بیاورید.

5. از جدول تعیین می شود نقطه جوش آب t 2 .

6. من با ساعت متوجه فاصله زمانی شدم که در طی آن آب گرم شد Δŧ

7. با استفاده از داده های اندازه گیری، محاسبه می شود:

الف) کار انجام شده توسط جریان الکتریکی با دانستن قدرت کتری P و زمان گرم کردن آب Δt طبق فرمول A. جریان الکتریسیته = P∙Δt

ب) مقدار گرمای دریافتی آب و برابر با کار مفید، س بار = سانتی متر (t 2 -t 1 )

8. کارایی کتری برقی را با استفاده از فرمول محاسبه کرد

η = =

9. نتایج اندازه گیری ها و محاسبات وارد شده در جدول

P، W

V، m 3

تی 1 , 0 از جانب

Δt، s

تی 2 , 0 از جانب

آ جریان الکتریسیته ، جی

س بار ، جی

ŋ,%

پاسخ به سوالات امنیتی :

نتیجه گیری از کار انجام شده:

که انواع مختلف انرژی است. در این مقاله به بررسی و بررسی مفاهیم فیزیکی مانند توان جریان الکتریکی می پردازیم.

فرمول های قدرت فعلی

تحت توان فعلی، و همچنین در مکانیک، آنها کاری را که در واحد زمان انجام می شود، درک می کنند. برای محاسبه توان، دانستن کاری که یک جریان الکتریکی در یک دوره زمانی معین انجام می دهد، یک فرمول فیزیکی کمک خواهد کرد.

جریان، ولتاژ، توان در الکترواستاتیک با یک برابری مرتبط هستند که می توان از فرمول بدست آورد A=UIt. کار جریان الکتریکی را مشخص می کند:

P=A/t=UI/t=UI
بنابراین، فرمول قدرت جریان مستقیم در هر بخش از مدار به عنوان حاصل ضرب قدرت جریان و ولتاژ بین انتهای بخش بیان می شود.

واحدهای قدرت

1 وات (وات) - قدرت جریان 1 آمپر (آمپر) در یک هادی که بین انتهای آن ولتاژ 1 ولت (ولت) حفظ می شود.

دستگاهی برای اندازه گیری توان جریان الکتریکی وات متر نامیده می شود. همچنین فرمول توان فعلی به شما امکان می دهد با استفاده از ولت متر و آمپرمتر توان را تعیین کنید.

یک واحد توان خارج از سیستم kW (کیلووات)، GW (گیگاوات)، میلی‌وات (میلی‌وات) و غیره است. ). تا جایی که 1 کیلو وات = 10 3 وات و 1 ساعت = 3600 ثانیه، سپس

1 کیلو وات · h \u003d 10 3 W 3600s \u003d 3.6 10 6 W s \u003d 3.6 10 6 J.

قانون و قدرت اهم

با استفاده از قانون اهم، فرمول توان فعلی P=UIبه این شکل نوشته شده است:

P \u003d UI \u003d U 2 / R \u003d I 2 / R
بنابراین، توان آزاد شده بر روی هادی ها با قدرت جریان عبوری از هادی و ولتاژ در انتهای آن نسبت مستقیم دارد.

توان واقعی و نامی

هنگام اندازه گیری توان در مصرف کننده، فرمول توان فعلی به شما امکان می دهد مقدار واقعی آن را تعیین کنید، یعنی مقداری که در یک زمان معین روی مصرف کننده آزاد می شود.

در گذرنامه انواع لوازم برقی، مقدار قدرت نیز ذکر شده است. اسمی نامیده می شود. گذرنامه یک دستگاه الکتریکی معمولا نه تنها توان نامی، بلکه ولتاژی را که برای آن طراحی شده است نشان می دهد. با این حال، ولتاژ در شبکه ممکن است کمی با ولتاژ مشخص شده در گذرنامه متفاوت باشد، به عنوان مثال، افزایش یابد. با افزایش ولتاژ، قدرت جریان در شبکه نیز افزایش می یابد و در نتیجه توان جریان در مصرف کننده افزایش می یابد. یعنی مقدار توان واقعی و نامی دستگاه ممکن است متفاوت باشد. حداکثر توان واقعی دستگاه الکتریکی بیشتر از اسمی است. این کار به منظور جلوگیری از خرابی دستگاه با تغییرات جزئی ولتاژ در شبکه انجام می شود.

اگر مدار متشکل از چندین مصرف کننده باشد، هنگام محاسبه توان واقعی آنها، باید به خاطر داشت که برای هر اتصال مصرف کنندگان، کل توان در کل مدار برابر با مجموع ظرفیت های مصرف کنندگان فردی است.

کارایی یک وسیله برقی

همانطور که می دانید ماشین ها و مکانیسم های ایده آل وجود ندارند (یعنی آنهایی که به طور کامل یک نوع انرژی را به دیگری تبدیل می کنند یا انرژی تولید می کنند). در حین کار دستگاه، بخشی از انرژی صرف شده لزوماً صرف غلبه بر نیروهای مقاومت نامطلوب می شود و یا به سادگی در محیط "تلف می شود". بنابراین، تنها بخشی از انرژی صرف شده توسط ما صرف انجام کارهای مفید می شود که دستگاه برای آن ساخته شده است.

کمیت فیزیکی که نشان می دهد چه مقدار از کار مفید صرف شده است، ضریب کارایی نامیده می شود (از این پس بازده نامیده می شود).

به عبارت دیگر، راندمان نشان می دهد که کار صرف شده زمانی که مثلاً توسط یک وسیله الکتریکی انجام می شود، چقدر کارآمد استفاده می شود.

کارایی (که با حرف یونانی η ("این") مشخص می شود) یک کمیت فیزیکی است که کارایی یک دستگاه الکتریکی را مشخص می کند و نشان می دهد که چقدر از کار مفید صرف شده است.

راندمان (مانند مکانیک) با فرمول تعیین می شود:

η = A P / A Z 100%

اگر قدرت جریان الکتریکی مشخص باشد، فرمول های تعیین CCD به صورت زیر خواهد بود:

η \u003d P P / P Z 100%

قبل از تعیین کارایی یک دستگاه، باید مشخص شود که چه کار مفیدی است (دستگاه برای چه ساخته شده است)، و چه کاری صرف شده است (کار انجام شده است یا چه انرژی برای انجام کار مفید صرف شده است).

یک وظیفه

یک لامپ برقی معمولی دارای قدرت 60 وات و ولتاژ کاری 220 ولت است. جریان الکتریکی در لامپ چه کاری انجام می دهد و در طول ماه چقدر برای برق پرداخت می کنید، با تعرفه T = 28 روبل. استفاده از لامپ به مدت 3 ساعت در روز؟
جریان لامپ و مقاومت مارپیچ آن در شرایط کار چقدر است؟

راه حل:

1. برای حل این مشکل:
الف) محاسبه زمان کارکرد لامپ برای یک ماه؛
ب) کار قدرت جریان در لامپ را محاسبه می کنیم.
ج) ما هزینه ماهانه را با نرخ 28 روبل محاسبه می کنیم.
د) قدرت فعلی لامپ را محاسبه کنید.
ه) مقاومت سیم پیچ لامپ را در شرایط کار محاسبه می کنیم.

2. کار قدرت جریان با فرمول محاسبه می شود:

A = P t

قدرت جریان در لامپ به محاسبه فرمول قدرت فعلی کمک می کند:

P=UI;
I = P/U.

مقاومت سیم پیچ لامپ در شرایط کاری از قانون اهم برابر است با:

[A] = Wh;

[I] \u003d 1V 1A / 1B \u003d 1A؛

[R] = 1V/1A = 1Ω.

4. محاسبات:

t = 30 روز 3 ساعت = 90 ساعت;
A \u003d 60 90 \u003d 5400 Wh \u003d 5.4 kWh.
I \u003d 60/220 \u003d 0.3 A.
R \u003d 220 / 0.3 \u003d 733 اهم؛
V \u003d 5.4 کیلووات ساعت 28 کیلووات ساعت \u003d 151 روبل.

پاسخ: A \u003d 5.4 کیلووات ساعت؛ I \u003d 0.3 A; R = 733 اهم؛ B = 151 روبل.

محتوا:

در فرآیند جابجایی بارها در یک مدار بسته، کار خاصی توسط منبع جریان انجام می شود. می تواند مفید و کامل باشد. در حالت اول منبع جریان در حین انجام کار بارها را در مدار خارجی حرکت می دهد و در حالت دوم بارها در کل مدار حرکت می کنند. در این فرآیند، بازده منبع جریان که به عنوان نسبت مقاومت خارجی و کل مدار تعریف می شود، از اهمیت بالایی برخوردار است. اگر مقاومت داخلی منبع و مقاومت خارجی بار برابر باشد، نیمی از تمام توان در خود منبع تلف می شود و نیمی دیگر در بار آزاد می شود. در این حالت راندمان 0.5 یا 50 درصد خواهد بود.

راندمان مدار الکتریکی

بازده در نظر گرفته شده در درجه اول با مقادیر فیزیکی مشخص کننده نرخ تبدیل یا انتقال برق مرتبط است. در میان آنها، در وهله اول قدرت است که در وات اندازه گیری می شود. چندین فرمول برای تعریف آن وجود دارد: P = U x I = U2/R = I2 x R.

در مدارهای الکتریکی به ترتیب مقدار ولتاژ و مقدار شارژ می تواند متفاوت باشد و کار انجام شده نیز در هر مورد متفاوت است. اغلب اوقات نیاز به تخمین سرعت انتقال یا تبدیل الکتریسیته وجود دارد. این سرعت، توان الکتریکی مربوط به کار انجام شده در یک واحد زمان معین است. در قالب یک فرمول، این پارامتر به شکل زیر خواهد بود: P=A/∆t. بنابراین کار به صورت حاصل ضرب توان و زمان نمایش داده می شود: A=P∙∆t. واحد اندازه گیری کار است.

به منظور تعیین میزان کارایی یک دستگاه، ماشین، مدار الکتریکی یا سایر سیستم های مشابه، از نظر توان و کار، از راندمان - بازده استفاده می شود. این مقدار به عنوان نسبت انرژی مفید مصرف شده به کل انرژی عرضه شده به سیستم تعریف می شود. کارایی با نماد η نشان داده می شود و از نظر ریاضی به صورت فرمول تعریف می شود: η \u003d A / Q x 100% \u003d [J] / [J] x 100% \u003d [%]، که در آن A کار انجام شده است. توسط مصرف کننده، Q انرژی داده شده توسط منبع است. مطابق با قانون بقای انرژی، مقدار بازده همیشه برابر یا کمتر از واحد است. این بدان معنی است که کار مفید نمی تواند از مقدار انرژی صرف شده برای تکمیل آن بیشتر شود.

بدین ترتیب تلفات برق در هر سیستم یا دستگاه و همچنین میزان سودمندی آنها مشخص می شود. به عنوان مثال، در هادی ها، تلفات توان زمانی ایجاد می شود که یک جریان الکتریکی تا حدی به انرژی حرارتی تبدیل شود. مقدار این تلفات به مقاومت هادی بستگی دارد، آنها جزء لاینفک کار مفید نیستند.

یک تفاوت وجود دارد که با فرمول ∆Q=A-Q بیان می شود که به وضوح تلفات توان را نشان می دهد. در اینجا رابطه بین رشد تلفات توان و مقاومت هادی به وضوح قابل مشاهده است. بارزترین نمونه یک لامپ رشته ای است که بازده آن از 15٪ تجاوز نمی کند. 85 درصد باقیمانده توان به حرارت، یعنی به اشعه مادون قرمز تبدیل می شود.

بازدهی منبع فعلی چقدر است

بازده در نظر گرفته شده کل مدار الکتریکی درک بهتر ماهیت فیزیکی بهره وری منبع جریان را امکان پذیر می کند که فرمول آن نیز از مقادیر مختلفی تشکیل شده است.

در فرآیند حرکت بارهای الکتریکی در طول یک مدار الکتریکی بسته، کار خاصی توسط منبع جریان انجام می شود که به عنوان مفید و کامل متفاوت است. در حین انجام کار مفید، منبع جریان بارها را در مدار خارجی جابجا می کند. در کار کامل، بارها، تحت تأثیر یک منبع جریان، از قبل در سراسر مدار حرکت می کنند.

در قالب فرمول ها به صورت زیر نمایش داده می شوند:

• کار مفید - آپولسیس = qU = IUt = I2Rt.
• کار کامل - افول = qε = Iεt = I2(R +r)t.

بر این اساس، می توان فرمول هایی را برای توان مفید و کل منبع فعلی استخراج کرد:

• قدرت مفید - Рpolez = Apolez / t = IU = I2R.
• توان ظاهری - Рfull = Apfull/t = Iε = I2(R + r).

در نتیجه، فرمول کارایی منبع جریان به شکل زیر است:

• η = Ause/ Atot = Ruse/ Ptot = U/ε = R/(R + r).

حداکثر توان مفید بسته به ویژگی های منبع جریان و بار در مقدار معینی از مقاومت مدار خارجی به دست می آید. با این حال، باید به ناسازگاری حداکثر توان خالص و حداکثر راندمان توجه شود.

بررسی قدرت و کارایی منبع جریان

کارایی یک منبع جریان به عوامل زیادی بستگی دارد که باید در یک توالی مشخص در نظر گرفته شوند.

برای تعیین، مطابق با قانون اهم، معادله زیر وجود دارد: i \u003d E / (R + r)، که در آن E نیروی الکتروموتور منبع جریان است و r مقاومت داخلی آن است. اینها مقادیر ثابتی هستند که به مقاومت متغیر R بستگی ندارند. با کمک آنها می توانید توان مفید مصرف شده توسط مدار الکتریکی را تعیین کنید:

• W1 \u003d i x U \u003d i2 x R. در اینجا R مقاومت مصرف کننده برق است، i جریان در مدار است که توسط معادله قبلی تعیین می شود.

بنابراین، مقدار توان با استفاده از متغیرهای محدود به صورت زیر نمایش داده می شود: W1 = (E2 x R)/(R + r).

از آنجایی که یک متغیر میانی است، در این مورد تابع W1(R) را می توان برای یک اکسترموم تحلیل کرد. برای این منظور، تعیین مقدار R ضروری است، که در آن مقدار اولین مشتق توان مفید مرتبط با مقاومت متغیر (R) برابر با صفر خواهد بود: dW1/dR = E2 x [(R + r)2 - 2 x R x (R + r) ] = E2 x (Ri + r) x (R + r - 2 x R) = E2(r - R) = 0 (R + r)4 (R + r)4 (R + r)3

از این فرمول می توان نتیجه گرفت که مقدار مشتق فقط در یک شرط می تواند صفر باشد: مقاومت گیرنده برق (R) از منبع جریان باید به مقدار مقاومت داخلی خود منبع برسد (R => ر). در این شرایط، مقدار ضریب بازده η به عنوان نسبت توان مفید و کل منبع جریان - W1/W2 تعیین خواهد شد. از آنجایی که در حداکثر نقطه توان مفید، مقاومت مصرف کننده انرژی منبع جریان مشابه مقاومت داخلی خود منبع جریان خواهد بود، در این حالت بازده 0.5 یا 50 درصد خواهد بود.

وظایف برای توان و راندمان فعلی

در واقعیت، کاری که با کمک هر وسیله ای انجام می شود، همیشه کار مفیدتری است، زیرا بخشی از کار در برابر نیروهای اصطکاک که در داخل مکانیسم و ​​هنگام جابجایی قطعات جداگانه آن عمل می کنند، انجام می شود. بنابراین، با استفاده از یک بلوک متحرک، آنها کارهای اضافی انجام می دهند، خود بلوک و طناب را بلند می کنند و بر نیروهای اصطکاک موجود در بلوک غلبه می کنند.

نماد زیر را معرفی می کنیم: کار مفید را با $A_p$، و کار را با $A_(poln)$ نشان می دهیم. در انجام این کار، ما داریم:

تعریف

ضریب عملکرد (COP)نسبت کار مفید به کامل نامیده می شود. کارایی را با حرف $\eta $ نشان می دهیم، سپس:

\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\ \چپ(2\راست).\]

بیشتر اوقات ، بازده به صورت درصد بیان می شود ، سپس تعریف آن فرمول است:

\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\cdot 100\%\ \چپ(2\راست).\]

هنگام ایجاد مکانیسم ها، آنها سعی می کنند کارایی خود را افزایش دهند، اما مکانیسم هایی با کارایی برابر یک (و حتی بیشتر از یک) وجود ندارند.

و بنابراین، ضریب کارایی یک کمیت فیزیکی است که سهم کار مفید را از تمام کارهای انجام شده نشان می دهد. با کمک کارایی، کارایی دستگاه (مکانیسم، سیستم) که انرژی را تبدیل یا انتقال می دهد که کار را انجام می دهد، ارزیابی می شود.

برای افزایش کارایی مکانیسم ها، می توانید سعی کنید اصطکاک در محورهای آنها، جرم آنها را کاهش دهید. اگر بتوان از اصطکاک چشم پوشی کرد، جرم مکانیسم به طور قابل توجهی کمتر از جرم است، به عنوان مثال، باری که مکانیسم بلند می کند، آنگاه راندمان کمی کمتر از واحد است. سپس کار انجام شده تقریباً برابر با کار مفید است:

قانون طلایی مکانیک

باید به خاطر داشت که با استفاده از یک مکانیسم ساده نمی توان به سود در کار دست یافت.

اجازه دهید هر یک از کارهای فرمول (3) را به عنوان حاصل ضرب نیروی متناظر در مسیر طی شده تحت تأثیر این نیرو بیان کنیم، سپس فرمول (3) را به شکل تبدیل کنیم:

عبارت (4) نشان می دهد که با استفاده از یک مکانیسم ساده، به همان اندازه که در راه از دست می دهیم، قدرت می گیریم. این قانون «قاعده طلایی» مکانیک نامیده می شود. این قانون در یونان باستان توسط هرون اسکندریه تدوین شد.

این قانون کار برای غلبه بر نیروهای اصطکاک را در نظر نمی گیرد، بنابراین تقریبی است.

کارایی در انتقال نیرو

ضریب کارایی را می توان به عنوان نسبت کار مفید به انرژی صرف شده برای اجرای آن ($Q$) تعریف کرد:

\[\eta =\frac(A_p)(Q)\cdot 100\%\ \چپ(5\راست).\]

برای محاسبه راندمان یک موتور حرارتی از فرمول زیر استفاده می شود:

\[\eta =\frac(Q_n-Q_(ch))(Q_n)\left(6\راست)،\]

که در آن $Q_n$ مقدار گرمای دریافتی از بخاری است. $Q_(ch)$ - مقدار گرمای منتقل شده به یخچال.

راندمان یک موتور حرارتی ایده آل که طبق چرخه کارنو کار می کند عبارت است از:

\[\eta =\frac(T_n-T_(ch))(T_n)\left(7\راست)،\]

جایی که $T_n$ - دمای بخاری؛ $T_(ch)$ - دمای یخچال.

نمونه هایی از وظایف برای کارایی

مثال 1

وظیفه.موتور جرثقیل قدرتی معادل N$ دارد. برای بازه زمانی برابر با $\Delta t$، او باری به جرم $m$ را به ارتفاع $h$ برد. کارایی جرثقیل چقدر است؟\textit()

راه حل.کار مفید در مسئله مورد بررسی برابر است با کار بلند کردن بدن به ارتفاع $h$ از بار جرمی $m$، این کار غلبه بر نیروی گرانش است. برابر است با:

کل کاری که هنگام بلند کردن بار انجام می شود را می توان با استفاده از تعریف توان پیدا کرد:

بیایید از تعریف ضریب کارایی برای یافتن آن استفاده کنیم:

\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\cdot 100\%\left(1.3\راست).\]

فرمول (1.3) را با استفاده از عبارات (1.1) و (1.2) تبدیل می کنیم:

\[\eta =\frac(mgh)(N\Delta t)\cdot 100\%.\]

پاسخ.$\eta =\frac(mgh)(N\Delta t)\cdot 100\%$

مثال 2

وظیفه.یک گاز ایده آل یک چرخه کارنو را انجام می دهد، در حالی که بازده چرخه برابر با $\eta $ است. کار در یک سیکل فشرده سازی گاز در دمای ثابت چیست؟ کار انجام شده توسط گاز در حین انبساط $A_0$ است

راه حل.بازده چرخه به صورت زیر تعریف می شود:

\[\eta =\frac(A_p)(Q)\left(2.1\راست).\]

چرخه کارنو را در نظر بگیرید، تعیین کنید که در کدام فرآیندها گرما تامین می شود ($Q$ خواهد بود).

از آنجایی که چرخه کارنو از دو ایزوترم و دو آدیابات تشکیل شده است، بلافاصله می توان گفت که در فرآیندهای آدیاباتیک (فرایندهای 2-3 و 4-1) انتقال حرارت وجود ندارد. در فرآیند همدما 1-2 گرما تامین می شود (شکل 1 $Q_1$)، در فرآیند همدما 3-4 گرما حذف می شود ($Q_2$). معلوم می شود که در عبارت (2.1) $Q=Q_1$. می دانیم که مقدار گرمای (قانون اول ترمودینامیک) وارد شده به سیستم در طی یک فرآیند همدما به طور کامل برای انجام کار توسط گاز می رود، به این معنی:

گاز کار مفیدی انجام می دهد که برابر است با:

مقدار گرمایی که در فرآیند همدما 3-4 حذف می شود برابر با کار فشرده سازی است (کار منفی است) (از آنجایی که T=const، سپس $Q_2=-A_(34)$). در نتیجه داریم:

فرمول (2.1) را با در نظر گرفتن نتایج (2.2) - (2.4) تغییر می دهیم:

\[\eta =\frac(A_(12)+A_(34))(A_(12))\to A_(12)\eta =A_(12)+A_(34)\به A_(34)=( \eta -1)A_(12)\left(2.4\راست).\]

از آنجایی که با شرط $A_(12)=A_0،\ در نهایت $ دریافت می کنیم:

پاسخ.$A_(34)=\left(\eta -1\right)A_0$