Hari ini kami akan memberitahu anda apakah itu kecekapan (faktor kecekapan), cara mengiranya dan di mana konsep ini digunakan.
Manusia dan mekanisme
Apakah persamaan mesin basuh dan pengetinan? Keinginan seseorang untuk melepaskan dirinya daripada keperluan untuk melakukan segala-galanya sendiri. Sebelum penciptaan enjin stim, orang hanya mempunyai otot mereka sahaja. Mereka melakukan segala-galanya sendiri: mereka membajak, menyemai, memasak, menangkap ikan, menenun rami. Untuk memastikan kelangsungan hidup semasa musim sejuk yang panjang, setiap ahli keluarga petani bekerja pada waktu siang dari umur dua tahun sehingga kematiannya. Kanak-kanak bongsu menjaga haiwan dan membantu (membawa, memberitahu, memanggil, mengambil) orang dewasa. Gadis itu mula-mula diletakkan di belakang roda berputar pada usia lima tahun! Malah orang tua dalam memotong sudu dan menganyam kasut kulit kayu, dan nenek yang paling tua dan lemah duduk di alat tenun dan roda berputar, jika penglihatan mereka dibenarkan. Mereka tidak mempunyai masa untuk memikirkan apa itu bintang dan mengapa ia bersinar. Orang ramai menjadi letih: setiap hari mereka terpaksa pergi dan bekerja, tanpa mengira keadaan kesihatan, kesakitan dan semangat. Sememangnya, lelaki itu ingin mencari pembantu yang sekurang-kurangnya dapat melegakan bahunya yang terlalu banyak bekerja.
Lucu dan pelik
Teknologi paling canggih pada zaman itu ialah kuda dan roda kilang. Tetapi mereka hanya melakukan dua atau tiga kali lebih banyak kerja daripada manusia. Tetapi pencipta pertama mula menghasilkan peranti yang kelihatan sangat pelik. Dalam filem "Kisah Cinta Abadi", Leonardo da Vinci memasang bot-bot kecil di kakinya untuk berjalan di atas air. Ini membawa kepada beberapa insiden lucu apabila saintis itu terjun ke dalam tasik dengan pakaiannya. Walaupun episod ini hanyalah ciptaan penulis skrip, ciptaan sebegitu pasti kelihatan seperti itu - lucu dan kelakar.
abad ke-19: besi dan arang batu
Tetapi pada pertengahan abad ke-19 semuanya berubah. Para saintis telah menyedari daya tekanan untuk mengembangkan wap. Barangan yang paling penting pada masa itu ialah besi untuk pembuatan dandang dan arang batu untuk memanaskan air di dalamnya. Para saintis pada masa itu perlu memahami apakah kecekapan dalam fizik wap dan gas, dan bagaimana untuk meningkatkannya.
Formula untuk pekali dalam kes umum ialah:
η=A/Q
η - kecekapan, A - kerja berguna, Q - tenaga yang dibelanjakan.
Kerja dan kemesraan
Kecekapan (disingkatkan kecekapan) ialah kuantiti tanpa dimensi. Ia ditakrifkan sebagai peratusan dan dikira sebagai nisbah tenaga yang dibelanjakan kepada kerja yang berguna. Istilah terakhir sering digunakan oleh ibu-ibu remaja yang cuai apabila mereka memaksa mereka melakukan sesuatu di sekitar rumah. Tetapi sebenarnya, inilah hasil sebenar usaha yang dicurahkan. Iaitu, jika kecekapan mesin adalah 20%, maka ia hanya menukar satu perlima daripada tenaga yang diterima ke dalam tindakan. Sekarang apabila membelikereta, pembaca tidak sepatutnya mempunyai soalan, apakah kecekapan enjin.
Jika pekali dikira sebagai peratusan, maka formulanya ialah:
η=100%(A/Q)
η - kecekapan, A - kerja berguna, Q - tenaga yang dibelanjakan.
Kehilangan dan realiti
Pasti semua hujah ini menimbulkan kekeliruan. Mengapa tidak mencipta kereta yang boleh menggunakan lebih banyak tenaga bahan api? Alamak, dunia sebenar tidak begitu. Di sekolah, kanak-kanak menyelesaikan masalah di mana tiada geseran, semua sistem ditutup, dan sinaran sepenuhnya monokromatik. Jurutera sebenar di kilang pembuatan terpaksa mengambil kira kehadiran semua faktor ini. Pertimbangkan, sebagai contoh, apakah kecekapan enjin haba dan apakah kandungan pekali ini.
Formula dalam kes ini kelihatan seperti ini:
η=(Q1-Q2)/Q1
Dalam kes ini, Q1 ialah jumlah haba yang diterima enjin daripada pemanasan, dan Q2 ialah jumlah haba yang diberikan kepada persekitaran (biasanya dirujuk sebagai peti sejuk).
Bahan api menjadi panas dan mengembang, daya menolak omboh yang memacu elemen berputar. Tetapi bahan api terkandung dalam beberapa kapal. Apabila dipanaskan, ia memindahkan haba ke dinding kapal. Ini membawa kepada kehilangan tenaga. Agar omboh turun, gas mesti disejukkan. Untuk melakukan ini, sebahagian daripadanya dilepaskan ke persekitaran. Dan lebih baik jika gas memberikan semua haba kepada kerja yang berguna. Tetapi, malangnya, ia menyejuk sangat perlahan, jadi wap panas keluar. Sebahagian daripada tenaga dibelanjakan untuk memanaskan udara. Omboh bergerak dalam silinder logam berongga. Tepinya sesuai dengan dinding; apabila bergerak, daya geseran mula bermain. Omboh memanaskan silinder berongga, yang juga membawa kepada kehilangan tenaga. Pergerakan translasi ke atas dan ke bawah rod dipancarkan kepada daya kilas melalui satu siri sendi yang bergesel antara satu sama lain dan memanaskan, iaitu, sebahagian daripada tenaga utama juga dibelanjakan untuk ini.
Sudah tentu, dalam mesin kilang, semua permukaan digilap ke tahap atom, semua logam adalah kuat dan mempunyai kekonduksian terma paling rendah, dan minyak omboh mempunyai sifat terbaik. Tetapi dalam mana-mana enjin, tenaga petrol digunakan untuk memanaskan bahagian, udara dan geseran.
Kuali dan kuali
Sekarang kami mencadangkan untuk memahami apakah kecekapan dandang itu, dan kandungannya. Mana-mana suri rumah tahu: jika anda membiarkan air mendidih dalam periuk di bawah tudung tertutup, maka sama ada air akan menitis ke atas dapur, atau tudung akan "menari". Mana-mana dandang moden disusun dengan cara yang sama:
- panas memanaskan bekas tertutup berisi air;
- air menjadi wap panas lampau;
- apabila mengembang, campuran gas-air memutar turbin atau menggerakkan omboh.
Sama seperti dalam enjin, tenaga hilang untuk memanaskan dandang, paip dan geseran semua sambungan, jadi tiada mekanisme yang boleh mempunyai kecekapan yang sama dengan 100%.
Formula untuk mesin yang berfungsi mengikut kitaran Carnot kelihatan seperti formula umum untuk enjin haba, hanya bukannya jumlah haba - suhu.
η=(T1-T2)/T1.
Stesen Angkasa
Dan jika anda meletakkan mekanisme di angkasa? Tenaga suria percuma tersedia 24 jam sehari, penyejukan mana-mana gas boleh dilakukan secara literal kepada 0o Kelvin hampir serta-merta. Mungkin di angkasa kecekapan pengeluaran akan lebih tinggi? Jawapannya tidak jelas: ya dan tidak. Semua faktor ini sememangnya boleh meningkatkan pemindahan tenaga kepada kerja yang berguna dengan ketara. Tetapi menghantar walaupun seribu tan ke ketinggian yang diingini masih sangat mahal. Walaupun kilang sedemikian beroperasi selama lima ratus tahun, ia tidak akan membayar balik kos menaikkan peralatan, itulah sebabnya penulis fiksyen sains begitu aktif mengeksploitasi idea lif angkasa - ini akan sangat memudahkan tugas dan membuat ia berdaya maju secara komersial untuk memindahkan kilang ke angkasa lepas.
