Коэффициент полезного действия

Иногда во время учебы или работы мы можем отвлекаться на что-то посторонние, что приводит к тому, что мы не качественно выполняем работу или выполняем ее не до конца. В таком случае, мы можем сказать, что наша эффективность падает, что в наших действиях мало полезной работы. Это лишь бытовой пример оценки эффективности работы, подобное сравнение мы можем провести и с многими физическими процессами, например эффективность работы двигателя автомобиля, эффективность простого механизма или эффективность работы электрического тока.

Для удобства расчётов эффективность вычисляют с использованием коэффициента полезного действия, кратко – КПД.

\eta = \frac{A_{полезн}}{A_{затрач}} \cdot 100\% \text{ – КПД через работу} \tag{15}

где:

$\eta$ – КПД (греческая буква «эта»), измеряется в процентах
$A_{полезн}$ – полезная работа, $\left[Дж\right]$
$A_{затрач}$ – затраченная (полная) работа, $\left[Дж\right]$

Во время подставления чисел в эту формулу мы всегда должны задавать себе вопрос: что здесь является полезным? Например, в работе автомобиля полезным является перемещение, в работе электрического тока – тепло от нагревателя. Затраченной работой считается вся работа, которую совершило тело:

A_{затрач} = A_1 + A_2 + ... + A_n + A_{полезн}

Но нам не всегда удобно рассчитывать КПД по формуле (15), иногда у нас может не быть возможности найти работу. Поэтому для расчёта КПД мы можем использовать формулу с мощностью:

\eta = \frac{P_{полезн}}{P_{затрач}} \cdot 100\% \text{ – КПД через мощность} \tag{16}

где:

$P_{полезн}$ – полезная мощность, $\left[Вт\right]$
$P_{затрач}$ – затраченная (полная) мощность, $\left[Вт\right]$

Проще всего запомнить, что затраченная работа или мощность всегда в знаменателе с помощью того, что КПД не может быть $\geq$ 100%, так как это противоречит законам природы. Но давайте представим, что было бы, если бы существовало какое-то тело, КПД которого 100%. Различные неудачники, которых было очень много, на протяжении значительной истории человечества пытались изобрести такое тело, которое называли вечным двигателем. Звучит очень красиво: автомобиль, который может ехать вечно, спичка, которая горит вечно, ну и телефон, который никогда не разряжается. Для фантазёров, которые пытались изобрести вечный двигатель, эта идея была слаще идеи о получении золота из дешёвых металлов, поэтому их было так много. Ниже рисунок устройства мнимого вечного двигателя:

Задание – ответ уходит на проверку

Как думаете, в чём заключается работа этого мнимого вечного двигателя и почему он должен быть вечным, по мнению изобретателя?

Запишитесь на занятия, чтобы отслеживать свой прогресс.

Продолжить →