Понятие кпд: определение, формула и применение в физике
Понятие кпд: определение, формула и применение в физике
Из уравнения (2) видно, что при коротком замыкании (R0) и при R эта мощность равна нулю. Для всех остальных конечных значений R степень P1 > 0. Следовательно, функция P1 имеет максимальное значение. Значение R, соответствующее максимальной мощности, можно получить, продифференцировав P1 по R и приравняв первую производную к 0:
Из формулы (3) видно, что учитывая, что R и r всегда положительные числа, а E? 0. После простого алгебраического преобразования получим:
Поэтому, когда сопротивление внешней цепи равно внутреннему сопротивлению источника тока, мощность, выделяемая внешней цепью, достигает максимального значения.
В этом случае сила тока в цепи (5)
равен половине тока короткого замыкания. При этом мощность, выделяемая внешней цепью, достигает максимального значения, равного
Когда источник питания подносится близко к внешнему резистору, внутри источника питания протекает ток, и в то же время внутреннее сопротивление источника питания выделяет определенное количество тепла. Мощность, затрачиваемая на выделение тепла, равна
Следовательно, общая мощность, выделяемая всей цепью, определяется выражением
Мощность ИТ и внутреннее сопротивление
можно собрать последовательную схему, включающую двухполюсную токовую сеть и нагрузочный резистор. Двухполюсник с внутренним сопротивлением r и электродвижущей силой — E подает ток I на внешнюю нагрузку R. Задача этой схемы — подать питание на активную нагрузку, выполняющую полезную работу. В качестве нагрузки можно использовать лампочку или обогреватель.
Простое решение для изучения Puseful-зависимостей. От Р
Рассмотрев эту схему, можно определить зависимость полезной мощности от номинала резистора. Сначала найдите R-эквивалент всей цепочки.
Это выглядит так:
Движение тока в цепи можно выразить следующей формулой:
В этом случае PEMF на выходе будет Pвых. = E*I = E²/(R + r).
Далее можно найти P, которое рассеивается при нагреве генератора за счет внутреннего сопротивления:
Пр = I² * r = E² * r/(R + r)².
На следующем этапе определим мощность, потребляемую нагрузкой:
PR = I² * R = E² * R/(R + r)².
Суммарный Р на выходе сети на обоих концах равен сумме:
Это означает, что потеря энергии первоначально происходит при рассеивании импедансом (внутренним сопротивлением) сети на обоих концах.
Далее был построен график, чтобы увидеть, при каком значении нагрузки полезная мощность Ruseful достигает максимума.
При его рассмотрении очевидно, что наибольшее значение мощности находится в точке, где R и r равны. Это точка, в которой резисторы генератора и нагрузки совпадают.
Внимание! Когда R>r, ток, образующийся в цепи, очень мал и энергия может передаваться в нагрузку с достаточной скоростью в Р
Наиболее наглядный пример согласования можно увидеть в радиотехнике при согласовании выходных сопротивлений УНЧ (усилителя низкой частоты) и звукового громкоговорителя. На выходе усилителя сопротивление составляет от 4 до 8 Ом, тогда как Rin динамика составляет 8 Ом. Это устройство позволяет подключить к его выходному каскаду один динамик сопротивлением 8 Ом или два динамика сопротивлением 4 Ом. В обоих случаях УНЧ будет работать в заданном режиме без потери мощности.
При разработке некоторых реальных источников тока использовали их представление в виде эквивалентных блоков. Он состоит из двух компонентов, которые выполняют работу: это идеальный источник и его сопротивление.
Определение
Математически эффективность определяется как
η=AQ,>,>
Где A – полезная работа (энергия), а Q – затраченная энергия.
Когда эффективность выражается в процентах, формулу иногда записывают как
Здесь умножение на 100% не имеет смысла, поскольку 100% = 1. На данный момент второй вариант написания формул менее предпочтителен (одна и та же физическая величина может быть выражена в разных единицах независимо от того, в какой формуле она используется).
В силу закона сохранения энергии и из-за необратимых потерь энергии КПД реальной системы всегда меньше 1, т.е невозможно получить больше полезной работы или столько же энергии, сколько она потребляет.
КПД тепловой машины — это отношение полезной работы, совершаемой двигателем, к энергии, полученной от нагревателя. КПД теплового двигателя можно рассчитать по следующей формуле
Где Q1> — тепло, полученное от нагревателя, а Q2> — тепло, подаваемое в холодильник. Среди веломашин, работающих при заданных температурах нагревателя Т1 и холодильника Т2, наибольший КПД достигается у тепловой машины, работающей по циклу Карно, этот предельный КПД равен
Виды мощности постоянного тока
Любая величина мощности определяется работой, совершаемой за определенную единицу времени. Чаще всего это будет второй. Это величина, которая характеризует, насколько быстро выполняется работа. Что касается электроэнергии, то это количество энергии, потребляемой в секунду.
Силовая характеристика тока соответствует отношению его работы ко времени
Настоящая работа посвящена процессу преобразования электрической энергии в другие энергии (механическую, тепловую или световую). Показатели тока оценивают по мощности (обозначается буквой «П» или «Ш.
Довожу до вашего сведения! В общем случае постоянный ток не имеет активной и реактивной мощности P. Этот вид сети характеризуется только переходными характеристиками.
Мгновенная мощность
Если говорить о сети переменного тока, то соответствующие величины в ней, например ток или напряжение, регулярно меняют свое значение. Это напрямую влияет на другие параметры. Поскольку заряд продолжает течь, все остается по-прежнему. Отсюда и произошел термин «мгновенная мощность».
Силы в обычной сети тока остаются постоянными и равны мгновенному значению, которое они принимают в любой момент времени. Эту характеристику можно рассчитать, используя мгновенные значения. Здесь применима формула мощности постоянного тока в цепи: P = I * U.
Рассматриваемое значение можно найти из произведения тока и напряжения
Если сеть пассивна и подчиняется закону Ома, то равенство верно. В случае подключения источника ЭДС необходима другая формула: P = I*E, где E – электродвижущая сила.
Активная мощность
Активная мощность – это среднее значение мгновенной P за период времени, за которое текущая мощность может быть преобразована в любой вид энергии (механическую энергию, световую энергию или тепловую энергию). Эта передача тока не может происходить в обратном направлении. Активные типы также измеряются в ваттах. 1 ватт равен 1 вольту, умноженному на 1 ампер.
Данная работа неразрывно связана с измерением силовых характеристик
довожу до вашего сведения! Единица измерения ватт никогда не использовалась ни в бытовом, ни даже в промышленном масштабе. Для этого используются показатели более высокого порядка: мегаватты в киловатты.
Реактивная мощность
Характеристики реактивной мощности определяют нагрузку, создаваемую электрооборудованием за счет определенных колебаний энергии электромагнитного поля в сетях синусоидального тока переменной частоты. Он равен произведению действующих значений напряжения и тока, умноженному на синус угла сдвига фаз между ними. Параметры реактивной мощности неразрывно связаны с полным P и активными параметрами.
Все фундаментальные величины можно найти с помощью закона Ома
Если говорить о физическом смысле реактивной мощности, то она представляет собой определенное количество энергии, которая перекачивается от источника к реактивным компонентам приемника (конденсатору, обмотке генератора, дросселю и т д.) и далее обратно к источнику в процесс. Период колебаний.
Полная мощность
Полный ток P — это величина, соответствующая произведению тока и напряжения в цепи. Она неразрывно связана с активной и реактивной величинами и определяется следующим уравнением: где Sos = полная мощность, P и Q — ее активная и реактивная характеристики соответственно.
Суммарная мощность, выраженная в стакане пива
Проще говоря, пока есть активная нагрузка, есть активная мощность P. Например, в спиральных нагревателях, проволочных резисторах и т.п. Реактивные параметры — это характеристики реактивной нагрузки, присутствующей в индуктивных или емкостных компонентах.
Тепловой двигатель
Двигатель, преобразующий внутреннюю энергию сгорания топлива в механическую работу.
Любая тепловая машина состоит из трех основных частей: нагревателя, рабочего тела (газа, жидкости и т д.) и холодильника. Работа двигателя основана на циклическом процессе (то есть процессе возврата системы в исходное состояние).
тепловой двигатель прямого цикла
Общей особенностью всех циклических (или циклических) процессов является то, что они не могут осуществляться путем приведения рабочего тела в тепловой контакт только с одним тепловым резервуаром. Вам нужно как минимум два из них. Аккумулятор тепла с более высокой температурой называется нагревателем, а аккумулятор тепла с более низкой температурой — холодильником. В ходе цикла рабочее тело получает определенное количество тепла Q1 от нагревателя (расширяется), и отдает определенное количество тепла Q2 холодильнику, когда тот возвращается в исходное состояние и сжимается. Общее количество тепла, полученное рабочим телом в каждом цикле Q=Q1-Q2, равно работе, совершаемой рабочим телом за один цикл.
Читайте также статью: СанПиН для салона красоты: разбираем изменения
обратный цикл холодильника
В обратном цикле расширение происходит при более низком давлении, а сжатие — при более высоком. Поэтому работа сжатия больше работы расширения; эта работа совершается не рабочим телом, а внешними силами. Работа превратилась в хит. Поэтому в холодильнике рабочее тело забирает некоторое количество тепла Q1 у холодильника и передает большое количество тепла Q2 нагревателю.
Цикл Карно
В тепловых двигателях стремятся добиться наиболее полного преобразования тепловой энергии в механическую. Максимальная эффективность.
На этой диаграмме показан цикл, используемый в бензиновых карбюраторных двигателях и дизельных двигателях. В обоих случаях рабочей жидкостью является смесь паров бензина или дизельного топлива и воздуха. Цикл карбюраторного двигателя внутреннего сгорания состоит из двух изообъемных линий (1-2, 3-4) и двух адиабатических линий (2-3, 4-1). Рабочий цикл дизельного двигателя внутреннего сгорания состоит из двух изолированных линий (1-2, 3-4), изобарной линии (2-3) и изобарной линии (4-1). Фактический КПД карбюраторного двигателя составляет около 30%, а дизельного двигателя — около 40 %.
Французский физик С. Карно разработал принцип действия идеальной тепловой машины. Рабочие части двигателя Карно можно представить как поршень в газонаполненном цилиндре. Поскольку двигатель Карно является чисто теоретической машиной, т е идеальной машиной, то трение и теплопотери между поршнем и цилиндром считаются равными нулю. Механическая работа максимальна, если рабочее тело совершает цикл, состоящий из двух изотерм и двух адиабатических линий. Этот цикл называется циклом Карно.
Часть 1-2: Газ получает тепло Q1 от нагревателя и изотермически расширяется при температуре T1. Часть 2-3: Газ адиабатически расширяется, и температура падает до температуры холодильника T2. Часть 3-4: Газ экзотермически сжимается. При этом тепло Q2 передается части холодильника 4-1: газ адиабатически сжимается до повышения его температуры до Т1, а работа, совершаемая рабочим телом, равна площади результирующего графика 1234.
Функции этого двигателя следующие:
1. Во-первых, цилиндр контактирует с тепловым резервуаром, и идеальный газ расширяется при постоянной температуре. На этом этапе газ получает определенное количество тепла из теплового резервуара. 2. Затем цилиндр окружен идеальной изоляцией, поэтому тепло, имеющееся в газе, сохраняется, и газ продолжает расширяться до тех пор, пока его температура не упадет до температуры горячего и холодного резервуара. 3. На третьем этапе изоляционный слой удаляется, а газ в баллоне контактирует с хладаккумулятором и сжимается, тем самым передавая часть тепла хладаккумулятору. 4. Когда сжатие достигает определенной точки, цилиндр снова окружается изоляцией, и газ сжимается путем подъема поршня до тех пор, пока его температура не сравняется с температурой теплового резервуара. После этого снимите изоляцию и повторите цикл еще раз с первого этапа.
КПД цикла Карно не зависит от типа рабочего тела
для холодильных машин
В реальной тепловой машине невозможно создать условия, при которых ее рабочий цикл стал бы циклом Карно. Потому что процесс происходит быстрее, чем изотермические процессы, но не настолько быстро, чтобы быть адиабатическим.
Коэффициент полезного действия | Физика
Используя тот или иной механизм, мы всегда делаем больше, чем необходимо для достижения наших целей. Соответственно, различают законченную или расширенную работу Ас и полезную работу Ар. Например, если наша цель — поднять груз массы m на высоту h, то полезная работа — это работа, производимая просто за счет преодоления силы тяжести, действующей на груз. В случае равномерно поднятого груза, когда прилагаемая нами сила равна весу груза, эту работу можно найти следующим образом:
Если мы используем блоки или другие механизмы для подъема груза, то, кроме силы тяжести груза, мы должны преодолеть еще силу тяжести компонентов механизма, а также силы трения, действующие в механизме. Например, с подвижным блоком нам пришлось бы совершать дополнительную работу по подъему самого блока с помощью тросов и преодолению трения на оси блока. К тому же, хотя мы и выигрываем по силе, мы всегда проигрываем по ходу (подробно об этом будет сказано ниже), что тоже влияет на работу. Все это приводит к тому, что труд, который мы проводим, становится более полезным:
Полезная работа всегда составляет лишь малую часть всей работы, выполняемой людьми с помощью машин.
Физическая величина, представляющая собой долю полезной работы от общей затраченной работы, называется КПД механизма.
Сокращение слова «эффективность» — эффективность.
Чтобы узнать КПД механизма, необходимо полезную работу разделить на работу, затрачиваемую при использовании механизма.
кПД обычно выражается в процентах и обозначается греческой буквой эта (произносится «эта»):
Поскольку числитель Ap в этой формуле всегда меньше знаменателя Az, то КПД всегда меньше 1 (или 100%).
При проектировании механизмов стремятся к эффективности. Для этого нужно уменьшить трение на оси механизма и его массу. Если трение незначительно и масса используемого механизма незначительна по сравнению с массой поднимаемого груза, коэффициент полезного действия лишь немногим меньше 1. В этом случае затраченную работу можно считать примерно равной полезной работе:
Следует помнить, что победы на работе нельзя добиться с помощью простых механизмов.
Поскольку каждую работу в уравнении (24.3) можно выразить как произведение соответствующей силы на пройденное расстояние, уравнение можно переписать следующим образом:
Видно, что,
Выигрывая с помощью эффективной механики, мы по пути проигрываем столько же раз, и наоборот.
этот закон называют «золотым правилом» механики. Ее автором была Елена Александрийская, древнегреческий ученый, жившая в первом веке нашей эры существительное е.
Видео: Коэффициент полезного действия (КПД)
«Золотое правило» механики является приблизительным законом, поскольку не учитывает работу, совершаемую компонентами оборудования по преодолению трения и силы тяжести. Тем не менее, он очень полезен при анализе работы любого простого механизма.
Так, например, благодаря этому правилу мы можем сразу сказать, что рабочий, изображенный на рисунке 47, который при подъеме груза на 10 см получает удвоенную силу, должен опустить другой конец рычага на 20 см. То же самое происходит и с ситуацией, показанной на рисунке 58. Когда рука держащего веревку опускается на 20 см, груз, прикрепленный к подвижному блоку, поднимается всего на 10 см.
1. Почему работа, затраченная при использовании механизма, всегда становится полезнее? 2. Что такое эффективность механизма? 3. Может ли КПД этого механизма быть равен 1 (или 100%)? Почему? 4. Как повысить эффективность? 5. В чем состоит «золотое правило» механики? Кто его автор? 6. Приведите примеры, иллюстрирующие применение «золотого правила» механики при использовании различных простых механизмов.
Электрический ток и нагрузка
Вступает в силу закон Ома. Как я уже писал, это самый главный закон во всей электронике. Что такое лампочка? Это вольфрамовая проволока в вакуумной стеклянной колбе. Вольфрам — металл, поэтому он может проводить через себя электричество. Но самое интересное, что при определенном напряжении он нагревается и начинает светиться. То есть энергия подается в космос в виде тепла и излучения.
В холодном состоянии сопротивление вольфрамовой проволоки более чем в десять раз меньше, чем в горячем состоянии. Таким образом, лампочка действует как резистор в цепи. В этой статье я использую лампочку для визуального отображения нагрузки. Нагрузка – от слова «нагрузка». Источники питания не любят, когда их заставляют подавать энергию. Он любит работать без нагрузки 😉
Теперь давайте представим это с точки зрения гидравлики и механики.
У нас есть труба, в которой быстро течет вода. К трубе прикреплена поворотная платформа, похожая на водяное колесо. Лопасти поворотного стола вращают вал.
Эту картину я рисовала согласно всем догмам живописи: вид спереди, справа ее разрез.
Если к валу ничего не прикреплено, поток воды будет бурно течь по трубе и вращать колесо, которое, в свою очередь, раскручивает вал. Этот режим можно назвать режимом холостого хода водяного колеса, то есть режимом холостого хода.
Но что произойдет, если мы начнем использовать вращение оси в своих интересах? Например, мы используем муфту для соединения вала водяного колеса с валом небольшой мельницы?
Я думаю, многие из моих читателей сразу догадаются, что водяное колесо начнет замедляться, потому что мы заставим его работать. Наш вал больше не сможет крутиться на холостом ходу. Скорость будет медленнее. То есть в нашем случае на валу есть нагрузка. Что происходит с потоком воды в трубах? Это замедляет его, поскольку лопасти вала не позволяют воде спокойно течь по трубе. Поэтому общий расход воды в трубе будет меньше расхода до простоя шахты.
Что если загрузить шахту, чтобы поднять грузовой лифт?
Я думаю, что вся конструкция в мгновение ока превратится в деревянные сваи. То есть вал не может выдержать большую нагрузку. Если полностью закрыть диаметр трубы лопастями поворотного круга, поток жидкости полностью прекратится.
Приведем еще один пример для облегчения понимания. Все та же картина:
Допустим, мы прикрутим наждак к валу и снимем мотор с этой конструкции. Поэтому мы решили доработать кое-что.
Итак, какой результат мы получим? Если мы окажем очень небольшое давление на шлифовальный круг, шлифовальный круг начнет замедляться и вращаться с другой скоростью. Если мы нажмем на круг сильнее, скорость оси упадет еще больше. Если сила нашей оси достаточно слабая, мы можем добиться ситуации, когда, приложив сильное давление на круг, мы сможем полностью остановить ось. Тогда ничего не будет заточено…
Давайте снова вернемся на мини-фабрику
Что произойдет, если расход воды в трубе увеличить в несколько раз? Мельница крутилась так чертовски сильно, что могла сломаться! Что делать, если поток воды в трубе слабый? Конечно, мельница каждый час перемалывает одно-два зерна. Но опять же, при больших потоках мы легко поднимем лифт.
Вы меня понимаете? Все связано! Давление в трубе, расход жидкости и нагрузка.. все они взаимосвязаны.
Другие похожие показатели
Не все показатели, характеризующие эффективность энергетических процессов, подходят под приведенное выше описание. Даже если их традиционно или ошибочно называют «эффективностью», они могут иметь и другие свойства, особенно более 100 %.
КПД котлов
Основная статья: Тепловой баланс котла
Традиционно КПД котла рассчитывается не по низшей теплоте сгорания, предполагается, что влага продуктов сгорания уходит из котла в виде перегретого пара. В конденсационном котле эта влага конденсируется и тепло конденсации эффективно используется. При расчете эффективности на основе более низкой теплоты сгорания она может оказаться больше 1. В этом случае правильнее производить расчет с более высокой теплотой сгорания, учитывающей теплоту конденсации пара, однако производительность такого котла сложно сравнивать с данными других агрегатов.
Тепловые насосы и холодильные машины
Основная статья: Тепловые насосы и чиллеры
Преимуществом теплового насоса как отопительного устройства является его способность получать больше тепла, чем затрачивается при его работе энергии. Холодильная машина способна отвести от охлаждающего конца больше тепла, чем затрачено энергии на организацию процесса.
КПД машины
Где QX >> — тепло, полученное от холодного конца (холодопроизводительность холодильника, А — работа (или электроэнергия), затраченная в этом процессе).
Для тепловых насосов используется термин «коэффициент трансформации
Где QЛ> — теплота конденсации, передаваемая теплоносителю, А — работа (или электроэнергия), затрачиваемая при этом).
Холодильник обратного цикла Карно имеет лучшие показатели производительности: у него есть коэффициент полезного действия
Где ТГ>, ТХ>> — температуры К горячего и холодного концов. Очевидно, что эта величина может быть сколь угодно большой, хотя на практике к ней трудно приблизиться, коэффициент охлаждения может превышать 1. Это не противоречит первому началу термодинамики, поскольку помимо учета энергии А (например, электричества) в тепло Q преобразуется еще и энергия, полученная от источников холода.
Оцените эту статью: Похожие статьи
Циклы и роторы (математическое отступление). Как мы видели в пункте 1, работа электростатического поля равна интегралу от кривой, рассчитанной вдоль его траектории.
В области электроники и электроники решающую роль играют сварочные процессы. От крупных производственных линий до домашних проектов — пайка обеспечивает надежные соединения между необходимыми компонентами.
Расположение электродов требует применения устройства к следующим участкам тела: Нижние конечности: правая и левая ноги (черный и зеленый электроды соответственно); существовать.
Преобразователи частоты: виды, принцип работы, схема подключения Преобразователи частоты позволяют своим владельцам снизить энергопотребление и автоматизировать процессы управления оборудованием.
Любое современное промышленное производство немыслимо без использования ручного электроинструмента (электроинструмента). В эту категорию входят аксессуары для электробурения.
Читайте также статью: Изысканная красота и прочность: раковина в ванну из камня