La formula generale per l'efficienza. Cosa significa "coefficiente di prestazione"?

Il concetto di efficienza (COP) può essere applicato a un'ampia varietà di tipi di dispositivi e meccanismi, il cui funzionamento si basa sull'uso di qualsiasi risorsa. Quindi, se consideriamo l'energia utilizzata per il funzionamento del sistema come tale risorsa, il risultato di ciò dovrebbe essere considerato la quantità di lavoro utile svolto su questa energia.

In termini generali, la formula dell'efficienza può essere scritta come segue: n = A*100%/Q. In questa formula, il simbolo n è usato come designazione per l'efficienza, il simbolo A rappresenta la quantità di lavoro svolto e Q è la quantità di energia spesa. Allo stesso tempo, va sottolineato che l'unità di misura dell'efficienza è la percentuale. In teoria, il valore massimo di questo coefficiente è del 100%, ma in pratica è quasi impossibile ottenere un tale indicatore, poiché nel funzionamento di ciascun meccanismo sono presenti determinate perdite di energia.

Efficienza del motore

Il motore a combustione interna (ICE), che è uno dei componenti chiave del meccanismo di un'auto moderna, è anche una variante di un sistema basato sull'uso di una risorsa: benzina o gasolio. Pertanto, è possibile calcolarne il valore di efficienza.

Nonostante tutte le conquiste tecniche dell'industria automobilistica, l'efficienza standard dei motori a combustione interna rimane piuttosto bassa: a seconda delle tecnologie utilizzate nella progettazione del motore, può variare dal 25% al ​​60%. Ciò è dovuto al fatto che il funzionamento di un tale motore è associato a significative perdite di energia.

Pertanto, le maggiori perdite di efficienza del motore a combustione interna si verificano nel funzionamento del sistema di raffreddamento, che assorbe fino al 40% dell'energia generata dal motore. Una parte significativa dell'energia - fino al 25% - viene persa nel processo di rimozione dei gas di scarico, ovvero viene semplicemente trasportata nell'atmosfera. Infine, circa il 10% dell'energia generata dal motore va a vincere l'attrito tra le varie parti del motore a combustione interna.

Pertanto, i tecnici e gli ingegneri impiegati nell'industria automobilistica stanno compiendo sforzi significativi per migliorare l'efficienza dei motori riducendo le perdite in tutti gli elementi di cui sopra. Pertanto, la direzione principale degli sviluppi progettuali volti a ridurre le perdite legate al funzionamento del sistema di raffreddamento è associata ai tentativi di ridurre le dimensioni delle superfici attraverso le quali avviene il trasferimento di calore. La riduzione delle perdite nel processo di scambio dei gas avviene principalmente con l'utilizzo di un sistema di turbocompressione, e la riduzione delle perdite associate all'attrito avviene attraverso l'utilizzo di materiali più tecnologici e moderni nella progettazione del motore. Secondo gli esperti, l'uso di queste e altre tecnologie può aumentare l'efficienza dei motori a combustione interna a un livello dell'80% e oltre.

Informazioni teoriche di base

lavoro meccanico

Le caratteristiche energetiche del moto sono introdotte sulla base del concetto lavoro meccanico o forzato. Lavoro svolto da una forza costante F, è una quantità fisica uguale al prodotto dei moduli di forza e spostamento, moltiplicato per il coseno dell'angolo tra i vettori di forza F e spostamento S:

Il lavoro è una quantità scalare. Può essere positivo (0° ≤ α < 90°), так и отрицательна (90° < α ≤ 180°). In α = 90° il lavoro svolto dalla forza è zero. Nel sistema SI, il lavoro è misurato in joule (J). Un joule è uguale al lavoro svolto da una forza di 1 newton per spostarsi di 1 metro nella direzione della forza.

Se la forza cambia nel tempo, per trovare il lavoro, costruiscono un grafico della dipendenza della forza dallo spostamento e trovano l'area della figura sotto il grafico: questo è il lavoro:

Un esempio di forza il cui modulo dipende dalla coordinata (spostamento) è la forza elastica di una molla, che obbedisce alla legge di Hooke ( F est = kx).

Potenza

Viene chiamato il lavoro svolto da una forza per unità di tempo potenza. Potenza P(a volte indicato come N) è una quantità fisica uguale al rapporto di lavoro UN all'intervallo di tempo t durante il quale questo lavoro è stato completato:

Questa formula calcola potenza media, cioè. potenza generalmente caratterizzante il processo. Quindi il lavoro si può esprimere anche in termini di potenza: UN = pt(a meno che, ovviamente, non si conosca il potere e il tempo di fare il lavoro). L'unità di potenza è chiamata watt (W) o 1 joule al secondo. Se il moto è uniforme, allora:

Con questa formula possiamo calcolare potenza istantanea(potenza in un dato momento), se al posto della velocità sostituiamo nella formula il valore della velocità istantanea. Come sapere quale potere contare? Se l'attività richiede alimentazione in un determinato momento o in un determinato momento dello spazio, viene considerata istantanea. Se stai chiedendo della potenza in un certo periodo di tempo o in una sezione del percorso, cerca la potenza media.

Efficienza - fattore di efficienza, è uguale al rapporto tra lavoro utile e potenza spesa spesa o potenza utile:

Quale lavoro è utile e ciò che viene speso è determinato dalla condizione di un particolare compito dal ragionamento logico. Ad esempio, se una gru esegue il lavoro di sollevamento di un carico a una certa altezza, il lavoro di sollevamento del carico sarà utile (poiché la gru è stata creata per questo) e il lavoro svolto dal motore elettrico della gru sarà speso .

Quindi, il potere utile e quello speso non hanno una definizione rigida e si trovano con un ragionamento logico. In ogni compito, noi stessi dobbiamo determinare quale fosse in questo compito lo scopo di svolgere il lavoro (lavoro utile o potere) e qual era il meccanismo o il modo di svolgere tutto il lavoro (potere o lavoro speso).

Nel caso generale, l'efficienza mostra quanto efficientemente il meccanismo converte un tipo di energia in un altro. Se la potenza cambia nel tempo, il lavoro si trova come area della figura sotto il grafico della potenza rispetto al tempo:

Energia cinetica

Si chiama una quantità fisica pari alla metà del prodotto della massa del corpo per il quadrato della sua velocità energia cinetica del corpo (energia del movimento):

Cioè, se un'auto con una massa di 2000 kg si muove ad una velocità di 10 m/s, allora ha un'energia cinetica pari a e k \u003d 100 kJ ed è in grado di svolgere un lavoro di 100 kJ. Questa energia può trasformarsi in calore (quando l'auto frena, le gomme delle ruote, la strada e i dischi dei freni si riscaldano) o può essere spesa per deformare l'auto e la carrozzeria con cui l'auto si è scontrata (in un incidente). Quando si calcola l'energia cinetica, non importa dove si sta muovendo l'auto, poiché l'energia, come il lavoro, è una quantità scalare.

Un corpo ha energia se può lavorare. Ad esempio, un corpo in movimento ha energia cinetica, cioè l'energia del movimento ed è in grado di svolgere un lavoro per deformare i corpi o impartire accelerazione ai corpi con cui si verifica una collisione.

Il significato fisico dell'energia cinetica: per un corpo a riposo con massa m cominciò a muoversi a una velocità vè necessario fare un lavoro pari al valore di energia cinetica ottenuto. Se la massa corporea m muovendosi a una velocità v, quindi per fermarlo è necessario fare un lavoro pari alla sua energia cinetica iniziale. Durante la frenata, l'energia cinetica viene principalmente (salvo i casi di collisione, quando l'energia viene utilizzata per la deformazione) “portata via” dalla forza di attrito.

Teorema dell'energia cinetica: il lavoro della forza risultante è uguale alla variazione dell'energia cinetica del corpo:

Il teorema dell'energia cinetica vale anche nel caso generale in cui il corpo si muove sotto l'azione di una forza variabile, la cui direzione non coincide con la direzione del movimento. Conviene applicare questo teorema a problemi di accelerazione e decelerazione di un corpo.

Energia potenziale

Insieme all'energia cinetica o all'energia del movimento in fisica, il concetto gioca un ruolo importante energia potenziale o energia di interazione dei corpi.

L'energia potenziale è determinata dalla posizione reciproca dei corpi (ad esempio, la posizione del corpo rispetto alla superficie terrestre). Il concetto di energia potenziale può essere introdotto solo per forze il cui lavoro non dipende dalla traiettoria del corpo ed è determinato solo dalle posizioni iniziale e finale (il cosiddetto forze conservatrici). Il lavoro di tali forze su una traiettoria chiusa è zero. Questa proprietà è posseduta dalla forza di gravità e dalla forza di elasticità. Per queste forze possiamo introdurre il concetto di energia potenziale.

Energia potenziale di un corpo nel campo gravitazionale terrestre calcolato con la formula:

Il significato fisico dell'energia potenziale del corpo: l'energia potenziale è uguale al lavoro svolto dalla forza di gravità quando si abbassa il corpo al livello zero ( hè la distanza dal baricentro del corpo al livello zero). Se un corpo ha energia potenziale, allora è in grado di lavorare quando questo corpo cade da un'altezza h fino a zero. Il lavoro di gravità è uguale alla variazione dell'energia potenziale del corpo, presa con il segno opposto:

Spesso nei compiti per l'energia, devi trovare un lavoro per sollevare (girare, uscire dalla fossa) il corpo. In tutti questi casi è necessario considerare il movimento non del corpo stesso, ma solo del suo baricentro.

L'energia potenziale Ep dipende dalla scelta del livello zero, cioè dalla scelta dell'origine dell'asse OY. In ogni problema, per ragioni di convenienza, viene scelto il livello zero. Non è l'energia potenziale stessa ad avere un significato fisico, ma il suo cambiamento quando il corpo si sposta da una posizione all'altra. Questa modifica non dipende dalla scelta del livello zero.

Energia potenziale di una molla tesa calcolato con la formula:

dove: K- rigidità della molla. Una molla tesa (o compressa) è in grado di mettere in moto un corpo ad essa attaccato, cioè impartire energia cinetica a questo corpo. Pertanto, una tale sorgente ha una riserva di energia. Allunga o Compressione X deve essere calcolato dallo stato indeformato del corpo.

L'energia potenziale di un corpo elasticamente deformato è uguale al lavoro della forza elastica durante il passaggio da un dato stato a uno stato con deformazione zero. Se nello stato iniziale la molla era già deformata e il suo allungamento era uguale a X 1, quindi al passaggio a un nuovo stato con allungamento X 2, la forza elastica lavorerà uguale alla variazione di energia potenziale, assunta con segno opposto (poiché la forza elastica è sempre diretta contro la deformazione del corpo):

L'energia potenziale durante la deformazione elastica è l'energia dell'interazione delle singole parti del corpo tra loro da forze elastiche.

Il lavoro della forza di attrito dipende dalla distanza percorsa (questo tipo di forza il cui lavoro dipende dalla traiettoria e dalla distanza percorsa si chiama: forze dissipative). Il concetto di energia potenziale per la forza di attrito non può essere introdotto.

Efficienza

Fattore di efficienza (COP)- una caratteristica dell'efficienza di un sistema (dispositivo, macchina) in relazione alla conversione o trasferimento di energia. È determinato dal rapporto tra l'energia utile utilizzata e la quantità totale di energia ricevuta dal sistema (la formula è già stata data sopra).

L'efficienza può essere calcolata sia in termini di lavoro che in termini di potenza. Il lavoro utile e dispendioso (potere) è sempre determinato da un semplice ragionamento logico.

Nei motori elettrici, l'efficienza è il rapporto tra il lavoro meccanico svolto (utile) e l'energia elettrica ricevuta dalla sorgente. Nei motori termici, il rapporto tra lavoro meccanico utile e quantità di calore consumato. Nei trasformatori elettrici, il rapporto tra l'energia elettromagnetica ricevuta nell'avvolgimento secondario e l'energia consumata dall'avvolgimento primario.

Per la sua generalità, il concetto di efficienza permette di confrontare e valutare da un punto di vista unificato sistemi diversi come reattori nucleari, generatori e motori elettrici, centrali termiche, dispositivi a semiconduttore, oggetti biologici, ecc.

A causa delle inevitabili perdite di energia dovute all'attrito, al riscaldamento dei corpi circostanti, ecc. L'efficienza è sempre inferiore all'unità. Di conseguenza, l'efficienza è espressa come una frazione dell'energia spesa, cioè come frazione propria o come percentuale, ed è una quantità adimensionale. L'efficienza caratterizza l'efficienza di funzionamento di una macchina o di un meccanismo. L'efficienza delle centrali termiche raggiunge il 35-40%, motori a combustione interna con sovralimentazione e preraffreddamento - 40-50%, dinamo e generatori di alta potenza - 95%, trasformatori - 98%.

Il compito in cui devi trovare l'efficienza o è noto, devi iniziare con un ragionamento logico: quale lavoro è utile e cosa viene speso.

Legge di conservazione dell'energia meccanica

piena energia meccanica la somma di energia cinetica (cioè l'energia del movimento) e potenziale (cioè l'energia dell'interazione dei corpi da parte delle forze di gravità ed elasticità) è chiamata:

Se l'energia meccanica non passa in altre forme, ad esempio nell'energia interna (termica), la somma dell'energia cinetica e potenziale rimane invariata. Se l'energia meccanica viene convertita in energia termica, allora la variazione dell'energia meccanica è uguale al lavoro della forza di attrito o delle perdite di energia, o alla quantità di calore rilasciata, e così via, in altre parole, la variazione dell'energia meccanica totale è uguale al lavoro delle forze esterne:

La somma delle energie cinetiche e potenziali dei corpi che compongono un sistema chiuso (cioè in cui non agiscono forze esterne e il loro lavoro è rispettivamente pari a zero) e interagenti tra loro da forze gravitazionali e forze elastiche, Rimane invariato:

Questa affermazione esprime legge di conservazione dell'energia (LSE) nei processi meccanici. È una conseguenza delle leggi di Newton. La legge di conservazione dell'energia meccanica si realizza solo quando i corpi in un sistema chiuso interagiscono tra loro da forze di elasticità e gravità. In tutti i problemi sulla legge di conservazione dell'energia ci saranno sempre almeno due stati del sistema dei corpi. La legge dice che l'energia totale del primo stato sarà uguale all'energia totale del secondo stato.

Algoritmo per la risoluzione di problemi sulla legge di conservazione dell'energia:

1. Trova i punti della posizione iniziale e finale del corpo.
2. Scrivi quali o quali energie ha il corpo in questi punti.
3. Uguagliare l'energia iniziale e finale del corpo.
4. Aggiungi altre equazioni necessarie dai precedenti argomenti di fisica.
5. Risolvi l'equazione o il sistema di equazioni risultante usando metodi matematici.

È importante notare che la legge di conservazione dell'energia meccanica ha permesso di ottenere una connessione tra le coordinate e le velocità del corpo in due diversi punti della traiettoria senza analizzare la legge del moto del corpo in tutti i punti intermedi. L'applicazione della legge di conservazione dell'energia meccanica può semplificare notevolmente la soluzione di molti problemi.

In condizioni reali, quasi sempre i corpi in movimento, insieme alle forze gravitazionali, elastiche e altre forze, sono influenzati da forze di attrito o forze di resistenza del mezzo. Il lavoro della forza di attrito dipende dalla lunghezza del percorso.

Se le forze di attrito agiscono tra i corpi che compongono un sistema chiuso, l'energia meccanica non viene conservata. Parte dell'energia meccanica viene convertita in energia interna dei corpi (riscaldamento). Pertanto, l'energia nel suo insieme (cioè non solo l'energia meccanica) viene comunque conservata.

In qualsiasi interazione fisica, l'energia non sorge e non scompare. Cambia solo da una forma all'altra. Questo fatto sperimentalmente stabilito esprime la legge fondamentale della natura - legge di conservazione e trasformazione dell'energia.

Una delle conseguenze della legge di conservazione e trasformazione dell'energia è l'affermazione che è impossibile creare una "macchina a moto perpetuo" (perpetuum mobile) - una macchina che potrebbe funzionare indefinitamente senza consumare energia.

Compiti di lavoro vari

Se hai bisogno di trovare un lavoro meccanico nel problema, seleziona prima il metodo per trovarlo:

1. I lavori possono essere trovati utilizzando la formula: UN = FS cos α . Trova la forza che fa il lavoro e la quantità di spostamento del corpo sotto l'azione di questa forza nel sistema di riferimento selezionato. Si noti che l'angolo deve essere scelto tra i vettori forza e spostamento.
2. Il lavoro di una forza esterna può essere trovato come differenza tra l'energia meccanica nella situazione finale e quella iniziale. L'energia meccanica è uguale alla somma delle energie cinetiche e potenziali del corpo.
3. Il lavoro svolto per sollevare un corpo a velocità costante può essere trovato dalla formula: UN = mgh, dove h- l'altezza a cui si eleva baricentro del corpo.
4. Il lavoro può essere trovato come il prodotto della potenza e del tempo, cioè secondo la formula: UN = pt.
5. Il lavoro può essere trovato come l'area di una figura sotto un grafico di forza rispetto allo spostamento o potenza rispetto al tempo.

La legge di conservazione dell'energia e la dinamica del moto rotatorio

I compiti di questo argomento sono matematicamente abbastanza complessi, ma con la conoscenza dell'approccio vengono risolti secondo un algoritmo completamente standard. In tutti i problemi dovrai considerare la rotazione del corpo sul piano verticale. La soluzione sarà ridotta alla seguente sequenza di azioni:

1. È necessario determinare il punto di interesse per te (il punto in cui è necessario determinare la velocità del corpo, la forza della tensione del filo, il peso e così via).
2. Scrivi a questo punto la seconda legge di Newton, dato che il corpo ruota, cioè ha accelerazione centripeta.
3. Scrivi la legge di conservazione dell'energia meccanica in modo che contenga la velocità del corpo in quel punto molto interessante, così come le caratteristiche dello stato del corpo in qualche stato di cui si sa qualcosa.
4. A seconda della condizione, esprimi la velocità al quadrato da un'equazione e sostituiscila in un'altra.
5. Eseguire il resto delle operazioni matematiche necessarie per ottenere il risultato finale.

Quando risolvi i problemi, ricorda che:

• La condizione per il passaggio del punto superiore durante la rotazione sui fili ad una velocità minima è la forza di reazione del supporto N nel punto più alto è 0. La stessa condizione è soddisfatta quando si passa attraverso il punto più alto del ciclo morto.
• Quando si ruota su un'asta, la condizione per passare l'intero cerchio è: la velocità minima nel punto più alto è 0.
• La condizione per la separazione del corpo dalla superficie della sfera è che la forza di reazione del supporto nel punto di separazione sia zero.

Collisioni anelastiche

La legge di conservazione dell'energia meccanica e la legge di conservazione della quantità di moto consentono di trovare soluzioni a problemi meccanici nei casi in cui le forze agenti sono sconosciute. Un esempio di tali problemi è l'interazione di impatto dei corpi.

Impatto (o collisione)È consuetudine chiamare l'interazione a breve termine dei corpi, a seguito della quale le loro velocità subiscono cambiamenti significativi. Durante la collisione dei corpi, tra loro agiscono forze d'urto a breve termine, la cui entità, di regola, è sconosciuta. Pertanto, è impossibile considerare l'interazione dell'impatto direttamente con l'aiuto delle leggi di Newton. L'applicazione delle leggi di conservazione dell'energia e della quantità di moto consente in molti casi di escludere dalla considerazione il processo di collisione e di ottenere una relazione tra le velocità dei corpi prima e dopo l'urto, aggirando tutti i valori intermedi di queste quantità.

Si ha spesso a che fare con l'interazione d'impatto dei corpi nella vita quotidiana, nella tecnologia e nella fisica (soprattutto nella fisica dell'atomo e delle particelle elementari). In meccanica, vengono spesso utilizzati due modelli di interazione di impatto: impatti assolutamente elastici e assolutamente anelastici.

Impatto assolutamente anelastico Si chiama tale interazione shock, in cui i corpi sono collegati (si attaccano) l'uno all'altro e si muovono come un unico corpo.

In un impatto perfettamente anelastico, l'energia meccanica non viene conservata. Passa parzialmente o completamente nell'energia interna dei corpi (riscaldamento). Per descrivere eventuali impatti, è necessario annotare sia la legge di conservazione della quantità di moto che la legge di conservazione dell'energia meccanica, tenendo conto del calore rilasciato (è altamente desiderabile disegnare in anticipo un disegno).

Impatto assolutamente elastico

Impatto assolutamente elastico Si chiama urto in cui si conserva l'energia meccanica di un sistema di corpi. In molti casi, le collisioni di atomi, molecole e particelle elementari obbediscono alle leggi dell'impatto assolutamente elastico. Con un impatto assolutamente elastico, insieme alla legge di conservazione della quantità di moto, viene soddisfatta la legge di conservazione dell'energia meccanica. Un semplice esempio di collisione perfettamente elastica sarebbe l'impatto centrale di due palle da biliardo, una delle quali era ferma prima della collisione.

pugno centrale palle è chiamata collisione, in cui le velocità delle palle prima e dopo l'impatto sono dirette lungo la linea dei centri. Quindi, usando le leggi di conservazione dell'energia meccanica e della quantità di moto, è possibile determinare le velocità delle sfere dopo l'urto, se le loro velocità prima dell'urto sono note. L'impatto centrale si realizza molto raramente nella pratica, specialmente quando si tratta di collisioni di atomi o molecole. Nell'urto elastico non centrale, le velocità delle particelle (palline) prima e dopo l'urto non sono dirette lungo la stessa linea retta.

Un caso speciale di impatto elastico non centrale è l'urto di due palle da biliardo della stessa massa, una delle quali era immobile prima dell'urto, e la velocità della seconda non era diretta lungo la linea dei centri delle palle. In questo caso, i vettori di velocità delle sfere dopo l'urto elastico sono sempre diretti tra loro perpendicolarmente.

Leggi di conservazione. Compiti difficili

Più corpi

In alcuni compiti sulla legge di conservazione dell'energia, i cavi con cui si muovono alcuni oggetti possono avere massa (cioè non essere privi di peso, come potresti essere già abituato). In questo caso, deve essere preso in considerazione anche il lavoro di spostamento di tali cavi (vale a dire, i loro baricentro).

Se due corpi collegati da un'asta senza peso ruotano su un piano verticale, allora:

1. scegliere un livello zero per calcolare l'energia potenziale, ad esempio al livello dell'asse di rotazione o al livello del punto più basso in cui si trova uno dei carichi e fare un disegno;
2. si scrive la legge di conservazione dell'energia meccanica, in cui sul lato sinistro è scritta la somma delle energie cinetiche e potenziali di entrambi i corpi nella situazione iniziale, e la somma delle energie cinetiche e potenziali di entrambi i corpi nella situazione finale è scritto sul lato destro;
3. tenere conto che le velocità angolari dei corpi sono le stesse, quindi le velocità lineari dei corpi sono proporzionali ai raggi di rotazione;
4. se necessario, annota la seconda legge di Newton per ciascuno dei corpi separatamente.

Esplosione di proiettili

In caso di scoppio di un proiettile, viene rilasciata energia esplosiva. Per trovare questa energia, è necessario sottrarre l'energia meccanica del proiettile prima dell'esplosione dalla somma delle energie meccaniche dei frammenti dopo l'esplosione. Utilizzeremo anche la legge di conservazione della quantità di moto, scritta sotto forma del teorema del coseno (metodo vettoriale) o sotto forma di proiezioni su assi selezionati.

Collisioni con un piatto pesante

Lasciate andare verso un piatto pesante che si muove a velocità v, una leggera palla di massa si muove m con velocità tu n. Poiché la quantità di moto della palla è molto inferiore alla quantità di moto della piastra, la velocità della piastra non cambierà dopo l'impatto e continuerà a muoversi alla stessa velocità e nella stessa direzione. A causa dell'impatto elastico, la palla volerà via dal piatto. Qui è importante capirlo la velocità della palla rispetto al piatto non cambierà. In questo caso, per la velocità finale della pallina otteniamo:

Pertanto, la velocità della palla dopo l'impatto è aumentata del doppio della velocità del muro. Un ragionamento simile per il caso in cui la palla e il piatto si stavano muovendo nella stessa direzione prima dell'impatto porta al risultato che la velocità della palla è ridotta del doppio della velocità del muro:

In fisica e matematica, tra le altre cose, devono essere soddisfatte tre condizioni essenziali:

1. Studia tutti gli argomenti e completa tutti i test e i compiti forniti nei materiali di studio su questo sito. Per fare questo, non è necessario nulla, ovvero: dedicare dalle tre alle quattro ore al giorno alla preparazione per la TC in fisica e matematica, allo studio della teoria e alla risoluzione dei problemi. Il fatto è che il CT è un esame in cui non basta solo conoscere la fisica o la matematica, bisogna anche essere in grado di risolvere velocemente e senza fallimenti un gran numero di problemi su vari argomenti e di varia complessità. Quest'ultimo può essere appreso solo risolvendo migliaia di problemi.
2. Impara tutte le formule e le leggi in fisica e le formule e i metodi in matematica. In effetti, è anche molto semplice farlo, ci sono solo circa 200 formule necessarie in fisica e anche un po' meno in matematica. In ciascuna di queste materie esistono circa una dozzina di metodi standard per risolvere problemi di un livello base di complessità, che possono anche essere appresi, e quindi, in modo completamente automatico e senza difficoltà, risolvere la maggior parte della trasformazione digitale al momento giusto. Dopodiché, dovrai solo pensare ai compiti più difficili.
3. Partecipa a tutte e tre le fasi dei test di prova in fisica e matematica. Ogni RT può essere visitata due volte per risolvere entrambe le opzioni. Anche in questo caso, sul DT, oltre alla capacità di risolvere problemi in modo rapido ed efficiente e alla conoscenza di formule e metodi, è necessario anche essere in grado di pianificare correttamente i tempi, distribuire le forze e, soprattutto, compilare correttamente il modulo di risposta , senza confondere né il numero di risposte e compiti, né il proprio cognome. Inoltre, durante il RT, è importante abituarsi allo stile di porre domande nei compiti, che possono sembrare molto insoliti per una persona impreparata sul DT.

L'attuazione riuscita, diligente e responsabile di questi tre punti ti consentirà di mostrare un risultato eccellente sulla TC, il massimo di ciò di cui sei capace.

Trovato un errore?

Se, come ti sembra, hai trovato un errore nei materiali di formazione, scrivilo per posta. Puoi anche scrivere dell'errore sul social network (). Nella lettera indica la materia (fisica o matematica), il nome o il numero dell'argomento o della prova, il numero del compito, o la posizione nel testo (pagina) dove, secondo te, c'è un errore. Descrivi anche qual è il presunto errore. La tua lettera non passerà inosservata, l'errore verrà corretto o ti verrà spiegato perché non è un errore.

È noto che una macchina a moto perpetuo è impossibile. Ciò è dovuto al fatto che per qualsiasi meccanismo l'affermazione è vera: il lavoro totale svolto con l'aiuto di questo meccanismo (compreso il riscaldamento del meccanismo e dell'ambiente, per vincere la forza di attrito) è sempre più utile.

Ad esempio, più della metà del lavoro di un motore a combustione interna viene sprecato per riscaldare i componenti del motore; parte del calore viene portato via dai gas di scarico.

Spesso è necessario valutare l'efficacia del meccanismo, la fattibilità del suo utilizzo. Pertanto, per calcolare quale parte del lavoro svolto viene sprecata e quale parte utile, viene introdotta una apposita grandezza fisica che mostra l'efficienza del meccanismo.

Questo valore è chiamato efficienza del meccanismo

L'efficienza di un meccanismo è uguale al rapporto tra lavoro utile e lavoro totale. Ovviamente, l'efficienza è sempre inferiore all'unità. Questo valore è spesso espresso in percentuale. Di solito è indicato dalla lettera greca η (leggi "questo"). L'efficienza è abbreviata in efficienza.

η \u003d (A_full / A_utile) * 100%,

dove η efficienza, A_pieno lavoro completo, A_utile lavoro utile.

Tra i motori, il motore elettrico ha la più alta efficienza (fino al 98%). Efficienza dei motori a combustione interna 20% - 40%, turbina a vapore circa 30%.

Nota che per aumentando l'efficienza del meccanismo spesso cercano di ridurre la forza di attrito. Questo può essere fatto utilizzando vari lubrificanti o cuscinetti a sfere in cui l'attrito radente è sostituito dall'attrito volvente.

Esempi di calcolo dell'efficienza

Considera un esempio. Un ciclista con una massa di 55 kg si arrampica su una collina con una massa di 5 kg, la cui altezza è di 10 m, facendo 8 kJ di lavoro. Trova l'efficienza della bici. L'attrito volvente delle ruote sulla strada non viene preso in considerazione.

Soluzione. Trova la massa totale della bicicletta e del ciclista:

m = 55 kg + 5 kg = 60 kg

Troviamo il loro peso totale:

P = mg = 60 kg * 10 N/kg = 600 N

Trova il lavoro svolto sul sollevamento della bici e del ciclista:

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

Troviamo l'efficienza della bici:

A_pieno / A_utile * 100% = 6 kJ / 8 kJ * 100% = 75%

Risposta: L'efficienza della bicicletta è del 75%.

Consideriamo un altro esempio. Un corpo di massa m è sospeso all'estremità del braccio di leva. Una forza verso il basso F viene applicata all'altro braccio e la sua estremità viene abbassata di h. Trova quanto è salito il corpo se l'efficienza della leva è η%.

Soluzione. Trova il lavoro svolto dalla forza F:

η % di questo lavoro viene eseguito per sollevare un corpo di massa m. Pertanto, per sollevare il corpo è stato speso Fhη / 100. Poiché il peso del corpo è pari a mg, il corpo è salito a un'altezza di Fhη / 100 / mg.

È noto che l'energia elettrica viene trasmessa su lunghe distanze a tensioni superiori al livello utilizzato dai consumatori. L'uso di trasformatori è necessario per convertire le tensioni ai valori richiesti, aumentare la qualità del processo di trasmissione della potenza e anche ridurre le perdite risultanti.

Descrizione e principio di funzionamento del trasformatore

Un trasformatore è un apparato per abbassare o aumentare la tensione, cambiare il numero di fasi e, in rari casi, cambiare la frequenza di una corrente alternata.

Esistono i seguenti tipi di dispositivi:

• potenza;
• misurare;
• bassa potenza;
• impulso;
• trasformatori di picco.

L'apparato statico è costituito dai seguenti elementi strutturali principali: due (o più) avvolgimenti e un circuito magnetico, detto anche nucleo. Nei trasformatori, la tensione viene applicata all'avvolgimento primario e il secondario viene rimosso già nella forma convertita. Gli avvolgimenti sono accoppiati induttivamente, per mezzo di un campo magnetico nel nucleo.

Insieme ad altri convertitori, i trasformatori hanno un fattore di efficienza (abbreviato - efficienza), con un simbolo. Questo rapporto è il rapporto tra l'energia effettivamente utilizzata e l'energia consumata dal sistema. Può anche essere espresso come il rapporto tra la potenza consumata dal carico e il dispositivo consumato dalla rete. L'efficienza si riferisce a uno dei parametri fondamentali che caratterizzano l'efficienza del lavoro svolto dal trasformatore.

Tipi di perdite in un trasformatore

Il processo di trasferimento dell'elettricità dall'avvolgimento primario al secondario è accompagnato da perdite. Per questo motivo, non tutta l'energia viene trasferita, ma la maggior parte di essa.

Il design del dispositivo non prevede parti rotanti, a differenza di altre macchine elettriche. Questo spiega l'assenza di perdite meccaniche in esso.

Quindi, il dispositivo ha le seguenti perdite:

• elettrico, in avvolgimenti di rame;
• magnetico, con anima in acciaio.

Diagramma dell'energia e legge di conservazione dell'energia

Il principio di funzionamento del dispositivo può essere schematicamente mostrato sotto forma di un diagramma energetico, come mostrato nell'immagine 1. Il diagramma riflette il processo di trasferimento di energia, durante il quale si formano perdite elettriche e magnetiche. .

Secondo il diagramma, la formula per determinare la potenza effettiva P 2 è la seguente:

P 2 \u003d P 1 -ΔP el1 -ΔP el2 -ΔP m (1)

dove P 2 è utile e P 1 è la potenza consumata dal dispositivo dalla rete.

Indicando le perdite totali ΔP, la legge di conservazione dell'energia sarà simile a: P 1 = ΔP + P 2 (2)

Si può vedere da questa formula che P 1 viene speso per P 2 e anche per le perdite totali ΔP. Quindi, l'efficienza del trasformatore si ottiene come rapporto tra la potenza di uscita (utile) e la potenza consumata (il rapporto tra P 2 e P 1).

Determinazione dell'efficienza

Con la precisione richiesta per il calcolo del dispositivo, si possono ricavare dalla tabella n. 1 valori pre-derivati ​​dell'efficienza:

Come indicato in tabella, il valore del parametro dipende direttamente dalla potenza totale.

Determinazione dell'efficienza mediante misurazione diretta

La formula per il calcolo dell'efficienza può essere rappresentata in diversi modi:

Questa espressione riflette chiaramente che il valore dell'efficienza del trasformatore non è superiore a uno e nemmeno uguale ad esso.

La seguente espressione definisce il valore della potenza netta:

P 2 \u003d U 2 * J 2 * cosφ 2, (4)

dove U 2 e J 2 sono la tensione secondaria e la corrente di carico e cosφ 2 è il fattore di potenza, il cui valore dipende dal tipo di carico.

Poiché P 1 =ΔP+P 2 , la formula (3) assume la forma seguente:

Le perdite elettriche dell'avvolgimento primario ΔP el1n dipendono dal quadrato dell'intensità della corrente che vi scorre. Quindi dovrebbero essere definiti in questo modo:

(6)

Nel suo turno:

(7)

dove r mp è la resistenza attiva dell'avvolgimento.

Poiché il funzionamento dell'apparato elettromagnetico non è limitato alla modalità nominale, la determinazione del grado di carico di corrente richiede l'uso di un fattore di carico, che è pari a:

β=J 2 /J 2n, (8)

dove J 2n è la corrente nominale dell'avvolgimento secondario.

Da qui, scriviamo espressioni per determinare la corrente dell'avvolgimento secondario:

J 2 \u003d β * J 2n (9)

Se sostituiamo questa uguaglianza nella formula (5), otteniamo la seguente espressione:

Si noti che GOST consiglia di determinare il valore di efficienza utilizzando l'ultima espressione.

Riassumendo le informazioni presentate, notiamo che è possibile determinare l'efficienza di un trasformatore dai valori della potenza degli avvolgimenti primari e secondari dell'apparato in modalità nominale.

Determinazione dell'efficienza con metodo indiretto

A causa degli elevati valori di efficienza, che possono essere pari o superiori al 96%, nonché del metodo antieconomico delle misurazioni dirette, non è possibile calcolare il parametro con un elevato grado di accuratezza. Pertanto, la sua determinazione viene solitamente effettuata con un metodo indiretto.

Riassumendo tutte le espressioni ottenute, otteniamo la seguente formula per calcolare l'efficienza:

η \u003d (P 2 / P 1) + ΔP m + ΔP el1 + ΔP el2, (11)

Riassumendo, va notato che un indicatore ad alta efficienza indica il funzionamento efficiente dell'apparato elettromagnetico. Le perdite negli avvolgimenti e nell'anima in acciaio, secondo GOST, sono determinate durante un esperimento, o un cortocircuito, e le misure volte a ridurle aiuteranno a raggiungere i massimi valori possibili di efficienza, che è ciò di cui hai bisogno lottare per.

Efficienza (efficienza) - una caratteristica dell'efficienza di un sistema (dispositivo, macchina) in relazione alla conversione o al trasferimento di energia. È determinato dal rapporto tra l'energia utile utilizzata e la quantità totale di energia ricevuta dal sistema; solitamente indicato con η ("questo"). η = Wpol/Wcym. L'efficienza è una quantità adimensionale e spesso viene misurata in percentuale. Matematicamente, la definizione di efficienza può essere scritta come:

X 100%

dove MA- lavoro utile, e Q- energia sprecata.

In virtù della legge di conservazione dell'energia, il rendimento è sempre inferiore all'unità o uguale ad essa, cioè è impossibile ottenere un lavoro più utile dell'energia spesa.

Efficienza del motore termico- il rapporto tra il perfetto lavoro utile del motore e l'energia ricevuta dal riscaldatore. L'efficienza di un motore termico può essere calcolata utilizzando la seguente formula

,

dove - la quantità di calore ricevuta dal riscaldatore, - la quantità di calore fornita al frigorifero. La più alta efficienza tra le macchine cicliche che operano a determinate temperature termali T 1 e freddo T 2, far funzionare motori termici a ciclo di Carnot; questa efficienza limitante è uguale a

.

Non tutti gli indicatori che caratterizzano l'efficienza dei processi energetici corrispondono a quanto sopra descritto. Anche se sono tradizionalmente o erroneamente chiamati "", possono avere altre proprietà, in particolare, superare il 100%.

efficienza della caldaia

Articolo principale: Bilancio termico caldaia

Il rendimento delle caldaie a combustibili fossili è tradizionalmente calcolato dal potere calorifico netto; si presume che l'umidità dei prodotti della combustione esca dalla caldaia sotto forma di vapore surriscaldato. Nelle caldaie a condensazione, questa umidità viene condensata, il calore di condensazione viene utilmente utilizzato. Quando si calcola il rendimento in base al potere calorifico inferiore, può eventualmente risultare essere più di uno. In questo caso sarebbe più corretto considerarlo in funzione del potere calorifico lordo, che tiene conto del calore di condensazione del vapore; tuttavia, le prestazioni di una tale caldaia sono difficili da confrontare con i dati di altre installazioni.

Pompe di calore e chiller

Il vantaggio delle pompe di calore come tecnica di riscaldamento è la capacità a volte di ricevere più calore dell'energia spesa per il loro lavoro; allo stesso modo, una macchina di refrigerazione può rimuovere più calore dall'estremità raffreddata di quanto viene speso per organizzare il processo.

L'efficienza di tali motori termici è caratterizzata da coefficiente di performance(per refrigeratori) o rapporto di trasformazione(per pompe di calore)

,

dov'è il calore prelevato dall'estremità fredda (nelle macchine frigorifere) o ceduto all'estremità calda (nelle pompe di calore); - il lavoro (o l'elettricità) speso per questo processo. I migliori indicatori di prestazione per tali macchine hanno il ciclo di Carnot inverso: in esso il coefficiente di prestazione

,

dove , sono le temperature delle estremità calde e fredde, . Questo valore, ovviamente, può essere arbitrariamente grande; sebbene in pratica sia difficile avvicinarsi, il coefficiente di prestazione può comunque superare l'unità. Ciò non contraddice la prima legge della termodinamica, poiché, oltre all'energia presa in considerazione UN(es. elettrico), in calore Q c'è anche energia prelevata da una fonte fredda.

Letteratura

• Peryshkin AV Fisica. 8 ° grado. - Otarda, 2005. - 191 p. - 50.000 copie. - ISBN 5-7107-9459-7.

Appunti

Fondazione Wikimedia. 2010.

Sinonimi:

• TurboPascal
• efficienza

Guarda cos'è "" in altri dizionari:

efficienza- Il rapporto tra la potenza in uscita e la potenza attiva consumata. [OST 45.55 99] coefficiente di efficienza Efficienza Un valore che caratterizza la perfezione dei processi di trasformazione, trasformazione o trasferimento di energia, che è il rapporto tra utile ... ... Manuale tecnico del traduttore

EFFICIENZA- o coefficiente di rendimento (Efficienza) - una caratteristica della qualità del lavoro di qualsiasi macchina o apparato dal lato della sua efficienza. Per KPD si intende il rapporto tra la quantità di lavoro ricevuta dalla macchina o l'energia dal dispositivo e quella quantità ... ... Dizionario Marino

EFFICIENZA- (efficienza), indicatore dell'efficacia del meccanismo, definito come rapporto tra il lavoro svolto dal meccanismo e il lavoro speso per il suo funzionamento. efficienza solitamente espresso in percentuale. Un meccanismo ideale dovrebbe avere efficienza = ... ... Dizionario enciclopedico scientifico e tecnico

EFFICIENZA Enciclopedia moderna

EFFICIENZA- (efficienza) caratteristica dell'efficienza del sistema (dispositivo, macchina) in relazione alla conversione di energia; è determinato dal rapporto tra l'energia utile utilizzata (trasformata in lavoro in un processo ciclico) rispetto alla quantità totale di energia, ... ... Grande dizionario enciclopedico

EFFICIENZA- (efficienza), caratteristica dell'efficienza di un sistema (dispositivo, macchina) in relazione alla conversione o trasferimento di energia; è determinato dal rapporto tra t) energia utile utilizzata (Wpol) e la quantità totale di energia (Wtotal) ricevuta dal sistema; h=Wpol… … Enciclopedia fisica

EFFICIENZA- (efficienza) il rapporto tra l'energia utile W p, ad esempio. sotto forma di lavoro, alla quantità totale di energia W ricevuta dal sistema (macchina o motore), W p / W. A causa delle inevitabili perdite di energia dovute all'attrito e ad altri processi di non equilibrio per i sistemi reali ... ... Enciclopedia fisica

EFFICIENZA- il rapporto tra lavoro utile speso o energia ricevuta e tutto il lavoro speso o energia consumata, rispettivamente. Ad esempio, l'efficienza del motore elettrico è il rapporto di mechan. la potenza che danno all'energia elettrica ad essa fornita. potenza; A.… … Dizionario tecnico ferroviario

efficienza- sostantivo, numero di sinonimi: 8 efficienza (4) ritorno (27) fecondità (10) ... Dizionario dei sinonimi

Efficienza- - un valore che caratterizza la perfezione di qualsiasi sistema in relazione a qualsiasi processo di trasformazione o trasferimento di energia che si verifica in esso, definito come il rapporto tra lavoro utile e lavoro impiegato per la sua realizzazione. ... ... Enciclopedia di termini, definizioni e spiegazioni dei materiali da costruzione

Efficienza- (efficienza), una caratteristica numerica dell'efficienza energetica di qualsiasi dispositivo o macchina (compreso un motore termico). L'efficienza è determinata dal rapporto tra l'energia utile utilizzata (cioè convertita in lavoro) e la quantità totale di energia, ... ... Dizionario enciclopedico illustrato