Математически определение КПД может быть записано в виде:

где А - полезная работа (энергия), а Q - затраченная энергия.

Если КПД выражается в процентах, то он вычисляется по формуле:

где Q X {\displaystyle Q_{\mathrm {X} }} - тепло, отбираемое от холодного конца (в холодильных машинах холодопроизводительность); A {\displaystyle A}

Для тепловых насосов используют термин коэффициент трансформации

где Q Γ {\displaystyle Q_{\Gamma }} - тепло конденсации, передаваемое теплоносителю; A {\displaystyle A} - затрачиваемая на этот процесс работа (или электроэнергия).

В идеальной машине Q Γ = Q X + A {\displaystyle Q_{\Gamma }=Q_{\mathrm {X} }+A} , отсюда для идеальной машины ε Γ = ε X + 1 {\displaystyle \varepsilon _{\Gamma }=\varepsilon _{\mathrm {X} }+1}

Коэффициент полезного действия показывает отношение пригодной работы, которая выполняется механизмом либо устройством, к затраченной. Зачастую за затраченную работу принимают число энергии, которое потребляет устройство для того, дабы исполнить работу.

Вам понадобится

• – автомобиль;
• – термометр;
• – калькулятор.

Инструкция

2. При расчете КПД теплового мотора, пригодной работой считайте механическую работу, исполненную механизмом. За затраченную работу берите число теплоты, выделяемое сгоревшим топливом, которое является источником энергии для мотора.

3. Пример. Средняя сила тяги мотора автомобиля составляет 882 Н. На 100 км пути он потребляет 7 кг бензина. Определите КПД его мотора. Вначале обнаружьте пригодную работу. Она равна произведению силы F на расстояние S, преодолеваемое телом под ее воздействием Ап=F?S. Определите число теплоты, которое выделится при сжигании 7 кг бензина, это и будет затраченная работа Аз=Q=q?m, где q – удельная теплота сгорания топлива, для бензина она равна 42?10^6 Дж/кг, а m – масса этого топлива. КПД мотора будет равен КПД=(F?S)/(q?m)?100%= (882?100000)/(42?10^6?7)?100%=30%.

4. В всеобщем случае дабы обнаружить КПД, всякий тепловой машины (мотора внутреннего сгорания, парового мотора, турбины и т.д.), где работа выполняется газом, имеет показатель полезного действия равный разности теплоты отданной нагревателем Q1 и полученной холодильником Q2, обнаружьте разность теплоты нагревателя и холодильника, и поделите на теплоту нагревателя КПД= (Q1-Q2)/Q1. Тут КПД измеряется в дольных единицах от 0 до 1, дабы перевести итог в проценты, умножьте его на 100.

5. Дабы получить КПД безукоризненной тепловой машины (машины Карно), обнаружьте отношение разности температур нагревателя Т1 и холодильника Т2 к температуре нагревателя КПД=(Т1-Т2)/Т1. Это предельно допустимый КПД для определенного типа тепловой машины с заданными температурами нагревателя и холодильника.

6. Для электродвигателя обнаружьте затраченную работу как произведение мощности на время ее выполнения. Скажем, если электродвигатель крана мощностью 3,2 кВт поднимает груз массой 800 кг на высоту 3,6 м за 10 с, то его КПД равен отношению пригодной работы Ап=m?g?h, где m – масса груза, g?10 м/с? убыстрение свободного падения, h – высота на которую подняли груз, и затраченной работы Аз=Р?t, где Р – мощность мотора, t – время его работы. Получите формулу для определения КПД=Ап/Аз?100%=(m?g?h)/(Р?t) ?100%=%=(800?10?3,6)/(3200?10) ?100%=90%.

Показатель пригодного действия (КПД) – это показатель производительности какой либо системы, будь то мотор автомобиля, машина либо другой механизм. Он показывает, как результативно данная система использует получаемую энергию. Вычислить КПД дюже легко.

Инструкция

1. Почаще каждого КПД вычисляется из соотношения пригодно применяемой системой энергии ко каждой суммарно полученной энергии в определенный интервал времени. Стоит подметить, что КПД не имеет определенных единиц измерения. Впрочем, в школьной программе эту величину измеряют в процентах. Данный показатель, исходя из выше указанных данных, вычисляется по формуле:? = (A/Q)*100%, где? (“эта”) – это желанный КПД, A – пригодная работа системы, Q – суммированные затраты энергии, A и Q измеряются в Джоулях.

2. Указанный выше метод вычисления КПД не является исключительным, потому что пригодная работа системы (A) вычисляется по формуле:A = Po-Pi, где Po – подведенная системе энергия извне, Pi – потери энергии при работе системы. Развернув числитель указанной выше формулы, ее дозволено записать в дальнейшем виде:? = ((Po-Pi)/Po)*100%.

3. Дабы вычисление КПД было больше внятным и наглядным, дозволено разглядеть примеры.Пример 1: Пригодная работа системы равна 75 Дж, сумма затраченной для ее работы энергии составляет 100 Дж, требуется обнаружить КПД данной системы. Для решения этой задачи примените самую первую формулу:? = 75/100 = 0.75 либо 75%Ответ: КПД предложенной системы составляет 75%.

4. Пример 2: Подводимая для работы мотора энергия составляет 100 Дж, потери энергии при работе этого мотора 25 Дж, нужно вычислить КПД. Для решения предложенной задачи воспользуйтесь 2-й формулой подсчета желанного показателя:? = (100-25)/100 = 0.75 либо 75%. Результаты в обоих примерах получились идентичные, чай во втором случае были больше детально разобраны данные числителя.

Обратите внимание!
Многие типы современных моторов (скажем, ракетный мотор либо турбовоздушный) имеют несколько ступеней своей работы, и для всей ступени существует свой КПД, тот, что исчисляется по всякий из указанных формул. Но дабы обнаружить всеобщий показатель, понадобится перемножить все знаменитые КПД на всех этапах работы данного мотора:? = ?1*?2*?3*…*?.

Полезный совет
КПД не может быть огромнее единице, чай во время работы всякий системы неминуемо появляются потери энергии.

Попутные перевозки представляют собой разновидность транспортных перевозок, состоящую в загрузке транспортного средства, осуществляющего холостой пробег. Обстановки, когда транспорт вынужден передвигаться без груза, встречаются довольно зачастую, причем, как до, так и позже позже выполнения намеченного транспортного заказа. Для предприятия вероятность взять добавочный груз обозначает, как минимум, снижение финансовых потерь.

Инструкция

1. Оцените результативность применения попутных грузоперевозок реально для вашего предприятия. Значимым моментом, тот, что следует уяснить, является тот факт, что попутный груз может быть перевезен в то время, когда транспорт вынужденно перемещается порожняком позже осуществления первичной (стержневой) транспортной заявки. Если в деятельности вашего предприятия такие обстановки встречаются регулярно, отважно выбирайте такой метод оптимизации перевозок.

2. Оцените, какой попутный груз по массе и габаритам может перевезти ваше транспортное средство. Попутный груз может быть экономически выигрышным даже в том случае, если часть грузового пространства вашего автомобиля окажется не занятой.

3. Продумайте, из каких точек основного маршрута вы сумеете взять попутный груз. Комфортнее каждого, если такой груз вы можете получить в финальной точке планового маршрута и довезти его до места, где расположено ваше транспортное предприятие. Но такая обстановка может встретиться не неизменно. Следственно разглядите также вероятность некоторого отклонения от маршрута, просчитав, разумеется, экономическую рациональность такого метаморфозы.

4. Узнаете, не требуется ли обратная перевозка груза предприятию, в которое вы делаете плановую грузоперевозку. В этом случае значительно проще договориться о цене вопроса и обеспечить безопасность добавочного взаимовыгодного сотрудничества.

5. Обнаружьте несколько специализированных интернет-порталов, предоставляющих информационные службы в сфере грузоперевозок. Как водится, сайты таких компаний имеют соответствующие разделы, разрешающие разыскать попутный груз на пути вашего следования и оставить соответствующую заявку. В большинстве случаев применение такой вероятности требует, как минимум, регистрации на сайте. Будет совершенно, если информационный источник имеет встроенные вероятности для логистического обзора встречных предложений.

6. Не пренебрегайте сборными перевозками, когда в выбранном направлении на одном виде транспорта перевозятся грузы малого габарита от разных клиентов. При этом транспорт должен делать челночные маршруты по выбранным направлениям.

Обратите внимание!
Обнаружить попутный груз – абсолютно нетрудно! Основная задача работы нашего обслуживания – поиск разных загрузок, тот, что пользователи могут осуществлять не только =с максимальным для себя удобством, но и идеально даром. При помощи нашей системы, работа которой основывается на применении современных информационных спецтехнологий, обнаружить груз дозволено дюже легко.

Полезный совет
Видимо, что Вы решили купить либо взять в аренду огромный грузовой автомобиль, с подмогой которого Вы намерены зарабатывать деньги, путем перевозок грузов по России, СНГ и Европе. Все равно, наймете Вы водителя либо сами будете на нем ездить, Вам понадобятся заказчики, то есть грузы для перевозки. Тогда Вы обязательно задумаетесь либо теснее задумались, где и как обнаружить грузы для своего грузового автомобиля?

Дабы обнаружить показатель пригодного действия всякого двигателя , надобно пригодную работу поделить на затраченную и умножить на 100 процентов. Для теплового двигателя обнаружьте данную величину по отношению мощности, умноженной на продолжительность работы, к теплу, выделившемуся при сгорании топлива. Теоретически КПД теплового двигателя определяется по соотношению температур холодильника и нагревателя. Для электрических моторов обнаружьте отношение его мощности к мощности потребляемого тока.

Вам понадобится

• паспорт мотора внутреннего сгорания (ДВС), термометр, тестер

Инструкция

1. Определение КПД ДВС Обнаружьте в технической документации данного определенного двигателя его мощность. Залейте в его бак некоторое число топлива и запустите мотор, дабы он проработал некоторое время на полных циклах, развивая максимальную мощность, указанную в паспорте. С подмогой секундомера засеките время работы двигателя , выразив его в секундах. Через некоторое время остановите мотор, и слейте остатки топлива. Отняв от исходного объема залитого топлива финальный объем, обнаружьте объем израсходованного топлива. Применяя таблицу, обнаружьте его плотность и умножьте на объем, получив массу израсходованного топлива m=? V. Массу выразите в килограммах. В зависимости от вида топлива (бензин либо дизельное горючее), определите по таблице его удельную теплоту сгорания. Для определения КПД максимальную мощность умножьте на время работы двигателя и на 100%, а итог ступенчато поделите на его массу и удельную теплоту сгорания КПД =P t 100%/(q m).

2. Для совершенной тепловой машины, дозволено применить формулу Карно. Для этого узнайте температуру сгорания топлива и измерьте температуру холодильника (выхлопных газов) особым термометром. Переведите температуру, измеренную в градусах Цельсия в безусловную шкалу, для чего к значению прибавьте число 273. Для определения КПД от числа 1 отнимите отношение температур холодильника и нагревателя (температуру сгорания топлива) КПД =(1-Тхол/Тнаг) 100%. Данный вариант расчета КПД не рассматривает механическое трение и теплообмен с внешней средой.

3. Определение КПД электродвигателя Узнайте номинальную мощность электродвигателя , по технической документации. Подключите его к источнику тока, добившись максимальных циклов вала, и с подмогой тестера измерьте значение напряжения на нем и силу тока в цепи. Для определения КПД заявленную в документации мощность, поделите на произведение силы тока на напряжение, итог умножьте на 100% КПД =P 100%/(I U).

Видео по теме

Обратите внимание!
Во всех расчетах КПД должен быть поменьше 100%.

Для обзора обычной динамики населения социологам нужно определить всеобщие коэффициенты . Основными из них являются показатели рождаемости, смертности, брачности и натурального прихода. Опираясь на них, дозволено составить демографическую картину в данный момент времени.

Инструкция

1. Обратите внимание на то, что всеобщий показатель представляет собой относительный показатель. Так, число родившихся за определенный период, скажем, за год, будет отличаться от всеобщего показателя рождаемости. Связано это с тем, что при его нахождении учитываются данные об всеобщем числе населения. Это делает допустимым сопоставление текущих итогов изысканий с итогами прошлых лет.

2. Определите расчетный период. Скажем, дабы обнаружить показатель брачности, нужно определить, за какой временной период число заключенных браков вас волнует. Так, данные за последнее полугодие будут в существенной мере отличаться от тех, которые вы получите при определении пятилетнего временного промежутка. Рассматривайте, что расчетный период при вычислении всеобщего показателя указывается в годах.

3. Определите всеобщую количество населения. Сходственного рода данные дозволено получить, обратившись к данным переписи населения. Для определения всеобщих показателей рождаемости, смертности, брачности и разводимости вам потребуется обнаружить произведение всеобщей численности населения и расчетного периода. Получившееся число запишите в знаменатель.

4. Поставьте на место числителя безусловный показатель, соответствующий желанному относительному. Скажем, если перед вами стоит задача определить всеобщий показатель рождаемости, то на месте числителя должно находиться число, отражающее всеобщее число рожденных детей за волнующий вас период. Если вашей целью является определение яруса смертности либо брачности, то на место числителя поставьте число усопших в расчетный период либо число вступивших в брак, соответственно.

5. Умножьте получившееся число на 1000. Это и будет желанный вами всеобщий показатель. Если же перед вами стоит задача обнаружить всеобщий показатель прихода, то вычтите из показателя рождаемости показатель смертности.

Видео по теме

Под словом «работа» воспринимается раньше каждого действие, которая дает человеку средства к существованию. Иными словами, за нее он получает физическое вознаграждение. Тем не менее, люди готовы в свое свободное время либо даром, либо за чисто символическую плату участвовать также в социально-пригодной работе, направленной на поддержка нуждающимся, благоустройство дворов и улиц, озеленение и т.д. Число таких добровольцев наверно было бы еще огромным, но они нередко не знают, где могут потребоваться их службы.

Инструкция

1. Один из самых знаменитых видов социально-пригодной работы – благотворительность. Она включает в себя подмога нуждающимся, общественно незащищенным группам населения: инвалидам, престарелым, беспризорным. Словом, каждым тем, кто по какой-то причине оказался в тяжелой жизненной обстановки.

2. Добровольцам, желающим принять посильное участие в оказание такой помощи, следует обратиться в ближайшие филантропические организации либо отделы общественной помощи. Можете навести справки в ближайшей церкви – священнослужитель наверно знает, кто из его паствы исключительно нуждается в поддержке.

3. Также вы можете проявить инициативу дословно по месту жительства – в многоквартирном доме наверно живут одинокие пенсионерки, инвалиды либо матери-одиночки, у которых весь рубль на счету. Окажите им посильную подмога. Она совсем не неукоснительно должна заключаться в денежном пожертвовании – дозволено, скажем, время от времени ходить в магазин за продуктами либо в аптеку за лекарствами.

4. Много людей желает принять участие в благоустройстве родного города. Им стоит связаться с соответствующими конструкциями здешнего муниципалитета, скажем, теми, которые отвечают за уборку территорий, озеленение. Работа наверно найдется. Помимо того, дозволено, скажем, по собственной инициативе разбить клумбу под окнами дома, посадить цветы.

5. Есть люди, дюже любящие звериных, желающие подмогнуть безнадзорным собакам и кошкам. Если вы относитесь к этой категории, свяжитесь с местными организациями зоозащитников либо с обладателями пристанищ для звериных. Ну а если вы живете в огромном городе, где есть зоопарки, узнайте у администрации, не необходимы ли помощники по уходу за звериными. Как водится, такие предложения помощи встречают с благодарностью.

6. Невозможно забывать и о воспитании подрастающего поколения. Если энтузиаст-доброволец сумеет, скажем, вести занятия в каком-либо школьном кружке либо центре культуры и творчества, он принесет этим огромную пользу. Словом, социально-пригодной работы для неравнодушных людей найдется много, на всякий вкус и вероятности. Было бы желание.

Совет 7: Что такое показатель увлажнения и как его рассчитать

Показатель увлажнения – показатель, используемый для определения параметров микроклимата. Рассчитать его дозволено, имея информацию о выпадении осадков в регионе в течение довольно долгого периода.

Показатель увлажнения

Коэффициент увлажнения представляет собой особый показатель, разработанный экспертами в области метеорологии для оценки степени влажности микроклимата в том либо другом регионе. При этом было принято во внимание, что микроклимат представляет собой многолетнюю отзыв погодных условий в данной местности. Следственно рассматривать показатель увлажнения также было решено в долгих временных рамках: как водится, данный показатель рассчитывается на основе данных, собранных в течение года.Таким образом, показатель увлажнения показывает, насколько огромно число осадков, выпадающих в течение этого периода в рассматриваемом регионе. Это, в свою очередь, является одним из основных факторов, определяющих превалирующий тип растительности в этой местности.

Расчет показателя увлажнения

Формула расчета показателя увлажнения выглядит дальнейшим образом: K = R / E. В указанной формуле символом K обозначен собственно показатель увлажнения, а символом R – число осадков, вывалившихся в данной местности в течение года, выраженное в миллиметрах. Наконец, символом E обозначается число осадков, которое испарилось с поверхности земли, за тот же период времени. Указанное число осадков, которое также выражается в миллиметрах, зависит от типа почвы, температуры в данном регионе в определенный период времени и других факторов. Следственно невзирая на кажущуюся простоту приведенной формулы, расчет показателя увлажнения требует проведения большого числа заблаговременных измерений при помощи точных приборов и может быть осуществлен только силами довольно огромного коллектива метеорологов.В свою очередь, значение показателя увлажнения на определенной территории, рассматривающее все эти показатели, как водится, дозволяет с высокой степенью достоверности определить, какой тип растительности является преобладающим в этом регионе. Так, если показатель увлажнения превышает 1, это говорит о высоком ярусе влажности на данной территории, что влечет за собой преимущество таких типов растительности как тайга, тундра либо лесотундра. Довольный ярус влажности соответствует показателю увлажнения, равному 1, и, как водится, характеризуется преобладанием смешанных либо широколиственных лесов. Показатель увлажнения в пределах от 0,6 до 1 характерен для лесостепных массивов, от 0,3 до 0,6 – для степей, от 0,1 до 0,3 – для полупустынных территорий, а от 0 до 0,1 – для пустынь.

Видео по теме

Электродвигатели появились достаточно давно, но большой интерес к ним возник тогда, когда они стали представлять собой альтернативу двигателям внутреннего сгорания. Особо интересен вопрос КПД электродвигателя, который является одной из главных его характеристик.

Каждая система обладает каким-либо который характеризует эффективность ее работы в целом. То есть он определяет, насколько хорошо система или устройство отдает или преобразовывает энергию. По значению КПД величины не имеет, и чаще всего оно представляется в процентном соотношении или числе от нуля до единицы.

Параметры КПД в электродвигателях

Основная задача электрического двигателя сводится к преобразованию электрической энергии в механическую. КПД определяет эффективность выполнения данной функции. Формула КПД электродвигателя выглядит следующим образом:

• n = p2/p1

В данной формуле p1 - это подведенная электрическая мощность, p2 - полезная механическая мощность, которая вырабатывается непосредственно двигателем. Электрическая мощность определяется формулой: p1=UI (напряжение умноженное на силу тока), а значение механической мощности по формуле P=A/t (отношение работы к единице времени). Так выглядит расчет КПД электродвигателя. Однако это самая простая его часть. В зависимости от предназначения двигателя и сферы его применения, расчет будет отличаться и учитывать многие другие параметры. На самом деле формула КПД электродвигателя включает намного больше переменных. Выше был приведен самый простой пример.

Снижение КПД

Механический КПД электродвигателя должен обязательно учитываться при выборе мотора. Очень большую роль играют потери, которые связаны с нагревом двигателя, снижением токами. Чаще всего падение КПД связано с выделением тепла, которое естественным образом происходит при работе двигателя. Причины выделения теплоты могут быть разными: двигатель может нагреваться в процессе трения, а также по электрическим и даже магнитным причинам. В качестве самого простого примера можно привести ситуацию, когда на электрическую энергию было потрачено 1 000 рублей, а работы было произведено на 700 рублей. В таком случае коэффициент полезного действия будет равен 70%.

Для охлаждения электрических двигателей применяются вентиляторы, которые прогоняют воздух через созданные зазоры. В зависимости от класса двигателей, нагрев может осуществляться до определенной температуры. Например, двигатели класса A могут нагреваться до 85-90 градусов, класса B - до 110 градусов. В том случае, когда температура превышает допустимую границу, это может свидетельствовать о замыкании статора.

Средний КПД электрических двигателей

Стоит отметить, что КПД электродвигателя постоянного тока (и переменного тоже) изменяется в зависимости от нагрузки:

1. При холостом ходе КПД равен 0%.
2. При нагрузке 25% КПД равен 83%.
3. При нагрузке 50% КПД равен 87%.
4. При нагрузке 75% КПД равен 88%.
5. При нагрузке 100% КПД равен 87%.

Одна из причин падения коэффициента полезного действия - асимметрия токов, когда подается разное напряжение на каждой из трех фаз. Если, к примеру, на первой фазе будет напряжение 410 В, на второй - 403 В, а на третьей - 390 В, то среднее значение будет равно 401 В. Асимметрия в данном случае будет равна разнице между максимальным и минимальным напряжением на фазах (410-390), то есть 20 В. Формула КПД электродвигателя для расчета потерь будет иметь вид в нашей ситуации: 20/401*100 = 4.98%. Это значит, что мы теряем 5% КПД при работе из-за разности напряжений на фазах.

Общие потери и падение КПД

Негативных факторов, которые оказывают влияние на падение КПД электродвигателя, очень много. Есть определенные методики, позволяющие их определять. К примеру, можно определить, есть ли зазор, через который частично передается мощность из сети к статору и далее - на ротор.

Потери в стартере также имеют место, и они состоят из нескольких значений. В первую очередь это могут быть потери, имеющие отношение к вихревым токам и перемагничиванию сердечников статора.

Если двигатель асинхронный, то имеют место дополнительные потери из-за зубцов в роторе и статоре. Также в отдельных узлах двигателя могут возникать вихревые токи. Все это в сумме снижает КПД электродвигателя на 0,5%. В асинхронных моторах учитываются все потери, которые могут возникать при работе. Поэтому диапазон может варьироваться от 80 до 90%.

Автомобильные двигатели

История развития электрических двигателей начинается с момента открытия Согласно ему, индукционный ток всегда движется таким образом, чтобы противодействовать вызывающей его причине. Именно эта теория легла в основу создания первого электрического двигателя.

Современные модели основаны на этом же принципе, однако кардинально отличаются от первых экземпляров. Электрические моторы стали намного мощнее, компактнее, но самое главное - их КПД значительно увеличился. Мы уже писали выше о том, какой КПД электродвигателя, и по сравнению с двигателем внутреннего сгорания это потрясающий результат. К примеру, максимальный КПД двигателя внутреннего сгорания достигает 45%.

Преимущества электрического двигателя

Высокий КПД - это главное достоинство подобного мотора. И если двигатель внутреннего сгорания тратит более 50% энергии на нагрев, то в электрическом моторе на нагрев уходит небольшая часть энергии.

Вторым преимуществом является небольшой вес и компактные размеры. Например, компания Yasa Motors создала мотор с весом всего 25 кг. Он способен выдавать 650 Нм, что очень приличный результат. Также такие моторы долговечные, не нуждаются в коробке передач. Многие владельцы электрокаров говорят об экономичности электрических двигателей, что логично в некоторой степени. Ведь при работе электромотор не выделяет никаких продуктов сгорания. Однако многие водители забывают о том, что для производства электроэнергии необходимо использовать уголь, газ или обогащенный уран. Все эти элементы загрязняют окружающую среду, поэтому экологичность электродвигателей - это очень спорный вопрос. Да, они не загрязняют воздух в процессе работы. За них это делают электростанции при производстве электроэнергии.

Повышение эффективности электродвигателей

Электрические двигатели обладают некоторыми недостатками, которые плохо влияют на эффективность работы. Это слабый пусковой момент, высокий пусковой ток и несогласованность механического момента вала с механической нагрузкой. Это приводит к тому, что КПД устройства снижается.

Для повышения эффективности стараются обеспечить нагрузку двигателя до 75% и выше и увеличивать коэффициенты мощности. Также есть специальные приборы для регулирования частоты подаваемого тока и напряжения, что тоже приводит к повышению эффективности и росту КПД.

Одним из самых популярных приборов для увеличения КПД электродвигателя является устройство плавного пуска, которое ограничивает скорость роста пускового тока. Также уместно использовать и изменения скорости вращения мотора путем изменения частоты напряжения. Это приводит к снижению расхода электроэнергии и обеспечивает плавный высокую точность регулировки. Также увеличивается пусковой момент, а при переменной нагрузке стабилизируется скорость вращения. В результате эффективность электродвигателя повышается.

Максимальный КПД электродвигателя

В зависимости от типа конструкции, коэффициент полезного действия в электрических двигателях может варьироваться от 10 до 99%. Все зависит от того, какой именно это будет двигатель. Например, КПД электродвигателя насоса поршневого типа составляет 70-90%. Конечный результат зависит от производителя, строения устройства и т. д. То же самое можно сказать и про КПД электродвигателя подъемного крана. Если он равен 90%, то это значит, что 90% потребляемой электроэнергии пойдет на выполнение механической работы, остальные 10% - на нагрев деталей. Все же есть наиболее удачные модели электродвигателей, коэффициент полезного действия которых приближается к 100%, но не равен этому значению.

Возможен ли КПД свыше 100%?

Ни для кого не секрет, что электрические двигатели, КПД которых превышает 100%, не могут существовать в природе, так как это противоречит основному закону о сохранении энергии. Дело в том, что энергия не может взяться из ниоткуда и точно так же исчезнуть. Любой двигатель нуждается в источнике энергии: бензине, электричестве. Однако бензин не вечен, как и электроэнергия, ведь их запасы приходится пополнять. Но если бы существовал источник энергии, который не нуждался в пополнении, то вполне возможно было бы создать мотор с КПД свыше 100%. Российский изобретать Владимир Чернышов показал описание двигателя, который основан на постоянном магните, и его КПД, как уверяет сам изобретатель, составляет более 100%.

Гидроэлектростанция как пример вечного двигателя

Для примера возьмем гидроэлектростанцию, где энергия вырабатывается за счет падения с большой высоты воды. Вода вращает турбину, и та производит электричество. Падение воды осуществляется под действием гравитации Земли. И хотя работа по производству электроэнергии совершается, гравитация Земли не становится слабее, то есть сила притяжения не уменьшается. Далее вода под действием солнечных лучей испаряется и снова поступает в водохранилище. На этом цикл завершается. В результате электроэнергия выработана, затраты на ее производство возобновлены.

Конечно, можно сказать, что Солнце не вечно, это так, но пару-тройку миллиардов лет оно протянет. Что касается гравитации, то она постоянно совершает работу, вытягивая влагу из атмосферы. Если сильно обобщить, то гидроэлектростанция - это двигатель, который преобразует механическую энергию в электрическую, и его КПД составляет более 100%. Это дает понять, что искать пути создания электродвигателя, КПД которого может быть более 100%, прекращать не стоит. Ведь не только гравитацию можно использовать в качестве неисчерпаемого источника энергии.

Постоянные магниты как источники энергии для двигателей

Второй интересный источник - постоянный магнит, который ниоткуда не получает энергию, а магнитное поле не расходуется даже при совершении работы. Например, если магнит что-либо притянет к себе, то он выполнит работу, а его магнитное поле слабее не станет. Это свойство уже не раз пытались использовать для создания так называемого вечного двигателя, но пока что ничего более-менее нормального из этого не получилось. Любой механизм износится рано или поздно, но сам источник, которым является постоянный магнит, практически вечен.

Впрочем, есть специалисты, которые утверждают, что со временем постоянные магниты теряют свои силы в результате старения. Это неправда, но даже если бы и было правдой, то вернуть его к жизни можно было бы всего лишь одним электромагнитным импульсом. Двигатель, который бы требовал перезарядку раз в 10-20 лет, хоть и не может претендовать на роль вечного, но очень близко к этому подходит.

Уже было много попыток создать вечный двигатель на базе постоянных магнитов. Пока что не было удачных решений, к сожалению. Но учитывая тот факт, что спрос на такие двигатели есть (его просто не может не быть), вполне возможно, что в скором будущем мы увидим что-то, что очень близко подойдет к модели вечного мотора, который будет работать на возобновляемой энергии.

Заключение

КПД электродвигателя - это самый важный параметр, который определяет эффективность работы того или иного мотора. Чем выше КПД, тем лучше мотор. В двигателе с КПД 95% почти вся затрачиваемая энергия уходит на выполнение работы и только 5% расходуется не по нужде (например, на нагрев запчастей). Современные дизельные двигатели могут достигать значения КПД 45%, и это считается классным результатом. КПД бензиновых двигателей и того меньше.

Энциклопедичный YouTube

• 1 / 5

  Математически определение КПД может быть записано в виде:

  η = A Q , {\displaystyle \eta ={\frac {A}{Q}},}

  где А - полезная работа (энергия), а Q - затраченная энергия.

  Если КПД выражается в процентах, то он вычисляется по формуле:

  η = A Q × 100 % {\displaystyle \eta ={\frac {A}{Q}}\times 100\%} ε X = Q X / A {\displaystyle \varepsilon _{\mathrm {X} }=Q_{\mathrm {X} }/A} ,

  где Q X {\displaystyle Q_{\mathrm {X} }} - тепло, отбираемое от холодного конца (в холодильных машинах холодопроизводительность); A {\displaystyle A}

  Для тепловых насосов используют термин коэффициент трансформации

  ε Γ = Q Γ / A {\displaystyle \varepsilon _{\Gamma }=Q_{\Gamma }/A} ,

  где Q Γ {\displaystyle Q_{\Gamma }} - тепло конденсации, передаваемое теплоносителю; A {\displaystyle A} - затрачиваемая на этот процесс работа (или электроэнергия).

  В идеальной машине Q Γ = Q X + A {\displaystyle Q_{\Gamma }=Q_{\mathrm {X} }+A} , отсюда для идеальной машины ε Γ = ε X + 1 {\displaystyle \varepsilon _{\Gamma }=\varepsilon _{\mathrm {X} }+1}

  Наилучшими показателями производительности для холодильных машин обладает обратный цикл Карно : в нём холодильный коэффициент

  ε = T X T Γ − T X {\displaystyle \varepsilon ={T_{\mathrm {X} } \over {T_{\Gamma }-T_{\mathrm {X} }}}} , поскольку, кроме принимаемой в расчёт энергии A (напр., электрической), в тепло Q идёт и энергия, отбираемая от холодного источника.

  Известно, что вечный двигатель невозможен. Это связано с тем, что для любого механизма справедливо утверждение: совершённая с помощью этого механизма полная работа (в том числе на нагревание механизма и окружающей среды, на преодоление силы трения) всегда больше полезной работы.

  Например, больше половины работы двигателя внутреннего сгорания совершается впустую тратится на нагревание составных частей двигателя; некоторое количество теплоты уносят выхлопные газы.

  Часто необходимо оценивать эффективность механизма, целесообразность его использования. Поэтому, чтобы рассчитывать, какая часть от совершённой работы тратится впустую и какая часть с пользой, вводится специальная физическая величина, которая показывает эффективность механизма.

  Эта величина называется коэффициентом полезного действия механизма

  Коэффициент полезного действия механизма равен отношению полезной работы к полной работе. Очевидно, коэффициент полезного действия всегда меньше единицы. Эту величину часто выражают в процентах. Обычно её обозначают греческой буквой η (читается «эта»). Сокращённо коэффициент полезного действия записывают КПД.

  η = (А_полн /А_полезн) * 100 %,

  где η КПД, А_полн полная работа, А_полезн полезная работа.

  Среди двигателей наибольший коэффициент полезного действия имеет электрический двигатель (до 98 %). Коэффициент полезного действия двигателей внутреннего сгорания 20 % - 40 %, паровой турбины примерно 30 %.

  Отметим, что для увеличения коэффициента полезного действия механизма часто стараются уменьшить силу трения. Это можно сделать, используя различные смазки или шарикоподшипники, в которых трение скольжения заменяется трением качения.

  Примеры расчета КПД

  Рассмотрим пример. Велосипедист массой 55 кг поднялся на велосипеде массой 5 кг на холм, высота которого 10 м, совершив при этом работу 8 кДж. Найдите коэффициент полезного действия велосипеда. Трение качения колёс о дорогу не учитывайте.

  Решение. Найдём общую массу велосипеда и велосипедиста:

  m = 55 кг + 5 кг = 60 кг

  Найдем их общий вес:

  P = mg = 60 кг * 10 Н/кг = 600 Н

  Найдём работу, совершённую на подъём велосипеда и велосипедиста:

  Aполезн = РS = 600 Н * 10 м = 6 кДж

  Найдём КПД велосипеда:

  А_полн /А_полезн * 100 % = 6 кДж / 8 кДж * 100 % = 75 %

  Ответ: КПД велосипеда равен 75 %.

  Рассмотрим ещё один пример. На конец плеча рычага подвешено тело массой m. К другому плечу прилагают силу F, направленную вниз, и его конец опускается на h. Найдите, насколько поднялось тело, если коэффициент полезного действия рычага равен η %.

  Решение. Найдём работу, совершённую силой F:

  η % от этой работы совершено на то, чтобы поднять тело массой m. Следовательно, на поднятие тела затрачено Fhη / 100. Так как вес тела равен mg, тело поднялось на высоту Fhη / 100 / mg.