Efficiëntieformules. Werkingsprincipe van warmtemotoren

Laten we zeggen dat we aan het ontspannen zijn in de datsja en dat we water uit de put moeten halen. We laten de emmer erin zakken, scheppen het water op en beginnen het op te tillen. Ben je vergeten wat ons doel is? Dat klopt: haal wat water. Maar kijk: we tillen niet alleen het water op, maar ook de emmer zelf, evenals de zware ketting waaraan hij hangt. Dit wordt gesymboliseerd door een tweekleurige pijl: het gewicht van de last die we tillen is de som van het gewicht van het water en het gewicht van de emmer en ketting.

Gezien de situatie kwalitatief, zullen we zeggen: naast het nuttige werk van het verhogen van water, voeren we ook ander werk uit: het optillen van een emmer en een ketting. Zonder de ketting en de emmer zouden we natuurlijk geen water kunnen putten, maar vanuit het oogpunt van het uiteindelijke doel 'schadelijk' hun gewicht ons. Als dit gewicht minder was, dan compleet perfect werk zou ook kleiner zijn (met hetzelfde nut).

Laten we nu verder gaan kwantitatief het bestuderen van deze werken en het introduceren ervan fysieke hoeveelheid, genaamd efficiëntie.

Taak. De lader giet de voor verwerking geselecteerde appels vanuit de manden in de vrachtwagen. De massa van een lege mand is 2 kg en de appels erin zijn 18 kg. Wat is het aandeel van het nuttige werk van de lader ten opzichte van het zijne volledig werk?

Oplossing. Het volledige werk bestaat uit het verplaatsen van appels in manden. Deze werkzaamheden bestaan ​​uit het heffen van appels en het heffen van manden. Belangrijk: appels tillen - nuttig werk, en het heffen van manden is “nutteloos” omdat het doel van het werk van de lader is om alleen de appels te verplaatsen.

Laten we de notatie introduceren: Fя is de kracht waarmee de handen alleen appels optillen, en Fк is de kracht waarmee de handen alleen de mand optillen. Elk van deze krachten is gelijk aan de overeenkomstige zwaartekracht: F=mg.

Met behulp van de formule A = ±(F||· l)  ‘schrijven’ we het werk van deze twee krachten uit:

Onbruikbaar = +Fя · lя = mя g · h en Аnutteloos = +Fк · lк = mк g · h

Het totale werk bestaat uit twee werken, dat wil zeggen dat het gelijk is aan hun som:

Afull = Auseful + Auseless = mя g h + mк g h = (mя + mк) · g h

In de opgave wordt ons gevraagd het aandeel van het nuttige werk van de lader te berekenen uit zijn totale werk. Laten we dit doen door het nuttige werk te delen door het totaal:

In de natuurkunde worden dergelijke aandelen gewoonlijk uitgedrukt als percentages en aangeduid met de Griekse letter “η” (lees: “dit”). Als resultaat krijgen we:

η = 0,9 of η = 0,9 100% = 90%, wat hetzelfde is.

Dit getal laat zien dat van 100% van het totale werk van de lader het aandeel van zijn nuttige werk 90% bedraagt. Het probleem is opgelost.

Fysieke hoeveelheid gelijk aan de verhouding iyu nuttig werk om perfect werk te voltooien, heeft in de natuurkunde zijn eigen naam - efficiëntie - efficiëntie:

Na het berekenen van de efficiëntie met behulp van deze formule, wordt deze meestal vermenigvuldigd met 100%. En omgekeerd: om efficiëntie in deze formule te vervangen, moet de waarde ervan worden omgezet van procent naar decimale, gedeeld door 100%.

Efficiëntie (Efficiëntie) - kenmerk van de efficiëntie van een systeem (apparaat, machine) in relatie tot de conversie of transmissie van energie. Bepaald door de verhouding tussen nuttig gebruikte energie en de totale hoeveelheid energie die door het systeem wordt ontvangen; meestal aangeduid met η (“dit”). η = Wpol/Wcym. Efficiëntie is een dimensieloze grootheid en wordt vaak gemeten als een percentage. Wiskundig bepaling van de efficiëntie kan worden geschreven als:

X 100%,

Waar A- nuttig werk, en Q- verbruikte energie.

Vanwege de wet van behoud van energie is de efficiëntie altijd kleiner dan of gelijk aan eenheid, dat wil zeggen dat het onmogelijk is om nuttiger werk te verkrijgen dan de verbruikte energie.

Efficiëntie van de warmtemotor- de verhouding tussen het volledige nuttige werk van de motor en de energie die wordt ontvangen van de verwarming. Het rendement van een warmtemotor kan worden berekend met behulp van de volgende formule

,

waar is de hoeveelheid warmte die van de verwarming wordt ontvangen, is de hoeveelheid warmte die aan de koelkast wordt gegeven. Hoogste efficiëntie onder cyclische machines die werken bij bepaalde warmtebrontemperaturen T 1 en koud T 2, met warmtemotoren die werken volgens de Carnot-cyclus; deze marginale efficiëntie is gelijk aan

.

Niet alle indicatoren die de efficiëntie van energieprocessen kenmerken, komen overeen met de bovenstaande beschrijving. Zelfs als ze traditioneel of ten onrechte "" worden genoemd, kunnen ze andere eigenschappen hebben, met name meer dan 100%.

Ketelefficiëntie

Hoofd artikel: Warmtebalans van de ketel

Het rendement van ketels op fossiele brandstoffen wordt traditioneel berekend op basis van de lagere calorische waarde; Er wordt aangenomen dat het vocht van de verbrandingsproducten de ketel verlaat in de vorm van oververhitte stoom. IN condensatieketels dit vocht condenseert, de condensatiewarmte wordt nuttig gebruikt. Bij het berekenen van de efficiëntie op basis van de lagere calorische waarde kan deze uiteindelijk groter zijn dan één. In dit geval zou het juister zijn om het te berekenen aan de hand van de hogere calorische waarde, waarbij rekening wordt gehouden met de warmte van stoomcondensatie; de prestaties van een dergelijke ketel zijn echter moeilijk te vergelijken met gegevens van andere installaties.

Warmtepompen en koelmachines

Het voordeel van warmtepompen als verwarmingsapparatuur is het vermogen om soms meer warmte te ontvangen dan de energie die voor hun werking wordt verbruikt; op dezelfde manier kan een koelmachine meer warmte van het gekoelde uiteinde verwijderen dan er wordt verbruikt bij het organiseren van het proces.

De efficiëntie van dergelijke warmtemotoren wordt gekenmerkt door prestatiecoëfficiënt(Voor koelmachines) of transformatie verhouding(voor warmtepompen)

,

waar wordt de warmte onttrokken aan de koude kant (in koelmachines) of overgedragen naar de warme kant (in warmtepompen); - de arbeid (of elektriciteit) die aan dit proces wordt besteed. Beste optreden De prestaties van dergelijke machines worden bereikt door de omgekeerde Carnot-cyclus: daarin de prestatiecoëfficiënt

,

waar zijn de temperaturen van de warme en koude uiteinden, . Deze waarde kan uiteraard willekeurig groot zijn; Hoewel het praktisch moeilijk te benaderen is, kan de prestatiecoëfficiënt nog steeds de eenheid overschrijden. Dit is niet in tegenspraak met de eerste wet van de thermodynamica, aangezien er naast de energie ook rekening wordt gehouden A(bijvoorbeeld elektrisch), om te verwarmen Q Er wordt ook energie uit de koudebron gehaald.

Literatuur

• Peryshkin AV Natuurkunde. 8e leerjaar. - Trap, 2005. - 191 p. - 50.000 exemplaren. - ISBN 5-7107-9459-7.

Opmerkingen

Wikimedia Stichting. 2010.

Synoniemen:

• TurboPascal
• Efficiëntie

Kijk wat "" is in andere woordenboeken:

efficiëntie- Verhouding tussen geleverd vermogen en verbruikt actief vermogen. [OST 45.55 99] efficiëntiefactor Efficiëntie Een waarde die de perfectie van de processen van transformatie, transformatie of overdracht van energie karakteriseert, namelijk de verhouding tussen nuttige ... ... Handleiding voor technische vertalers

EFFICIËNTIE- of rendementscoëfficiënt (efficiëntie) is een kenmerk van de kwaliteit van de werking van een machine of apparaat in termen van efficiëntie. Met efficiëntie wordt bedoeld de verhouding tussen de hoeveelheid werk die wordt ontvangen van een machine of de energie van het apparaat en de hoeveelheid ... ... Marine Dictionary

EFFICIËNTIE- (efficiëntie), een indicator van de efficiëntie van een mechanisme, gedefinieerd als de verhouding tussen de hoeveelheid werk die door het mechanisme wordt verricht en de hoeveelheid werk die aan de werking ervan wordt besteed. Efficiëntie meestal uitgedrukt als een percentage. Een ideaal mechanisme zou efficiëntie hebben =... ... Wetenschappelijk en technisch encyclopedisch woordenboek

EFFICIËNTIE Moderne encyclopedie

EFFICIËNTIE- (efficiëntie) kenmerkend voor de efficiëntie van een systeem (apparaat, machine) in relatie tot energieconversie; wordt bepaald door de verhouding tussen nuttig gebruikte energie (omgezet in arbeid tijdens een cyclisch proces) en de totale hoeveelheid energie,... ... Groot encyclopedisch woordenboek

EFFICIËNTIE- (efficiëntie), kenmerkend voor de efficiëntie van een systeem (apparaat, machine) in relatie tot de omzetting of transmissie van energie; wordt bepaald door de verhouding m) van de nuttig gebruikte energie (Wtotaal) tot de totale hoeveelheid energie (Wtotaal) die door het systeem wordt ontvangen; h=Wvloer… … Fysieke encyclopedie

EFFICIËNTIE- (efficiëntie)verhouding van bijvoorbeeld nuttig gebruikte energie W p. in de vorm van arbeid, tot de totale hoeveelheid energie W die door het systeem (machine of motor) wordt ontvangen, W p/W. Vanwege onvermijdelijke energieverliezen als gevolg van wrijving en andere niet-evenwichtsprocessen voor echte systemen... ... Fysieke encyclopedie

EFFICIËNTIE- de verhouding tussen het nuttig besteedde werk of de ontvangen energie en al het verbruikte werk of, dienovereenkomstig, de verbruikte energie. Het rendement van een elektromotor is bijvoorbeeld de verhouding tussen mechanisch. de stroom die het afgeeft aan de elektriciteit die eraan wordt geleverd. stroom; NAAR.… … Technisch spoorwegwoordenboek

efficiëntie- zelfstandig naamwoord, aantal synoniemen: 8 efficiëntie (4) rendement (27) vruchtbaarheid (10) ... Synoniem woordenboek

Efficiëntie- is een grootheid die de perfectie van elk systeem kenmerkt in relatie tot elk proces van transformatie of energieoverdracht dat daarin plaatsvindt, gedefinieerd als de verhouding tussen nuttig werk en de hoeveelheid werk die aan de bediening wordt besteed... Encyclopedie van termen, definities en uitleg van bouwmaterialen

Efficiëntie- (efficiëntie), een numeriek kenmerk van de energie-efficiëntie van elk apparaat of machine (inclusief een warmtemotor). Het rendement wordt bepaald door de verhouding tussen de nuttig gebruikte energie (dat wil zeggen omgezet in arbeid) en de totale hoeveelheid energie... ... Geïllustreerd encyclopedisch woordenboek

De werkzaamheden van de motor zijn:

Dit proces werd voor het eerst besproken door de Franse ingenieur en wetenschapper N.L.S. Carnot in 1824 in het boek ‘Reflecties over de drijvende kracht van vuur en over machines die deze kracht kunnen ontwikkelen.’

Het doel van Carnots onderzoek was om de redenen te achterhalen voor de imperfectie van warmtemotoren uit die tijd (ze hadden een rendement van ≤ 5%) en om manieren te vinden om deze te verbeteren.

De Carnot-cyclus is de meest efficiënte van allemaal. De efficiëntie is maximaal.

De figuur toont de thermodynamische processen van de cyclus. Tijdens isotherme expansie (1-2) bij temperatuur T 1 , er wordt gewerkt vanwege verandering interne energie verwarmer, d.w.z. door de toevoer van warmte aan het gas Q:

A 12 = Q 1 ,

Gaskoeling vóór compressie (3-4) vindt plaats tijdens adiabatische expansie (2-3). Verandering in interne energie ΔU 23 tijdens een adiabatisch proces ( Q = 0) wordt volledig omgezet in mechanisch werk:

A 23 = -AU 23 ,

De gastemperatuur als gevolg van adiabatische expansie (2-3) daalt tot de temperatuur van de koelkast T 2 < T 1 . In proces (3-4) wordt het gas isotherm gecomprimeerd, waardoor de hoeveelheid warmte naar de koelkast wordt overgebracht Vraag 2:

EEN 34 = Q2,

De cyclus eindigt met het proces van adiabatische compressie (4-1), waarbij het gas tot een bepaalde temperatuur wordt verwarmd T 1.

De maximale efficiëntiewaarde van warmtemotoren die werken op Ideaal gas, volgens de Carnot-cyclus:

.

De essentie van de formule komt tot uiting in het bewezen MET. De stelling van Carnot dat de efficiëntie van welke warmtemotor dan ook niet hoger kan zijn dan de efficiëntie van een Carnot-cyclus die wordt uitgevoerd bij dezelfde temperatuur van de verwarming en de koelkast.

Encyclopedisch YouTube

• 1 / 5

  Wiskundig gezien kan de definitie van efficiëntie worden geschreven als:

  η = EEN Q , (\ Displaystyle \ eta = (\ frac (A) (Q)),)

  Waar A- nuttig werk (energie), en Q- verbruikte energie.

  Als de efficiëntie wordt uitgedrukt als een percentage, wordt deze berekend met de formule:

  η = EEN Q × 100% (\displaystyle \eta =(\frac (A)(Q))\maal 100\%) ε X = Q X / EEN (\displaystyle \varepsilon _(\mathrm (X) )=Q_(\mathrm (X) )/A),

  Waar Q X (\displaystyle Q_(\mathrm (X)))- warmte onttrokken aan de koude kant (in koelmachines, koelcapaciteit); EEN (\ displaystyle A)

  De term die gebruikt wordt voor warmtepompen is transformatie verhouding

  ε Γ = Q Γ / EEN (\displaystyle \varepsilon _(\Gamma)=Q_(\Gamma)/A),

  Waar Q Γ (\ Displaystyle Q_ (\ Gamma))- condensatiewarmte overgedragen naar het koelmiddel; EEN (\ displaystyle A)- de arbeid (of elektriciteit) die aan dit proces wordt besteed.

  In de perfecte auto Q Γ = Q X + EEN (\displaystyle Q_(\Gamma)=Q_(\mathrm (X))+A), van hieruit naar de ideale auto ε Γ = ε X + 1 (\displaystyle \varepsilon _(\Gamma)=\varepsilon _(\mathrm (X))+1)

  De omgekeerde Carnot-cyclus heeft de beste prestatie-indicatoren voor koelmachines: het heeft een prestatiecoëfficiënt

  ε = T X T Γ - T ​​X (\ Displaystyle \ varepsilon = (T_ (\ mathrm (X) ) \ over (T_ (\ Gamma) -T _ (\ mathrm (X)))), omdat er naast de energie rekening wordt gehouden A(bijvoorbeeld elektrisch), in warmte Q Er wordt ook energie uit de koudebron gehaald.

  Definitie [ | ]

  Efficiëntie

  Wiskundig gezien kan de definitie van efficiëntie worden geschreven als:

  η = EEN Q , (\ Displaystyle \ eta = (\ frac (A) (Q)),)

  Waar A- nuttig werk (energie), en Q- verbruikte energie.

  Als de efficiëntie wordt uitgedrukt als een percentage, wordt deze berekend met de formule:

  η = EEN Q × 100% (\displaystyle \eta =(\frac (A)(Q))\maal 100\%) ε X = Q X / EEN (\displaystyle \varepsilon _(\mathrm (X) )=Q_(\mathrm (X) )/A),

  Waar Q X (\displaystyle Q_(\mathrm (X)))- warmte onttrokken aan de koude kant (in koelmachines, koelcapaciteit); EEN (\ displaystyle A)

  De term die gebruikt wordt voor warmtepompen is transformatie verhouding

  ε Γ = Q Γ / EEN (\displaystyle \varepsilon _(\Gamma)=Q_(\Gamma)/A),

  Waar Q Γ (\ Displaystyle Q_ (\ Gamma))- condensatiewarmte overgedragen naar het koelmiddel; EEN (\ displaystyle A)- de arbeid (of elektriciteit) die aan dit proces wordt besteed.

  In de perfecte auto Q Γ = Q X + EEN (\displaystyle Q_(\Gamma)=Q_(\mathrm (X))+A), van hieruit naar de ideale auto ε Γ = ε X + 1 (\displaystyle \varepsilon _(\Gamma)=\varepsilon _(\mathrm (X))+1)

  keer bekeken