Các công thức hiệu quả Nguyên lý hoạt động của động cơ nhiệt

29.09.2019

Giả sử chúng ta đang thư giãn ở nhà nghỉ và chúng ta cần lấy nước từ giếng. Chúng tôi hạ xô vào đó, múc nước lên và bắt đầu nhấc nó lên. Bạn quên mục tiêu của chúng ta là gì rồi à? Đúng vậy: lấy một ít nước. Nhưng hãy nhìn xem: chúng ta không chỉ nâng nước mà còn nâng cả cái xô cũng như sợi xích nặng mà nó treo trên đó. Điều này được ký hiệu bằng mũi tên hai màu: trọng lượng của tải chúng ta nâng là tổng trọng lượng của nước với trọng lượng của xô và xích.

Xem xét tình hình về mặt chất lượng, chúng ta sẽ nói: ngoài công việc hữu ích là nâng nước lên, chúng ta còn làm một công việc khác - nâng một cái xô và một sợi xích. Tất nhiên, nếu không có dây xích và xô, chúng ta sẽ không thể kéo được nước, nhưng xét từ góc độ mục tiêu cuối cùng, sức nặng của chúng sẽ “làm hại” chúng ta. Nếu trọng lượng này nhỏ hơn thì hoàn thành công việc hoàn hảo cũng sẽ nhỏ hơn (có cùng tính hữu dụng).

Bây giờ chúng ta hãy chuyển sang định lượng nghiên cứu các tác phẩm này và giới thiệu đại lượng vật lý, gọi điện hiệu quả.

Nhiệm vụ. Máy xúc đổ táo đã chọn để chế biến từ giỏ vào xe tải. Khối lượng của một giỏ rỗng là 2 kg và số táo trong đó là 18 kg. Phần công việc hữu ích của người tải từ anh ta là gì? Công việc đầy đủ?

Giải pháp. Công việc chính là chuyển táo vào giỏ. Công việc này bao gồm nâng táo và nâng giỏ. Quan trọng: nâng táo - công việc hữu ích, và việc nâng giỏ là “vô dụng” vì mục đích công việc của người bốc vác chỉ là di chuyển những quả táo.

Chúng ta hãy giới thiệu ký hiệu: Fя là lực mà tay chỉ nâng quả táo lên và Fк là lực mà tay chỉ nâng giỏ lên. Mỗi lực này bằng với lực hấp dẫn tương ứng: F=mg.

Sử dụng công thức A = ±(F||· l) , chúng ta “viết ra” công của hai lực này:

Hữu ích = +Fя · lя = mя g · h và Аvô dụng = +Fк · lк = mк g · h

Tổng tác phẩm gồm có hai tác phẩm, tức là bằng tổng của chúng:

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

Trong bài toán này, chúng ta được yêu cầu tính toán phần công việc hữu ích của người tải trong tổng số công việc của anh ta. Hãy thực hiện việc này bằng cách chia công việc hữu ích cho tổng số:

Trong vật lý, những phần như vậy thường được biểu thị bằng phần trăm và được ký hiệu bằng chữ cái Hy Lạp “η” (đọc: “cái này”). Kết quả là chúng tôi nhận được:

η = 0,9 hoặc η = 0,9 100% = 90%, tương đương nhau.

Con số này cho thấy trong 100% tổng công việc của người tải thì tỷ lệ công việc hữu ích của anh ta là 90%. Vấn đề đã được giải quyết.

Đại lượng vật lý bằng tỷ lệ iyu công việc hữu ích đến mức hoàn hảo, trong vật lý có tên riêng - hiệu quả - hiệu quả:

Sau khi tính hiệu suất bằng công thức này, nó thường được nhân với 100%. Và ngược lại: để thay hiệu suất vào công thức này thì giá trị của nó phải được chuyển đổi từ phần trăm sang số thập phân, chia cho 100%.

Hiệu quả (Hiệu quả) - đặc tính hiệu quả của một hệ thống (thiết bị, máy móc) liên quan đến việc chuyển đổi hoặc truyền năng lượng. Được xác định bằng tỷ lệ năng lượng được sử dụng hữu ích trên tổng năng lượng mà hệ thống nhận được; thường được ký hiệu là η (“cái này”). η = Wpol/Wcym. Hiệu quả là một đại lượng không thứ nguyên và thường được đo bằng phần trăm. Về mặt toán học xác định hiệu quả có thể được viết như:

X 100%,

Ở đâu MỘT- công việc hữu ích, và Q- năng lượng tiêu hao.

Do định luật bảo toàn năng lượng nên hiệu suất luôn nhỏ hơn hoặc bằng 1, nghĩa là không thể thu được nhiều công có ích hơn năng lượng đã tiêu tốn.

Hiệu suất động cơ nhiệt- tỷ số giữa công hoàn toàn hữu ích của động cơ và năng lượng nhận được từ bộ sưởi. Hiệu quả động cơ nhiệt có thể được tính bằng công thức sau

trong đó lượng nhiệt nhận được từ lò sưởi là lượng nhiệt cung cấp cho tủ lạnh. Hiệu suất cao nhất trong số các máy tuần hoàn hoạt động ở nhiệt độ nguồn nóng nhất định T 1 và lạnh T 2, có động cơ nhiệt hoạt động theo chu trình Carnot; hiệu quả cận biên này bằng

Không phải tất cả các chỉ số đặc trưng cho hiệu quả của các quá trình năng lượng đều tương ứng với mô tả ở trên. Ngay cả khi chúng được gọi theo cách truyền thống hoặc bị gọi nhầm là "", chúng có thể có các đặc tính khác, đặc biệt là vượt quá 100%.

Hiệu suất nồi hơi

Bài chi tiết: Cân bằng nhiệt nồi hơi

Hiệu suất của nồi hơi sử dụng nhiên liệu hóa thạch theo truyền thống được tính toán dựa trên giá trị nhiệt lượng thấp hơn; người ta cho rằng hơi ẩm của sản phẩm cháy rời khỏi lò hơi ở dạng hơi quá nhiệt. TRONG nồi hơi ngưng tụ hơi ẩm này ngưng tụ, nhiệt ngưng tụ được sử dụng một cách hữu ích. Khi tính toán hiệu suất dựa trên nhiệt trị thấp hơn, nó có thể lớn hơn một. Trong trường hợp này, sẽ đúng hơn nếu tính nó bằng giá trị nhiệt lượng cao hơn, có tính đến nhiệt ngưng tụ của hơi nước; tuy nhiên, hiệu suất của nồi hơi như vậy rất khó so sánh với dữ liệu về các hệ thống lắp đặt khác.

Máy bơm nhiệt và máy làm lạnh

Ưu điểm của máy bơm nhiệt làm thiết bị sưởi ấm là khả năng đôi khi nhận được nhiều nhiệt hơn năng lượng tiêu thụ cho hoạt động của chúng; tương tự, một máy làm lạnh có thể loại bỏ nhiều nhiệt từ đầu được làm mát hơn mức tiêu hao trong quá trình tổ chức.

Hiệu suất của động cơ nhiệt như vậy được đặc trưng bởi hệ số hiệu suất(đối với máy làm lạnh) hoặc tỷ lệ chuyển đổi(đối với máy bơm nhiệt)

nhiệt lượng được lấy từ đầu lạnh ở đâu (trong máy lạnh) hoặc chuyển sang trạng thái nóng (trong bơm nhiệt); - công (hoặc điện) tiêu tốn cho quá trình này. Hiệu suất tốt nhất Hiệu suất của các máy như vậy đạt được bằng chu trình Carnot ngược: trong đó hệ số hiệu suất

trong đó , là nhiệt độ của đầu nóng và đầu lạnh, . Rõ ràng, giá trị này có thể lớn tùy ý; Mặc dù khó tiếp cận trên thực tế nhưng hệ số hiệu suất vẫn có thể vượt quá sự thống nhất. Điều này không mâu thuẫn với định luật thứ nhất của nhiệt động lực học, vì ngoài năng lượng được tính đến MỘT(ví dụ: điện), để sưởi ấm Q Ngoài ra còn có năng lượng được lấy từ nguồn lạnh.

Văn học

Peryshkin A.V. Vật lý. lớp 8. - Bustard, 2005. - 191 tr. - 50.000 bản. - ISBN 5-7107-9459-7.

Ghi chú

Quỹ Wikimedia. 2010.

từ đồng nghĩa:

Turbo Pascal
Hiệu quả

Xem "" là gì trong các từ điển khác:

hiệu quả- Tỷ số giữa công suất cung cấp và công suất tác dụng tiêu thụ. [OST 45,55 99] hệ số hiệu quả Hiệu suất Một giá trị đặc trưng cho sự hoàn hảo của các quá trình biến đổi, biến đổi hoặc truyền năng lượng, là tỷ lệ hữu ích ... ... Hướng dẫn dịch thuật kỹ thuật

HIỆU QUẢ- hoặc hệ số hoàn trả (Hiệu quả) là một đặc tính về chất lượng hoạt động của bất kỳ máy móc hoặc thiết bị nào xét về hiệu quả của nó. Hiệu suất có nghĩa là tỷ lệ giữa lượng công việc nhận được từ máy hoặc năng lượng từ bộ máy với lượng ... ... Từ điển Hàng hải

HIỆU QUẢ- (hiệu quả), một chỉ số về hiệu quả của một cơ chế, được định nghĩa là tỷ lệ giữa công việc mà cơ chế đó thực hiện với công việc dành cho hoạt động của nó. Hiệu quả thường được biểu thị dưới dạng phần trăm. Một cơ chế lý tưởng sẽ có hiệu quả =... ... Từ điển bách khoa khoa học kỹ thuật

HIỆU QUẢ Bách khoa toàn thư hiện đại

HIỆU QUẢ- (hiệu suất) đặc tính hiệu quả của một hệ thống (thiết bị, máy móc) liên quan đến chuyển đổi năng lượng; được xác định bằng tỷ lệ năng lượng được sử dụng có ích (được chuyển thành công trong một quá trình tuần hoàn) trên tổng năng lượng,... ... Từ điển bách khoa lớn

HIỆU QUẢ- (hiệu suất), đặc tính hiệu quả của một hệ thống (thiết bị, máy móc) liên quan đến việc chuyển đổi hoặc truyền tải năng lượng; được xác định bằng tỷ lệ m) năng lượng sử dụng hữu ích (Wtotal) trên tổng năng lượng (Wtotal) mà hệ thống nhận được; h=Wsàn… … Bách khoa toàn thư vật lý

HIỆU QUẢ- (hiệu quả) tỷ lệ năng lượng được sử dụng hữu ích W p chẳng hạn. dưới dạng công, với tổng lượng năng lượng W mà hệ thống (máy hoặc động cơ) nhận được, W p/W. Do tổn thất năng lượng không thể tránh khỏi do ma sát và các quá trình không cân bằng khác trong hệ thống thực... ... Bách khoa toàn thư vật lý

HIỆU QUẢ- tỷ lệ công hữu ích được sử dụng hoặc năng lượng nhận được trên tất cả công việc được sử dụng hoặc tương ứng là năng lượng tiêu thụ. Ví dụ, hiệu suất của động cơ điện là tỷ số của cơ khí. năng lượng mà nó phát ra thành điện năng cung cấp cho nó. quyền lực; ĐẾN.… … Từ điển đường sắt kỹ thuật

hiệu quả- danh từ, số từ đồng nghĩa: 8 hiệu quả (4) trả lại (27) kết quả (10) ... Từ điển đồng nghĩa

Hiệu quả- là đại lượng đặc trưng cho sự hoàn hảo của bất kỳ hệ thống nào liên quan đến bất kỳ quá trình biến đổi hoặc truyền năng lượng nào xảy ra trong nó, được định nghĩa là tỷ lệ giữa công hữu ích và công dành cho việc kích hoạt.... ... Bách khoa toàn thư về các thuật ngữ, định nghĩa và giải thích về vật liệu xây dựng

Hiệu quả- (hiệu suất), đặc tính số học về hiệu suất năng lượng của bất kỳ thiết bị hoặc máy móc nào (bao gồm cả động cơ nhiệt). Hiệu suất được xác định bằng tỷ lệ năng lượng được sử dụng hữu ích (tức là chuyển đổi thành công) trên tổng lượng năng lượng... ... Từ điển bách khoa minh họa

Công mà động cơ thực hiện là:

Quá trình này lần đầu tiên được xem xét bởi kỹ sư và nhà khoa học người Pháp N. L. S. Carnot vào năm 1824 trong cuốn sách “Những suy ngẫm về động lực của lửa và về những cỗ máy có khả năng phát triển lực này”.

Mục tiêu nghiên cứu của Carnot là tìm ra nguyên nhân dẫn đến sự kém hoàn hảo của động cơ nhiệt thời bấy giờ (chúng có hiệu suất ≤ 5%) và tìm cách cải tiến chúng.

Chu trình Carnot là chu trình hiệu quả nhất. Hiệu quả của nó là tối đa.

Hình vẽ thể hiện các quá trình nhiệt động của chu trình. Trong quá trình giãn nở đẳng nhiệt (1-2) ở nhiệt độ T 1 , công việc được thực hiện nhờ sự thay đổi năng lượng bên trong lò sưởi, tức là do cung cấp nhiệt cho khí Q:

MỘT 12 = Q 1 ,

Làm mát khí trước khi nén (3-4) xảy ra trong quá trình giãn nở đoạn nhiệt (2-3). Thay đổi nội năng ∆U 23 trong quá trình đoạn nhiệt ( Q = 0) được chuyển hoàn toàn thành công cơ học:

MỘT 23 = -ΔU 23 ,

Nhiệt độ của khí do sự giãn nở đoạn nhiệt (2-3) giảm xuống nhiệt độ của tủ lạnh T 2 < T 1 . Trong quá trình (3-4), khí được nén đẳng nhiệt, truyền lượng nhiệt vào tủ lạnh Câu 2:

A 34 = Q 2,

Chu trình kết thúc bằng quá trình nén đoạn nhiệt (4-1), trong đó khí được nung nóng đến nhiệt độ T 1.

Giá trị hiệu suất tối đa của động cơ nhiệt hoạt động ở khí lý tưởng, theo chu trình Carnot:

Bản chất của công thức được thể hiện ở chỗ đã được chứng minh VỚI. Định lý Carnot cho rằng hiệu suất của bất kỳ động cơ nhiệt nào không thể vượt quá hiệu suất của chu trình Carnot được thực hiện ở cùng nhiệt độ của lò sưởi và tủ lạnh.

YouTube bách khoa toàn thư

1 / 5
Về mặt toán học, định nghĩa về hiệu quả có thể được viết là:
η = A Q , (\displaystyle \eta =(\frac (A)(Q)),)
Ở đâu MỘT- công việc hữu ích (năng lượng), và Q- năng lượng tiêu hao.
Nếu hiệu suất được biểu thị bằng phần trăm thì nó được tính theo công thức:
η = A Q × 100% (\displaystyle \eta =(\frac (A)(Q))\times 100\%) ε X = Q X / A (\displaystyle \varepsilon _(\mathrm (X) )=Q_(\mathrm (X) )/A),
Ở đâu Q X (\displaystyle Q_(\mathrm (X) ))- nhiệt lấy từ đầu lạnh (trong máy làm lạnh, công suất làm lạnh); A (\displaystyle A)
Thuật ngữ được sử dụng cho máy bơm nhiệt là tỷ lệ chuyển đổi
ε Γ = Q Γ / A (\displaystyle \varepsilon _(\Gamma )=Q_(\Gamma )/A),
Ở đâu Q Γ (\displaystyle Q_(\Gamma ))- nhiệt ngưng tụ truyền đến chất làm mát; A (\displaystyle A)- công (hoặc điện) tiêu tốn cho quá trình này.
Trong chiếc xe hoàn hảo Q Γ = Q X + A (\displaystyle Q_(\Gamma )=Q_(\mathrm (X) )+A), từ đây đến chiếc xe lý tưởng ε Γ = ε X + 1 (\displaystyle \varepsilon _(\Gamma )=\varepsilon _(\mathrm (X) )+1)
Chu trình Carnot ngược có các chỉ số hiệu suất tốt nhất cho máy làm lạnh: nó có hệ số hiệu suất
ε = T X T Γ − T X (\displaystyle \varepsilon =(T_(\mathrm (X) ) \over (T_(\Gamma )-T_(\mathrm (X)))), bởi vì, ngoài năng lượng được tính đến MỘT(ví dụ như điện), ở nhiệt độ Q Ngoài ra còn có năng lượng được lấy từ nguồn lạnh.

Sự định nghĩa [ | ]

Hiệu quả

Về mặt toán học, định nghĩa về hiệu quả có thể được viết là:
η = A Q , (\displaystyle \eta =(\frac (A)(Q)),)
Ở đâu MỘT- công việc hữu ích (năng lượng), và Q- năng lượng tiêu hao.
Nếu hiệu suất được biểu thị bằng phần trăm thì nó được tính theo công thức:
η = A Q × 100% (\displaystyle \eta =(\frac (A)(Q))\times 100\%) ε X = Q X / A (\displaystyle \varepsilon _(\mathrm (X) )=Q_(\mathrm (X) )/A),
Ở đâu Q X (\displaystyle Q_(\mathrm (X) ))- nhiệt lấy từ đầu lạnh (trong máy làm lạnh, công suất làm lạnh); A (\displaystyle A)
Thuật ngữ được sử dụng cho máy bơm nhiệt là tỷ lệ chuyển đổi
ε Γ = Q Γ / A (\displaystyle \varepsilon _(\Gamma )=Q_(\Gamma )/A),
Ở đâu Q Γ (\displaystyle Q_(\Gamma ))- nhiệt ngưng tụ truyền đến chất làm mát; A (\displaystyle A)- công (hoặc điện) tiêu tốn cho quá trình này.
Trong chiếc xe hoàn hảo Q Γ = Q X + A (\displaystyle Q_(\Gamma )=Q_(\mathrm (X) )+A), từ đây đến chiếc xe lý tưởng ε Γ = ε X + 1 (\displaystyle \varepsilon _(\Gamma )=\varepsilon _(\mathrm (X) )+1)

lượt xem