Что называют кпд: Что называют КПД теплового двигателя?

(-31)кг.Пожалуйста помогите с подробным решением ​

Паровозик Томас массой 40 тонн едет по железной дороге. К нему прицеплено 16 вагонов массой 20 тонн каждый. Коэффициент трения между его колесами и ре … льсами равен 0,05. Какова средняя мощность парового двигателя паровозика, если расстояние 100 км он преодолел за 2 часа? Считайте, что Томас ехал без остановок с постоянной скоростью. Ответ дайте в МВт.

Побывав на компьютерной выставке, Вова в качестве сувенира получил электронные часы в форме яблока, способные показывать время с точностью до сотых до … лей секунды. Стоя на эскалаторе, движущемся вниз, он подкинул яблоко вверх, и заметил, что в верхней точке траектории часы показали 11 : 32 : 45 : 81 (см. рисунок). Между тем его учительница Марья Ивановна, поднимавшаяся в это время на соседнем эскалаторе, заметила, что в верхней точке часы показали 11 : 32 : 45 : 74. Определите по этим данным скорость движения эскалаторов u, если известно, что они движутся с одинаковой скоростью и наклонены под углом α = 30◦ к горизонту.

2

16Показание вольтметра иамперметра в данной цепи 24Ви 6 A. ВычислитеСопротивление.(Баллов: 1)R=?AVА) 144 ОмB) 72 OMОС) 4 ОмO D) 30 Ом​

43. Первые 10 минут катер двигался со скоростью 20 км/ч, а следующие 10 мин — со скоростью 18 км/ч. Определите среднюю скорость движения катера. 7 А 2 … 2 км/ч Б 21 км/ч В 20 км/ч Г 19 км/ч

Якщо підключити два резистори послідовно до джерела напруги, потужність струму в ділянці кола 4 Вт. Якщо ті самі резистори підключити паралельно, то п … отужність струму 18 Вт. Якою буде потужність струму в кожному резисторі, якщо їх по черзі підключати до того самого джерела струму?

В коробке с гладким дном находятся два груза, нижний из которых прикреплен пружиной к стенке. Коэффициент трения между грузами μ = 2. Определите, с ка … ким постоянным ускорением нужно двигать коробку, для того, чтобы в какой-то момент верхний груз начал проскальзывать относительно нижнего. Масса нижнего груза M, верхнего груза 2M. Пружина и коробка имеют достаточные размеры для того, чтобы в процессе движения бруски не касались торцевых стенок.

​( быстрее, плз )​

Установіть відповідність між фізичною величиною та одиницями її вимірювання у СІ: А кристалізація 1. теплота поглинається, температура … зменшується Б нагрівання 2. теплота поглинається, температура не змінюється В охолодження 3. теплота поглинається, температура не змінюється Г кипіння 4. теплота виділяється, температура не змінюється 5. теплота виділяється, температура знижується

Урок 25. тепловые двигатели. кпд тепловых двигателей — Физика — 10 класс

Физика, 10 класс

Урок 25. Тепловые двигатели. КПД тепловых двигателей

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1) Понятие теплового двигателя;

2)Устройство и принцип действия теплового двигателя;

3)КПД теплового двигателя;

4) Цикл Карно.

Глоссарий по теме

Тепловой двигатель – устройство, в котором внутренняя энергия топлива превращается в механическую.

КПД (коэффициент полезного действия) – это отношение полезной работы, совершенной данным двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя.

Двигатель внутреннего сгорания – двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно в рабочей камере (внутри) двигателя.

Реактивный двигатель – двигатель, создающий необходимую для движения силу тяги посредством преобразования внутренней энергии топлива в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела.

Цикл Карно – это идеальный круговой процесс, состоящий из двух адиабатных и двух изотермических процессов.

Нагреватель

– устройство, от которого рабочее тело получает энергию, часть которой идет на совершение работы.

Холодильник – тело, поглощающее часть энергии рабочего тела (окружающая среда или специальные устройства для охлаждения и конденсации отработанного пара, т.е. конденсаторы).

Рабочее тело — тело, которое расширяясь, совершает работу (им является газ или пар)

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М. : Просвещение, 2017. – С. 269 – 273.

2. Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. -М.: Дрофа,2014. – С. 87 – 88.

Открытые электронные ресурсы по теме урока

http://kvant.mccme.ru/1973/12/teplovye_mashiny.htm

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Сказки и мифы разных народов свидетельствуют о том, что люди всегда мечтали быстро перемещаться из одного места в другое или быстро совершать ту или иную работу. Для достижения этой цели нужны были устройства, которые могли бы совершать работу или перемещаться в пространстве. Наблюдая за окружающим миром, изобретатели пришли к выводу, что для облегчения труда и быстрого передвижения нужно использовать энергию других тел, к примеру, воды, ветра и т.д. Можно ли использовать внутреннюю энергию пороха или другого вида топлива для своих целей? Если мы возьмём пробирку, нальём туда воду, закроем её пробкой и будем нагревать. При нагревании вода закипит, и образовавшие пары воды вытолкнут пробку.

Пар расширяясь совершает работу. На этом примере мы видим, что внутренняя энергия топлива превратилась в механическую энергию движущейся пробки. При замене пробки поршнем способным перемещаться внутри трубки, а саму трубку цилиндром, то мы получим простейший тепловой двигатель.

Тепловой двигатель – тепловым двигателем называется устройство, в котором внутренняя энергия топлива превращается в механическую.

Вспомним строение простейшего двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания состоит из цилиндра, внутри которого перемещается поршень. Поршень с помощью шатуна соединяется с коленчатым валом. В верхней части каждого цилиндра имеются два клапана. Один из клапанов называют впускным, а другой – выпускным. Для обеспечения плавности хода поршня на коленчатом вале укреплен тяжелый маховик.

Рабочий цикл ДВС состоит из четырех тактов: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.

Во время первого такта открывается впускной клапан, а выпускной клапан остается закрытым. Движущийся вниз поршень засасывает в цилиндр горючую смесь.

Во втором такте оба клапана закрыты. Движущийся вверх поршень сжимает горючую смесь, которая при сжатии нагревается.

В третьем такте, когда поршень оказывается в верхнем положении, смесь поджигается электрической искрой свечи. Воспламенившаяся смесь образует раскаленные газы, давление которых составляет 3 -6 МПа, а температура достигает 1600 -2200 градусов. Сила давления толкает поршень вниз, движение которого передается коленчатому валу с маховиком. Получив сильный толчок маховик будет дальше вращаться по инерции, обеспечивая движение поршня и при последующих тактах. Во время этого такта оба клапана остаются закрытыми.

В четвертом такте открывается выпускной клапан и отработанные газы движущимся поршнем выталкиваются через глушитель (на рисунке не показан) в атмосферу.

Любой тепловой двигатель включает в себя три основных элемента: нагреватель, рабочее тело, холодильник.

Для определения эффективности работы теплового двигателя вводят понятие КПД.

Коэффициентом полезного действия называют отношение полезной работы, совершенной данным двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя.

Q₁ – количество теплоты полученное от нагревания

Q₂ – количество теплоты, отданное холодильнику

– работа, совершаемая двигателем за цикл.

Этот КПД является реальным, т.е. как раз эту формулу и используют для характеристики реальных тепловых двигателей.

Зная мощность N и время работы t двигателя работу, совершаемую за цикл можно найти по формуле

Передача неиспользуемой части энергии холодильнику.

В XIX веке в результате работ по теплотехнике французский инженер Сади Карно предложил другой способ определения КПД (через термодинамическую температуру).

Главное значение этой формулы состоит в том, что любая реальная тепловая машина, работающая с нагревателем, имеющим температуру Т₁, и холодильником с температурой Т

2, не может иметь КПД, превышающий КПД идеальной тепловой машины. Сади Карно, выясняя при каком замкнутом процессе тепловой двигатель будет иметь максимальный КПД, предложил использовать цикл, состоящий из 2 адиабатных и двух изотермических процессов

Цикл Карно — самый эффективный цикл, имеющий максимальный КПД.

Не существует теплового двигателя, у которого КПД = 100% или 1.

Формула дает теоретический предел для максимального значения КПД тепловых двигателей. Она показывает, что тепловой двигатель тем эффективнее, чем выше температура нагревателя и ниже температура холодильника. Лишь при температуре холодильника, равной абсолютному нулю, η = 1.

Но температура холодильника практически не может быть ниже температуры окружающего воздуха. Повышать температуру нагревателя можно. Однако любой материал (твердое тело) обладает ограниченной теплостойкостью, или жаропрочностью. При нагревании он постепенно утрачивает свои упругие свойства, а при достаточно высокой температуре плавится.

Сейчас основные усилия инженеров направлены на повышение КПД двигателей за счет уменьшения трения их частей, потерь топлива вследствие его неполного сгорания и т. д. Реальные возможности для повышения КПД здесь все еще остаются большими.

Повышение КПД тепловых двигателей и приближение его к максимально возможному — важнейшая техническая задача.

Тепловые двигатели – паровые турбины, устанавливают также на всех АЭС для получения пара высокой температуры. На всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели: на автомобильном – поршневые двигатели внутреннего сгорания; на водном – двигатели внутреннего сгорания и паровые турбины; на железнодорожном – тепловозы с дизельными установками; в авиационном – поршневые, турбореактивные и реактивные двигатели.

Сравним эксплуатационные характеристики тепловых двигателей.

КПД:

Паровой двигатель – 8%.

Паровая турбина – 40%.

Газовая турбина – 25-30%.

Двигатель внутреннего сгорания – 18-24%.

Дизельный двигатель – 40– 44%.

Реактивный двигатель – 25%.

Широкое использование тепловых двигателей не проходит бесследно для окружающей среды: постепенно уменьшается количество кислорода и увеличивается количество углекислого газа в атмосфере, воздух загрязняется вредными для здоровья человека химическими соединениями. Возникает угроза изменения климата. Поэтому нахождение путей уменьшения загрязнения окружающей среды является сегодня одной из наиболее актуальных научно-технических проблем.

Примеры и разбор решения заданий

1. Какую среднюю мощность развивает двигатель автомобиля, если при скорости 180 км/ч расход бензина составляет 15 л на 100 км пути, а КПД двигателя 25%?

Дано: v=180км/ч = 50 м/с, V = 15 л = 0,015 м³, s = 100 км = 10⁵ м, ɳ = 25% = 0,25, ρ = 700 кг/м³, q = 46 × 10⁶ Дж/кг.

Найти: N.

Решение:

Запишем формулу для расчёта КПД теплового двигателя:

Работу двигателя, можно найти, зная время работы и среднюю мощность двигателя:

Количество теплоты, выделяющееся при сгорании бензина, находим по формуле:

Учитывая всё это, мы можем записать:

Время работы двигателя можно найти по формуле:

Из формулы КПД выразим среднюю мощность:

.

Подставим числовые значения величин:

После вычислений получаем, что N=60375 Вт.

Ответ: N=60375 Вт.

2. Тепловая машина имеет КПД 25 %. Средняя мощность передачи теплоты холодильнику составляет 4 кВт. Какое количество теплоты рабочее тело получает от нагревателя за 20 с?

Дано: ɳ = 25%, N = 4000 Вт, t = 20 с.

Найти: Q₁.

Решение

  =

– это количество теплоты, отданное холодильнику

Что называют кпд двигателя и механизма

Коэффициент полезного действия (КПД) — формулы и расчеты

Трактовка понятия

Электродвигатель и другие механизмы выполняют определённую работу, которая называется полезной. Устройство, функционируя, частично растрачивает энергию. Для определения эффективности работы применяется формула ɳ= А1/А2×100%, где:

• А1 — полезная работу, которую выполняет машина либо мотор;
• А2 — общий цикл работы;
• η — обозначение КПД.

Показатель измеряется в процентах. Для нахождения коэффициента в математике используется следующая формула: η= А/Q, где А — энергия либо полезная работа, а Q — затраченная энергия. Чтобы выразить значение в процентах, КПД умножается на 100%. Действие не несёт содержательного смысла, так как 100% = 1. Для источника тока КПД меньше единицы.

В старших классах ученики решают задачи, в которых нужно найти КПД тепловых двигателей. Понятие трактуется следующим образом: отношение выполненной работы силового агрегата к энергии, полученной от нагревателя. Расчет производится по следующей формуле: η= (Q1-Q2)/Q1, где:

• Q1 — теплота, полученная от нагревательного элемента;
• Q2 — теплота, отданная холодильной установке.

Максимальное значение показателя характерно для циклической машины. Она оперирует при заданных температурах нагревательного элемента (Т1) и холодильника (Т2). Измерение осуществляется по формуле: η= (Т1-Т2)/Т1. Чтобы узнать КПД котла, который функционирует на органическом топливе, используется низшая теплота сгорания.

Плюс теплового насоса как нагревательного прибора заключается в возможности получать больше энергии, чем он может затратить на функционирование. Показатель трансформации вычисляется путём деления тепла конденсации на работу, затрачиваемую на выполнение данного процесса.

Мощность разных устройств

По статистике, во время работы прибора теряется до 25% энергии. При функционировании двигателя внутреннего сгорания топливо сгорает частично. Небольшой процент вылетает в выхлопную трубу. При запуске бензиновый мотор греет себя и составные элементы. На потерю уходит до 35% от общей мощности.

При движении механизмов происходит трение. Для его ослабления используется смазка. Но она неспособна полностью устранить явление, поэтому затрачивается до 20% энергии. Пример на автомобиле: если расход составляет 10 литров топлива на 100 км, на движение потребуется 2 л, а остаток, равный 8 л — потеря.

Если сравнивать КПД бензинового и дизельного моторов, полезная мощность первого механизма равна 25%, а второго — 40%. Агрегаты схожи между собой, но у них разные виды смесеобразования:

1. Поршни бензинового мотора функционируют на высоких температурах, поэтому нуждаются в хорошем охлаждении. Тепло, которое могло бы перейти в механическую энергию, тратится впустую, что способствует снижению КПД.
2. В цепи дизельного устройства топливо воспламеняется в процессе сжатия. На основе данного фактора можно сделать вывод, что давление в цилиндрах высокое, при этом мотор экологичнее и меньше первого аналога. Если проверить КПД при низком функционировании и большом объёме, результат превысит 50%.

Асинхронные механизмы

Расшифровка термина «асинхронность» — несовпадение по времени. Понятие используется во многих современных машинах, которые являются электрическими и способны преобразовывать соответствующую энергию в механическую. Плюсы устройств:

• простое изготовление;
• низкая цена;
• надёжность;
• незначительные эксплуатационные затраты.

Чтобы рассчитать КПД, используется уравнение η = P2 / P1. Для расчёта Р1 и Р2 применяются общие данные потери энергии в обмотках мотора. У большинства агрегатов показатель находится в пределах 80−90%. Для быстрого расчёта используется онлайн-ресурс либо личный калькулятор. Для проверки возможного КПД у мотора внешнего сгорания, который функционирует от разных источников тепла, используется силовой агрегат Стирлинга. Он представлен в виде тепловой машины с рабочим телом в виде жидкости либо газа. Вещество движется по замкнутому объёму.

Принцип его функционирования основан на постепенном нагреве и охлаждении объекта за счёт извлечения энергии из давления. Подобный механизм применяется на косметическом аппарате и современной подводной лодке. Его работоспособность наблюдается при любой температуре. Он не нуждается в дополнительной системе для запуска. Его КПД возможно расширить до 70%, в отличие от стандартного мотора.

Значения показателя

В 1824 году инженер Карно дал определение КПД идеального двигателя, когда коэффициент равен 100%. Для трактовки понятия была создана специальная машина со следующей формулой: η=(T1 — Т2)/ T1. Для расчёта максимального показателя применяется уравнение КПД макс = (T1-T2)/T1x100%. В двух примерах T1 указывает на температуру нагревателя, а T2 — температуру холодильника.

На практике для достижения 100% коэффициента потребуется приравнять температуру охладителя к нулю. Подобное явление невозможно, так как T1 выше температуры воздуха. Процедура повышения КПД источника тока либо силового агрегата считается важной технической задачей. Теоретически проблема решается путём снижения трения элементов двигателя и уменьшения теплопотери. В дизельном моторе подобное достигается турбонаддувом. В таком случае КПД возрастает до 50%.

Мощность стандартного двигателя увеличивается следующими способами:

• подключение к системе многоцилиндрового агрегата;
• применение специального топлива;
• замена некоторых деталей;
• перенос места сжигания бензина.

КПД зависит от типа и конструкции мотора. Современные учёные утверждают, что будущее за электродвигателями. На практике работа, которую совершает любое устройство, превышает полезную, так как определённая её часть выполняется против трения. Если используется подвижный блок, совершается дополнительная работа: поднимается блок с верёвкой, преодолеваются силы трения в блоке.

Решение примеров

Задача 1. Поезд на скорости 54 км/ч развивает мощность 720 кВт. Нужно вычислить силу тяги силовых агрегатов. Решение: чтобы найти мощность, используется формула N=F x v. Если перевести скорость в единицу СИ, получится 15 м/с. Подставив данные в уравнение, определяется, что F равно 48 kН.

Задача 2. Масса транспортного средства соответствует 2200 кг. Машина, поднимаясь в гору под уклоном в 0,018, проходит расстояние 100 м. Скорость развивается до 32,4 км/ч, а коэффициент трения соответствует 0,04. Нужно определить среднюю мощность авто при движении. Решение: вычисляется средняя скорость — v/2. Чтобы определить силу тяги мотора, выполняется рисунок, на котором отображаются силы, воздействующие на машину:

• тяжесть — mg;
• реакция опоры — N;
• трение — Ftr;
• тяга — F.

Первая величина вычисляется по второму закону Ньютона: mg+N+Ftr+F=ma. Для ускорения используется уравнение a=v2/2S. Если подставить последние значение и воспользоваться cos, получится средняя мощность. Так как ускорение считается постоянной величиной и равно 9,8 м/с2, поэтому v= 9 м/с. Подставив данные в первую формулу, получится: N= 9,5 kBt.

При решении сложных задач по физике рекомендуется проверить соответствие предоставленных в условиях единиц измерения с международными стандартами. Если они отличаются, необходимости перевести данные с учётом СИ.

Источник

КПД – физический смысл величины, как ее вычислять

Что такое КПД

Коэффициент полезного действия машины или механизма – это важная величина, характеризующая энергоэффективность данного устройства. Понятие используется и в повседневной жизни. Например, когда человек говорит, что КПД его усилий низкий, это значит, что сил затрачено много, а результата почти нет. Величина измеряет отношение полезной работы ко всей совершенной работе.

Согласно формуле, чтобы найти величину, нужно полезную работу разделить на всю совершенную работу. Или полезную энергию разделить на всю израсходованную энергию. Этот коэффициент всегда меньше единицы. Работа и энергия измеряется в Джоулях. Поделив Джоули на Джоули, получаем безразмерную величину. КПД иногда называют энергоэффективностью устройства.

Если попытаться объяснить простым языком, то представим, что мы кипятим чайник на плите. При сгорании газа образуется определенное количество теплоты. Часть этой теплоты нагревает саму горелку, плиту и окружающее пространство. Остальная часть идет на нагревание чайника и воды в нем. Чтобы рассчитать энергоэффективность данной плитки, нужно будет разделить количество тепла, требуемое для нагрева воды до температуры кипения на количество тепла, выделившееся при горении газа.

Данная величина всегда ниже единицы. Например, для любой атомной электростанции она не превышает 35%. Причиной является то, что электростанция представляет собой паровую машину, где нагретый за счет ядерной реакции пар вращает турбину. Большая часть энергии идет на нагрев окружающего пространства. Тот факт, что η не может быть равен 100%, следует из второго начала термодинамики.

Примеры расчета КПД

Пример 1. Нужно рассчитать коэффициент для классического камина. Дано: удельная теплота сгорания березовых дров – 107Дж/кг, количество дров – 8 кг. После сгорания дров температура в комнате повысилась на 20 градусов. Удельная теплоемкость кубометра воздуха – 1,3 кДж/ кг*град. Общая кубатура комнаты – 75 кубометров.

Чтобы решить задачу, нужно найти частное или отношение двух величин. В числителе будет количество теплоты, которое получил воздух в комнате (1300Дж*75*20=1950 кДж ). В знаменателе – количество теплоты, выделенное дровами при горении (10000000Дж*8 =8*107 кДж). После подсчетов получаем, что энергоэффективность дровяного камина – около 2,5%. Действительно, современная теория об устройстве печей и каминов говорит, что классическая конструкция не является энергоэффективной. Это связано с тем, что труба напрямую выводит горячий воздух в атмосферу. Для повышения эффективности устраивают дымоход с каналами, где воздух сначала отдает тепло кладке каналов, и лишь потом выходит наружу. Но справедливости ради, нужно отметить, что в процессе горения камина нагревается не только воздух, но и предметы в комнате, а часть тепла выходит наружу через элементы, плохо теплоизолированные – окна, двери и т.д.

Пример 2. Автомобиль проделал путь 100 км. Вес машины с пассажирами и багажом – 1400 кг. При этом было затрачено14 литров бензина. Найти: КПД двигателя.

Для решения задачи необходимо отношение работы по перемещению груза к количеству тепла, выделившемуся при сгорании топлива. Количество тепла также измеряется в Джоулях, поэтому не придется приводить к другим единицам. A будет равна произведению силы на путь( A=F*S=m*g*S). Сила равна произведению массы на ускорение свободного падения. Полезная работа = 1400 кг x 9,8м/с2 x 100000м=1,37*108 Дж

Удельная теплота сгорания бензина – 46 МДж/кг=46000 кДж/кг. Восемь литров бензина будем считать примерно равными 8 кг. Тепла выделилось 46*106*14=6.44*108 Дж. В результате получаем η ≈21%.

Единицы измерения

Коэффициент полезного действия – величина безразмерная, то есть не нужно ставить какую-либо единицу измерения. Но эту величину можно выразить и в процентах. Для этого полученное в результате деления по формуле число необходимо умножить на 100%. В школьном курсе математики рассказывали, что процент – этот одна сотая чего-либо. Умножая на 100 процентов, мы показываем, сколько в числе сотых.

От чего зависит величина КПД

Эта величина зависит от того, насколько общая совершенная работа может переходить в полезную. Прежде всего, это зависит от самого устройства механизма или машины. Инженеры всего мира бьются над тем, чтобы повышать КПД машин. Например, для электромобилей коэффициент очень высок – больше 90%.

А вот двигатель внутреннего сгорания, в силу своего устройства, не может иметь η, близкий к 100 процентам. Ведь энергия топлива не действует непосредственно на вращающиеся колеса. Энергия рассеивается на каждом передаточном звене. Слишком много передаточных звеньев, и часть выхлопных газов все равно выходит в выхлопную трубу.

Как обозначается

В русских учебниках обозначается двояко. Либо так и пишется – КПД, либо обозначается греческой буквой η. Эти обозначения равнозначны.

Символ, обозначающий КПД

Символом является греческая буква эта η. Но чаще все же используют выражение КПД.

Мощность и КПД

Мощность механизма или устройства равна работе, совершаемой в единицу времени. Работа(A) измеряется в Джоулях, а время в системе Си – в секундах. Но не стоит путать понятие мощности и номинальной мощности. Если на чайнике написана мощность 1 700 Ватт, это не значит, что он передаст 1 700 Джоулей за одну секунду воде, налитой в него. Это мощность номинальная. Чтобы узнать η электрочайника, нужно узнать количество теплоты(Q), которое должно получить определенное количество воды при нагреве на энное количество градусов. Эту цифру делят на работу электрического тока, выполненную за время нагревания воды.

Величина A будет равна номинальной мощности, умноженной на время в секундах. Q будет равно объему воды, умноженному на разницу температур на удельную теплоемкость. Потом делим Q на A тока и получаем КПД электрочайника, примерно равное 80 процентам. Прогресс не стоит на месте, и КПД различных устройств повышается, в том числе бытовой техники.

Напрашивается вопрос, почему через мощность нельзя узнать КПД устройства. На упаковке с оборудованием всегда указана номинальная мощность. Она показывает, сколько энергии потребляет устройство из сети. Но в каждом конкретном случае невозможно будет предсказать, сколько конкретно потребуется энергии для нагрева даже одного литра воды.

Например, в холодной комнате часть энергии потратится на обогрев пространства. Это связано с тем, что в результате теплообмена чайник будет охлаждаться. Если, наоборот, в комнате будет жарко, чайник закипит быстрее. То есть КПД в каждом из этих случаев будет разным.

Формула работы в физике

Для механической работы формула несложна: A = F x S. Если расшифровать, она равна приложенной силе на путь, на протяжении которого эта сила действовала. Например, мы поднимаем груз массой 15 кг на высоту 2 метра. Механическая работа по преодолению силы тяжести будет равна F x S = m x g x S. То есть, 15 x 9,8 x 2 = 294 Дж. Если речь идет о количестве теплоты, то A в этом случае равняется изменению количества теплоты. Например, на плите нагрели воду. Ее внутренняя энергия изменилась, она увеличилась на величину, равную произведению массы воды на удельную теплоемкость на количество градусов, на которое она нагрелась.

Это интересно

Наукой обосновано, что коэффициент полезного действия любого механизма всегда меньше единицы. Это связано со вторым началом термодинамики.

Для сравнения, коэффициенты полезного действия различных устройств:

• гидроэлектростанций 93-95%;
• АЭС – не более 35%;
• тепловых электростанций – 25-40%;
• бензинового двигателя – около 20%;
• дизельного двигателя – около 40%;
• электрочайника – более 95%;
• электромобиля – 88-95%.

Наука и инженерная мысль не стоит на месте. постоянно изобретаются способы, как уменьшить теплопотери, снизить трение между частями агрегата, повысить энергоэффективность техники.

Источник

Коэффициент полезного действия механизма

Определение и формула коэффициента полезного действия механизма

В жизни человек сталкивается с проблемой и необходимостью превращения разных видов энергии. Устройства, которые предназначены для преобразований энергии, называют энергетическими машинами (механизмами). К энергетическим машинам, например, можно отнести: электрогенератор, двигатель внутреннего сгорания, электрический двигатель, паровую машину и др.

В теории любой вид энергии может полностью превратиться в другой вид энергии. Но на практике помимо преобразований энергии в машинах происходят превращения энергии, которые названы потерями. Совершенство энергетических машин определяет коэффициент полезного действия (КПД).

Коэффициент полезного действия можно определить через работу, как отношение (полезная работа) к A (полная работа):

   

Кроме того, можно найти как отношение мощностей:

   

где — мощность, которую подводят механизму; — мощность, которую получает потребитель от механизма. Выражение (3) можно записать иначе:

   

где — часть мощности, которая теряется в механизме.

Из определений КПД очевидно, что он не может быть более 100% (или не моет быть больше единицы). Интервал в котором находится КПД: .

Коэффициент полезного действия используют не только в оценке уровня совершенства машины, но и определения эффективности любого сложного механизма и всякого рода приспособлений, которые являются потребителями энергии.

Любой механизм стараются сделать так, чтобы бесполезные потери энергии были минимальны (). С этой целью пытаются уменьшить силы трения (разного рода сопротивления).

КПД соединений механизмов

При рассмотрении конструктивно сложного механизма (устройства), вычисляют КПД всей конструкции и коэффициенты полезного действия всех его узлов и механизмов, которые потребляют и преобразуют энергию.

Если мы имеем n механизмов, которые соединены последовательно, то результирующий КПД системы находят как произведение КПД каждой части:

   

При параллельном соединении механизмов (рис.1) (один двигатель приводит в действие несколько механизмов), полезная работа является суммой полезных работ на выходе из каждой отдельной части системы. Если работу затрачиваемую двигателем обозначить как , то КПД в данном случае найдем как:

   

Рис. 1

Единицы измерения КПД

В большинстве случаев КПД выражают в процентах

   

Примеры решения задач

Коэффициент полезного действия | Физика

Используя тот или иной механизм, мы совершаем работу, всегда превышающую ту, которая необходима для достижения поставленной цели. В соответствии с этим различают полную или затраченную работу A_з и полезную работу A_п. Если, например, наша цель — поднять груз массой m на высоту h, то полезная работа — это та, которая обусловлена лишь преодолением силы тяжести, действующей на груз. При равномерном подъеме груза, когда прикладываемая нами сила равна силе тяжести груза, эта работа может быть найдена следующим образом:

    A_п = F_тh = mgh.      (24.1)

Если же мы применяем для подъема груза блок или какой-либо другой механизм, то, кроме силы тяжести груза, нам приходится преодолевать еще и силу тяжести частей механизма, а также действующую в механизме силу трения. Например, используя подвижный блок, мы вынуждены будем совершать дополнительную работу по подъему самого блока с тросом и по преодолению силы трения в оси блока. Кроме того, выигрывая в силе, мы всегда проигрываем в пути (об этом подробнее будет рассказано ниже), что также влияет на работу. Все это приводит к тому, что затраченная нами работа оказывается больше полезной:

A_з > A_п

Полезная работа всегда составляет лишь некоторую часть полной работы, которую совершает человек, используя механизм.

Физическая величина, показывающая, какую долю составляет полезная работа от всей затраченной работы, называется коэффициентом полезного действия механизма.

Сокращенное обозначение коэффициента полезного действия — КПД.

Чтобы найти КПД механизма, надо полезную работу разделить на ту, которая была затрачена при использовании данного механизма.

Коэффициент полезного действия часто выражают в процентах и обозначают греческой буквой η (читается «эта»):

    η =* 100%    (24.2)

Поскольку числитель A_п в этой формуле всегда меньше знаменателя A_з, то КПД всегда оказывается меньше 1 (или 100%).

Конструируя механизмы, стремятся увеличить их КПД. Для этого уменьшают трение в осях механизмов и их массу. В тех случаях, когда трение ничтожно мало и используемые механизмы имеют массу, пренебрежимо малую по сравнению с массой поднимаемого груза, коэффициент полезного действия оказывается лишь немного меньше 1. В этом случае затраченную работу можно считать примерно равной полезной работе:

    A_з ≈ A_п     (24.3)

Следует помнить, что выигрыша в работе с помощью простого механизма получить нельзя.

Поскольку каждую из работ в равенстве (24.3) можно выразить в виде произведения соответствующей силы на пройденный путь, то это равенство можно переписать так:

    F₁s₁ ≈ F₂s₂     (24.4)

Отсюда следует, что,

выигрывая с помощью механизма в силе, мы во столько же раз проигрываем в пути, и наоборот.

Этот закон называют «золотым правилом» механики. Его автором является древнегреческий ученый Герон Александрийский, живший в I в. н. э.

«Золотое правило» механики является приближенным законом, так как в нем не учитывается работа по преодолению трения и силы тяжести частей используемых приспособлений. Тем не менее оно бывает очень полезным при анализе работы любого простого механизма.

Так, например, благодаря этому правилу мы сразу можем сказать, что рабочему, изображенному на рисунке 47, при двукратном выигрыше в силе для подъема груза на 10 см придется опустить противоположный конец рычага на 20 см. То же самое будет и в случае, изображенном на рисунке 58. Когда рука человека, держащего веревку, опустится на 20 см, груз, прикрепленный к подвижному блоку, поднимется лишь на 10 см.

1. Почему затраченная при использовании механизмов работа оказывается все время больше полезной работы? 2. Что называют коэффициентом полезного действия механизма? 3. Может ли КПД механизма быть равным 1 (или 100%)? Почему? 4. Каким образом увеличивают КПД? 5. В чем заключается «золотое правило» механики? Кто его автор? 6. Приведите примеры проявления «золотого правила» механики при использовании различных простых механизмов.

КПД теплового двигателя — Технарь

Всякий тепловой двигатель превращает в механическую энергию только часть той энергии, которая выделяется топливом, так как газ или пар, совершив работу, выходит из двигателя, обладая еще энергией.

Для оценки теплового двигателя очень важно знать, какую часть энергии, выделяемой топливом, он превращает в полезную работу. Чем эта часть больше, тем двигатель экономичнее.

Для характеристики экономичности различных двигателей введено понятие коэффициента полезного действия двигателя (КПД).

Отношение той части энергии, которая пошла на совершение полезной работы двигателя, но всей энергии, выделившейся при полном сгорании топлива, называют коэффициентом полезного действия (КПД) теплового двигателя.

Например, если двигатель из всей энергии, выделившейся при полном сгорании топлива, расходует на совершение полезной работы только одну четвертую часть, то говорят, что коэффициент полезного действия двигателя равен 1/4 или 25%, так как КПД обычно выражают в процентах.

КПД двигателя всегда меньше единицы, т. е. меньше 100%. Это следует из закона сохранения энергии. Например, КПД двигателей внутреннего сгорания 20—40%, паровых турбин — около 30%.

Увеличение числа автомашин, особенно в городах, приводит к сильному загрязнению атмосферы выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Эти газы вредны для живых организмов, кроме того, они вызывают порчу ценных архитектурных сооружений.

Борьба с загрязнением атмосферы в настоящее время является серьезной государственной задачей.

Наиболее эффективный способ борьбы — замена двигателей внутреннего сгорания электрическими двигателями. Необходимые для этих машин источники тока должны обладать большими запасами энергии, над созданием таких источников тока работают ученые.

Чтобы, существующие автомашины меньше загрязняли воздух, их двигатели должны быть всегда исправны и работать на том виде топлива, на которое они изготовлены. За этим всем нам следует тщательно следить.

Вопросы.

1. Почему в тепловых двигателях только часть энергии топлива превращается в механическую энергию?
2. Что называют КПД теплового двигателя?
3. Может ли двигатель иметь КПД, равный 100%? Почему?
4. Назовите коэффициенты полезного действия современных тепловых двигателей.

Задание.

Приготовьте доклады на темы:

1. История изобретения паровых машин.
2. История изобретения турбин.
3. Первые паровозы Стефенсона и Черепановых.
4. Достижения советской науки и техники в строительстве паровых турбин.
5. Использование энергии Солнца на Земле (прочтите об этом параграф в конце учебника).

КПД трансформатора | ООО «НОМЭК»

При работе в трансформаторе возникают потери энергии. Коэффициентом полезного действия трансформатора (КПД) называют отношение отдаваемой мощности Р2 к мощности Р1 поступающей в первичную обмотку:

η = P2/P1 = (U2I2 cos φ2)/(U1I1 cos φ1)

или

η = (Р1 — ΔР)/Р1 = 1 — ΔР/(Р2 + ΔР),                                 (2.49)

где ΔР — суммарные потери в трансформаторе.

Высокие значения КПД трансформаторов не позволяют определять его с достаточной степенью точности путем непосредственного измерения мощностей Р1 и Р2, поэтому его вычисляют косвенным методом по значению потерь мощности.

Рис. 2.38. Энергетическая диаграмма трансформатора

Процесс преобразования энергии в трансформаторе характеризует энергетическая диаграмма (рис. 2.38). При передаче энергии из первичной обмотки во вторичную возникают электрические потери мощности в активных сопротивлениях первичной и вторичной обмоток ΔРэл1 и ΔРзл2, а также магнитные потери в стали магнитопровода ΔРм (от вихревых токов и гистерезиса). Поэтому

Р2 = Р1 — ΔРэл1 — ΔРэл2 — ΔРм                                              (2.50)

и формулу (2.49) можно представить в виде

η =

P2 P2 + ΔPэл1 + ΔPэл2 + ΔPм

= 1 —

ΔPэл1 + ΔPэл2 + ΔPм P2 + ΔPэл1 + ΔPэл2 + ΔPм

(2.51)

Величину Рэм = Р1 — ΔРэл1 — ΔРм, поступающую во вторичную обмотку, называютвнутренней электромагнитной мощностью трансформатора. Она определяет габаритные размеры и массу трансформатора.

Определение потерь мощности. Согласно требованиям ГОСТа потери мощности в трансформаторе определяют по данным опытов холостого хода и короткого замыкания. Полу­чаемый при этом результат имеет высокую точность, так как при указанных опытах трансформатор не отдает мощность нагрузке. Следовательно, вся мощность, поступающая в первичную обмотку, расходуется на компенсацию имеющихся в нем потерь.
При опыте холостого хода ток I0 невелик и электрическими потерями мощности в первичной обмотке можно пренебречь. В то же время магнитный поток практически равен потоку при нагрузке, так как его величина определяется приложенным к трансформатору напряжением. Магнитные потери в стали пропорциональны квадрату значения магнитного потока. Следовательно, с достаточной точностью можно считать, что магнитные потери в стали магнитопровода равны мощности, потребляемой трансформатором при холостом ходе и номинальном первичном напряжении, т. е.

ΔРм ≈ Р0.                                                          (2.52)

Для определения суммарных электрических потерь согласно упрощенной схеме замещения (см. рис. 2.33,a) полагают, что 1’2 = 11. При этом

ΔPэл = ΔPэл1 + ΔPэл2 = I12R1 + I’22R2 ≈ I’22 (R1 + R’2) ≈ I’22Rк, (2.53)

или

ΔРэл ≈ β2I’22номRк ≈ β2ΔPэл.ном,(2.54)

где ΔPэл.ном — суммарные электрические потери при номинальной нагрузке.

За расчетную температуру обмоток — условную температуру, к которой должны быть отнесены потери мощности ΔРэл и напряжение ик, принимают: для масляных и сухих трансформаторов с изоляцией классов нагревостойкости А, Е, В (см. § 12.1) температуру 75°С; для трансформаторов с изоляцией классов нагревостойкости F, Н — температуру 115 °С.

Величину ΔРэл.ном ≈ I’22номRк ≈ I12номRк  можно с достаточной степенью точности принять равной мощности Рк, потребляемой трансформатором при опыте короткого замыкания, который проводится при номинальном токе нагрузки. При этом магнитные потери в стали ΔРмвесьма малы по сравнению с потерями ΔPэл из-за сильного уменьшения напряжения U1, a следовательно, и магнитного потока трансформатора и ими можно пренебречь. Таким образом,

ΔРэл = β2Pк(2.55)

Полные потери  

ΔP = Po + β2Pк (2.56)

Подставляя полученные значения Р в (2.51) и учитывая, что Р2 = U2I2cosφ2 ≈ βSномcosφ2, находим

η = 1 — (β2Pк + P0)/(βSномcosφ2 + β2Pк + P0).

(2.57)

Эта формула рекомендуется ГОСТом для определения КПД трансформатора. Значения Ро и Рк для силовых трансформаторов приведены в соответствующих стандартах и каталогах.

Зависимость КПД от нагрузки. По (2.57) можно построить зависимость КПД от нагрузки (рис. 2.39, а). При β = 0 полезная мощность и КПД равны нулю. С увеличением отдаваемой мощности КПД увеличивается, так как в энергетическом балансе уменьшается удельное значение магнитных потерь в стали, имеющих постоянное значение. При некотором значении βопт кривая КПД достигает максимума, после чего начинает уменьшаться с увеличением нагрузки. Причиной этого является сильное увеличение электрических потерь в обмотках, возрастающих пропорционально квадрату тока, т. е. пропорционально β2, в то время как полезная мощность Р2возрастает только пропорционально β.

Максимальное значение КПД в трансформаторах большой мощности достигает весьма высоких пределов (0,98—0,99).

Рис. 2.39. Зависимость КПД трансформаторов η от нагрузки β

Оптимальный коэффициент нагрузки βопт, при котором КПД имеет максимальное значение, можно определить, взяв первую производную dη/dβ по формуле (2.57) и приравняв ее нулю. При этом

β2оптPк = P0   или   ΔРэл = ΔРм

(2.58)

Следовательно, КПД имеет максимум при такой нагрузке, при которой электрические потери в обмотках равны магнит ным потерям в стали. Это условие (равенство постоянных и переменных потерь) приближенно справедливо и для других типов электрических машин. Для серийных силовых трансформаторов

βопт = √P0/Pк ≈ √0,2 ÷ 0,25 ≈ 0,45 ÷ 0,5(2.59)

Указанные значения βопт получены при проектировании трансформаторов на минимум приведенных затрат (на их приобретение и эксплуатацию). Наиболее вероятная нагрузка трансформатора соответствует β = 0,5 ÷ 0,7. 

В трансформаторах максимум КПД выражен сравнительно слабо, т. е. он сохраняет высокое значение в довольно широком диапазоне изменения нагрузки (0,4 < β < 1,5). При уменьшении cosφ2 КПД снижается (рис. 2.39,6), так как возрастают токи 12 и I1 при которых трансформатор имеет заданную мощность Р2.

В трансформаторах малой мощности в связи с относительным увеличением потерь КПД существенно меньше, чем в трансформаторах большой мощности. Его значение составляет 0,6—0,8 для трансформаторов, мощность которых менее 50 Вт; при мощности 100-500 Вт КПД равен 0,90-0,92.

Определение эффективности

Что такое эффективность?

Эффективность означает пиковый уровень производительности, при котором используется наименьшее количество входных данных для достижения максимальной производительности. Эффективность требует сокращения количества ненужных ресурсов, используемых для получения определенного результата, включая личное время и энергию. Это измеримая концепция, которую можно определить с помощью отношения полезного выхода к общему входу. Это сводит к минимуму трату ресурсов, таких как физические материалы, энергия и время, при достижении желаемого результата.

Ключевые выводы

• Эффективность — это фундаментальное сокращение количества потерянных ресурсов, которые используются для производства определенного количества товаров или услуг (продукции).
• Экономическая эффективность является результатом оптимизации использования ресурсов для наилучшего обслуживания экономики.
• Эффективность рынка — это способность цен отражать всю доступную информацию.
• Операционная эффективность — это показатель того, насколько хорошо фирмы конвертируют операции в прибыль.

Понимание эффективности

В общем, что-то эффективно, если ничего не тратится зря и все процессы оптимизированы. В финансах и экономике эффективность может использоваться по-разному для описания различных процессов оптимизации.

Экономическая эффективность означает оптимизацию ресурсов для наилучшего обслуживания каждого человека в этом экономическом состоянии. Отсутствие установленного порога определяет эффективность экономики, но показатели экономической эффективности включают товары, поставляемые на рынок с наименьшими возможными затратами, и рабочую силу, обеспечивающую максимально возможный выпуск продукции.

Рыночная эффективность описывает, насколько хорошо цены интегрируют доступную информацию. Таким образом, считается, что рынки эффективны, когда вся информация уже включена в цены, и поэтому нет никакого способа «обыграть» рынок, поскольку отсутствуют недооцененные или переоцененные ценные бумаги. Эффективность рынка была описана в 1970 году экономистом Юджином Фама, чья гипотеза эффективного рынка (EMH) гласит, что инвестор не может превзойти рынок и что рыночных аномалий не должно существовать, потому что они будут немедленно устранены арбитражем.

Операционная эффективность показывает, насколько хорошо получается прибыль в зависимости от операционных затрат. Чем выше операционная эффективность, тем прибыльнее фирма или вложение. Это связано с тем, что предприятие может получать больший доход или прибыль при тех же или более низких затратах, чем альтернативный вариант. На финансовых рынках операционная эффективность достигается за счет снижения транзакционных издержек и комиссий.

Исторический образ

Прорывы в экономической эффективности часто совпадали с изобретением новых инструментов, дополняющих рабочую силу.Ранние примеры включают колесо и ошейник. Ошейник для лошади перераспределяет вес на спине лошади, чтобы животное могло переносить большие грузы, не будучи перегруженным. Паровые двигатели и автомобили, появившиеся во время промышленной революции, позволили людям двигаться дальше за меньшее время и способствовали повышению эффективности путешествий и торговли. Промышленная революция также представила новые источники энергии, такие как ископаемое топливо, которые были дешевле, эффективнее и универсальнее.

Такие движения, как промышленная революция, также повысили эффективность во времени.Например, заводская система, в которой каждый участник сосредотачивается на одной задаче в производственной линии, позволяла операциям увеличивать выпуск продукции, экономя время. Многие ученые также разработали методы оптимизации выполнения конкретных задач. Известным примером стремления к эффективности в массовой культуре является биографический роман Фрэнка Банкера Гилбрета-младшего и Эрнестин Гилбрет Кэри «Дешевле на дюжину». В книге Гилбрет-младший разрабатывает системы, позволяющие добиться максимальной эффективности даже в самых обыденных задачах, таких как чистка зубов.

Влияние эффективности

Эффективное общество способно лучше обслуживать своих граждан и действовать в условиях конкуренции. Качественно произведенные товары продаются по более низкой цене. Достижения в результате повышения эффективности способствовали повышению уровня жизни, например, благодаря обеспечению домов электричеством, водопроводом и предоставлению людям возможности путешествовать. Эффективность снижает голод и недоедание, потому что товары перевозятся дальше и быстрее. Кроме того, повышение эффективности позволяет повысить производительность за более короткое время.

Эффективность — важный атрибут, потому что все ресурсы недостаточны. Время, деньги и сырье ограничены, и важно сохранить их при сохранении приемлемого уровня производства.

Пример из реального мира

Индустрия 4.0 — это четвертая промышленная революция, характеризующаяся цифровизацией. Производственные процессы, производство и сфера услуг стали более эффективными с появлением мощных компьютеров, облачных вычислений, промышленного Интернета вещей (IIoT), аналитики данных, робототехники, искусственного интеллекта и машинного обучения.

Например, аналитика данных может применяться в промышленных условиях, чтобы информировать заводов или руководителей заводов, когда оборудование будет нуждаться в обслуживании или замене. Этот тип профилактического обслуживания может существенно снизить эксплуатационные расходы. Исследование Accenture, на которое ссылаются Джей Ли, Чао Джин, Зонгчан Лю и Хоссейн Давари Ардакани в их статье «Введение в основанные на данных методологии для прогнозирования и управления здравоохранением», показывает, что использование аналитики данных для прогнозируемого обслуживания приводит к снижению затрат на 30%. и на 70% меньше простоев оборудования.Регистрация данных показывает использование системы в реальном времени, и, используя исторические данные, накопленные с течением времени, менеджеры могут выявлять и исправлять неэффективные системы.

Определение экономической эффективности

Что такое экономическая эффективность?

Экономическая эффективность — это когда все товары и факторы производства в экономике распределяются или распределяются по наиболее ценным направлениям, а отходы устраняются или сводятся к минимуму.

Ключевые выводы

• Экономическая эффективность — это когда каждый дефицитный ресурс в экономике используется и распределяется между производителями и потребителями таким образом, чтобы производить наиболее экономичный выпуск и приносить пользу потребителям.
• Экономическая эффективность может включать в себя эффективные производственные решения внутри фирм и отраслей, эффективные потребительские решения отдельных потребителей и эффективное распределение потребительских и производственных товаров между отдельными потребителями и фирмами.
• Эффективность по Парето — это когда каждый экономический товар оптимально распределяется между производством и потреблением, так что никакие изменения в схеме не могут быть сделаны для улучшения положения кого-либо без ухудшения положения других.

Понимание экономической эффективности

Экономическая эффективность подразумевает экономическое состояние, в котором каждый ресурс оптимально распределяется для наилучшего обслуживания каждого отдельного человека или организации, сводя к минимуму потери и неэффективность.Когда экономика экономически эффективна, любые изменения, внесенные в помощь одному субъекту, могут навредить другому. Что касается производства, то товары производятся с наименьшими возможными затратами, как и переменные производственные ресурсы.

Некоторые термины, охватывающие этапы экономической эффективности, включают эффективность распределения, продуктивную эффективность, эффективность распределения и эффективность по Парето. Состояние экономической эффективности по существу теоретическое; предел, который можно приблизить, но никогда не достичь.Вместо этого экономисты смотрят на количество потерь, называемых потерями, между чистой эффективностью и реальностью, чтобы увидеть, насколько эффективно функционирует экономика.

Экономическая эффективность и дефицит

Принципы экономической эффективности основаны на концепции дефицита ресурсов. Следовательно, не хватает ресурсов, чтобы гарантировать, что все аспекты экономики всегда будут работать с максимальной отдачей. Вместо этого необходимо распределять ограниченные ресурсы для идеального удовлетворения потребностей экономики, одновременно ограничивая количество производимых отходов.Идеальное государство связано с благосостоянием населения с максимальной эффективностью, что также приводит к наивысшему возможному уровню благосостояния, основанному на имеющихся ресурсах.

Эффективность производства, распределения и сбыта

Производственные фирмы стремятся максимизировать свою прибыль, принося максимальную прибыль при минимальных затратах. Для этого они выбирают комбинацию входов, которая сводит к минимуму их затраты и при этом производит как можно больше продукции. Поступая так, они работают эффективно; когда все фирмы в экономике делают это, это называется производственной эффективностью.

Потребители также стремятся максимизировать свое благосостояние, потребляя комбинации конечных потребительских товаров, которые обеспечивают максимальное полное удовлетворение их желаний и потребностей при минимальных затратах для них. Возникающий в результате потребительский спрос направляет продуктивные (через законы спроса и предложения) фирмы на производство нужных количеств потребительских товаров в экономике, которые обеспечат наибольшее удовлетворение потребителей по сравнению с затратами на ресурсы. Когда экономические ресурсы распределяются между различными фирмами и отраслями (каждая из которых следует принципу производственной эффективности) таким образом, чтобы производить нужные количества конечных потребительских товаров, это называется эффективностью распределения.

Наконец, поскольку каждый человек оценивает товары по-разному и в соответствии с законом убывающей предельной полезности, распределение конечных потребительских товаров в экономике является эффективным или неэффективным. Эффективность распределения — это когда потребительские товары в экономике распределяются таким образом, что каждую единицу потребляет индивид, который ценит эту единицу наиболее высоко по сравнению со всеми остальными индивидами. Обратите внимание, что этот тип эффективности предполагает, что количество ценности, которую люди придают экономическим благам, можно количественно измерить и сравнить между людьми.

Экономическая эффективность и благосостояние

Измерение экономической эффективности часто носит субъективный характер и основывается на предположениях о создаваемом общественном благе или благосостоянии и о том, насколько хорошо это служит потребителям. В этом отношении благосостояние относится к уровню жизни и относительному комфорту, который испытывают люди в рамках экономики. На пике экономической эффективности (когда экономика находится на уровне производительной и распределительной эффективности) благосостояние одного не может быть улучшено без последующего снижения благосостояния другого.Этот момент называется эффективностью Парето.

Даже если эффективность Парето будет достигнута, уровень жизни всех людей в экономике может быть неравным. Эффективность Парето не включает в себя вопросы справедливости или равенства между членами конкретной экономики. Вместо этого основное внимание уделяется достижению точки оптимальной работы в отношении использования ограниченных или дефицитных ресурсов. В нем говорится, что эффективность достигается, когда существует распределение, при котором положение одной стороны не может быть улучшено без ухудшения положения другой стороны.

Efficiency — Energy Education

Рис. 1. Потребляемая мощность в тепловом двигателе измеряется в МВт, а выходная мощность, полученная в виде электричества, измеряется в МВт. ^[1] Отношение выходной мощности к входящей — это КПД.

Слово может иметь множественные и неоднозначные значения в повседневном языке, но в науке они имеют точные значения. Эффективность в физике (и часто в химии) — это сравнение выходной энергии с вложенной энергией в данной системе.Он определяется как процентное отношение выходной энергии к входной энергии, определяемое уравнением:

[math] Эффективность = \ frac {E_ {out}} {E_ {in}} \ times 100 \% [/ math]

Это уравнение обычно используется для представления энергии в виде тепла или мощности.

«Эффективность» часто путают с «эффективностью», и при анализе энергетических систем их следует различать. Энергоэффективность измеряет, сколько система извлекает из потока топлива или первичной энергии, которую она использует.Если энергетическая система эффективна, она использует эту энергию для достижения правильной цели. Например, автомобиль является очень эффективным средством передвижения, поскольку он может перемещать людей на большие расстояния и в определенные места. Однако автомобиль может не очень эффективно перевозить людей из-за того, как он расходует топливо. ^[2]

Типы эффективности

Тепловой КПД

Эффективность очень часто используется в науке для описания эффективности теплового двигателя и называется термической эффективностью. ^[3] Этот КПД описывает, сколько работы двигатель может получить от используемого топлива. Согласно второму закону термодинамики, известному как КПД Карно, существуют верхние пределы того, насколько эффективными могут быть двигатели. Этот КПД Карно зависит только от температуры источника тепла и поглотителя холода и предназначен для идеального (невозможного) двигателя, у которого нет изменения энтропии. Хотя такой двигатель мог бы максимизировать эффективность , с точки зрения эффективности он ужасно непрактичен, поскольку его идеализированные процессы требуют очень много времени для выполнения значительного объема работы.По словам Шредера, «не беспокойтесь об установке двигателя Карно в свой автомобиль; хотя это увеличит расход топлива, вас будут обгонять пешеходы». ^{[4] [5]}

Эффективность передачи электроэнергии

Электроэнергия имеет тенденцию терять энергию в электрической сети, поскольку она передается из одного места в другое, в зависимости от величины электрического тока, конкретных проводников и длины линии передачи. По мере увеличения напряжения эти потери значительно снижаются из-за их связи с током.Типичные потери от электростанции для пользователя в их доме колеблются от 8% до 15%. ^[6]

КПД ветряной турбины

Ветровые турбины ограничены максимальным теоретическим КПД 59,3%, который известен как предел Беца. ^[7] Этот закон получен путем анализа сохранения массы и количества движения в потоке жидкости вокруг привода ветряной турбины. Эффективность ветряной турбины означает, сколько энергии она может получить от ветра, проходящего через роторы.

Последствия

Эффективность используется для описания энергии, которую определенная система может извлекать и использовать из своего источника энергии. К таким системам относятся силовые установки, двигатели и турбины. Любая система , которая использует энергию топлива или первичного потока, имеет определенный КПД, связанный с ней.

КПД угольных и газовых электростанций составляет от 32% до 42%. ^[8] Если электростанция имеет КПД 35%, то на каждые 100 Дж тепла от угля около 35 Дж превращается в электричество, а остальные 65 Дж — в тепло.Это тепло идет на нагревание атмосферы или, возможно, водоема, такого как река или озеро.

Это не технический сбой, а ограничение, налагаемое термодинамикой, с максимальной эффективностью таких установок, определяемой КПД Карно. Чем ниже эффективность таких электростанций, тем более пагубное воздействие они оказывают на окружающую среду, поскольку необходимо использовать больше этих видов топлива для удовлетворения энергетических потребностей. Возможность повышения эффективности является предметом постоянных исследований, в первую очередь из-за того, что возможность повышения эффективности снизит воздействие на окружающую среду от использования энергии и сократит потребности в ресурсах в будущем.Наряду с эффективностью для окружающей среды и здоровья людей важно, чтобы подходящие виды топлива были доступны.

Когенерационные установки используют отходящее тепло электростанций и других тепловых систем (например, двигатель автомобиля, работающий с обогревателем) для питания других частей системы, тем самым повышая общий КПД. ^[9]

Для дальнейшего чтения

Список литературы

1. ↑ Сделано внутри команды энциклопедии
2. ↑ Diffen, Эффективность и эффективность [Онлайн], Доступно: http: // www.diffen.com/difference/Effectiveness_vs_Efficiency
3. ↑ Р. Вольфсон, «Энтропия, тепловые двигатели и второй закон термодинамики» в Энергия, окружающая среда и климат , 2-е изд., Нью-Йорк, Нью-Йорк: W.W. Norton & Company, 2012, гл. 4, сек. 7. С. 81-84.
4. ↑ Hyperphysics, Цикл Карно [Online], Доступно: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/carnot.html
5. ↑ McMaster Physics and Astronomy, Цикл Карно [Online], Доступно: http: // www.Physics.mcmaster.ca/~morozov/3K03/Lecture9.pdf
6. ↑ IEC, ЭФФЕКТИВНАЯ ПЕРЕДАЧА И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ [Онлайн], Доступно: http://www.iec.ch/about/brochures/pdf/technology/transmission.pdf
7. ↑ Программа WindPower, The Betz limit [Online], Доступно: http://www.wind-power-program.com/betz.htm
8. ↑ Bright Hub Engineering, Эффективность электростанций разных типов [Online], Доступно: http: //www.brighthubengineering.ru / электростанции / 72369-сравнить-эффективность-разных-электростанций /
9. ↑ Forbes, Самые эффективные электростанции [Онлайн], Доступно: http://www.forbes.com/2008/07/03/energy-efficiency-cogeneration-biz-energy_cx_jz_0707efficiency_horror.html

Определение эффективности Merriam-Webster

ef · fi · cien · cy | \ i-ˈfi-shən-sē \

2а : эффективная работа

б (1) : эффективная работа, измеряемая путем сравнения производства с затратами (такими как энергия, время и деньги)

(2) : отношение полезной энергии, поставляемой динамической системой, к энергии, подаваемой в нее.

Эффективность (физика): определение, формула и примеры

Обновлено 28 декабря 2020 г.

Эми Дусто

Эффективность — это способ описания количества полезного результата , который процесс или машина может произвести в процентах от вход , необходимый для его работы.Другими словами, он сравнивает, сколько энергии используется для выполнения работы, с тем, сколько теряется или тратится на окружающую среду. Чем эффективнее машина, тем меньше тратится энергии.

Например, если тепловой двигатель способен приводить в движение 75 процентов получаемого топлива, а 25 процентов теряется в виде тепла в процессе, это будет 75 процентов эффективности. Из исходных 100 процентов топлива 75 процентов было произведено как полезная работа.

Тепловые двигатели

В физике термин тепловые двигатели может относиться к нескольким типам машин или процессов.Формально тепловой двигатель — это любая термодинамическая система, преобразующая тепловую энергию в механическую энергию или движение.

Базовый рецепт теплового двигателя включает в себя следующее:

• Тепловая баня или какой-либо тип высокотемпературного источника тепла
• Низкотемпературный холодный резервуар, в который отводится тепло
  
• Сам двигатель , который поглощает тепло из горячего резервуара, чтобы создать некоторую форму расширения системы, которая воздействует на окружающую среду (например, вращает двигатель), а затем выделяет тепловую энергию в холодный резервуар, когда он возвращается в исходное состояние.
  

Например, в автомобиле горящее топливо является источником тепла, среда вокруг автомобиля является резервуаром холода, а двигатель внутреннего сгорания выполняет работу по преобразованию тепла в выхлопные газы, когда он перемещает поршни и вращает коленчатый вал, позволяющий машине двигаться.

Энергоэффективность теплового двигателя

Эффективность теплового двигателя — это отношение полезной работы, выполняемой системой (также называемой полезной энергией или выходной энергией системы), к тепловой энергии, добавленной к системе. (входная энергия).

Это показатель того, насколько хорошо тепловой двигатель превращает тепловую энергию в механическую работу.

Если W — это работа, Q — добавленное тепло, и оба значения указаны в единицах СИ для энергии: джоули.

Поскольку КПД — это коэффициент, он всегда выражается в процентах или в виде значения от 0 (нет КПД) до 1 (общий КПД — вся входная энергия преобразуется в полезную выходную мощность). Эффективность никогда не может быть больше 1 или 100 процентов, потому что это нарушило бы закон сохранения энергии, если бы количество выходной энергии было больше, чем вложенная энергия! Это означало бы, что энергия создается из ничего, что невозможно в этой вселенной.

КПД Карно

Цикл Карно — это термодинамический цикл с максимально возможной эффективностью. Поскольку никакие процессы в природе не являются полностью обратимыми — часть энергии всегда теряется в виде тепла благодаря второму закону термодинамики — цикл Карно описывает идеальный тепловой двигатель . Другими словами, никто не мог его построить.

Ценность цикла Карно заключается в установке верхних границ того, насколько эффективным может быть любой действующий двигатель.Она выражается в терминах T _h и T _c , температуры резервуаров горячей и холодной энергии, соответственно, в единицах СИ в Кельвинах.

Его также можно выразить через Q _h и Q _c , добавленное тепло и отдаваемое тепло, соответственно, оба в джоулях.

Эффективность | Экономический и организационный анализ

Эффективность , в экономике и организационном анализе, мера входных данных, необходимых системе для достижения заданного выхода.Система, которая использует мало ресурсов для достижения своих целей, эффективна, в отличие от системы, которая тратит впустую большую часть своих входных данных.

Эффективность — любимая цель экономистов и администраторов, но не все согласны с ее значением. Заявления о неэффективности регулярно поступают во многих политических дебатах, но каждый участник считает, что его или ее собственное предложение является наиболее эффективным. Во всех случаях участники дискуссии соглашаются, что эффективность желательна. Какими бы ни были цели, они должны быть достигнуты с минимальными затратами или затратами.Однако когда дело доходит до измерения эффективности или создания эффективной системы, консенсус быстро испаряется. Оценка средств достижения цели — трудная перспектива, и аргументы, замаскированные под конфликты по поводу эффективности, часто являются более глубокими конфликтами по поводу соответствующих целей, социальных систем или взглядов на человеческую природу.

Однако существует фундаментальная дисциплинарная дискуссия о вероятности эффективности организаций. Экономисты обычно считают, что организации эффективны; они рационально распределяют ресурсы и оптимально реагируют на окружающую среду.Социологи часто считают, что организации просто эффективны; они стремятся к выживанию и часто используют неоптимальные механизмы, которые удовлетворяют социальные потребности участников и окружающих институтов. Эти эмпирические дебаты о вероятности эффективности часто проникают в разные области применения этого термина.

В экономическом контексте измерение эффективности означает вопрос о том, является ли денежная оценка ресурсов, используемых для достижения какой-либо цели, минимально возможными затратами, связанными с достижением этой цели.Если что-то называется неэффективным, это означает, что цель могла быть достигнута с меньшими затратами или что цель могла быть достигнута лучше (в некоторой денежной форме) с теми же затратами. Экономисты предполагают, что затраты и выгоды будут измеряться в какой-то валюте, но вопрос о правильном взвешивании затрат и выгод остается предметом другого обсуждения. Это понятие более конкретно измеряется с помощью концепции x-эффективности, которая определяется как степень, в которой группа входов достигает максимального уровня выходов, возможных с этими входами.Теория рынка предсказывает, что все фирмы будут x-эффективными при совершенной конкуренции, потому что конкуренты будут вытеснять x-неэффективные фирмы из бизнеса на долгие периоды времени.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Общие теории экономики социального обеспечения используют более конкретные типы эффективности для оценки систем распределения. Система называется оптимальной по Парето, если невозможно произвести обмен, который улучшил бы положение одного человека, но не ухудшил бы положение другого.Неравное распределение обычно по-прежнему оптимально по Парето, потому что те, кто наделены ресурсами, что-то потеряют, если их богатство будет перераспределено. Система называется эффективной по Калдору-Хиксу, если ресурсы передаются в руки тех, кто их больше всего ценит, что измеряется тем, может ли один человек теоретически компенсировать другому за те же ресурсы по цене, которая будет стоить того для них, но стоит больше, чем продаваемые ресурсы продавцу. Этот критерий — один из способов подумать об эффективности распределения или максимизации совокупной ценности распределения ресурсов.Экономисты будут оценивать потенциальные изменения на основе того, увеличивается ли чистая выгода от ресурсов по мере того, как ресурсы используются всеми людьми.

Другие точные понятия эффективности используются во многих различных контекстах. В статистике эффективность измеряет степень, в которой математическая оценка некоторого неизвестного значения измеряет это значение с минимальной дисперсией, которую может достичь любая возможная несмещенная оценка. В нескольких областях политики правительственные агентства и частные организации измеряют прогресс, используя конкретные меры эффективности.Например, эффективность использования топлива в автомобилях заключается в сравнении количества газа, необходимого для прохождения определенного расстояния. Электрический КПД, параллельно, сравнивает мощность, создаваемую системой, и мощность, которую она потребляет. Часто создаются дополнительные меры конкретных представлений об эффективности. Все являются отношениями выхода для данного входа, но измерения и цели различаются.

КПД — типы | Экономика онлайн

Эффективность

Оценка эффективности фирм — мощное средство оценки деятельности фирм, рынков и экономики в целом.Существует несколько типов эффективности, в том числе эффективность распределения ресурсов и эффективность производства, техническая эффективность, X-эффективность, динамическая эффективность и социальная эффективность.

Эффективность распределения возникает, когда потребители платят рыночную цену, которая отражает частные предельные издержки производства. Условием эффективности распределения для фирмы является производство продукции, в которой предельные издержки MC просто равны цене P.

Эффективность производства

Производственная эффективность возникает, когда фирма объединяет ресурсы таким образом, чтобы производить заданный выпуск при минимально возможных средних общих затратах.Затраты будут минимизированы в самой низкой точке кривой краткосрочных средних общих затрат фирмы.

Это также означает, что ATC = MC, потому что MC всегда отключает ATC в самой низкой точке кривой ATC.

Техническая эффективность

Техническая эффективность относится к тому, какой объем выпуска может быть получен из заданного входа, такого как рабочий или машина, или определенной комбинации входов. Максимальная техническая эффективность достигается, когда выход максимизируется при заданном количестве входов.

Самый простой способ дифференцировать производственную и техническую эффективность — это рассматривать продуктивную эффективность с точки зрения минимизации затрат путем корректировки набора ресурсов , тогда как техническая эффективность — это максимизация выпуска при заданном сочетании ресурсов.

Определение точек распределительной и производственной эффективности

Чтобы определить, какой продукт будет производить фирма и насколько он эффективен, нам необходимо объединить данные как о затратах, так и о доходах.

Мы можем предположить, что большинство реальных фирм сталкивается с нисходящей кривой спроса (AR), а MR падает вдвое быстрее.

На диаграмме продуктивная эффективность достигается там, где ATC находится на самом низком уровне и равна MC.

X КПД

Эффективность

X — это концепция, которая изначально была применена Харви Лейбенштейном к эффективности управления в 1960-х годах. Эта концепция может быть применена конкретно к ситуациям, когда есть более или менее мотивация руководства максимизировать результат или нет.

X Эффективность достигается, когда выпуск фирм при заданном объеме затрат является максимальным, каким только может быть.Это может возникнуть, когда фирмы работают на высококонкурентных рынках, где менеджеры мотивированы производить как можно больше.

Когда рынки менее чем идеально конкурентны, как в случае с олигополиями и монополиями, вероятно, будет потеря «X» эффективности, а выпуск не будет максимальным из-за отсутствия мотивации менеджеров.

Понятие динамической эффективности обычно ассоциируется с австрийским экономистом Йозефом Шумпетером и означает технологическое прогрессивное развитие и инновации.

Неоклассическая экономическая теория предполагает, что, когда существующие фирмы в отрасли, традиционные игроки, сильно защищены барьерами для входа на рынок, они будут, как правило, неэффективными. Шумпетер утверждал, что это не обязательно так; действительно, фирмы с высокой степенью защиты с большей вероятностью будут предпринимать рискованные инновации и обеспечивать динамическую эффективность.

Фирмы могут извлечь выгоду из двух типов инноваций

1. Инновация процессов происходит, когда новые производственные технологии применяются к существующему продукту.Например, это обычное дело при производстве автомобилей, когда фирмы постоянно ищут новые методы и производственные процессы.
2. Продуктовые инновации происходят, когда фирмы создают новые или улучшенные продукты. Например, это распространено на многих рынках потребительских товаров, включая электронику и связь.

Социальная эффективность

Социальная эффективность существует, когда при производстве дополнительной единицы принимаются во внимание все частные и внешние затраты и выгоды.У частных фирм есть стимул учитывать внешние издержки только в том случае, если они вынуждены интернализовать их через налогообложение или через покупку разрешения на загрязнение.

Знания и эффективность

Информационный сбой — это вид неэффективности, который при определенных обстоятельствах может повлиять на рынки и компании. Существуют различные типы информационного сбоя.

Проблема принципала-агента

Проблема принципала-агента связана с крупными фирмами, где собственность и контроль находятся в руках разных людей.

Проблема принципала-агента может возникнуть всякий раз, когда владельцы фирмы назначают менеджеров для принятия ключевых решений. Владельцы являются принципалами, а лица, назначенные для ведения и управления бизнесом, — агентами. Это разделение приводит к асимметричной информации, когда агенты знают больше, чем владельцы, и это создает необходимость для владельцев создавать механизмы для мониторинга и проверки работы агентов. Проблема возникает из-за того, что у владельцев и менеджеров обычно разные цели, поэтому владельцы не могут доверять менеджерам действовать от их имени, что создает необходимость в постоянной проверке.Это приводит к неэффективности с точки зрения необходимости использования средств проверки и сложных систем мониторинга.

Проблема принципала-агента чаще всего связана с более крупными фирмами, особенно с плк, где собственность принадлежит акционерам, но директора и менеджеры принимают решения.

Проблема принципала-агента может также возникать в государственном секторе, где правительство (как принципалы) назначает менеджеров для выполнения повседневных операций государственных предприятий. Часто могут возникать конфликты между агентами и принципалами.Например, менеджеры железнодорожной сети могут захотеть получить максимальных доходов , в то время как правительство может захотеть более безопасную железнодорожную систему .

Решения задачи принципала-агента

Фирма может принять ряд стратегий для решения проблемы принципала-агента, в том числе:

1. Распределение акций между менеджерами фирмы, чтобы они понимали цели акционеров и с большей вероятностью учитывали их точку зрения при принятии повседневных решений.
2. Использование стимулов, привязанных к прибыли, например, оплаты труда.

Моральный вред и неблагоприятный отбор

Моральный вред

Есть несколько других важных последствий асимметричной информации, включая моральный риск и неблагоприятный отбор.

Моральный риск возникает, когда люди изменяют свое обычно осторожное поведение, полагая, что кто-то другой справится с последствиями их неосторожного поведения.

Это происходит потому, что либо:

1. Они думают, что «им это сойдет с рук».Асимметричные знания означают, что человек прогнозирует, что его вряд ли обнаружат, например, когда менеджер не заботится о минимальных затратах.
2. Или потому, что они думают, что они «застрахованы» от ущерба и убытков, связанных с таким поведением: «… если я ошибаюсь, кто-то другой придет на помощь…».

Неблагоприятный отбор

Неблагоприятный отбор происходит в результате асимметричного знания, что хорошо иллюстрирует проблема лимонов.Когда стороны сделки игнорируют определенные аспекты сделки, такие как качество покупаемого продукта, они вынуждены делать предположения, часто основанные на цене. Например, покупатель может предположить, что товары низкого качества, если их цена низкая, и что товары высокого качества, если их цена высока.

На некоторых рынках будет продаваться только продукция низкого качества, так называемая проблема лимонов. Проблема лимонов была впервые проанализирована американским экономистом Джорджем Акерлофом в 1970 году.Акерлоф исследовал проблему, связанную с ценообразованием подержанных автомобилей в США, которую он назвал рынком лимонов — «лимон» — уничижительный термин для некачественного подержанного автомобиля. Однако проблема лимона имеет более широкие последствия с точки зрения понимания информационного сбоя в целом.

Например, что касается подержанных автомобилей, покупатели могут с подозрением относиться к мотивам продавца и интересоваться, является ли машина «лимоном». Если человек покупает новый автомобиль за 30 000 фунтов стерлингов и вскоре после этого пытается продать его на вторичном рынке, он может быть вынужден согласиться на гораздо более низкую цену, учитывая, что покупатели будут с подозрением относиться к мотивам продавцов.Потенциальные покупатели, не располагающие всеми фактами, могут предположить худшее и ожидать, что у автомобиля возникнут проблемы — другими словами, это «лимон».