Коэффициент полезного действия физика: Формула КПД (коэффициента полезного действия) в физике

Коэффициент полезного действия механизма. 7 класс

Коэффициент полезного действия механизма. 7 класс

Подробности

Просмотров: 334

При перемещении тела с помощью простых механизмов (рычагов, блоков, наклонной плоскости) приложенной силе приходится преодолевать не только вес самого груза.

Например:

Надо поднять груз с помощью подвижного блока на высоту.
Для поднятия груза человек прикладывает к веревке силу (F тяги).
Какую работу он при этом совершает?

Надо поднять непосредственно груз весом Р.
Кроме груза надо поднять еще веревку и блок весом Р бл.
Надо преодолеть трение о воздух и в осях блока, мешающее подьему.

1. Какую работу называют полной?

Полная ( или иначе затраченная) работа — это работа, совершенная приложенной силой, и равная работе по подъему груза и преодолению какого-либо сопротивления подъему.

Полную (затраченную) работу обычно обозначают — А₃.

1. Какую работу называют полезной?

Полезная работа — это работа приложенной силы, совершенная для подъема непосредственно груза.
Полезную работу обычно обозначают — А_п.

Совершаемая с помощью механизма полная работа всегда больше полезной работы.
Часть затрачиваемой работы расходуется на преодоление трения в оси механизма и сопротивления воздуха, а также на движение самого механизма.

3. Что такое коэффициент полезного действия механизма?

Отношение полезной работы к полной работе называется коэффициентом полезного действия.

Сокращенно коэффициент полезного действия обозначается КПД.

КПД обычно выражают числом или в процентах и обозначают греческой буквой, которая читается как «эта».

4. Может ли КПД быть больше единицы?

Полезная работа всегда меньше затраченной работы.

Поэтому КПД любого механизма всегда меньше 100% ( или меньше 1).

Конструируя механизмы, стремятся увеличить их КПД. Для этого уменьшают трение в осях механизмов и их вес.

4. Пример решения задачи на расчет КПД.

Задача.
На коротком плече рычага подвешен груз массой 100 кг.
Для его подъема к длинному плечу приложили силу 250 Н.
Груз подняли на высоту h₁ = 0,08 м, при этом точка приложения движущей силы опустилась на высоту h₂ = 0,4 м.
Найти КПД рычага.

Следующая страница — смотреть

Назад в «Оглавление» — смотреть

Коэффициент полезного действия (КПД) механизмов в физике

Коэффициент полезного действия (КПД) механизмов:

Во время действия машин и механизмов всегда кроме необходимой работы приходится выполнять дополнительную работу на преодоление трения в подвижных частях, а также на перемещение этих частей. Например, применяя подвижный блок, приходится дополнительно выполнять работу, чтобы поднять сам блок, верёвку и преодолеть силу трения в оси блока. Поэтому полная работа, выполняемая приложенной силой, всегда больше полезной работы.

Какой бы механизм мы не взяли, полезная работа, выполненная с его помощью, всегда представляет лишь часть полной работы.

Отношение полезной работы к полной (затраченной) работе называют коэффициентом полезного действия (КПД) механизма.

Определим, например, КПД наклонной плоскости, применив «золотое правило» механики (рис. 196).

Работа, выполняемая во время подъёма тела вверх по вертикали, определяется произведением силы тяжести 

На ту же высоту можно поднять тело, равномерно перемещая его вдоль наклонной плоскости длиной , прикладывая к телу силу . Выполненная при этом работа определяется по формуле: .

Согласно «золотому правилу» механики, если нет трения, обе рассмотренные выше работы равны: , или .

При наличии трения робота всегда больше работы .

равна полной работе, — полезной работе. КПД обозначают греческой буквой (эта) и выражают в процентах (%). Отношение полезной работы к полной работе определяет КПД наклонной плоскости: .

Также рассчитывают КПД любых машин и механизмов.

Пример №1

Рассмотрите ножницы для резания листового металла и острогубцы для перерезания проводов (рис. 207).

Почему у них ручки намного длиннее, чем лезвия?

Ответ: ручки и лезвия инструментов действуют как плечи рычага. Умеренные усилия руки, приложенные к длинным ручкам, обеспечивают на коротких лезвиях необходимые для резания металла силы.

Пример №2

Что покажет динамометр, если рычаг находится в равновесии (рис. 208)?

Масса гири равна 3 кг. Массой рычага пренебрегаем.

Ответ: гиря массой 3 кг подвешена на расстоянии 5 делений от оси вращения. Динамометр закреплен на расстоянии 15 делений от оси вращения. Согласно правилу моментов сил: , или . Поскольку динамометр действует на плечо, которое втрое длиннее плеча с подвешенной гирей, то он покажет значение силы 10 Н, что втрое меньше веса гири 30 Н.

Пример №3

На короткое плечо рычага подвесили груз массой 100 кг. Чтобы поднять его, к длинному плечу приложили силу 250 Н. Груз подняли на высоту 8 см, при этом точка приложения действующей силы опустилась на 40 см. Определите КПД рычага.

Дано:    

= 100 кг  

 = 250 Н

= 8 см = 0,08 м

 =  40 см = 0,4 м

 = ? 

Решение:

Для определения КПД рычага используем формулу:

. 

Полезная работа : .

Затраченная робота: .

Тогда .

Подставив значения величин, получим:

Ответ: = 78 %.

В этом случае также выполняется «золотое правило». Часть полезной работы (22 %) затрачивается на преодоление трения в оси рычага, а также на перемещение самого рычага.

КПД любого механизма всегда меньше 100 %. Создавая механизмы, конструкторы стремятся увеличить их КПД. Для этого они уменьшают трение в осях механизмов и их массу.

ГДЗ конспекты по физике 7 класс Задание: Коэффициент полезного действия механизма

Изображения обложек учебников приведены на страницах данного сайта исключительно в качестве иллюстративного материала (ст. 1274 п. 1 части четвертой Гражданского кодекса Российской Федерации)

Вид УМК: конспекты

Серия: Краткое содержание параграфов учебника для устного ответа

На данной странице представлено детальное решение задания Коэффициент полезного действия механизма по физике для учеников 7 классa автор(ы)

Коэффициент полезного действия механизма

Коэффициент полезного действия (КПД) – физическая величина, которая обозначается η («эта») – это безразмерная величина или измеряющаяся в процентах (%), которая показывает, какая часть затраченной работы идёт на полезное действие (η = \(\frac{А_{п}}{А_{з}}\)) (η = \(\frac{А_{п}}{А_{з}}\) • 100%). {2}}{2}\) , где к – жёсткость ( \(\frac{Н}{м}\) ), х – деформация (м).

Системы могут одновременно обладать кинетической и потенциальной энергией. Полная энергия системы обозначается Е = Е

к + Е_п .

Add

Новыe решебники

Интегрированный урок физики и информатики на тему: «Коэффициент полезного действия»

этап урока (регламент, мин.)
Деятельность учителя	Деятельность обучающихся
	Познавательная		Коммуникативная		Регулятивная
	Осуществляемые действия	Формируемые способы деятельности	Осуществляемые действия	Формируемые способы деятельности	Осуществляемые действия	Формируемые способы деятельности
Организационный (2 мин. )
Приветствует обучающихся, отмечает отсутствующих, проверяет готовность обучающихся к уроку.
Актуализация знаний (8 мин.)
Выводит на экран слайд презентации «КПД». Раскрывает выбранный учеником вопрос, комментирует данный на него ответ.	Обучающиеся один за другим выбирают номер вопроса, отвечают на него, остальные слушают, анализируют данный ответ.	Умение осознанно строить речевое высказывание в устной форме, структурировать знания.	При необходимости дополняют или исправляют данный ответ на вопрос.	Умение слушать и вступать в диалог, точно выражать свои мысли, владение монологической и диалогической формами речи в соответствии с нормами родного языка.	Контролируют и оценивают собственные знания, при необходимости их корректируют.	Выработка способности к мобилизации сил и энергии.
Создание проблемной ситуации (4 мин.)
Создает и предлагает обучающимся найти выход из проблемной ситуации: Рабочему надо загрузить тяжелую бочку на корабль. Чтобы это сделать, надо приложить очень большую силу – силу, равную весу бочки. Такую силу рабочий приложить не может. Выводит на экран слайд (раскрывает сцену ). Задает вопрос: только ли на подъем груза расходуется затраченная рабочим энергия? Выводит на экран слайд (раскрывает сцену ).	Выделяют и формулируют познавательную цель: найти способ подъема тела на высоту, применяя меньшую, чем вес тела, силу. Выбирают наиболее эффективный способ решения задачи: применить наклонную плоскость. Предполагают, что часть энергии расходуется на преодоление силы трения. Делают вывод, чем меньше энергии расходуется на преодоление силы трения, тем эффективнее простой механизм.	Постановка и решение проблемы. Выбор наиболее эффективных способов выхода из проблемной ситуации в зависимости от конкретных условий Выдвижение предположения о существовании физической величины, характеризующей эффективность простого механизма.	Предлагают выход из проблемной ситуации: пригласить помощников, применить наклонную плоскость.	Умение участвовать в коллективном обсуждении проблемы	Оценивают умение определять работу по преодолению силы тяжести и трения, но не знают, как их связать друг с другом. Ставят учебную задачу: познакомиться с физической величиной, характеризующей эффективность наклонной плоскости.	Постановка учебной задачи на основе соотнесения того, что уже известно, и того, что еще неизвестно обучающимся.
Изучение нового материала (8 мин.)
Демонстрирует подъем тела с помощью наклонной плоскости, измеряет вес тела и силу трения, высоту и длину наклонной плоскости. Выводит на экран слайды . Дает характеристику КПД простого механизма.	Сравнивают вес тела с силой трения, высоту наклонной плоскости с ее длиной. Делают вывод о выигрыше в силе и проигрыше в расстоянии при использовании наклонной плоскости. Выполняют чертеж наклонной плоскости с обозначением ее длины, высоты, записывают определение и расчетную формулу КПД простого механизма.	Формирование знаково-символических УУД.	Задают вопрос об единицах измерения КПД наклонной плоскости	Развитие умения точно выражать свои мысли в соответствии с нормами родного языка.	Выделяют и осознают то, что уже усвоено (расчет работы силы) и что еще подлежит усвоению (Какую работу считать полезной, какую затраченной, как рассчитать КПД наклонной плоскости через работу полезную и затраченную)	Развитие оценки знаний.
Исследовательская практическая работа (17 мин.)
Организует обсуждение плана исследования. Выводит на экран слайды презентации «КПД наклонной плоскости». Проводит инструктаж по безопасному выполнению лабораторной работы. Формулирует проблемный вопрос: от каких параметров зависит КПД наклонной плоскости. Раздает комплекты оборудования, ИОТ, технологические карты группам учеников(учитель информатики) Оказывает помощь группам обучающихся в выполнении работы. (учитель информатики)	Составляют план и последовательность действий для определения КПД наклонной плоскости: 1. Измерить вес бруска (Р). 2. Измерить высоту наклонной плоскости (h). 3. Рассчитать полезную работу по формуле . 4. Измерить силу трения (Fтр). Измерить длину наклонной плоскости (l). 5. Рассчитать затраченную работу по формуле . 6. Рассчитать КПД наклонной плоскости по формуле . Самостоятельно формулируют познавательную задачу: проверить как зависит КПД наклонной плоскости от веса поднимаемого тела и угла наклонной плоскости? Выдвигают гипотезу: КПД наклонной плоскости зависит от угла наклона и не зависит от веса поднимаемого тела.	Самостоятельное создание алгоритмов деятельности при решении проблем поискового характера. Самостоятельное формулирование познавательной задачи. Самостоятельное выдвижение гипотезы о зависимости КПД наклонной плоскости от угла наклона и веса поднимаемого тела.	Контролируют, при необходимости корректируют и оценивают действия партнера по группе.	Умение интегрироваться в группу сверстников и строить продуктивное сотрудничество со сверстниками и взрослыми	Выполняют составленный план действий для определения КПД наклонной плоскости: 1. Определяют цену деления динамометра, транспортира и измерительной ленты. 2. Собирают установку. 2. Измеряют вес бруска (Р). 3. Измеряют высоту наклонной плоскости (h). 4. Рассчитывают полезную работу по формуле . 5. Измеряют силу трения (Fтр). 6. Измеряют длину наклонной плоскости (l). 7. Рассчитывают затраченную работу по формуле . 8. Рассчитывают КПД наклонной плоскости по формуле . 9. Изменяют вес бруска, повторяют 1-6. 10. Изменяют угол наклона плоскости, повторяют 1-6. 11. Результаты заносят в таблицу.	Умение составления плана и последовательности действий, прогнозирования результата.
Рефлексия (4 мин.)
Напоминает, что вывод по работе должен быть ответом на цель исследования.	Оформляют результаты работы, делают вывод, анализируют полученный результат.	Осознанное построение речевого высказывания в письменной форме. Рефлексия способов и условий действия, контроль и оценка процесса и результатов деятельности.	Делают вывод: в ходе лабораторной работы КПД наклонной плоскости при угле наклона 20 к горизонту оказался равным 45%, он всегда меньше 100%, зависит от угла наклона (чем больше угол наклона плоскости, тем больше ее КПД) и не зависит от веса поднимаемого тела.	Умение точно выражать свои мысли;	Оценивают полученные результаты работы: Ап должна быть меньше Аз; высота наклонной плоскости должна быть меньше ее длины, полученный КПД должен быть меньше 100%. Если полученный результат не верен, находят ошибку в измерении или расчетах.	Умение оценивать и контролировать полученный результат, корректировать план и способ действия в случае расхождения эталона и полученного результата.
Домашнее задание (2 мин.)
Выводит на экран слайд. Комментирует домашнее задание, дает рекомендации по его эффективному выполнению.	Записывают домашнее задание.	Выделение необходимой информации.	Задают уточняющие вопросы	Умение точно сформулировать вопрос, внимательно выслушать ответ.	Ставят перед собой учебную задачу	Умение постановки учебной задачи на основе соотнесения известного и неизвестного материала.

Энергия. Коэффициент полезного действия механизмов и машин



Энергия. Коэффициент полезного действия механизмов и машин Естествознание Физика. 7 класс Энергия Коэффициент полезного действия механизмов и машин 1. КПД простого механизма (задача). Предназначена для отработки умения решать задачи на вычисление КПД наклонной плоскости и рычага. Тип: П Скачать (архив, 42,5 Кб) 2. Вечные двигатели (слайд-шоу). Иллюстрированный рассказ о попытках изобретения «вечных» двигателей. Тип: И Скачать (архив, 500 Кб) 3. КПД механизмов (слайд-шоу). Иллюстрированный и озвученный рассказ о том, почему КПД простых механизмов всегда меньше 100%. Тип: И Скачать (архив, 1,05 Мб) 4. КПД простого механизма (формула). Иллюстрирование и озвучивание формулы для вычисления коэффициента полезного действия простого механизма. Тип: И Скачать (архив, 12,8 Кб) Скачать все ресурсы по теме «Коэффициент полезного действия механизмов и машин» (архив, 1,60 Мб)

Во всех разделахНовостиКаталогДеятельностьОбучениеОпыт и практикаО компанииNet-SchoolВопросы и ответыДругое  Используете ли вы мультимедийные учебные пособия компании «Новый Диск»?

Открытый урок по теме: «Тепловые двигатели. Коэффициент полезного действия»

библиотека
материалов

Содержание слайдов

Номер слайда 1

Тепловые двигатели КПД теплового двигателя.

Номер слайда 2

Цели урока: 1.Сформировать понятие о физических принципах действия тепловых двигателей. 2.Познакомить с важнейшими направлениями применения тепловых двигателей в народном хозяйстве. 3. Выяснить экологические проблемы, связанные с использованием тепловых двигателей.

Номер слайда 3

Повторим -Дайте формулировку первого закона термодинамики. (Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количество теплоты, переданное системе. ∆U=A+Q) -Может ли газ нагреться или охладиться без теплообмена с окружающей средой? Как это происходит? (При адиабатических процессах.)

Номер слайда 4

-Напишите первый закон термодинамики в следующих случаях: а) теплообмен между телами в калориметре; б) нагрев воды на спиртовке; в) нагрев тела при ударе. ( а) А=0, Q=0, ∆U=0; б) А=0, ∆U= Q; в) Q=0, ∆U=А) — На рисунке изображен цикл, совершаемый идеальным газом определенной массы. Изобразить этот цикл на графиках р(Т) и Т(р). На каких участках цикла газ выделяет теплоту и на каких – поглощает? (На участках 3-4 и 2-3 газ выделяет некоторое количество теплоты, а на участках 1-2 и 4-1 теплота поглощается газом.)

Номер слайда 5

Развитие техники зависит от умения использовать громадные запасы внутренней энергии. Использовать эту энергию — это значит совершать за ее счет полезную работу. Рассмотрим источники, которые совершают работу за счет внутренней энергии.

Номер слайда 6

История создания теплового двигателя. 1690 – пароатмосферная машина Д.Папена 1705 — пароатмосферная машина Т.Ньюкомена для подъема воды из шахты 1763-1766 – паровой двигатель И.И.Ползунова 1784 – паровой двигатель Дж.Уатта 1865 – двигатель внутреннего сгорания Н.Отто 1871 – холодильная машина К.Линде 1897 – двигатель внутреннего сгорания Р.Дизеля (с самовоспламенением)

Номер слайда 7

В апреле 1763 г. Ползунов демонстрировал работу огнедействующей машины «для заводских нужд»

Номер слайда 8

В 1781 г. Джеймс Уатт получил патент на изобретение второй модели своей машины. В 1782 г. эта замечательная машина, первая универсальная паровая машина «двойного действия», была построена

Номер слайда 9

К  1863 году был готов первый образец атмосферного газового двигателя с поршнем от авиационного мотора и ручным стартером, работавшим на смеси бензина и воздуха Двигатель внутреннего сгорания Н.Отто

Номер слайда 10

1878 – 1888 гг. Рудольф Дизель работает над созданием двигателя принципиально новой конструкции. В голову ему приходит создание абсорбционного двигателя, работавшего на аммиаке, а в роли топлива должна была выступать специальная пудра, полученная из каменного угля.

Номер слайда 11

Три основных элемента любого теплового двигателя: 1.Нагреватель, сообщающий энергию рабочему телу. 2. Рабочее тело (газ или пар), совершающее работу. 3.Холодильник, поглощающий часть энергии от рабочего тела

Номер слайда 12

Как работает тепловой двигатель?

Номер слайда 13

Принцип действия теплового двигателя основан на свойстве газа или пара при расширении совершать работу. В процессе работы теплового двигателя периодически повторяются расширения и сжатия газа. Расширения газа происходят самопроизвольно, а сжатия под действием внешней силы. Принцип действия теплового двигателя

Номер слайда 14

Работа двигателя.

Номер слайда 15

Плюсы и минусы ТД. Достоинства: Способствует экономическому развитию Создает комфортные условия Удовлетворяет потребности человека в быстром передвижении. Недостатки: Загрязняет атмосферу Способствует повышению температуры окружающей среды Истощает природные ресурсы Негативно влияет на состояние здоровья человека.

Номер слайда 16

Пути решения экологических проблем 1.Использование альтернативного топлива. 2.Использование альтернативных двигателей. 3.Оздоровление окружающей среды. 4.Воспитание экологической культуры.

Номер слайда 17

Тепловые двигатели в народном хозяйстве. Тепловые двигатели – необходимый атрибут современной цивилизации. С их помощью вырабатывается около 80 % электроэнергии. Без тепловых двигателей (ДД, ДВС) невозможно представить современный транспорт. Паротурбинные двигатели применяются на водном транспорте. Газотурбинные — в авиации. Ракетные двигатели используются в ракетно – космической технике.

Номер слайда 18

КПД тепловых двигателей Коэффициент полезного действия теплового двигателя (КПД) – отношение работы, совершаемой двигателем за цикл, к количеству теплоты, полученной от нагревателя. =Q1-Q2 100% Q1

Номер слайда 19

Карно Никола Леонард Сади (1796-1832 г.)- французский физик и инженер. Свои исследования он изложил в сочинении «размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу». Он предложил идеальную тепловую машину =T1 — T2 100% T1

Номер слайда 20

Номер слайда 21

В 1829 году инженер Дж. Стефенсон построил лучший для того времени паровоз «Ракета». Первый тепловоз построен в 1924г. советским ученым Л.М.Таккелем. Тепловоз приводит в движение двигатель внутреннего сгорания Железнодорожный транспорт

Номер слайда 22

Прообразом современного автомобиля считают самодвижущуюся повозку немецких механиков Г.Даймлера и Бенца. В 1883 году легкий ДВС был установлен на обычный конный экипаж. Автомобильный транспорт

Номер слайда 23

Авиационный транспорт 17 декабря 1903 года американские изобретатели Орвил и Уилбур Райт провели испытание первого в мире самолета — аэроплана (планера, снабженного ДВС). Полет продолжался 12 секунд на высоте 3 метра от земли

Номер слайда 24

Космический транспорт 17 августа 1933 года в воздух поднялась на высоту около 400 м первая советская жидкостная ракета, сконструированная М.К.Тихомировым. 4 октября 1957 года был запущен первый искусственный спутник Земли.

Номер слайда 25

Номер слайда 26

Номер слайда 27

Что такое эффективность в физике – x-engineer.

org

Эффективность имеет несколько определений, и все они действительны. Мы можем определить эффективность как:

• способность избегать потерь энергии при выполнении определенной работы
• отношение между полезной работой, выполненной устройством, и полной энергией, потребляемой на входе

Предположим, у нас есть система, которая получает мощность в качестве входа и выводит другую мощность. КПД – это отношение между выходной и входной мощностью.

Изображение: Эффективность системы

Для обозначения эффективности используется греческая буква eta (η):

\[ \begin{equation} \begin{split}
\bbox[#FFFF9D]{\eta=\ frac{P_{out}}{P_{in}}}
\end{split} \end{equation} \]

Если мы хотим выразить эффективность в процентах, математическое выражение принимает вид:

\[\eta = \frac {P_{out}}{P_{in}} \cdot 100 [\%] \]

Например, если мы возьмем электродвигатель, который получает мощность 1000 Вт от батареи и выдает 900 Вт на роторе, какова КПД двигателя?

\[\eta_{mot} = \frac{900}{1000} \cdot 100 = 90 \% \]

Куда делись оставшиеся 100 Вт? Почему их нет на выходе двигателя (ротора)?

Ответ прост. Поскольку ротор установлен на некоторых подшипниках, в подшипниках возникает некоторое трение. Трение поглощает часть подводимой мощности и преобразует ее в тепло. Также в самом двигателе есть потери в обмотках. Потери на трение вместе с потерями в обмотке снижают выходную мощность двигателя.

\[P_{out} = P_{in} – P_{loss}\]

Если мы разделим приведенное выше выражение на входную мощность, мы получим:

\[ \begin{equation*} \begin{split}
\frac{ P_{out}}{P_{in}} &= \frac{P_{in}}{P_{in}} – \frac{P_{потеря}}{P_{in}}\\
\eta &= 1 – \frac{P_{loss}}{P_{in}}\\
\end{split} \end{equation*} \]

Если мы знаем входную мощность системы и ее эффективность, мы можем легко вычислить выходная мощность как:

\[ \begin{equation} \begin{split}
\bbox[#FFFF9D]{P_{out} = \eta \cdot P_{in}}
\end{split} \end{equation} \]

Теперь мы собираемся работать над примером, который покажет влияние эффективности на выход системы активации.Также мы увидим, как использовать КПД для расчета выходной мощности.

Предположим, у нас есть электромеханическая система привода, состоящая из:

• батареи
• электродвигателя
• червячной передачи
• цилиндрической передачи

и электрический ток батареи и КПД двигателя, червячной передачи и цилиндрической передачи, мы можем рассчитать выходную мощность на цилиндрической передаче.

6

для лучшего понимания входная и выходная мощность для каждого компонента, мы можем описать приведенную выше систему привода с помощью блок-схем:

Изображение: Блок-схема электромеханической системы привода

Сначала мы вычисляем входную мощность r, мощность аккумулятора:

\[P_{bat} = U_{bat} \cdot I_{bat} = 12 \cdot 10 = 120 Вт \]

Далее рассчитаем выходную мощность двигателя:

\[P_{mot} = \eta_{mot} \cdot P_{bat} = 0. 95 \cdot 120 = 114 Вт \]

Далее вычисляем выходную мощность червячной передачи:

\[P_{червяк}=\eta_{червяк} \cdot P_{mot} = 0,70 \cdot 114 = 79,8 Вт \]

Наконец вычисляем выходную мощность цилиндрического зубчатого колеса:

\[P_{шпора} = \eta_{шпора} \cdot P_{червяк} = 0,98 \cdot 79,8 = 78,204 Вт\]

Зная входную мощность и выходную мощность, мы можем рассчитать общая эффективность системы:

\[\eta = \frac{P_{out}}{P_{in}} = \frac{P_{spur}}{P_{bat}} = \frac{78,204}{120 }=0,6517 = 65,17 \% \]

Общая эффективность системы также может быть рассчитана путем перемножения всех эффективности компонентов:

\[\eta = \eta_{mot} \cdot \eta_{worm} \cdot \eta_ {шпора} = 0.95 \cdot 0,70 \cdot 0,98 = 0,6517 = 65,17 \% \]

Мы можем рассчитать потери мощности, вычитая выходную мощность из входной мощности:

\[P_{потеря} = P_{вх} – P_{выход} = P_{bat} – P_{spur} = 120 – 78,204 = 41,796 Вт \]

С учетом потерь мощности мы можем пересчитать общий КПД как:

\[\eta = 1 – \frac{P_{loss}}{P_{ in}} = 1 – \frac{41,796}{120} = 1 – 0,3483 = 0,6517 = 65,17 \%\]

В этом упражнении должно быть довольно очевидно, как рассчитывается эффективность и как она влияет на выходную мощность системы.

Если у вас есть какие-либо вопросы или замечания относительно этого руководства, пожалуйста, используйте форму комментариев ниже.

Не забудьте поставить лайк, поделиться и подписаться!

Новый закон физики нашел лучшее место для эффективности самолетов

Профессор Антонино Ферранте

Исследователи из Лаборатории вычислительной гидромеханики A&A открыли новый закон гидромеханики, раздела физики, который поможет будущему проектирования самолетов. «Закон начального разделения» определяет максимальный наклон фюзеляжа самолета, чтобы избежать разделения воздушного потока, которое увеличивает сопротивление давления.Сопротивление – это аэродинамическая сила, противодействующая движению вперед.

Правильный наклон фюзеляжа уменьшит лобовое сопротивление и создаст более эффективный самолет для снижения расхода топлива. Новая статья, написанная доцентом Антонино Ферранте, Давэй Лу (MS 2019) и докторантом Абхирамом Айталом, определяет параметры этого недавно открытого закона.

Айтал объясняет, что идеалом является максимальное приближение к разделению потока. Он говорит: «Когда поток приближается к разделению, сопротивление на самом деле уменьшается, поэтому лучший сценарий — быть как можно ближе к разделению, не пересекая линию, потому что пик производительности в управлении и эффективности приходится непосредственно перед разделением.

Визуализация зависимости наклона хвостовой части водомета от отрыва потока. Изображение предоставлено: Cessna Citation X — N299CX — Gears Up — Wells Fargo Bank Na Trustee Corporate Jet — региональный аэропорт Уокеган от tncountryfan под лицензией CC BY 2.0.

Выкройки раскрыты

Давэй Лу

Ферранте говорит: «У меня было интуитивное ощущение, что закон существует — природа следует законам, которые только и ждут, чтобы их открыли. Давэй и Абхирам разработали модели и анализ данных, чтобы доказать это.Мы смогли открыть закон, который предсказывает максимальный наклон изогнутой поверхности, такой как фюзеляж самолета, чтобы избежать разделения воздушного потока на основе переменных потока и нескольких геометрических параметров, чтобы избежать разделения потока».

Лу описал процесс доказательства существования закона, сказав, что они сначала искали геометрию фюзеляжа самолета от НАСА в литературе по гидромеханике. Эта геометрия представляет собой аналитическую модель, используемую для компьютерного моделирования аэродинамики.Сначала они провели моделирование с различной высотой, используя эту единую геометрию, чтобы найти значение уклона, при котором поток приближается к отрыву. Затем они провели сотни симуляций для различных геометрий и параметров потока и подали патент на эти новые геометрии, которые помогут в дальнейших исследованиях (патентная заявка США 63/027,041).

«Сначала мы с трудом видели корреляции точек данных, — сказал Лу, — но после корректировки нашей методики разрозненные данные рухнули ближе к одной линии на графике — максимальному наклону отрыва потока.

«Что нас больше всего удивило, — продолжил Лу, — так это то, что в этом явлении преобладает максимальный наклон корпуса самолета, а не максимальная кривизна или форма изогнутой поверхности».

Дальнейшая работа

Воздух — это жидкость

В то время как наиболее очевидное применение этого закона относится к самолетам, закон начального разделения применим к любому искривленному твердому телу, движущемуся в жидкости. Жидкости – это жидкости или газы. Исследователи могут применить этот закон начального разделения к конструкции подводных лодок, воздушных или морских турбин и многих наземных или воздушных транспортных средств.

Команда работает над расчетом более точных коэффициентов закона с помощью более продвинутого численного моделирования. Ферранте говорит: «Что интересно, так это то, что мы сможем сообщить авиаконструкторам, учитывая высоту и длину самолета и общие условия полета, которые вы ожидаете от этого самолета, что существует определенный максимальный наклон корпуса самолета, который они не должны выходить за пределы, чтобы поддерживать поток». До сих пор закон был определен для несжимаемого потока, который распространяется на самолеты с потоком, такие как небольшие винтовые самолеты, которые движутся намного медленнее скорости звука. Команда работает над расширением набора данных для более быстрых коммерческих самолетов.

Сокращение глобальных выбросов

Абхирам Айтал

Хотя со стороны может показаться, что конструкция корпусов самолетов не сильно изменилась за последние несколько десятилетий, небольшие изменения приносят большие плоды. Небольшая корректировка конструкции, например, формы фюзеляжа самолета, чтобы максимально приблизиться к разделению потока, сохраняя при этом присоединенный поток, может означать большую экономию топлива и снижение выбросов для авиационной промышленности, что способствует примерно 2.4% мировых выбросов.

Ферранте говорит: «Изменение климата является для меня огромным мотиватором. Если мы сможем снизить потребление топлива авиакомпаниями на несколько процентов, просто изменив конструкцию самолета посредством открытия этого нового закона, статистика может показаться небольшой, но в глобальном масштабе это большое достижение в снижении потребления топлива и выбросов ископаемого топлива. ”

Доступ к оригинальной статье: Закон начального разделения на изогнутых пандусах, выведенный с помощью усредненного по Рейнольдсу Навье-Стокса

Фото баннера: «toy jet; Citation Bravo» от Global Jet под лицензией CC BY 2.0

  CFM Lab имеет новый веб-сайт и новый URL-адрес. Посетите его по адресу https://sites.uw.edu/cfmlab/.

APS Physics — Отчет об энергоэффективности: энергия = будущее

Думайте об эффективности

Другой вид отчета об энергоэффективности

Научно-технический акцент

Energy Future: Think Efficiency отличается от других отчетов по энергоэффективности своим упором на научные и технологические возможности и анализ.Программа Energy Future: Think Efficiency , разработанная группой ведущих экспертов в области энергетической политики с опытом работы в области физики, инженерии, экономики и политики, исследует, что работает, что может работать в ближайшее время и что осуществимо в будущем. Этот отчет, основанный на новых технологиях, нацелен на то, какие исследования и разработки принесут Америке наибольшую отдачу от ее долларов.

Новости хорошие

Основные выводы по энергоэффективности

После научной оценки широкого спектра энергосберегающих идей и альтернативных источников энергии, таких как гибридные автомобили, автомобили на водородных топливных элементах, солнечная энергия и энергия ветра, в отчете рекомендуется множество краткосрочных и долгосрочных целей.Хорошая новость в том, что новости хорошие.

• Повышение энергоэффективности относительно просто и недорого.
• Уже существует множество технологий для повышения энергоэффективности и экономии денег потребителей.

Здания и транспорт

Выделение максимального потребления

Сосредоточив внимание на транспорте и зданиях, двух областях, которые потребляют две трети нашей энергии, Energy Future: Think Efficiency конкретно определяет приоритеты энергетической политики следующей администрации — на ближайшее будущее и десятилетия вперед.

АПС

Головная профессиональная организация физиков

APS — это Американское физическое общество, общество, созданное столетие назад с целью продвижения и распространения знаний в области физики. APS предлагает этот знаменательный отчет для определения наиболее эффективных стратегий энергосбережения в Америке.

Распыление по энергоэффективности | PhysicsCentral

Аэрозольный баллончик.
Фотография PiccoloNamek, используется в рамках Creative Commons Attribution ShareAlike 3.0.

На приведенном выше рисунке показаны потери тепла в обычном доме.
Изображение предоставлено акцией 21

Профессор Джо Дарква, научный сотрудник Оливер Су и аспирант Тони Чжоу со своим терморегулирующим материалом. Материал может быть изготовлен достаточно маленьким, чтобы его можно было распылять, или намного больше, как показано здесь.
Изображение предоставлено Китайским центром технологий устойчивой энергетики Ноттингемского университета Нинбо.

Вы можете купить спреи для фиксации волос, защиты кожи от солнечных ожогов и удаления пятен от травы с белой бейсбольной формы.Вы также можете купить спреи для устранения запахов, травления печатных плат и успокаивающих болей в горле. Так что, возможно, неудивительно, что в ближайшие несколько лет вы сможете купить спрей, который значительно повысит энергоэффективность вашего дома.

Если вы когда-нибудь спали зимой у окна со сквозняком, то знаете, что тепло уходит через здания. Но тепло уходит из зданий разными путями, а не только через сквозняки. Тепло также уходит через вентиляционные системы, крыши, двери и стены.По некоторым оценкам, стены ответственны за до 35% тепла, которое уходит из неутепленных домов. Утепление стен значительно снижает теплопотери. Напыление на стены нового материала, разработанного группой ученых из Ноттингемского университета Нинбо, Китай, может снизить потребление энергии и еще больше сократить расходы на электроэнергию.

Материал, называемый новым недеформируемым материалом с фазовым переходом для накопления энергии , разработан наподобие фармацевтической таблетки с чем-то, называемым материалом с фазовым переходом (PCM) внутри, окруженным покрытием. В этом контексте фаза относится к физическому состоянию материала, например твердому, жидкому или газообразному. Фазовый переход происходит, когда что-то переходит из одного состояния в другое, например, из жидкости в газ. В материалах с фазовым переходом изменение температуры заставляет материал переходить из твердого состояния в жидкое или наоборот.

Когда температура вокруг твердого тела повышается, твердое тело поглощает тепло, и его температура увеличивается. Когда температура материала достигает определенной точки, он начинает плавиться.Материал продолжает поглощать тепло при плавлении, но эта энергия идет на фазовый переход. Это означает, что температура материала остается примерно одинаковой в процессе плавления. Позже, если температура вокруг жидкости падает ниже точки плавления, жидкость затвердевает и высвобождает поглощенное ранее тепло. Таким образом, материалы с фазовым переходом могут накапливать энергию.

Если требуется много тепла, чтобы превратить твердое тело в жидкость после того, как твердое тело достигнет точки плавления, то вы можете накопить много энергии. Это ключ к использованию материала с фазовым переходом для повышения энергоэффективности вашего дома.

Одной из проблем при создании энергоэффективных зданий является регулирование температуры — вы хотите использовать тепло от солнца, которое падает на здание в течение дня, и прохладный воздух ночью. Тем не менее, вы также хотите поддерживать комфортную температуру в доме 24 часа в сутки. Если бы можно было хранить тепло, попадающее в дом днем, и использовать его ночью! Здесь на помощь приходят PCM.

Представьте себе стену с ПКМ, который «настроен» на поглощение тепла каждый раз, когда температура в помещении поднимается выше 70°F. Днем, когда светит солнце и комната нагревается, PCM поглощает дополнительное тепло, что приводит к повышению его температуры. Когда его температура достигает точки плавления, дополнительное тепло по-прежнему поглощается ПКМ, но теперь оно переходит в фазовый переход. Вечером, когда солнце садится и комната остывает ниже 70°F, PCM начинает затвердевать и выделяет тепло, поглощенное ранее днем, что повышает температуру в комнате.

PCM не являются чем-то новым, но ученые из Ноттингемского университета в Нинбо, Китай, внесли некоторые ключевые усовершенствования в существующие PCM и покрытие, которые приближают эту идею к реальности. Детали их конструкции не разглашаются, но они нашли способ оптимизировать чувствительность PCM к нагреву и время выделения дополнительного тепла. Кроме того, они нашли способ производить материал по низкой цене и с использованием местных материалов, что делает его привлекательным вариантом для широкого использования.Материал также может быть изготовлен в различных размерах и формах для различных применений.

Материал еще не готов к коммерческому использованию, и исследователи все еще работают над его производством в форме спрея, чтобы его можно было использовать на уже существующих стенах. Они также изучают, как его можно смешать с краской или включить в обои. Кроме того, температура, при которой PCM начинает поглощать тепло, в настоящее время устанавливается во время производства, но в идеале ученые хотели бы, чтобы конструкция позволяла пользователю устанавливать любую температуру по своему желанию.

Возможности применения этого нового материала выходят за рамки регулирования температуры в зданиях; ученые также пытаются внедрить эту технологию в электронику, освещение и солнечные панели. Все эти приложения ограничены температурой — когда их температура слишком высока, они становятся менее эффективными. Если новый материал можно будет использовать в этих целях и распылять на стены, он может значительно сократить количество энергии, потребляемой зданиями.

Для получения дополнительной информации ознакомьтесь со следующими источниками:
Ноттингемский университет, Великобритания: ученые изобретают терморегулирующий строительный материал
Подробнее об этом материале читайте в этом пресс-релизе Ноттингемского университета.

Ноттингемский университет, Китай: Университет изобрел теплорегулирующий строительный материал
Узнайте больше об этом проекте и инвестициях Ноттингемского университета в исследования в области энергетики.

Zona Land Образование: Изменение фазы (или состояния)
Узнайте больше о фазовых переходах и их зависимости от тепла.

University of Colorado PhET Моделирование: состояния материи
Исследуйте разницу между тремя основными состояниями материи (твердое, жидкое и газообразное) с помощью этой увлекательной симуляции.

Википедия: Материалы с фазовым переходом (PCM)
Узнайте о конкретных материалах с фазовым переходом, таких как гидраты солей и жирные кислоты.

Электричество – подробное содержание

 

 

 

Мощность

 

Мощность по определению скорость работы .

Поскольку работа = сила x пройденное расстояние , отсюда следует, что

 

 

 

 

 

Пример

 

Военный танк массой 20 метрических тонн движется вверх по холму 30 ^o с постоянной скоростью 5 мс ^-1 .

Если все силы трения, противодействующие движению, в сумме составляют 5000 Н, какова мощность двигателя?
(g = 10 мс ^-2 , ответ в кВт)

 

 

Если танк движется с постоянной скоростью, силы, направленные вперед, уравновешиваются силами, направленными назад.

 

м — масса танка, тогда mgsin30 ^o — составляющая веса вниз по склону
R — сумма сил сопротивления вниз по склону
T — сила тяги вперед вверх по склону

 

mgsin30 ^o + R = T

 

Т = (20 000 х 10 х 0.5) + 5000 = 105 000 Н

 

мощность = сила x скорость

 

мощность двигателя танка = 105 000 х 5 = 525 000 Вт

 

 

Ответ. 525 кВт

 

 

вернуться к началу

 

 

Эффективность

 

Эффективность – это отношение полезной работы к общей выполненной работе, выраженное в процентах.

 

 

 

 

 

Пример

 

Насос, работающий с КПД 70%, подает масло в количестве 4 кг ^-1 со скоростью 3 мс ^-1 в подогреватель масла.

Если вертикальное расстояние, перемещаемое нефтью, составляет 10 м, какова потребляемая мощность насоса?
(g = 10 мс ^-2 , ответ на 1 д.р.)

 

 

E _f = 70%, m=4 кг, v=3 мс ^-1 , h=10 м, g=10 мс ^-2

 

работ/сек. поднять нефть на высоту 8 м = mgh = 4x10x10 = 400 Дж/с

работ/сек. для получения скорости разряда = 0,5x4x3x3 = 18 Дж/с

общая работа/сек. = 400 + 18 = 418 Вт

 

418 Вт соответствует 70 % потребляемой мощности,

 

, поэтому общая потребляемая мощность насоса =

 

 

 

Ответ.потребляемая мощность насоса 597,1Вт (1.д.п.)

 

 

 

вернуться к началу

 

Применение физики к проектированию энергоэффективных зданий

Профессор Рейнхарт (слева) и аспирантка Хеллен Роуз Аньянго Авино обсуждают классное задание по измерению теплового комфорта. Предоставлено: Келли Трэверс/MITEI.

Создать идеально энергоэффективное здание относительно легко, если вы не даете обитателям здания никакого контроля над окружающей средой.Поскольку никому не нужны такие здания, профессор Кристоф Рейнхарт сосредоточил свою карьеру на поиске способов сделать здания более энергоэффективными, не забывая при этом о потребностях пользователей.

«На данном этапе проектирования зданий наибольшая неопределенность связана с поведением пользователей», — говорит Рейнхарт, возглавляющий Лабораторию устойчивого проектирования в Департаменте архитектуры Массачусетского технологического института. «Как только вы поймете тепловой поток, станет очень точной наукой определить, сколько тепла добавить или убрать из пространства.»

Получив образование в области физики, Рейнхарт перешел в архитектуру, потому что хотел применить научные концепции, которые он изучил, чтобы сделать здания более удобными и энергоэффективными. Сегодня он всемирно известен своей работой в области того, что архитекторы называют «дневным освещением» — использованием естественного света для освещения интерьеров зданий — и анализом экологических характеристик зданий на городском уровне. Инструменты дизайна, созданные в его лаборатории, используются архитекторами и градостроителями более чем в 90 странах.

Работа Лаборатории устойчивого дизайна также привела к созданию двух дополнительных компаний: Mapdwell, которая обеспечивает индивидуальный анализ затрат и выгод для установки солнечных панелей; и Solemma, которая предоставляет инструменты для анализа окружающей среды, такие как DIVA-for-Rhino, высокооптимизированный программный компонент для моделирования естественного освещения и энергопотребления. Рейнхарт является соучредителем и советником по стратегическому развитию Mapdwell, а также генеральным директором Solemma.

Несмотря на все это, физика оставалась центральной опорой.«Все, что разрабатывает наша лаборатория, в первую очередь основано на физике», — говорит Рейнхарт, получивший степень магистра физики в Университете Альберта Людвига во Фрайбурге, Германия, и Университете Саймона Фрейзера в Ванкувере, Канада.

Информационная конструкция

Защитник окружающей среды Рейнхарт говорит, что на изучение архитектуры его отчасти вдохновила работа Фраунгоферовского института систем солнечной энергии, который в начале 1990-х годов построил во Фрайбурге полностью автономный солнечный дом.

Заканчивая свою магистерскую диссертацию, Райнхарт говорит, что он также прочитал статью, в которой говорилось, что такие характеристики, как цвет, могут быть более важными, чем производительность, для архитекторов, выбирающих солнечную систему. экологические характеристики их проектов в то же время. Он начал эту работу с исследования дневного света в Техническом университете Карлсруэ, Германия.

Свет невероятно важен с точки зрения дизайна — архитекторы говорят о «рисовании светом», — но есть и серьезные технические проблемы, связанные с освещением, например, как управлять теплом и бликами, говорит Рейнхарт.

«Вам нужны хорошие модели неба и хорошие инструменты рендеринга для моделирования света. Вам также нужны компьютерные науки, чтобы сделать это быстрее — но это только основы», — говорит Рейнхарт, отмечая, что следующим шагом будет рассмотрение того, как люди воспринимают и используйте естественный свет. «Это действительно тонкое мышление — вот что делает дневной свет таким веселым и интересным».

Например, дизайнеры обычно изображают здания с открытыми жалюзи. Если они узнают, что люди будут опускать жалюзи в 90% случаев с заданным дизайном, они, скорее всего, переосмыслят его, говорит Рейнхарт, потому что «никто этого не хочет.»

Программное обеспечение для анализа дневного света, разработанное командой Рейнхарта в 1998 году, предоставляет именно такую ​​информацию. Известная как DAYSIM, она в настоящее время используется во всем мире для моделирования годовой доступности дневного света в зданиях и вокруг них.

Рейнхарт также опубликовал учебники по дневному освещению: «Справочник по дневному освещению I: основы и проектирование с использованием солнца» был опубликован в 2014 году, а второй том «Справочник по дневному освещению II: моделирование дневного света и динамические фасады» был выпущен в октябре прошлого года.

«Дневное освещение было действительно моим первым путем в архитектуре», — говорит Рейнхарт, отмечая, что он считает замечательным, что эта область сочетает в себе «жесткую науку», такую ​​как моделирование неба, с более субъективными вопросами, связанными с опытом пользователей, такими как: «Когда солнечный свет — это пассив?» и «Когда это добавляет визуального интереса?»

Обучение и консультирование

Получив докторскую степень по архитектуре в Техническом университете в 2001 году, Рейнхарт некоторое время преподавал в Университете Макгилла в Канаде, прежде чем был назначен адъюнкт-профессором архитектуры в Высшей школе дизайна Гарвардского университета.В 2009 году студенческий форум назвал его преподавателем года.

В 2012 году он присоединился к факультету Массачусетского технологического института, где обычно руководит семью или восемью аспирантами, в том числе примерно тремя, работающими над докторскими диссертациями. Часто у него также есть студенты, работающие в его лаборатории по Программе исследовательских возможностей для студентов. По его словам, несколько студентов, специализирующихся в области компьютерных наук, оказались особенно полезными.

«Удивительно, что могут реализовать студенты Массачусетского технологического института, — говорит он.

Рейнхарт также является инструктором, в частности преподает 4.401/4.464 (Экологические технологии в зданиях), в котором основное внимание уделяется оценке энергоэффективности зданий.

«Нет ничего более увлекательного, особенно в таком учреждении, как Массачусетский технологический институт, чем преподавать эти концепции», — говорит он.

Энергетическая инициатива Массачусетского технологического института (MITEI) в настоящее время работает над тем, чтобы сделать этот предмет доступным в Интернете через MITx, и ожидается, что этот курс станет частью запланированного сертификата выпускника в области энергетики, по словам Антье Даниэльсон, директора по образованию MITEI.

Моделирование в масштабе города

Тем временем Рейнхарт расширил свои собственные исследования до моделирования энергопотребления на уровне города. В 2016 году он и его коллеги представили энергетическую модель Бостона, которая оценивает потребности в газе и электричестве для каждого здания в городе, и с тех пор его команда оценила другие городские районы.

Эта работа показала ему, насколько важно поведение пользователя для расчета энергопотребления.

«Для отдельного здания вы можете получить представление о поведении пользователя, но если вы хотите смоделировать целый город, эта проблема взорвется перед вами», — говорит Рейнхарт, отмечая, что его команда использует статистические методы, такие как байесовская калибровка, для определения вероятности поведение.

По сути, они собирают данные об энергопотреблении и обучают компьютер распознавать различные сценарии, например потребление энергии разным количеством людей и приборов.

«Мы проверяем поведение 800 пользователей в выборке зданий, и, поскольку мы знаем, сколько энергии эти здания фактически потребляют, мы сохраняем только те модели поведения, которые дают нам правильное использование энергии», — говорит Рейнхарт, объясняя, что повторение процесса приводит к кривая, указывающая наиболее вероятное использование зданий. «Мы не знаем точно, где находятся люди, но на городском уровне мы понимаем это правильно».

Определение того, как энергия используется в таком широком масштабе, дает важную информацию для удовлетворения потребностей энергетической системы в целом, говорит Рейнхарт. Вот почему Рейнхарт в настоящее время работает с Exelon Corporation, крупным национальным поставщиком энергии, над оценкой энергопотребления в Чикаго. «Мы можем сказать, давайте поощрять такого рода обновления и в значительной степени гарантировать, что именно так будет меняться энергетическая нагрузка в районе или на отдельных подстанциях — это как раз то, что коммунальные предприятия хотят знать», — говорит он.

Связь продовольствия, энергии и воды

Недавно Рейнхарт также начал исследовать способы сделать производство продуктов питания более энергоэффективным и устойчивым. Его лаборатория разрабатывает программный компонент, который может оценивать урожайность продуктов питания, связанное с этим использование энергии и воды, а также выбросы углерода, возникающие в результате различных типов городских ферм.

Например, гидропонное контейнерное хозяйство — система выращивания продуктов питания без почвы внутри чего-то вроде транспортного контейнера — сейчас продвигается компаниями в некоторых городах, включая Бостон.Эта система обычно использует больше электроэнергии, чем обычное сельское хозяйство, но это потребление энергии может быть более чем компенсировано снижением потребности в транспорте, говорит Рейнхарт. Команда Райнхарта уже продемонстрировала, что выращивание на крышах и в контейнерах на доступной земле в Лиссабоне, Португалия, теоретически может удовлетворить общий спрос на овощи в городе.

Эта работа, посвященная изучению взаимосвязи между едой, энергией и водой, представляет собой следующий уровень сложности для Рейнхарта в его карьере, направленной на продвижение устойчивого развития.К счастью, он не одинок в своей работе; он отправил множество молодых ученых в мир для работы над аналогичными проблемами.

Бывшие аспиранты Рейнхарта теперь работают в таких университетах, как Корнелл, Гарвард, Сиракузы и Университет Торонто, и он продолжает сотрудничать с ними в проектах.

Это похоже на растущую семью, — говорит Рейнхарт, отец двоих детей. «Студенты никогда не уходят. Это как дети».

---

Картографический веб-сайт сообщает владельцам зданий, стоит ли переход на солнечную энергию затрат на установку.

---

Предоставлено Массачусетский Институт Технологий

Эта история переиздана с любезного разрешения MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), популярный сайт, на котором публикуются новости об исследованиях, инновациях и преподавании Массачусетского технологического института.

Цитата : Применение физики к проектированию энергоэффективных зданий (17 января 2019 г. ) получено 12 февраля 2022 г. с https://физ.org/news/2019-01-physics-energy-efficient.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Расчет энергоэффективности — видео и расшифровка урока

Формула

Теперь представьте, что вы владелец местной картинной галереи.Вы показываете все свои произведения искусства с 8 утра до 8 вечера. Вы заинтересованы в энергоэффективности, потому что на самом деле тратите немало денег на питание всех источников света в своей галерее.

Вы хотите знать, сколько электроэнергии, за которую вы платите, фактически превращается в полезный свет с помощью ваших лампочек. Чтобы помочь вам понять это, вы используете следующую формулу для определения энергоэффективности:

						Unit
Батарея напряжение	\ [u_ {bat} \]	12	V
Текущий аккумулятор	\ [I_ {BAT} \]	10	A
Эффективность двигателя	\ [\ eta_ {Mot} \]	95	%
40074	\ [\ eta_ {Worm} \]	70	%
SPUR эффективность передач	\ [\ eta_ {Spur} \]	98	%
%

• Греческая буква eta , похожая на букву «n», представляет вашу энергоэффективность.
• Вт представляет количество работы или энергии в джоулях. Его умножают на 100, чтобы перевести в проценты.

Расчет

Используйте эту формулу, чтобы увидеть, насколько хорошо ваши лампочки справляются со своей задачей. Ваши лампочки в настоящее время потребляют 4500 Дж энергии каждую минуту. И каждую минуту они излучают 99 Дж световой энергии. Итак, получаем:

Вау! Ваши лампочки потребляют много энергии, но не производят много света.Так куда же уходит остальная энергия? Помните, закон сохранения энергии гласит, что в любой замкнутой системе энергия не теряется и не создается, а просто изменяется.

Итак, поскольку только 2,2% электричества, которое вы отдаете своим лампочкам, превращается в свет, куда уходят остальные 97,8% электричества? Вы когда-нибудь прикасались к горящей лампочке? Обожгла тебе руку, не так ли? Да, эта энергия превращается в тепло, много тепла.

В идеальном процессе вся ваша входная энергия превратилась бы в пригодную для использования выходную энергию, а ваш КПД был бы равен 100%, то есть вся ваша энергия была бы преобразована в выходную энергию.Таким образом, идеальная лампочка превращала бы всю вашу электрическую энергию в свет и оставалась бы прохладной на ощупь. Это не превращало бы электрическую энергию в тепло.

Пример энергоэффективности

Теперь попробуйте рассчитать энергоэффективность конкретного процесса.

На этот раз процесс представляет собой велосипедиста, который едет на своем велосипеде. Велосипедист затрачивает 650 Дж на вращение педалей своего велосипеда. Велосипед преобразует эту энергию в выходную энергию мощностью 150 Дж, которая толкает велосипед вперед. Какова энергоэффективность велосипедиста?

Чтобы ответить на этот вопрос, вам сначала нужно определить местонахождение ваших входных и выходных данных. Ваш трудовой вклад — это количество энергии, которую вы вкладываете в процесс. В данном случае 650 Дж у велосипедиста. Результатом работы является энергия, выделяемая процессом, 150 Дж энергии, выделяемой велосипедом. Теперь вы можете продолжить и подставить эти числа в ваше уравнение.

Энергоэффективность велосипедиста равна 23.1%. Опять же, большая часть энергии, которая вкладывается в систему, преобразуется во что-то другое. В этом случае много тепла. Вот почему вы согреваетесь, когда тренируетесь.

Резюме урока

Определение эффективности использования энергии — это отношение количества энергии, произведенной в процессе, к количеству энергии, переданной процессу. Формула:

Греческая буква эта (которая выглядит как «n») представляет эффективность в процентах.