Что такое коэффициент полезного действия линии
Если линия электропередачи имеет небольшую длину, при которой можно пренебречь
утечкой тока через изоляцию, то ее электрическую схему можно представить в виде последовательного
соединения сопротивления линии RЛ, равного суммарному сопротивлению прямого и обратного проводов, и
сопротивления нагрузки RН (рис. 10.1).
При анализе работы линии нас интересуют, главным образом, три вопроса: напряжение
на нагрузке, величина передаваемой мощности и коэффициент полезного действия передачи. Режимы работы
линии удобно рассматривать в виде зависимостей различных величин от тока в линии, равного :
I=U1/(R0+RH)
Падение напряжения в линии ΔU и напряжение на нагрузке U2 определяются следующими
выражениями:
Если U1 и RЛ постоянны, то оба выражения представляют собой линейные функции тока
(рис. 10.2). В режиме холостого хода (при I = 0) ΔU = 0, а U2 = U1. С ростом тока падение напряжения в
линии возрастает, а напряжение на нагрузке уменьшается, и в режиме короткого замыкания (при RН = 0)
Все входное напряжение гасится на сопротивлении линии.
Мощность на входе линии линейно зависит от тока: P1 = U1*I. При холостом ходе она
равна нулю, а при коротком замыкании вычисляется по формуле
Потери мощности в линии ΔP=I2Rл представляют собой квадратичную функцию тока. Ее
график – парабола, проходящая через начало координат.
При I = 0: ΔP = 0;
при I = Iк:
т.е. в режиме короткого замыкания мощность, поступающая в цепь, полностью теряется в линии.
Мощность, поступающая в нагрузку, равна разности мощности в начале линии и мощности, теряемой в проводах:
Последнее выражение представляет собой уравнение параболы со смещенной вершиной и с обращенными вниз ветвями, проходящими через точки I = 0 и I = IK.
Мощность нагрузки представляет собой довольно сложную зависимость от сопротивления RН:
При RН =0: Р2 = 0; при возрастании RН мощность Р2 сначала возрастает, достигает максимального значения и начинает убывать, стремясь к нулю при RН→∞ (рис. 1.25).
Выясним, при каком сопротивлении нагрузки передаваемая ей мощность максимальна. Для этого продифференцируем функцию (1.15) по RН и приравняем ее к нулю:
Приравняв к нулю числитель производной, получим:
Или Rн = Rл.
То есть мощность, получаемая нагрузкой, максимальна, когда сопротивление нагрузки равно сопротивлению линии.
Ток, протекающий при этом по линии составляет половину тока короткого замыкания, а мощность в конце линии равна:
Коэффициент полезного действия равен отношению мощностей в начале и конце линии:
Из данной формулы следует, что коэффициент полезного действия передачи определяется отношением сопротивлений линии и нагрузки.
При их равенстве, когда нагрузке передается максимальная мощность, η = 0,5 = 50 %. Этот режим, при котором теряется половина передаваемой энергии, на практике, естественно, не пригоден. В реальных линиях при передаче больших мощностей КПД составляет примерно 0,94–0,97. При этом сопротивление нагрузки значительно больше сопротивления линии.
Для анализа режимов электропередачи полезной оказывается еще одна формула. Так как
то
То есть при одной и той же мощности нагрузки Р2, потери ΔР пропорциональны сопротивлению линии и обратно пропорциональны квадрату напряжения. Для увеличения коэффициента полезного действия передачи необходимо повышение напряжения и снижение электрического сопротивления проводов линии путем увеличения их сечения и применения материалов с меньшим удельным сопротивлением.
Пример 1.6. Линия электропередачи с проводами марки А-120 длиной l = 1000 км питает нагрузку мощностью Р2 = 50 МВт. Каким должно быть напряжение в начале линии, чтобы КПД передачи был не ниже 90 %?
Р е ш е н и е. Сопротивление одного километра провода марки А-120 R0 = 0,27 Ом/км. Суммарное сопротивление прямого и обратного проводов линии составляет RЛ = 2lR0 = 540 Ом.
Принимая η = 0,9, из формулы (1.17) получаем:
Так как
Для выполнения условий задачи напряжение в начале линии должно быть не ниже 548 кВ.
Баланс мощности характеризует распределение электрической энергии между источниками и приемниками. Немаловажное значение имеет также и то, каким закономерностям подчиняется процесс передачи энергии в различных системах, будь то линия электропередачи или линия передачи информации, поскольку для каждой из них характерен свой наиболее эффективный режим работы.
Независимо от назначения, каждая линия передачи представляет собой совокупность трех основных элементов: источника, собственно линии передачи и приемника (потребителя). Рассмотрим модель линии передачи, представленную на рис.1.5, где под сопротивлением Rл понимается сопротивление линии (суммарное сопротивление обоих проводов), а под Rн – сопротивление нагрузки (приемника).
| Рис.1.5. Схема линии передачи Под источником понимают генератор с ЭДС E, обладающий внутренним сопротивлением RE. При рассмотрении процессов в линии передачи для наглядности и без потери общности выводов целесообразно внутреннее сопротивление источника объединить с сопротивлением линии, сохранив его обозначение RЛ. Тогда расчетная модель линии передачи будет иметь вид, как на рис.1.6. |
| Рис.1.6. Модель линии передачи: E – ЭДС источника энергии; RН – сопротивление нагрузки (приемника); RЛ – сопротивление линии передачи и внутреннего сопротивления источника |
По второму закону Кирхгофа (ЗНК) для рассматриваемой цепи можно записать
| (1.13) |
где U2 = IRН; UЛ = IRЛ.
Отсюда получим выражения для тока I и напряжения U2 на нагрузке
На основании закона Джоуля-Ленца мощность, отдаваемая источником во внешнюю цепь, равна P1=EI, а мощность, выделяющаяся в активных сопротивлениях, P= RI2. Для цепи рис.1.6 R=Rл+ Rн.
В линиях передачи переменной величиной является сопротивление нагрузки Rн. Диапазон возможного изменения данного сопротивления определяет режимы работы линии передачи. Рассмотрим два предельных режима: режим холостого хода и режим короткого замыкания.
Режим холостого хода (х.х.). Данному режиму соответствует величина сопротивления нагрузки Rн= ∞. Тока в цепи нет (Iхх= 0), напряжение на линии UЛ.хх= 0, а напряжение U2хх, подводимое к нагрузке, равно ЭДС источника U2хх = E. Соответственно и мощности, выделяющиеся в линии и нагрузке, равны нулю.
Режим короткого замыкания (к.з.). В данном режиме сопротивление нагрузки RН= 0, мощность, выделяющаяся в нагрузке, также равна нулю, а ток в цепи достигает максимально возможного в данной линии значения – тока короткого замыкания
Очевидно, что напряжение на нагрузке при этом U2кз= 0, а напряжение UЛна сопротивлении линии RЛуравновешивает напряжение источника
UЛ= U1= E.
Мощность P1кз, отдаваемая источником в режиме к.з., равна
P1кз= EIкз.
В соответствии с законом сохранения энергии эта мощность равна мощности PЛ, выделяющейся в сопротивлении линии RН,
P1кз = PЛ = RЛIкз2.
Режим короткого замыкания для большинства линий передач является аварийным.
При изменении сопротивления нагрузки RН в диапазоне (0,∞) ток в линии передачи принимает значения от Iкздо 0. В соответствии с (1.14) напряжение на нагрузке U2в функции тока Iизменяется по линейному закону от значения U2= Eв режиме холостого хода до U2= 0 при коротком замыкании.
Мощность P1= EI, отдаваемая источником, линейно зависит от тока, а мощность, выделяющаяся в линии, PЛ= RНI2изменяется по квадратичному закону. Мощность PЛпредставляет собой потери, поэтому всегда стремятся к снижению ее величины.
Полезной является мощность, выделяющаяся в нагрузке. Она равна
Как в режиме холостого хода, так и в режиме короткого замыкания P2=0. Из этого следует очевидный вывод о том, что функция P2(I) имеет по крайней мере один максимум в диапазоне изменения тока (0, Iкз). Для его определения следует взять производную от P2по току и приравнять ее нулю. А поскольку ток Iявляется функцией сопротивления нагрузки, то производную следует взять по RН:
Таким образом, максимум мощности в нагрузке имеет место при выполнении условия
RЛ= RН.
Режим передачи максимальной мощности носит название согласованного режима и определяет возможности данной линии по передаче энергии потребителю. Соответствующая нагрузка RНносит название согласованной нагрузки. Ток, соответствующий данному режиму, равен половине тока короткого замыкания
Очевидно, что в согласованном режиме мощность, отдаваемая источником, поровну делится между линией и нагрузкой.
Параметром, характеризующим эффективность передачи энергии, служит коэффициент полезного действия (КПД) η, равный отношению мощности P2, потребляемой нагрузкой, к мощности P1источника. Для рассматриваемой линии передачи
| (1.15) |
Отсюда следует, что КПД изменяется по линейному закону в функции тока Iот η = 1 в режиме холостого хода до η = 0 в режиме короткого замыкания. В согласованном режиме η = 0,5.
На рис.1.7,а приведены графики изменения напряжений, мощностей и КПД в функции тока I, которые можно построить для конкретных параметров линии передачи по приведенным выше формулам.
Как видно из графика рис.1.7,а, мощность P2 , выделяющаяся в нагрузке, имеет максимум при токе, равном половине тока короткого замыкания Iкз (согласованный режим). При любой величине тока In сумма напряжения на нагрузке U2n и падения напряжения в линии UЛn равна ЭДС E.
В электроэнергетике, где осуществляется передача значительных мощностей, наиболее целесообразным является режим, при котором реализуется наибольший КПД. Поэтому энергетические системы работают в области малых (по сравнению с током короткого замыкания) токов.
Заметим, что в реальных линиях передачи КПД никогда не равен 1. Это связано с наличием потерь в реальном источнике (генераторе), что требует дополнительных затрат энергии, в том числе и в режиме холостого хода. Физически это обусловлено необходимостью совершения работы против кулоновских сил по разделению зарядов в источнике и поддержанию соответствующей разности потенциалов на его зажимах. Например, в синхронном генераторе, представляющем собой электрическую машину, напряжение на его зажимах поддерживается только при вращении ротора, что требует дополнительной мощности на компенсацию механических потерь, потерь в стали магнитопровода и электрических потерь в обмотке возбуждения (в случае электромагнитного возбуждения). Эту мощность ∆Р называют потерями холостого хода. Она отбирается от двигателя, приводящего в движение генератор, и должна учитываться в мощности источника. Тогда выражение для КПД примет вид:
где Р1− электрическая мощность источника, отдаваемая во внешнюю цепь.
Поскольку ∆Р ≠ 0, то в режиме холостого хода Р1= 0, Р2= 0 и η= 0.
В рассмотренной выше модели линии передачи потери холостого хода не учитывались, т.к. рассматривался идеальный источник ЭДС, что и определило линейное изменение КПД.
Вид кривой КПД в реальной системе передачи показан на рис.1.7,б, где пунктирной линией показана зависимость КПД в модели линии передачи. Ввиду нелинейности зависимостей мощности в линии и нагрузке от тока наиболее экономичный режим (максимум КПД) сдвинут в область малых токов.
Согласованный режим целесообразен в системах передачи информации, где для повышения помехоустойчивости важна передача максимальной мощности полезного сигнала, а КПД не играет роли ввиду малой величины абсолютной мощности.
Напряжение на зажимах нагрузки U2 будет меньше напряжения генератора U1 на величину падения напряжения UЛ = IRЛ. Это падение напряжения называется потерей напряжения. Оно может быть оценено величиной откуда следует важный вывод: при передаче заданной мощности потеря напряжения обратно пропорциональна квадрату напряжения источника. В линиях передач изменение напряжения ε в линии не должно быть велико, так как в противном случае напряжение на нагрузке снижается, и не обеспечивается нормальный режим работы приемников: лампы слабо светятся, нагруженные электродвигатели перегреваются и т.п. Именно поэтому передача больших мощностей на дальние расстояния осуществляется по линиям высокого напряжения.
Словом «полезное» в физике является эффект после сопротивления. Ярким примером можно назвать сопротивление металла обрабатывающему станку, для подъемного крана – масса объекта. Например, КПД обычной лампы накапливания не превышает 5%, когда светодиодные имеют гораздо выше. Это происходит потому что большая часть потребляемой энергии уходит на генерирование теплоты, а не света.
Подобное есть и в электронике и этот коэффициент необходимо учитывать при проектировании плат, электросхем. Здесь важно учитывать сопротивление проводимости металла и использовать материалы имеющие меньшее сопротивление. В статье будут рассмотрены основные аспекты КПД, как его рассчитывать, на что он влияет и какие есть основные возможности, чтобы его увеличить.
Формула коэффициента полезного действия (КПД).
Что такое КПД
Коэффициент полезного действия (кпд) – отношение полезно используемой энергии Wп, напр. в виде работы, к общему кол-ву энергии W, получаемой системой (машиной или двигателем), Wп/W. Из-за неизбежных потерь энергии на трение и др. неравновесные процессы для реальных систем всегда. На основании второго начала термодинамики для тепловых машин наибольший кпд (отношение работы Wп, совершаемой за один цикл, к кол-ву подведённой к ней за этот цикл теплоты Q)зависит только от темп-ры нагревателя T1 и холодильника Т2 и равен = Wп/Q= (Т1- T2/T1(Карно теорема).
Как отличается параллельное и последовательное соединение резисторов.
Читать далее
Масляные трансформаторы – что это такое, устройство и принцип работы.
Читать далее
Для электрич. двигателей кпд равен отношению полезной механич. работы к электрич. энергии, получаемой от источника; в электрич. трансформаторах кпд – отношение эл–магн. энергии, получаемой во вторичной обмотке, к энергии, потребляемой в первичной обмотке. Понятие кпд имеет общий характер и применимо к разл. системам: электрич. генераторам, двигателям разного рода, полупроводниковым приборам, биол. объектам, поэтому оно может служить для сравнительной оценки эффективности разнообразных процессов.
Интересно почитать: Что такое закон Джоуля-Ленца.
Мощность и коэффициент полезного действия электродвигателей
Электрические двигатели имеют высокий коэффициент полезного действия (КПД), но все же он далек от идеальных показателей, к которым продолжают стремиться конструкторы. Все дело в том, что при работе силового агрегата преобразование одного вида энергии в другой проходит с выделение теплоты и неминуемыми потерями. Рассеивание тепловой энергии можно зафиксировать в разных узлах двигателя любого типа. Потери мощности в электродвигателях являются следствием локальных потерь в обмотке, в стальных деталях и при механической работе. Вносят свой вклад, пусть и незначительный, дополнительные потери.
Расчет КПД.
Магнитные потери мощности
При перемагничивании в магнитном поле сердечника якоря электродвигателя происходят магнитные потери. Их величина, состоящая из суммарных потерь вихревых токов и тех, что возникают при перемагничивании, зависят от частоты перемагничивания, значений магнитной индукции спинки и зубцов якоря. Немалую роль играет толщина листов используемой электротехнической стали, качество ее изоляции.
Механические и электрические потери
Механические потери при работе электродвигателя, как и магнитные, относятся к числу постоянных. Они складываются из потерь на трение подшипников, на трение щеток, на вентиляцию двигателя. Минимизировать механические потери позволяет использование современных материалов, эксплуатационные характеристики которых совершенствуются из года в год. В отличие от них электрические потери не являются постоянными и зависят от уровня нагрузки электродвигателя. Чаще всего они возникают вследствие нагрева щеток, щеточного контакта.
Падает коэффициент полезного действия (КПД) от потерь в обмотке якоря и цепи возбуждения. Механические и электрические потери вносят основной вклад в изменение эффективности работы двигателя.
Добавочные потери
Добавочные потери мощности в электродвигателях складываются из потерь, возникающих в уравнительных соединениях, из потерь из-за неравномерной индукции в стали якоря при высокой нагрузке. Вносят свой вклад в общую сумму добавочных потерь вихревые токи, а также потери в полюсных наконечниках. Точно определить все эти значения довольно сложно, поэтому их сумму принимают обычно равной в пределах 0,5-1%. Эти цифры используют при расчете общих потерь для определения КПД электродвигателя.
КПД и его зависимость от нагрузки
Коэффициент полезного действия (КПД) электрического двигателя это отношение полезной мощности силового агрегата к мощности потребляемой. Этот показатель у двигателей, мощностью до 100 кВт находится в пределах от 0,75 до 0,9. для более мощных силовых агрегатов КПД существенно выше: 0,9-0,97. Определив суммарные потери мощности в электродвигателях можно достаточно точно вычислить коэффициент полезного действия любого силового агрегата. Этот метод определения КПД называется косвенным и он может применяться для машин различной мощности.
Инженер по специальности “Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем”, МИФИ, 2005–2010 гг.
Задать вопрос
Для маломощных силовых агрегатов часто используют метод непосредственной нагрузки, заключающийся в измерениях потребляемой двигателем мощности. КПД электрического двигателя не является величиной постоянной, своего максимума он достигает при нагрузках около 80% мощности.
Достигает он пикового значения быстро и уверенно, но после своего максимума начинает медленно уменьшаться. Это связывают с возрастанием электрических потерь при нагрузках, более 80% от номинальной мощности. Падение коэффициента полезного действия не велико, что позволяет говорить о высоких показателях эффективности электродвигателей в широком диапазоне мощностей.
В чем измеряется КПД
Коэффициент полезного действия (кпд), характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии; определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; обозначается обычно h = Wпол/Wcyм.
В электрических двигателях кпд — отношение совершаемой (полезной) механической работы к электрической энергии, получаемой от источника; в тепловых двигателях — отношение полезной механической работы к затрачиваемому количеству теплоты; в электрических трансформаторах — отношение электромагнитной энергии, получаемой во вторичной обмотке, к энергии, потребляемой первичной обмоткой.
Интересно почитать: Как образуется статическое электричество.
Для вычисления кпд разные виды энергии и механическая работа выражаются в одинаковых единицах на основе механического эквивалента теплоты, и др. аналогичных соотношений. В силу своей общности понятие кпд позволяет сравнивать и оценивать с единой точки зрения такие различные системы, как атомные реакторы, электрические генераторы и двигатели, теплоэнергетические установки, полупроводниковые приборы, биологические объекты и т. д.
Из-за неизбежных потерь энергии на трение, на нагревание окружающих тел и т. п. кпд всегда меньше единицы. Соответственно этому кпд выражается в долях затрачиваемой энергии, т. е. в виде правильной дроби или в процентах, и является безразмерной величиной. Кпд тепловых электростанций достигает 35—40%, двигателей внутреннего сгорания — 40—50%, динамомашин и генераторов большой мощности—95%, трансформаторов—98%.
В чем измеряется КПД.
Кпд процесса фотосинтеза составляет обычно 6—8%, у хлореллы он достигает 20—25%. У тепловых двигателей в силу второго начала термодинамики кпд имеет верхний предел, определяемый особенностями термодинамического цикла (кругового процесса), который совершает рабочее вещество. Наибольшим кпд обладает Карно цикл. Различают кпд отдельного элемента (ступени) машины или устройства и кпд, характеризующий всю цепь преобразований энергии в системе. Кпд первого типа в соответствии с характером преобразования энергии может быть механическим, термическим и т. д. Ко второму типу относятся общий, экономический, технический и др. виды кпд. Общий кпд системы равен произведению частных кпд, или кпд ступеней.
В технической литературе кпд иногда определяют т. о., что он может оказаться больше единицы. Подобная ситуация возникает, если определять кпд отношением Wпол/Wзатр, где Wпол — используемая энергия, получаемая на «выходе» системы, Wзатр — не вся энергия, поступающая в систему, а лишь та её часть, для получения которой производятся реальные затраты.
Например, при работе полупроводниковых термоэлектрических обогревателей (тепловых насосов) затрата электроэнергии меньше количества теплоты, выделяемой термоэлементом. Избыток энергии черпается из окружающей среды. При этом, хотя истинный кпд установки меньше единицы, рассмотренный кпд h = Wпол/Wзатр может оказаться больше единицы.
Примеры расчета КПД.
Для чего нужен расчет КПД
Коэффициент полезного действия электрической цепи – это отношение полезного тепла к полному. Для ясности приведем пример. При нахождении КПД двигателя можно определить, оправдывает ли его основная функция работы затраты потребляемого электричества. То есть его расчет даст ясную картину, насколько хорошо устройство преобразовывает получаемую энергию. Обратите внимание! Как правило, коэффициент полезного действия не имеет величины, а представляет собой процентное соотношение либо числовой эквивалент от 0 до 1. КПД находят по общей формуле вычисления, для всех устройств в целом. Но чтобы получить его результат в электрической цепи, вначале потребуется найти силу электричества.
По физике известно, что любой генератор тока имеет свое сопротивление, которое еще принято называть внутренняя мощность. Помимо этого значения, источник электричества также имеет свою силу. Дадим значения каждому элементу цепи: сопротивление – r; сила тока – Е; резистор (внешняя нагрузка) – R. Полная цепь Итак, чтобы найти силу тока, обозначение которого будет – I, и напряжение на резисторе – U, потребуется время – t, с прохождением заряда q = lt. Рассчитать работу источника тока можно по следующей формуле: A = Eq = EIt. В связи с тем, что сила электричества постоянна, работа генератора целиком преобразуется в тепло, выделяемое на R и r. Такое количество можно рассчитать по закону Джоуля-Ленца: Q = I2 + I2 rt = I2 (R + r) t.
Формулы расчета КПД.
Затем приравниваются правые части формулы: EIt = I2 (R + r) t. Осуществив сокращение, получается расчет: E = I(R + r). Произведя у формулы перестановку, в итоге получается: I = E R + r. Данное итоговое значение будет являться электрической силой в данном устройстве. Произведя таким образом предварительный расчет, теперь можно определить КПД.
Расчет КПД электрической цепи Мощность, получаемая от источника тока, называется потребляемой, определение ее записывается – P1. Если эта физическая величина переходит от генератора в полную цепь, она считается полезной и записывается – Р2. Чтобы определить КПД цепи, необходимо вспомнить закон сохранения энергии.
В соответствии с ним, мощность приемника Р2 будет всегда меньше потребляемой мощности Р1. Это объясняется тем, что в процессе работы в приемнике всегда происходит неизбежная пустая трата преобразуемой энергии, которая расходуется на нагревание проводов, их оболочки, вихревых токов и т.д. Чтобы найти оценку свойств превращения энергии, необходим КПД, который будет равен отношению мощностей Р2 и Р1.
Итак, зная все значения показателей, составляющих электроцепи, находим ее полезную и полную работу: А полезная. = qU = IUt =I2Rt; А полная = qE = IEt = I2(R+r)t. В соответствии этих значений, найдем мощности источника тока: Р2 = А полезная /t = IU = I2 R; P1 = А полная /t = IE = I2 (R + r). Произведя все действия, получаем формулу КПД: n = А полезная / А полная = Р2 / P1 =U / E = R / (R +r). У этой формулы получается, что R выше бесконечности, а n выше 1, но при всем этом ток в цепи остается в низком положении, и его полезная мощность мала.
Каждый желает найти КПД повышенного значения. Для этого необходимо найти условия, при которых P2 будет максимален. Оптимальные значения будут: dP2 / dR = 0. Далее определить КПД можно формулами: P2 = I2 R = (E / R + r)2 R; dP2 / dR = (E2 (R + r)2 — 2 (r + R) E2 R) / (R + r)4 = 0; E2 ((R + r) -2R) = 0. В данном выражении Е и (R + r) не равны 0, следовательно, ему равно выражение в скобках, то есть (r = R). Тогда получается, что мощность имеет максимальное значение, а коэффициент полезного действия = 50 %. Как видно, найти коэффициент полезного действия электрической цепи можно самостоятельно, не прибегая к услугам специалиста. Главное –соблюдать последовательность в расчетах и не выходить за рамки приведенных формул.
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.
Расчет коэффициента полезного действия.
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%.
Почему коэффициент полезного действия всегда меньше 100%?
КПД 100% означает, что вся энергия, затраченная на получение мощности двигателя, используется им в работе. В природе такого, в принципе, никогда не бывает, и поэтому КПД всех двигателей всегда меньше 100 процентов.
Как повысить коэффициент полезного действия механизма?
КПД механизмов можно увеличить, снижая трение в подвижных узлах и вес всех составных элементов конструкции. Для этого нужны новые смазочные вещества и лёгкие, но прочные конструкционные материалы.
Чему равен коэффициент полезного действия неподвижного блока?
Например, поднимая груз с помощью подвижного блока, приходится вместе с грузом поднимать и блок, а при этом необходимо совершать «дополнительную» работу. Отношение полезной работы Апол к совершенной Асов, выраженное в процентах, обозначают η и называют коэффициентом полезного действия (КПД): η = Апол/Асов · 100%.
Заключение
Инженер по специальности “Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем”, МИФИ, 2005–2010 гг.
Задать вопрос
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.
Дополнительную информацию по данной теме можно узнать из файла «Способы определения коэффициента полезного действия». А также в нашей группе ВК публикуются интересные материалы, с которыми вы можете познакомиться первыми. Для этого приглашаем читателей подписаться и вступить в группу.
www.gk-drawing.ru
www.femto.com.ua
www.cable.ru
www.booksite.ru
www.elquanta.ru
www.remont220.ru
www.el-info.ru
Предыдущая
ТеорияЧто такое электрическое поле: объяснение простыми словам
Следующая
ТеорияПравила безопасности при работе с электричеством