КПД
\(\eta=\frac{A_{\text{п}}}{A_{\text{з}}}\), \(\eta_{\%}=\frac{A_{\text{п}}}{A_{\text{з}}}\cdot100\%\).
Коэффициент полезного действия механизма
Затраченная, или полная, работа Aз — работа по приведению механизма в действие. Полезная работа Aп соответствует цели, например подъёму груза. У рычага это соответственно работа приложенного усилия и работа по перемещению груза.
Точное равенство этих работ относится к идеальной модели: без трения и без дополнительных затрат на детали механизма. В реальном устройстве часть работы уходит на трение, движение или подъём самого механизма. Например, подвижный блок поднимается вместе с грузом. Поэтому Aп < Aз.
Коэффициент полезного действия, КПД, — отношение полезной работы к затраченной: \(\eta=\frac{A_{\text{п}}}{A_{\text{з}}}\). Это безразмерная величина, поскольку обе работы имеют одинаковые единицы. В процентах записывают \(\eta=\frac{A_{\text{п}}}{A_{\text{з}}}\cdot100\%\). Для идеальной модели КПД равен 1, или 100 %, для реального механизма меньше.
КПД 90 % означает, что из 100 Дж затраченной работы 90 Дж приходится на полезную. Для повышения КПД уменьшают трение, улучшают смазку и конструкцию. Более высокий КПД означает меньшие дополнительные затраты для той же полезной работы.
В примере груз весом 2000 Н равномерно тянут силой 250 Н по плоскости длиной 12 м на высоту 1,2 м. Полезная работа Aп = Ph = 2400 Дж; затраченная Aз = Fl = 3000 Дж. Поэтому η = 2400/3000 = 0,8 = 80 %. Высоту и длину пути нельзя менять местами: они относятся к разным работам.
КПД показывает долю полезной работы в затраченной: \(\eta=\frac{A_{\text{п}}}{A_{\text{з}}}\). Для процентной записи отношение умножают на 100 %. В реальном механизме часть работы уходит на трение, поэтому КПД меньше 100 %.
Чем полезная работа отличается от затраченной?
Полезная работа соответствует поставленной задаче, например увеличению потенциальной энергии груза. Затраченная — вся работа, переданная механизму приводом. В неё входят полезная часть, работа против трения и возможное увеличение энергии деталей самого механизма. Поэтому границы задачи и назначение работы нужно указать.
Какую информацию содержит значение КПД?
Оно показывает долю затраченной работы, которая стала полезной для выбранной цели. Например, 90 % означает 90 Дж полезной работы из 100 Дж затраченной; оставшиеся 10 Дж приходятся на прочие изменения энергии.
Как определить КПД? Какие значения он может принимать?
\(\eta=\frac{A_{\text{п}}}{A_{\text{з}}}\), или \(\eta_{\%}=\frac{A_{\text{п}}}{A_{\text{з}}}\cdot100\%\), при \(A_{\text{з}}>0\). Для обычного механизма без дополнительного источника \(0\le\eta\le1\); в реальной работе с потерями \(\eta<1\), идеальный предел равен 1. Отношение безразмерно.
Почему инженеры увеличивают КПД и как этого достигают?
При той же полезной работе уменьшается расход энергии привода и нежелательный нагрев. Уменьшают трение смазкой и подшипниками, выравнивают поверхности, снижают ненужные деформации и массу поднимаемых вместе с грузом деталей, выбирают подходящий режим. Эти меры не отменяют сохранение энергии: они сокращают неполезную её передачу.
Выберите номер, чтобы открыть условие и пошаговое решение.
1 2 3Пример в тексте
Обсуждаем вместе
Задали работу по теме параграфа?
Реферат, доклад или проект по параграфу: план, текст, таблицы и оформление по требованиям.
ВНИМАНИЕ: Представленные фрагменты из учебных материалов используются исключительно в научно-образовательных целях в объеме, оправданном поставленной целью.
Данное использование осуществляется в рамках, установленных законодательством об авторском праве (в частности, нормами о свободном использовании произведения для образовательных целей).
В соответствии с законодательством, автор и источник заимствования указаны для каждого используемого фрагмента.