Львів
C
» » Що таке ККД? Поняття, визначення, застосування

Що таке ККД? Поняття, визначення, застосування

Сьогодні ми розповімо, що таке ККД (коефіцієнт корисної дії), як його обчислювати, і де це поняття застосовується.

Людина і механізм

Що таке ККД? Поняття, визначення, застосування
Що об'єднує пральну машинку і консервний


Смішне і дивне

Що таке ККД? Поняття, визначення, застосування
Самими передовими технологіями в ті часи були кінь і млинове колесо. Але вони робили лише в два-три рази більше роботи, ніж людина. Але ось перші винахідники почали придумувати пристосування, (adsbygoogle = window.adsbygoogle ||[]).push({});

Століття XIX: залізо і вугілля

Що таке ККД? Поняття, визначення, застосування
Але в середині XIX століття все змінилося. Вчені усвідомили силу тиску пара розширюється. Найголовнішими товарами того часу стали залізо для виробництва котлів та вугілля для нагрівання води в них. Вченим того часу треба було зрозуміти, що таке ККД у фізиці пари і газу, і як його підвищити. Формула для коефіцієнта в загальному випадку така: ?=A/Q ? – ККД, A – корисна робота, Q – витрачена енергія.

Робота і тепло

Коефіцієнт корисної дії (скорочено ККД) – це безрозмірна величина. Вона визначається у відсотках та обчислюється як співвідношення витраченої енергії до корисної роботи. Останній термін часто використовують мами недбайливих підлітків, коли примушують їх робити щось по дому. Але насправді це реальний результат витрачених зусиль. Тобто якщо ККД машини 20%, то вона тільки одну п'яту отриманої енергії перетворює в дію. Тепер при покупці автомобіля у читача не повинно виникнути питання, що таке ККД двигуна. Якщо коефіцієнт обчислюється у відсотках, то формула така: ?=100%*(A/Q) ? – ККД, A – корисна робота, Q – витрачена енергія.

Втрати і реальність

Напевно, всі ці міркування викликають подив. Чому б не винайти машину, яка може використовувати більше енергії палива? На жаль, реальний світ не такий. У школі діти вирішують задачі, в яких немає тертя, всі замкнуті системи, а випромінювання строго монохроматичне. Справжні інженери на заводах-виробниках змушені враховувати присутність усіх цих факторів. Розглянемо, наприклад, що таке ККД теплового двигуна, і з чого цей коефіцієнт складається.
Формула в цьому випадку виглядає так: ?=(Q 1 -Q 2 )/Q 1 При цьому Q 1 – кількість теплоти, що двигун отримав від нагрівання, а Q 2 – кількість теплоти, яку він віддав у навколишнє середовище (в загальному випадку це називається холодильником). Паливо нагрівається і розширюється, сила штовхає поршень, який приводить в дію обертальний елемент. Але паливо міститься в якомусь посудині. Нагріваючись, вона передає тепло і стінок посудини. Це призводить до втрат енергії. Щоб поршень опустився, газ треба охолодити. Для цього його частина випускається в навколишнє середовище. І було б добре, якщо все тепло газ віддав на корисну роботу. Але, на жаль, він охолоджується дуже повільно, тому назовні виходить ще гарячий пар. Частина енергії витрачається на те, щоб нагріти повітря. Поршень рухається в підлогою металевому циліндрі. Його краї щільно прилягають до стінок, при русі вступають у дію сили тертя. Поршень нагріває порожнистий циліндр, що теж призводить до втрати енергії. Поступальний рух стержня вгору-вниз передається на крутний момент через ряд сполук, які труться один об одного і нагріваються, тобто частина первинної енергії витрачається ще й на це. Звичайно, в заводських машинах всі поверхні поліруються до атомарного рівня, всі метали міцні і мають найменшу теплопровідність, а масло для змащування поршнів володіє найкращими властивостями. Але в будь-якому двигуні енергія бензину йде на нагрівання частин, повітря і тертя.

Каструля і котел

Що таке ККД? Поняття, визначення, застосування
Зараз ми пропонуємо розібратися в тому, що таке ККД котла, і з чого він складається. Будь-яка господиня знає: якщо залишити воду кипіти в каструлі під закритою кришкою, або вода буде капати на плиту, або кришка буде «танцювати». Будь-який сучасний котел влаштований приблизно так само:
  • тепло нагріває закриту ємність, повну води;
  • вода стає перегрітою парою;
  • при розширенні газо-водяна суміш обертає турбіни або рухає поршні.
  • Так само, як і в двигуні, відбуваються втрати енергії на нагрівання котла, труб і тертя всіх з'єднань, тому жоден механізм не може мати ККД, що дорівнює 100%. Формула для машин, які працюють за циклом Карно, виглядає як загальна формула для теплового двигуна, тільки замість кількості теплоти – температура. ?=(Т 1 -Т 2 )/Т 1 .

    Космічна станція

    Що таке ККД? Поняття, визначення, застосування
    А якщо помістити механізм в космос? Безкоштовна енергія Сонця доступна 24 години на добу, охолодження будь-якого газу можливо буквально до 0 про за Кельвіном майже миттєво. Може бути, в космосі ККД виробництва було б вище? Відповідь неоднозначний: і так, і ні. Всі ці фактори дійсно могли б істотно поліпшити передачу енергії на корисну роботу. Але доставити на потрібну висоту навіть тисячу тонн поки що неймовірно дорого. Навіть якщо така фабрика пропрацює п'ятсот років, вона не окупить витрати на підйом обладнання, тому фантасти так активно експлуатують ідею космічного ліфта - це значно спростило б завдання і зробило б комерційно вигідним перенесення фабрик в космос.