اليوم سنخبرك ما هي الكفاءة (عامل الكفاءة) ، وكيفية حسابها ، وأين يتم تطبيق هذا المفهوم.
الانسان والآلية
ما هو القاسم المشترك بين الغسالة والمعلبات؟ رغبة الإنسان في إعفاء نفسه من الحاجة لفعل كل شيء بمفرده. قبل اختراع المحرك البخاري ، كان الناس تحت تصرفهم عضلاتهم فقط. لقد فعلوا كل شيء بأنفسهم: حرثوا ، وبذروا ، وطبخوا ، وصيدوا ، ونسجوا الكتان. لضمان البقاء على قيد الحياة خلال فصل الشتاء الطويل ، عمل كل فرد من أفراد عائلة الفلاح ساعات النهار من سن الثانية حتى وفاته. اعتنى أصغر الأطفال بالحيوانات وكانوا يساعدون (يجلبون ، يخبرون ، يتصلون ، يأخذون) الكبار. تم وضع الفتاة خلف عجلة الغزل لأول مرة في سن الخامسة! حتى كبار السن كانوا يقطعون الملاعق والأحذية المنسوجة ، وتجلس الجدات المسنات والعجزة عند النول وعجلات الغزل ، إذا كان بصرهم يسمح بذلك. لم يكن لديهم وقت للتفكير في ماهية النجوم ولماذا تتألق. لقد سئم الناس: كان عليهم أن يذهبوا للعمل كل يوم ، بغض النظر عن الحالة الصحية والألم والمعنويات. بطبيعة الحال ، أراد الرجل العثور على مساعدين يخففون كتفيه المرهقين قليلاً على الأقل.
مضحك وغريب
كانت التكنولوجيا الأكثر تقدمًا في تلك الأيام هي الحصان وعجلة المطحنة. لكنهم قاموا بعمل أكثر مرتين أو ثلاث مرات من عمل الإنسان. لكن المخترعين الأوائل بدأوا في ابتكار أجهزة تبدو غريبة جدًا. في فيلم "قصة الحب الأبدي" ، ربط ليوناردو دافنشي قوارب صغيرة بقدميه للسير على الماء. أدى ذلك إلى العديد من الحوادث المضحكة عندما غرق العالم في البحيرة مرتديًا ملابسه. على الرغم من أن هذه الحلقة هي مجرد اختراع لكاتب السيناريو ، لا بد أن مثل هذه الاختراعات بدت على هذا النحو - كوميدي ومضحك.
القرن التاسع عشر: الحديد والفحم
لكن في منتصف القرن التاسع عشر تغير كل شيء. لقد أدرك العلماء قوة الضغط لتوسيع البخار. كانت أهم سلع ذلك الوقت هي الحديد لصناعة الغلايات والفحم لتسخين المياه فيها. كان على العلماء في ذلك الوقت فهم ماهية الكفاءة في فيزياء البخار والغاز ، وكيفية زيادتها.
صيغة المعامل في الحالة العامة هي:
η=A / Q
η - الكفاءة ، A - العمل المفيد ، Q - الطاقة المستهلكة.
العمل والدفء
الكفاءة (الكفاءة المختصرة) هي كمية بلا أبعاد. يتم تعريفه كنسبة مئوية ويتم حسابه على أنه نسبة الطاقة المنفقة على العمل المفيد. غالبًا ما يستخدم المصطلح الأخير من قبل أمهات المراهقين المهملين عندما يجبرونهم على فعل شيء في المنزل. لكن في الحقيقة ، هذه هي النتيجة الحقيقية للجهد المبذول. بمعنى ، إذا كانت كفاءة الآلة 20٪ ، فإنها تحول فقط خمس الطاقة المستلمة إلى عمل. الآن عند الشراءالسيارة لا يجب ان يكون لدى القارئ سؤال ما هي كفاءة المحرك
إذا تم حساب المعامل كنسبة مئوية ، فإن الصيغة هي:
η=100٪(A / Q)
η - الكفاءة ، A - العمل المفيد ، Q - الطاقة المستهلكة.
الخسارة والواقع
بالتأكيد كل هذه الحجج تسبب الحيرة. لماذا لا تخترع سيارة يمكنها استخدام وقود أكثر؟ للأسف ، العالم الحقيقي ليس كذلك. في المدرسة ، يحل الأطفال المشاكل التي لا يوجد فيها احتكاك ، وجميع الأنظمة مغلقة ، والإشعاع أحادي اللون تمامًا. يضطر المهندسون الحقيقيون في المصانع إلى مراعاة وجود كل هذه العوامل. ضع في اعتبارك ، على سبيل المثال ، ما هي كفاءة المحرك الحراري ، وماذا يتكون هذا المعامل.
الصيغة في هذه الحالة تبدو كما يلي:
η=(Q1-Q2) / Q1
في هذه الحالة ، Q1هو مقدار الحرارة التي يتلقاها المحرك من التسخين ، و Q2هو مقدار الحرارة التي تعطيها للبيئة (يشار إليها عمومًا بالثلاجة).
يسخن الوقود ويتمدد ، تدفع القوة المكبس الذي يحرك العنصر الدوار. لكن الوقود موجود في بعض الأوعية. عند تسخينها ، تنقل الحرارة إلى جدران الوعاء. هذا يؤدي إلى فقدان الطاقة. لكي ينزل المكبس ، يجب تبريد الغاز. للقيام بذلك ، يتم إطلاق جزء منه في البيئة. وسيكون من الجيد إذا أعطى الغاز كل الحرارة لعمل مفيد. لكن ، للأسف ، يبرد ببطء شديد ، لذلك يخرج البخار الساخن. يتم إنفاق جزء من الطاقة على تسخين الهواء.يتحرك المكبس في اسطوانة معدنية مجوفة. تتلاءم حوافها بإحكام مع الجدران ؛ وعند الحركة ، تلعب قوى الاحتكاك دورًا. يقوم المكبس بتسخين الأسطوانة المجوفة ، مما يؤدي أيضًا إلى فقدان الطاقة. تنتقل الحركة الانتقالية لأعلى ولأسفل للقضيب إلى عزم دوران من خلال سلسلة من المفاصل التي تحتك ببعضها البعض وتسخن ، أي أن جزءًا من الطاقة الأولية يتم إنفاقه أيضًا على هذا.
بالطبع في ماكينات المصنع يتم تلميع جميع الأسطح إلى المستوى الذري ، وجميع المعادن قوية ولديها أقل موصلية حرارية ، ولزيت المكبس أفضل الخصائص. لكن في أي محرك ، تستخدم طاقة البنزين لتسخين الأجزاء والهواء والاحتكاك.
عموم و مرجل
الآن نقترح أن نفهم ماهية كفاءة المرجل وما تتكون منه. تعرف أي ربة منزل: إذا تركت الماء ليغلي في قدر تحت غطاء مغلق ، فإما أن يتساقط الماء على الموقد ، أو "يرقص" الغطاء. يتم ترتيب أي غلاية حديثة بنفس الطريقة:
- يسخن وعاء مغلق مليء بالماء ؛
- الماء يصبح بخارًا شديد السخونة ؛
- عند التمدد ، يقوم خليط الغاز والماء بتدوير التوربينات أو تحريك المكابس.
تمامًا كما هو الحال في المحرك ، يتم فقدان الطاقة لتسخين الغلاية والأنابيب واحتكاك جميع الوصلات ، لذلك لا يمكن لأي آلية أن يكون لها كفاءة تساوي 100٪.
تشبه صيغة الآلات التي تعمل وفقًا لدورة كارنو الصيغة العامة للمحرك الحراري ، فقط بدلاً من مقدار الحرارة - درجة الحرارة.
η=(T1-T2) / T1.
محطة الفضاء
و لو وضعتم الالية في الفضاء؟ تتوفر الطاقة الشمسية المجانية على مدار 24 ساعة في اليوم ، ويمكن تبريد أي غاز حرفيًا إلى 0oKelvin على الفور تقريبًا. ربما تكون كفاءة الإنتاج أعلى في الفضاء؟ الجواب غامض: نعم ولا. كل هذه العوامل يمكن أن تحسن بشكل كبير بالفعل نقل الطاقة إلى عمل مفيد. لكن تسليم ألف طن إلى الارتفاع المطلوب لا يزال مكلفًا للغاية. حتى لو عمل مثل هذا المصنع لمدة خمسمائة عام ، فلن يسدد تكلفة رفع المعدات ، وهذا هو السبب في أن كتاب الخيال العلمي يستغلون بنشاط فكرة مصعد الفضاء - وهذا من شأنه أن يبسط المهمة إلى حد كبير ويجعل من المجدي تجاريًا نقل المصانع إلى الفضاء.
