Кпд двигателя внутреннего сгорания

Значения показателя

В 1824 году инженер Карно дал определение КПД идеального двигателя, когда коэффициент равен 100%. Для трактовки понятия была создана специальная машина со следующей формулой: η=(T1 — Т2)/ T1. Для расчёта максимального показателя применяется уравнение КПД макс = (T1-T2)/T1x100%. В двух примерах T1 указывает на температуру нагревателя, а T2 — температуру холодильника.

На практике для достижения 100% коэффициента потребуется приравнять температуру охладителя к нулю. Подобное явление невозможно, так как T1 выше температуры воздуха

Процедура повышения КПД источника тока либо силового агрегата считается важной технической задачей. Теоретически проблема решается путём снижения трения элементов двигателя и уменьшения теплопотери

В дизельном моторе подобное достигается турбонаддувом. В таком случае КПД возрастает до 50%.

Мощность стандартного двигателя увеличивается следующими способами:

• подключение к системе многоцилиндрового агрегата;
• применение специального топлива;
• замена некоторых деталей;
• перенос места сжигания бензина.

От чего зависит КПД дизельного двигателя

Если сравнивать эффективность бензинового и дизельного моторов, выяснится, что второй обладает лучшими показателями:

• замечено, что, бензиновые двигатели преобразуют только одну четвертую часть использованной энергии в механическую работу;
• в то время, как дизельные – 40% соответственно;
• при установке турбонаддува в дизеле, КПД газотурбинного двигателя возрастает до 50 и более процентов.

Конструкция и принцип работы дизелей способствуют наибольшей эффективности в сравнении с карбюраторными двигателями. Причины лучшего КПД дизельного двигателя:

1. Более высокий показатель степени сжатия.
2. Воспламенение топлива происходит по другому принципу.
3. Корпусные детали нагреваются меньше.
4. Благодаря меньшему количеству клапанов, снижены расходы энергии на преодоление сил трения.
5. В конструкции дизеля отсутствуют привычные свечи, катушки зажигания, на которые требуется дополнительная энергия от электрогенератора.
6. Коленчатый вал дизеля раскручивается с меньшими оборотами.

В сравнении с дизелями, электрические двигатели считаются более эффективными. Двигатель с самым большим КПД – это электрический. При создании более долговечных аккумуляторных батарей, которым не страшны морозы, автомобильная промышленность постепенно перейдет на выпуск электромобилей в больших количествах.

КПД и мощность электродвигателя

КПД и мощность – это то, на что в первую очередь стоит обратить внимание при выборе асинхронного электродвигателя АИР. Суть работы любого эл двигателя заключается в том, что электрическая энергия, с сопутствующими преобразованию потерями, превращается в механическую. Чем меньше потери при протекании данного процесса, тем выше его КПД и тем эффективнее эл двигатель

Чем меньше потери при протекании данного процесса, тем выше его КПД и тем эффективнее эл двигатель

Но, при всей важности коэффициента полезного действия, не стоит забывать о мощности мотора. Ведь даже при чрезвычайно высоком КПД и выдаваемой им мощности может быть недостаточно для решения необходимых вам задач. Поэтому при покупке очень важно знать не только, чему равен КПД электродвигателя, но и какую полезную мощность он сможет выдать на своем валу

Оба эти значения должны быть указаны производителем. Порой бывает и такое, что нет доступа к паспорту мотора (например, если вы покупаете его “с рук”, что крайне не рекомендуется делать) и приходится самостоятельно вычислять столь важные параметры. Для начала стоит определить: что такое коэффициент полезного действия, или попросту КПД. И так, это отношение полезной работы к затраченной энергии

Поэтому при покупке очень важно знать не только, чему равен КПД электродвигателя, но и какую полезную мощность он сможет выдать на своем валу. Оба эти значения должны быть указаны производителем

Порой бывает и такое, что нет доступа к паспорту мотора (например, если вы покупаете его “с рук”, что крайне не рекомендуется делать) и приходится самостоятельно вычислять столь важные параметры. Для начала стоит определить: что такое коэффициент полезного действия, или попросту КПД. И так, это отношение полезной работы к затраченной энергии.

Определение КПД электродвигателя

Получается, для того чтобы определить этот параметр необходимо сравнить выдаваемую им энергию с энергией, необходимой ему чтобы функционировать. Вычисляется КПД с помощью выражения:

η=P2/P1где η – КПД

P2- полезная механическая мощность электромотора, ВтP1- потребляемая двигателем электрическая мощность, Вт;

Коэффициент полезного действия это величина, находящаяся в диапазоне от 0 до 1, чем ближе ее значение к единице, тем лучше. Соответственно, если КПД имеет значение 0,95 – это показывает, что 95 процентов электрической энергии будут преобразованы им в механическую и лишь 5 процентов составят потери. Стоит отметить, что КПД не является постоянной величиной, он может меняться в зависимости от нагрузки, а своего максимума он достигает при нагрузках в районе 80 процентов от номинальной мощности, то есть от той, которую заявил производитель мотора. Современные асинхронные электродвигатели имеют номинальный КПД (заявленные производителем) 0,75 – 0,95 . Потери при работе двигателя в основном обусловлены нагревом мотора (часть потребляемой энергии выделяется в виде тепловой энергии), реактивными токами, трением подшипников и другими негативными факторами. Под мощностью мотора понимают механическую мощь, которую он выдает на своем валу. В целом же мощность – это параметр, который показывает, какую работу совершает механизм за определенную единицу времени.

КПД электродвигателя это очень важный параметр определяющий, прежде всего эффективность использования энергоресурсов предприятия . Как известно КПД электродвигателя значительно снижается после его ремонта, об этом мы писали в этой статье . При уменьшении коэффициента полезного действия будут соответственно увеличены потери электроэнергии. В последнее время набирают популярность энергоэффективные электродвигатели разных производителей, в России популярны моторы производства ОАО «Владимирский электромоторный завод». Любые асинхронные электродвигатели представлены в каталоге продукции. Дополнительную полезную информацию Вы можете посмотреть в каталоге статей .

Электродвигатели появились достаточно давно, но большой интерес к ним возник тогда, когда они стали представлять собой альтернативу двигателям внутреннего сгорания. Особо интересен вопрос КПД электродвигателя, который является одной из главных его характеристик.

Каждая система обладает каким-либо коэффициентом полезного действия, который характеризует эффективность ее работы в целом. То есть он определяет, насколько хорошо система или устройство отдает или преобразовывает энергию. По значению КПД величины не имеет, и чаще всего оно представляется в процентном соотношении или числе от нуля до единицы.

Двигатель внутреннего сгорания

Объемный КПД в конструкции двигателя внутреннего сгорания относится к эффективности, с которой двигатель может перемещать заряд топлива и воздуха в цилиндры и из них . Он также обозначает отношение объема воздуха, всасываемого в цилиндр, к рабочему объему цилиндра. Более конкретно, объемный КПД – это отношение (или процент) массы воздуха и топлива, удерживаемых цилиндром во время впуска, деленное на массу, которая занимала бы смещенный объем, если бы плотность воздуха в цилиндре была равна окружающему воздуху. плотность. Ограничения потока во впускной системе создают падение давления во впускном потоке, что снижает плотность (если не используются наддувы, такие как турбины или нагнетатели, или методы настройки кулачков). Объемный КПД можно улучшить несколькими способами, наиболее эффективно это может быть достигнуто за счет сжатия индукционного заряда ( принудительная индукция ) или за счет агрессивного фазирования кулачка в двигателях без наддува, как это наблюдается в гоночных приложениях. В случае принудительной индукции объемный КПД может превышать 100%.

Есть несколько способов повысить объемную эффективность, но используются общесистемные подходы, чтобы полностью реализовать ее потенциал.

Во многих высокопроизводительных автомобилях используются тщательно расположенные воздухозаборники и настроенные выхлопные системы, которые используют волны давления, чтобы выталкивать воздух в цилиндры и из них, используя резонанс системы. Двухтактные двигатели очень восприимчивы к этой концепции и могут использовать расширительные камеры, которые возвращают вытекающую воздушно-топливную смесь обратно в цилиндр. Более современная технология для четырехтактных двигателей , регулируемая фаза газораспределения , пытается решить проблему изменения объемного КПД с изменением скорости двигателя: на более высоких скоростях двигателю необходимо, чтобы клапаны были открыты в течение большей части времени цикла для перемещения заряда. в двигатель и из него.

Объемный КПД выше 100% может быть достигнут за счет использования принудительной индукции, такой как наддув или турбонаддув . При правильной настройке объемный КПД выше 100% может быть достигнут и безнаддувными двигателями . Предел для атмосферных двигателей составляет около 130%; эти двигатели обычно имеют компоновку DOHC с четырьмя клапанами на цилиндр . Этот процесс называется инерционным наддувом и использует резонанс впускного коллектора и массу воздуха для достижения давления на впускном клапане выше атмосферного. При правильной настройке (и в зависимости от потребности в контроле уровня звука) в различных экспериментальных исследованиях сообщалось о VE до 130%.

Более «радикальные» решения включают в себя конструкцию втулочного клапана , в которой клапаны сразу заменяются вращающейся втулкой вокруг поршня или, альтернативно, вращающейся втулкой под головкой блока цилиндров. В этой системе порты могут быть любого размера, вплоть до размеров всей стенки цилиндра. Однако существует практический верхний предел из-за прочности втулки, при больших размерах давление внутри цилиндра может «лопнуть» втулку, если отверстие слишком велико.

Далее предоставляю Вашему вниманию калькулятор КПД WOT

дабы Вы могли иметь представление о том к какой категории относитесь Вы:

И тут рождается логичный вопрос, а по какой статистике лучше ориентироваться?! К сожалению, на этот вопрос у меня нет ответа, тут как говорится, на вкус и цвет товарищей нет. Выбирать именно Вам!
Но далее, в двух словах я расскажу Вам о той статистике, которая используется на сайте XVM мода, а именно:

WGR

WN8

WN6

EFF

xTE

Начнем по порядку:

WGR — это официальный рейтинг от Wargaming, четырехзначный рейтинг.

Наверное самый сложный в плане прокачки статистики. Тут наибольшее влияние на результат КПД оказывают:

Средний урон за бой

Средний урон за счет засвета по рации

Средний урон за счет удержания на гусле (не важно, Вы ли наносите урон или союзники)

————————

wn8 — рейтинг WN8 более расширенная статистика игрока (эталонная статистика), в исходном виде — четырехзначный.

Наибольшее влияние на результат оказывают:

Суммарный нанесенный урон игрока

Суммарное количество уничтоженных

Тут необходимо отметить, что эта статистика сильно зависит от машины, на которой вы играете, т.к в эталонной статистике используются для расчетов показания эталона. Грубо говоря эталон урона ни ИСУ-152 будет 700. Так вот, если вы играете на этой ПТ-САУ, то Вы должны с выстрела выбивать эти самые 700 урона, выцеливая уязвимые места противника или пробивая в бок и корму. Другими словами, чем ближе Ваш урон к эталонному, тем выше Ваша статистика.
(Примечание: цифра 700 взята «с потолка»…)

————————

wn6 — четырёхзначный КПД, взятый из за «бугра» и разработанный американскими игроками. Тут придется сильно попотеть, чтоб повысить данный КПД. Формула wn6 очень большая и сложная, но мы договорились что я Вас не буду «грузить» формулами, по этому передам основные моменты. Здесь нужно запомнить главное:

очки защиты базы не сильно влияют на КПД;

Первый засвет противника так же практически не оказывает влияния на КПД;

Захват базы вообще не учитывается;

Уничтожение танков низкого уровня оказывает меньшее влияние на рейтинг так что выбираете танк побольше Вас на пару уровней и кусаете;

Получается, что WN6 полностью зависит от Вашего вклада в бой

И особое внимание уделяется суммарному нанесенному урону игрока и суммарному количеству уничтоженных танков (при этом учитывается прочности врага, которого вы уничтожили)

Чтобы повысить этот рейтинг, я бы советовал Вам наносить побольше урона и «выносить» побольше техники противника. А это могут не все танки в игре. Например САУ, ПТ-САУ (топовые и предтоповые, а так же французские барабанные танки). Именно у них самый высокий показатель урона в минуту. Самым минимальным уроном за бой для Вас должны стать цифры выше 1500-2000.

————————

EFF — это старый добрый Рейтинг Эффективности, он же РЭ.

Для тех кто недавно «в танке», тут наибольшее влияние на результат оказывают:

Средний урон за бой;

Среднее количество фрагов (убитых противников) за бой;

Среднее количество очков защиты базы за бой;

Т.е. другими словами чтобы поднять этот КПД Вам необходимо демажить, убивать, еще и успевать на защиту собственной базы! Дерзайте

————————

xTE — это рейтинг, оценивающий Ваше умение играть на конкретном танке по сравнению со всеми другими игроками именно на этом танке.

Тут так эе как и в РЭ, основным будет:

Средний урон за бой;

Среднее количество фрагов за бой;

КПД WOT

Где теряется эффективность

Забегая вперёд можно констатировать, что для бензиновых двигателей КПД равен примерно 25 процентам. Почему так мало, и чем обусловлены такие цифры? Причины здесь в потерях: если взять некое количество топлива, и обозначить его ста процентами чистой энергии, передающейся мотору, то можно проследить все потери.

• Для начала следует разобрать топливную эффективность. Все мы в курсе, что топливо сгорает не полностью, и некоторая его часть просто выходит в виде отработанных газов и вместе с ними. А это уже потеря примерно четверти эффективности, то есть – минус 25%. Даже инжектор и другие современные системы не решают этого вопроса, хоть и стали очень эффективными.
• Далее идут тепловые потери. Мотор греет себя, воздух, другие элементы и узлы, к примеру, радиатор, охлаждающую жидкость, свой корпус, а также выхлоп. В этом месте эффективность теряет ещё около 35%.
• Немало процентов забирают механические потери. Это поршни, шестерни, кольца, подшипники и прочие элементы и узлы, где присутствует трение. Сюда же относим и нагрузки генератора, который при выработке электроэнергии заметно тормозит коленвал. Несмотря на то, что смазочные материалы стали гораздо эффективнее, вынь да положь ещё двадцать процентов потерь.

И что у нас остаётся в остатке? А всего 20%! Понятно, что это средний показатель, и бензиновые двигатели бывают более эффективными, но насколько – может ещё пять-семь процентов, не больше. Да и двигателей таких совсем немного. Итого из залитых десяти литров топлива, что автомобиль съедает на сто километров пробега, на полезную работу уходить всего два с половиной литра, а остальные семь-восемь литров попросту уходят в потери.

Т-34

Лучший танк Второй мировой войны — Т-34 — был дизельным. Говорят, что начальные споры пресек горящий факел, поочередно опущенный в ведра с бензином и соляркой. Первое, понятное дело, полыхнуло так, что мало не показалось. А вот во втором факел зашипел и потух. Лучший танк Второй мировой войны — Т-34 — был дизельным. Говорят, что начальные споры пресек горящий факел, поочередно опущенный в ведра с бензином и соляркой. Первое, понятное дело, полыхнуло так, что мало не показалось. А вот во втором факел зашипел и потух.

Конечно, вряд ли покупатель современного автомобиля задумывается о вероятности сгореть в крупных ДТП с собственным участием. Хотя, наверное, это принесло бы лишний плюсик дизелю. Но еще совсем недавно, в эпоху СССР, о дизелях мечтали совсем по другой причине. Что скрывать: многие добрые люди всеми силами старались тогда тибрить горючее с государева транспорта. И вид КАМАЗов с тепловозами был по этой причине особенно тягостен: мол, вон сколько топлива пропадает.

Приложения

внешние ссылки

(ru) Существующие и будущие потребности в турбонаддуве современных больших двухтактных дизельных двигателей , Wärtsilä Corporation, 1-2 октября 2002 г.

Трансмиссия
Мотор	Отверстие Архитектура поршневых двигателей Шатун Цилиндрический блок Картер Сухой картер мокрый картер Камера сгорания Рубашка Ход (механический) Крышка цилиндра Цилиндр Гидрозамок Прокладка головки блока цилиндров Долгая пробежка Шатун Двигатель с искровым зажиганием Электродвигатель верхнего распредвала Двигатель внутреннего сгорания и взрыва Управляемый двигатель внутреннего сгорания Двухтактный двигатель Четырехтактный двигатель Двигатель с рядными цилиндрами Двигатель с четырьмя рядными цилиндрами Двигатель с V-цилиндрами Двигатель с цилиндрами W Плоский двигатель Двигатель с четырьмя плоскими цилиндрами Оппозиционный поршневой двигатель Квадратный мотор Дизельный мотор Колесный мотор Двигатель суперкара Двигатель Ванкеля Поршень Точка доступа Сегментация Журнал Коленчатый вал Маховик Красная зона
Зажигание	Воспламенение емкостного разряда Электронное зажигание Самовоспламенение Катушка зажигания Свеча зажигания Свеча накаливания Грохот Delco Блок управления двигателем Магнето Выключатель Система зажигания по пропаданию искры
Распределение	Клапан паники Распредвал Корпус бабочки Кулачок Бескулачковый Десмодромный контроль Приводной ремень Рокер Переменное распределение Направляющая клапана Двигатель OHV Мультиклапанный двигатель Седло клапана Клапан
Топливная и выхлопная системы	Карбюратор Механический компрессор Схема впрыска Впускной коллектор Выхлопной коллектор Топливный декантер Воздушный фильтр Топливный фильтр Фильтр твердых частиц HDI Инжектор Инъекция Прямой впрыск Common Rail Интеркулер Нагнетательный насос Питательный насос Каталитический нейтрализатор Выхлопная труба Горшок релаксации Рециркуляция выхлопных газов Дышащий танк Тихий Предохранительный клапан Система SCR Лямбда-зонд Переедание TDI Приемная труба Турбокомпрессор Wastegate
Смазка и охлаждение	Крышка радиатора Мокрый отстойник Сухой картер Калорстат Масляный фильтр Синтетическое масло Машинное масло Охлаждающая жидкость Смазка Масляный насос Радиатор
Передача инфекции	Приводной вал  : карданный вал Бар Панара Коробка передач Automatique Роботизированный Диммер Цепь противоскольжения Снежный носок Гидротрансформатор Дифференциальный Двойное сцепление Схватить Ось Дион Передний задний Гибридный синергетический привод Обод универсальный шарнир Задний ход Шина Зима Дождь бескамерный Система PAX безвоздушный Жесткий мост Движение Ведущее колесо Приостановка Синхронизатор Синхронный регулятор оборотов Тяга Планетарная передача Полный привод Передача акатена Электромеханическая трансмиссия Гидростатическая трансмиссия Дизель-электрическая трансмиссия
Периферийные устройства	Генератор Ударные Стартер
Теория	Пара Четырехтактный цикл Смещение Уменьшение Балансировка Долгая пробежка Плохая смесь Квадратный мотор Двигатель суперкара Мертвые зоны (механические) Среднее эффективное давление Мощный Урожай Шатунно-кривошипная система Степень сжатия Первичная передача Вторичная передача

• Машиностроительный портал
• Автомобильный портал
• Мотоциклетный портал
• Грузовой портал
• Энергетический портал

КПД двигателя внутреннего сгорания – определение и сравнение видео

Среди множества характеристик различных механизмов в автомобиле решающее значение имеет КПД двигателя внутреннего сгорания. Для того чтобы выяснить суть этого понятия, необходимо точно знать, что представляет собой классический двигатель внутреннего сгорания.

В первую очередь, мотор преобразует тепловую энергию, возникающую при сгорании топлива, в определенное количество механической работы. В отличие от паровых машин, эти двигатели более легкие и компактные. Они гораздо экономичнее и потребляют строго определенное жидкое и газообразное топливо. Таким образом, КПД современных двигателей рассчитывается на основании их технических характеристик и прочих показателей.

КПД (коэффициент полезного действия) представляет собой отношение фактически передаваемой мощности на вал двигателя к мощности, получаемой поршнем за счет действия газов. Если провести сравнение КПД двигателей различной мощности, то можно установить, что это значение для каждого из них имеет свои особенности.

Эффективный КПД двигателя зависит от различных механических потерь на разных стадиях работы. На потери влияет движение отдельных частей мотора и возникающее при этом трение. Это поршни, поршневые кольца и различные подшипники. Эти детали вызывают наибольшую величину потерь, составляющие примерно 65 % от их общего количества. Кроме того, потери возникают от действия таких механизмов, как насосы, магнето и прочие, которые могут дойти до 18 %. Незначительную часть потерь составляют сопротивления, возникающие в топливной системе во время процесса впуска и выпуска.

Если сравнивать между собой КПД бензинового и дизельного двигателя, то следует отметить, что первый из них недостаточно эффективен и преобразует в полезное действие всего 25-30 % произведенной энергии. Например, КПД стандартного дизеля достигает 40 %, а применение турбонаддува и промежуточного охлаждения повышает это значение до 50 %.

Оба двигателя, несмотря на схожесть конструкции, имеют различные виды смесеобразования. Поэтому поршни карбюраторного мотора работают при более высоких температурах, требующих качественного охлаждения. Из-за этого тепловая энергия, которая могла бы превратиться в механическую, рассеивается без всякой пользы, понижая общее значение КПД.

Тем не менее, для того чтобы повысить КПД бензинового двигателя, принимаются определенные меры. Например, на один цилиндр могут устанавливаться два впускных и выпускных клапана, вместо конструкции, когда размещается один впускной и один выпускной клапан. Кроме того, в некоторых двигателях на каждую свечу устанавливается отдельная катушка зажигания. Управление дроссельной заслонкой во многих случаях осуществляется с помощью электропривода, а не обыкновенным тросиком.

Дизель является одной из разновидностей двигателей внутреннего сгорания, в котором воспламенение рабочей смеси производится в результате сжатия. Поэтому давление воздуха в цилиндре намного выше, чем у бензинового двигателя. Сравнивая КПД дизельного двигателя с КПД других конструкций, можно отметить его наиболее высокую эффективность.

При наличии низких оборотов и большого рабочего объема показатель КПД может превысить 50 %.

Следует обратить внимание на сравнительно небольшой расход дизельного топлива и низкое содержание вредных веществ в отработанных газах. Таким образом, значение коэффициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания полностью зависит от его типа и конструкции

Во многих автомобилях низкий КПД перекрывается различными усовершенствованиями, позволяющими улучшить общие технические характеристики.

Мощность и КПД

Мощность механизма или устройства равна работе, совершаемой в единицу времени. Работа(A) измеряется в Джоулях, а время в системе Си – в секундах. Но не стоит путать понятие мощности и номинальной мощности. Если на чайнике написана мощность 1 700 Ватт, это не значит, что он передаст 1 700 Джоулей за одну секунду воде, налитой в него. Это мощность номинальная. Чтобы узнать η электрочайника, нужно узнать количество теплоты(Q), которое должно получить определенное количество воды при нагреве на энное количество градусов. Эту цифру делят на работу электрического тока, выполненную за время нагревания воды.

Величина A будет равна номинальной мощности, умноженной на время в секундах. Q будет равно объему воды, умноженному на разницу температур на удельную теплоемкость. Потом делим Q на A тока и получаем КПД электрочайника, примерно равное 80 процентам. Прогресс не стоит на месте, и КПД различных устройств повышается, в том числе бытовой техники.

Напрашивается вопрос, почему через мощность нельзя узнать КПД устройства. На упаковке с оборудованием всегда указана номинальная мощность. Она показывает, сколько энергии потребляет устройство из сети. Но в каждом конкретном случае невозможно будет предсказать, сколько конкретно потребуется энергии для нагрева даже одного литра воды.

Например, в холодной комнате часть энергии потратится на обогрев пространства. Это связано с тем, что в результате теплообмена чайник будет охлаждаться. Если, наоборот, в комнате будет жарко, чайник закипит быстрее. То есть КПД в каждом из этих случаев будет разным.

Примеры задач

1. КПД теплового двигателя составляет $30 \%$. Рассчитайте полезную работу, совершенную двигателем, если он получил от нагревателя $600 \space кДж$ энергии.

Дано:$\eta = 30 \%$$Q_1 = 600 \space кДж$

СИ:$6 \cdot 10^5 \space Дж$

$A_п — ?$

Посмотреть решение и ответ

Скрыть

Решение:

Запишем формулу для расчета КПД теплового двигателя:$\eta = \frac{A_п}{Q_1}$.

Выразим отсюда полезную работу $A_п$:$A_п = \eta \cdot Q_1$.

Чтобы использовать эту формулу необходимо значение КПД, выраженное в процентах перевести в дробь:$\eta = 30 \% = 0.3$

Рассчитаем $A_п$:$A_п = 0.3 \cdot 6 \cdot 10^5 \space Дж = 1.8 \cdot 10^5 \space Дж$.

Ответ: $A_п = 1.8 \cdot 10^5 \space Дж$.

1. За цикл работы тепловая машина получает от нагревателя количество теплоты, равное $155 \space Дж$, и отдает холодильнику количество теплоты равное $85 \space Дж$. Вычислите КПД тепловой машины.

Дано:$Q_1 = 155 \space Дж$$Q_2 = 85 \space Дж$ 

$\eta — ?$

Посмотреть решение и ответ

Скрыть

Решение:

Используем формулу для расчета КПД:$\eta = \frac{Q_1 — Q_2}{Q_1} \cdot 100 \%$.

$\eta = \frac{155 \space Дж — 85 \space Дж}{155 \space Дж} \cdot 100 \% = \frac{70 \space Дж}{155 \space Дж} \cdot 100 \% \approx 45 \%$.

Ответ: $\eta = 45 \%$.

1. На рисунке 2 изображен один из четырех тактов двигателя внутреннего сгорания. Опишите, что происходит в его процессе. При этом была совершена работа, равная $2.3 \cdot 10^4 \space кДж$, и израсходован бензин массой $2 \space кг$. Вычислите КПД этого двигателя. Удельная теплота сгорания бензина равна $4.6 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг}$.

Рисунок 2. Такт двигателя внутреннего сгорания

Дано:$A_п = 2.3 \cdot 10^4 \space кДж$$m = 2 \space кг$$q = 4.6 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг}$

СИ:$2.3 \cdot 10^7 \space Дж$

$\eta -?$

Посмотреть решение и ответ

Скрыть

Решение:

На рисунке 2 оба клапана закрыты, а свеча подожгла горючую смесь. Поршень движется вниз и вращает коленчатый вал. Это третий такт — рабочий ход. Именно в ходе этого такта рабочее тело двигателя совершает полезную работу $A_п$.

Запишем формулу для расчета КПД этого двигателя:$\eta = \frac{A_п}{Q_1}$,где $Q_1$ — это количество теплоты, получаемое двигателем от нагревателя.

В нашем случае нагревателем является бензин. Мы знаем его массу и удельную теплоту сгорания, поэтому можем рассчитать количество теплоты, выделенное при его сгорании по формуле:$Q = Q_1 = qm$.$Q_1 = 2 \space кг \cdot 4.6 \cdot 10^7 \frac{Дж}{кг} = 9.2 \cdot 10^7 \space Дж$.

Подставим в формулу и рассчитаем КПД:$\eta = \frac{2.3 \cdot 10^7 \space Дж}{9.2 \cdot 10^7 \space Дж} = 0.25$.

Или в процентах: $\eta = 25 \%$.

Ответ: $\eta = 25 \%$.

Решение примеров

Задача 1. Поезд на скорости 54 км/ч развивает мощность 720 кВт. Нужно вычислить силу тяги силовых агрегатов. Решение: чтобы найти мощность, используется формула N=F x v. Если перевести скорость в единицу СИ, получится 15 м/с. Подставив данные в уравнение, определяется, что F равно 48 kН.

Задача 2. Масса транспортного средства соответствует 2200 кг. Машина, поднимаясь в гору под уклоном в 0,018, проходит расстояние 100 м. Скорость развивается до 32,4 км/ч, а коэффициент трения соответствует 0,04. Нужно определить среднюю мощность авто при движении. Решение: вычисляется средняя скорость — v/2. Чтобы определить силу тяги мотора, выполняется рисунок, на котором отображаются силы, воздействующие на машину:

• тяжесть — mg;
• реакция опоры — N;
• трение — Ftr;
• тяга — F.

Первая величина вычисляется по второму закону Ньютона: mg+N+Ftr+F=ma. Для ускорения используется уравнение a=v2/2S. Если подставить последние значение и воспользоваться cos, получится средняя мощность. Так как ускорение считается постоянной величиной и равно 9,8 м/с2, поэтому v= 9 м/с. Подставив данные в первую формулу, получится: N= 9,5 kBt.

При решении сложных задач по физике рекомендуется проверить соответствие предоставленных в условиях единиц измерения с международными стандартами. Если они отличаются, необходимости перевести данные с учётом СИ.

Предыдущая

ФизикаФормула давления – примеры и условия расчетов

Следующая

ФизикаАбсолютно упругий и неупругий удар двух тел – формулы и примеры расчетов

Что такое эффективность. Разбираемся, что такое КПД

Синие светодиоды нужны для получения белого света в сочетании с красными и зелеными. Эти два цвета научились получать в достаточно ярких светодиодах намного раньше; синие долгое время оставались слишком тусклыми и дорогими для массового применения Другой пример эффективных, но очень дорогих устройств — солнечные батареи на основе арсенида галлия (полупроводник с формулой GaAs). Их КПД достигает почти 30%, что в полтора-два раза выше используемых на Земле батарей на основе куда более распространенного кремния. Высокая эффективность оправдывает себя только в космосе, куда доставка одного килограмма груза может стоить почти как килограмм золота. Тогда экономия на массе батареи будет оправдана.

КПД линий электропередач можно поднять за счет замены меди на лучше проводящее ток серебро, однако серебряные кабели слишком дороги и потому используются разве что в единичных случаях. А вот к идее построить сверхпроводящие ЛЭП из дорогой и требующей охлаждения жидким азотом редкоземельной керамики в последние годы несколько раз обращались на практике. В частности, такой кабель уже проложен и подключен в германском городе Эссене. Он рассчитан на 40 мегаватт электрической мощности при напряжении в десять киловольт. Кроме того что потери на нагрев сведены к нулю (однако взамен нужно питать криогенные установки), такой кабель намного компактнее обычного и за счет этого можно сэкономить на покупке дорогой земли в центре города или отказаться от прокладки дополнительных туннелей.

Не по общим правилам

Из школьного курса многие помнят, что КПД не может превышать 100% и что он тем выше, чем больше разница температур между холодильником и нагревателем. Однако это верно лишь для так называемых тепловых двигателей: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, реактивные и ракетные двигатели, газовые и паровые турбины.

Электродвигатели и все электрические устройства этому правилу не подчиняются, поскольку они не тепловые машины. Для них верно только то, что КПД не может превышать ста процентов, а частные ограничения в каждом случае определяются по-разному.

В случае с солнечной батареей потери определяются как квантовыми эффектами при поглощении фотонов, так и потерями на отражение света от поверхности батареи и на поглощение в фокусирующих зеркалах. Проведенные расчеты показали, что выйти за 90% солнечная батарея не может в принципе, а на практике достижимы значения около 60-70%, да и те при весьма сложной структуре фотоячеек.

Великолепным КПД обладают топливные элементы. В эти устройства поступают некие вещества, которые вступают в химическую реакцию друг с другом и дают электрический ток. Этот процесс опять-таки не является циклом тепловой машины, поэтому КПД получается достаточно высоким, порядка 60%, в то время как дизель или бензиновый двигатель не выходят обычно за 50%.

Именно топливные элементы стояли на летавших к Луне космических кораблях «Аполло», и они могут работать, например, на водороде и кислороде. Их недостаток заключается только в том, что водород должен быть достаточно чистым и к тому же его надо где-то хранить и как-то передавать от завода к потребителям. Технологии, позволяющие заменить водородом обычный метан, пока что не доведены до массового использования. На водороде и топливных элементах работают лишь экспериментальные автомобили и некоторое количество подводных лодок.