Hari ini kami akan memberi tahu Anda apa itu efisiensi (faktor efisiensi), cara menghitungnya, dan di mana konsep ini diterapkan.
Manusia dan mekanisme
Apa persamaan mesin cuci dan pengalengan? Keinginan seseorang untuk membebaskan dirinya dari kebutuhan untuk melakukan segalanya sendiri. Sebelum penemuan mesin uap, manusia hanya memiliki otot. Mereka melakukan semuanya sendiri: mereka membajak, menabur, memasak, menangkap ikan, menenun rami. Untuk memastikan kelangsungan hidup selama musim dingin yang panjang, setiap anggota keluarga petani bekerja siang hari dari usia dua sampai kematiannya. Anak-anak bungsu merawat hewan dan membantu (membawa, memberi tahu, memanggil, mengambil) orang dewasa. Gadis itu pertama kali ditempatkan di belakang roda pemintal pada usia lima tahun! Bahkan orang tua yang dalam memotong sendok dan menenun sepatu kulit kayu, dan nenek yang paling tua dan lemah duduk di alat tenun dan roda pemintal, jika penglihatan mereka memungkinkan. Mereka tidak punya waktu untuk memikirkan apa itu bintang dan mengapa mereka bersinar. Orang-orang menjadi lelah: setiap hari mereka harus pergi dan bekerja, terlepas dari kondisi kesehatan, rasa sakit, dan moral. Secara alami, pria itu ingin mencari pembantu yang setidaknya akan sedikit meringankan bahunya yang terlalu banyak bekerja.
Lucu dan aneh
Teknologi tercanggih pada masa itu adalah kuda dan roda gilingan. Tetapi mereka hanya melakukan pekerjaan dua atau tiga kali lebih banyak daripada manusia. Tetapi penemu pertama mulai menemukan perangkat yang terlihat sangat aneh. Dalam film "The Story of Eternal Love", Leonardo da Vinci menempelkan perahu kecil di kakinya untuk berjalan di atas air. Hal ini menyebabkan beberapa insiden lucu ketika ilmuwan terjun ke danau dengan pakaiannya. Meskipun episode ini hanyalah penemuan penulis skenario, penemuan tersebut pasti terlihat seperti itu - lucu dan lucu.
abad ke-19: besi dan batu bara
Tetapi di pertengahan abad ke-19 semuanya berubah. Para ilmuwan telah menyadari kekuatan tekanan dari uap yang mengembang. Barang terpenting saat itu adalah besi untuk pembuatan ketel dan batu bara untuk memanaskan air di dalamnya. Para ilmuwan saat itu harus memahami apa efisiensi dalam fisika uap dan gas, dan bagaimana meningkatkannya.
Rumus untuk koefisien dalam kasus umum adalah:
η=A/Q
η - efisiensi, A - kerja yang berguna, Q - energi yang dikeluarkan.
Kerja dan kehangatan
Efisiensi (disingkat efisiensi) adalah besaran tak berdimensi. Ini didefinisikan sebagai persentase dan dihitung sebagai rasio energi yang dikeluarkan untuk pekerjaan yang bermanfaat. Istilah yang terakhir ini sering digunakan oleh ibu-ibu dari remaja yang lalai ketika mereka memaksa mereka untuk melakukan sesuatu di sekitar rumah. Namun nyatanya, inilah hasil nyata dari jerih payah yang dikeluarkan. Artinya, jika efisiensi mesin adalah 20%, maka hanya mengubah seperlima dari energi yang diterima menjadi tindakan. Sekarang saat membelimobil, pembaca tidak perlu bertanya, berapa efisiensi mesinnya.
Jika koefisien dihitung dalam persentase, maka rumusnya adalah:
η=100%(A/Q)
η - efisiensi, A - kerja yang berguna, Q - energi yang dikeluarkan.
Kehilangan dan kenyataan
Tentu semua argumen ini menimbulkan kebingungan. Mengapa tidak menciptakan mobil yang dapat menggunakan lebih banyak energi bahan bakar? Sayangnya, dunia nyata tidak seperti itu. Di sekolah, anak-anak memecahkan masalah di mana tidak ada gesekan, semua sistem tertutup, dan radiasinya benar-benar monokromatik. Insinyur nyata di pabrik dipaksa untuk memperhitungkan keberadaan semua faktor ini. Pertimbangkan, misalnya, berapa efisiensi mesin kalor, dan terdiri dari apa koefisien ini.
Rumus dalam hal ini terlihat seperti ini:
η=(Q1-Q2)/Q1
Dalam hal ini, Q1 adalah jumlah panas yang diterima mesin dari pemanasan, dan Q2 adalah jumlah panas yang diberikannya ke lingkungan (umumnya disebut lemari es).
Bahan bakar memanas dan mengembang, gaya mendorong piston yang menggerakkan elemen putar. Tapi bahan bakar yang terkandung dalam beberapa kapal. Ketika dipanaskan, ia mentransfer panas ke dinding kapal. Hal ini menyebabkan kerugian energi. Agar piston turun, gas harus didinginkan. Untuk melakukan ini, sebagian dilepaskan ke lingkungan. Dan akan lebih baik jika gas memberikan semua panas untuk pekerjaan yang bermanfaat. Tapi, sayangnya, dinginnya sangat lambat, jadi uap panas keluar. Sebagian energi dihabiskan untuk memanaskan udara. Piston bergerak dalam silinder logam berongga. Ujung-ujungnya pas dengan dinding; saat bergerak, gaya gesekan ikut bermain. Piston memanaskan silinder berongga, yang juga menyebabkan hilangnya energi. Gerakan translasi ke atas dan ke bawah batang ditransmisikan ke torsi melalui serangkaian sambungan yang bergesekan satu sama lain dan memanas, yaitu, sebagian energi primer juga dihabiskan untuk ini.
Tentu saja, di mesin pabrik, semua permukaan dipoles hingga tingkat atomik, semua logam kuat dan memiliki konduktivitas termal terendah, dan oli piston memiliki sifat terbaik. Tapi di mesin apapun, energi bensin digunakan untuk memanaskan bagian, udara dan gesekan.
Pan dan kuali
Sekarang kami mengusulkan untuk memahami apa efisiensi boiler, dan terdiri dari apa. Setiap ibu rumah tangga tahu: jika Anda membiarkan air mendidih dalam panci di bawah tutup tertutup, maka air akan menetes ke kompor, atau tutupnya akan "menari". Setiap boiler modern diatur dengan cara yang hampir sama:
- panas memanaskan wadah tertutup berisi air;
- air menjadi uap super panas;
- saat mengembang, campuran gas-air memutar turbin atau menggerakkan piston.
Sama seperti di mesin, energi hilang untuk memanaskan boiler, pipa dan gesekan semua sambungan, jadi tidak ada mekanisme yang memiliki efisiensi sama dengan 100%.
Rumus untuk mesin yang bekerja menurut siklus Carnot terlihat seperti rumus umum untuk mesin kalor, hanya saja bukan jumlah kalor - suhunya.
η=(T1-T2)/T1.
Stasiun Luar Angkasa
Dan jika Anda meletakkan mekanisme di luar angkasa? Energi surya gratis tersedia 24 jam sehari, pendinginan gas apa pun dimungkinkan secara harfiah hingga 0o Kelvin hampir seketika. Mungkinkah di luar angkasa efisiensi produksinya akan lebih tinggi? Jawabannya ambigu: ya dan tidak. Semua faktor ini memang dapat secara signifikan meningkatkan transfer energi ke pekerjaan yang bermanfaat. Tetapi mengirimkan bahkan seribu ton ke ketinggian yang diinginkan masih sangat mahal. Bahkan jika pabrik seperti itu beroperasi selama lima ratus tahun, itu tidak akan membayar kembali biaya untuk meningkatkan peralatan, itulah sebabnya penulis fiksi ilmiah sangat aktif mengeksploitasi ide lift ruang angkasa - ini akan sangat menyederhanakan tugas dan membuat layak secara komersial untuk memindahkan pabrik ke luar angkasa.
