Berikan definisi efisiensi. Bagaimana efisiensi transformator ditentukan?

KOEFISIEN EFISIENSI (efisiensi) merupakan ciri efisiensi suatu sistem (perangkat, mesin) dalam kaitannya dengan konversi energi; ditentukan oleh rasio energi yang berguna (diubah menjadi kerja selama proses siklik) dengan jumlah total energi yang ditransfer ke sistem.

Koefisien tindakan yang bermanfaat

(efisiensi), suatu karakteristik efisiensi suatu sistem (perangkat, mesin) dalam kaitannya dengan konversi atau transmisi energi; ditentukan oleh rasio energi yang dapat digunakan dengan jumlah total energi yang diterima oleh sistem; biasanya dilambangkan dengan h = Wpol/Wcym.

Pada motor listrik, efisiensi adalah rasio kerja mekanis (berguna) yang dilakukan terhadap energi listrik, diterima dari sumbernya; dalam mesin kalor ≈ rasio kerja mekanis yang berguna dengan jumlah panas yang dikeluarkan; pada transformator listrik, perbandingan energi elektromagnetik yang diterima pada belitan sekunder dengan energi yang dikonsumsi oleh belitan primer. Untuk menghitung efisiensi jenis yang berbeda energi dan kerja mekanik dinyatakan dalam satuan yang sama berdasarkan persamaan mekanis panas, dan hubungan serupa lainnya. Karena sifatnya yang umum, konsep efisiensi memungkinkan kita untuk membandingkan dan mengevaluasi sistem yang berbeda seperti dari satu sudut pandang reaktor nuklir, generator listrik dan mesin, pembangkit listrik termal, perangkat semikonduktor, objek biologis dll.

Karena hilangnya energi yang tak terhindarkan akibat gesekan, pemanasan benda di sekitarnya, dll., efisiensi selalu kurang dari satu. Oleh karena itu, efisiensi dinyatakan dalam pecahan energi yang dikeluarkan, yaitu dalam bentuk pecahan yang tepat atau sebagai persentase, dan merupakan besaran tak berdimensi. Efisiensi pembangkit listrik termal mencapai 35-40%, mesin pembakaran internal ≈ 40-50%, dinamo dan generator berdaya tinggi ≈95%, trafo ≈98%. Efisiensi proses fotosintesis biasanya 6≈8%, pada chlorella mencapai 20≈25%. Untuk mesin kalor, berdasarkan hukum kedua termodinamika, efisiensi mempunyai batas atas yang ditentukan oleh karakteristik siklus termodinamika (proses melingkar) yang dialami zat kerja. Siklus Carnot mempunyai efisiensi tertinggi.

Terdapat perbedaan antara efisiensi elemen individu (tahap) suatu mesin atau perangkat dan efisiensi yang menjadi ciri seluruh rantai transformasi energi dalam sistem. Efisiensi jenis pertama, sesuai dengan sifat konversi energinya, dapat bersifat mekanis, termal, dan lain-lain. Jenis kedua meliputi efisiensi umum, ekonomi, teknis, dan jenis efisiensi lainnya. Efisiensi keseluruhan sistem sama dengan hasil kali efisiensi parsial, atau efisiensi tahap.

Dalam literatur teknis, efisiensi terkadang didefinisikan sedemikian rupa sehingga lebih besar dari kesatuan. Situasi serupa muncul jika efisiensi ditentukan oleh rasio Wpol/Wcost, dimana Wpol ≈ energi yang digunakan yang diterima pada “output” sistem, Wcost ≈ tidak seluruh energi yang masuk ke sistem, tetapi hanya sebagian saja yang nyata. biaya dikeluarkan. Misalnya, ketika mengoperasikan pemanas termoelektrik semikonduktor (pompa panas), konsumsi energinya lebih kecil daripada jumlah panas yang dihasilkan oleh termoelemen. Energi berlebih diambil darinya lingkungan. Dalam hal ini, meskipun efisiensi sebenarnya dari instalasi tersebut kurang dari satu, efisiensi yang dipertimbangkan h = Wpol/Wloss mungkin ternyata lebih besar dari satu.

Lit.: Artobolevsky I.I., Teori Mekanisme dan Mesin, edisi ke-2, M.≈L., 1952; Rekayasa panas umum, ed. S. Ya.Kornitsky dan Ya.M. Rubinshtein, edisi ke-2, M.≈L., 1952; Teknik elektro umum, M.≈L., 1951; Vukalovich M.P., Novikov I.I., Termodinamika teknis, edisi ke-4, M., 1968.

Wikipedia

Efisiensi

Efisiensi (Efisiensi) - karakteristik efisiensi sistem dalam kaitannya dengan konversi atau transmisi energi. Hal ini ditentukan oleh rasio energi yang dapat digunakan dengan jumlah total energi yang diterima oleh sistem; biasanya dilambangkan dengan η. Efisiensi adalah besaran yang tidak berdimensi dan sering diukur dalam persentase.

Pada kenyataannya, usaha yang dilakukan dengan bantuan alat apa pun selalu merupakan usaha yang lebih berguna, karena sebagian usaha dilakukan melawan gaya gesek yang bekerja di dalam mekanisme dan ketika bagian-bagiannya digerakkan. Jadi, dengan menggunakan balok yang dapat digerakkan, mereka melakukan kerja tambahan dengan mengangkat balok itu sendiri dan talinya serta mengatasi gaya gesek pada balok tersebut.

Mari kita perkenalkan notasi berikut: pekerjaan yang berguna akan dilambangkan dengan $A_p$, total pekerjaan dengan $A_(poln)$. Dalam hal ini kita memiliki:

Definisi

Faktor efisiensi (efisiensi) disebut rasio pekerjaan yang berguna untuk menyelesaikan pekerjaan. Mari kita nyatakan efisiensi dengan huruf $\eta $, lalu:

\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\ \kiri(2\kanan).\]

Paling sering efisiensi dinyatakan dalam persentase, maka definisinya adalah rumus:

\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\cdot 100\%\ \kiri(2\kanan).\]

Saat membuat mekanisme, mereka berusaha meningkatkan efisiensinya, namun tidak ada mekanisme yang efisiensinya sama dengan satu (apalagi lebih dari satu).

Jadi, faktor efisiensinya adalah kuantitas fisik, yang menunjukkan bagian itu pekerjaan yang bermanfaat didasarkan pada semua pekerjaan yang dilakukan. Dengan menggunakan efisiensi, efisiensi suatu perangkat (mekanisme, sistem) yang mengubah atau mentransmisikan energi dan melakukan kerja dinilai.

Untuk meningkatkan efisiensi mekanisme, Anda dapat mencoba mengurangi gesekan pada sumbu dan massanya. Jika gesekan dapat diabaikan, massa mekanisme jauh lebih kecil daripada massa, misalnya beban yang mengangkat mekanisme, maka efisiensinya sedikit lebih kecil dari satu. Maka usaha yang dilakukan kira-kira sama dengan usaha yang bermanfaat:

Aturan emas mekanika

Harus diingat bahwa kemenangan di tempat kerja tidak dapat dicapai dengan mekanisme sederhana.

Mari kita nyatakan setiap usaha pada rumus (3) sebagai hasil kali gaya yang bersangkutan dan lintasan yang ditempuh di bawah pengaruh gaya tersebut, kemudian kita ubah rumus (3) menjadi bentuk:

Ekspresi (4) menunjukkan bahwa dengan menggunakan mekanisme sederhana, kita memperoleh kekuatan sebanyak yang kita hilangkan dalam perjalanan. Hukum ini disebut “aturan emas” mekanika. Aturan ini dirumuskan dalam Yunani kuno Bangau dari Alexandria.

Aturan ini tidak memperhitungkan usaha mengatasi gaya gesekan, oleh karena itu merupakan perkiraan.

Efisiensi transfer energi

Efisiensi dapat didefinisikan sebagai rasio kerja berguna terhadap energi yang dikeluarkan untuk pelaksanaannya ($Q$):

\[\eta =\frac(A_p)(Q)\cdot 100\%\ \kiri(5\kanan).\]

Untuk menghitung efisiensi mesin panas terapkan rumus berikut:

\[\eta =\frac(Q_n-Q_(ch))(Q_n)\kiri(6\kanan),\]

dimana $Q_n$ adalah jumlah panas yang diterima dari pemanas; $Q_(ch)$ - jumlah panas yang dipindahkan ke lemari es.

Efisiensi mesin kalor ideal yang beroperasi menurut siklus Carnot adalah:

\[\eta =\frac(T_n-T_(ch))(T_n)\kiri(7\kanan),\]

dimana $T_n$ adalah suhu pemanas; $T_(ch)$ - suhu lemari es.

Contoh masalah efisiensi

Contoh 1

Latihan. Mesin derek memiliki kekuatan $N$. Dalam selang waktu $\Delta t$, dia mengangkat beban bermassa $m$ ke ketinggian $h$. Berapakah efisiensi derek?\textit()

Larutan. Usaha yang berguna dalam soal yang sedang dipertimbangkan sama dengan usaha mengangkat benda ke ketinggian $h$ beban bermassa $m$; ini adalah usaha mengatasi gaya gravitasi. Itu sama dengan:

Kita mencari usaha total yang dilakukan saat mengangkat beban menggunakan definisi daya:

Mari kita gunakan definisi efisiensi untuk menemukannya:

\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\cdot 100\%\kiri(1,3\kanan).\]

Kami mengubah rumus (1.3) menggunakan ekspresi (1.1) dan (1.2):

\[\eta =\frac(mgh)(N\Delta t)\cdot 100\%.\]

Menjawab.$\eta =\frac(mgh)(N\Delta t)\cdot 100\%$

Contoh 2

Latihan. Gas ideal melakukan siklus Carnot, dengan efisiensi siklus $\eta$. Berapa usaha yang dilakukan dalam siklus kompresi gas pada suhu konstan? Usaha yang dilakukan gas selama pemuaian adalah $A_0$

Larutan. Kami mendefinisikan efisiensi siklus sebagai:

\[\eta =\frac(A_p)(Q)\kiri(2.1\kanan).\]

Mari kita pertimbangkan siklus Carnot dan tentukan proses mana yang menghasilkan panas (ini akan menjadi $Q$).

Karena siklus Carnot terdiri dari dua isoterm dan dua adiabat, kita dapat langsung mengatakan bahwa dalam proses adiabatik (proses 2-3 dan 4-1) tidak terjadi perpindahan panas. Dalam proses isotermal 1-2, panas disuplai (Gbr. 1 $Q_1$), dalam proses isotermal 3-4 panas dihilangkan ($Q_2$). Ternyata dalam ekspresi (2.1) $Q=Q_1$. Kita tahu bahwa jumlah panas (hukum pertama termodinamika) yang disuplai ke sistem selama proses isotermal seluruhnya digunakan untuk melakukan kerja gas, yang berarti:

Gas melakukan kerja yang bermanfaat, yaitu:

Jumlah kalor yang dibuang pada proses isotermal 3-4 sama dengan kerja kompresi (usahanya negatif) (karena T=const, maka $Q_2=-A_(34)$). Hasilnya, kami memiliki:

Mari kita ubah rumus (2.1) dengan mempertimbangkan hasil (2.2) - (2.4):

\[\eta =\frac(A_(12)+A_(34))(A_(12))\ke A_(12)\eta =A_(12)+A_(34)\ke A_(34)=( \eta -1)A_(12)\kiri(2.4\kanan).\]

Karena dengan kondisi $A_(12)=A_0,\ $kita akhirnya mendapatkan:

Menjawab.$A_(34)=\kiri(\eta -1\kanan)A_0$

Usaha yang dilakukan oleh mesin adalah:

Proses ini pertama kali dipertimbangkan oleh insinyur dan ilmuwan Perancis N. L. S. Carnot pada tahun 1824 dalam buku “Refleksi tentang penggerak api dan tentang mesin yang mampu mengembangkan kekuatan ini."

Tujuan penelitian Carnot adalah untuk mengetahui penyebab ketidaksempurnaan mesin kalor pada saat itu (memiliki efisiensi ≤ 5%) dan menemukan cara untuk memperbaikinya.

Siklus Carnot merupakan siklus yang paling efisien. Efisiensinya maksimal.

Gambar tersebut menunjukkan proses termodinamika siklus. Selama ekspansi isotermal (1-2) pada suhu T 1 , usaha yang dilakukan karena perubahan energi dalam pemanas, yaitu karena suplai panas ke gas Q:

A 12 = Q 1 ,

Pendinginan gas sebelum kompresi (3-4) terjadi selama ekspansi adiabatik (2-3). Perubahan energi dalam kamu 23 selama proses adiabatik ( Q = 0) seluruhnya diubah menjadi kerja mekanis:

A 23 = -ΔU 23 ,

Suhu gas akibat pemuaian adiabatik (2-3) turun hingga suhu lemari es T 2 < T 1 . Dalam proses (3-4), gas dikompresi secara isotermal, memindahkan sejumlah panas ke lemari es Pertanyaan 2:

SEBUAH 34 = Q 2,

Siklus diakhiri dengan proses kompresi adiabatik (4-1), di mana gas dipanaskan sampai suhu tertentu T 1.

Nilai efisiensi maksimum mesin kalor gas ideal menurut siklus Carnot:

.

Inti dari rumusnya dinyatakan dalam terbukti DENGAN. Teorema Carnot bahwa efisiensi mesin kalor apa pun tidak dapat melebihi efisiensi siklus Carnot yang dilakukan pada suhu yang sama antara pemanas dan lemari es.

Definisi [ | ]

Efisiensi

Secara matematis penentuan efisiensi dapat ditulis sebagai:

Di mana A- kerja bermanfaat (energi), dan Q- energi yang dikeluarkan.

Jika efisiensi dinyatakan dalam persentase, maka dihitung dengan rumus:

Di mana Q X (\displaystyle Q_(\mathrm (X) ))- panas yang diambil dari ujung dingin (dalam mesin pendingin, kapasitas pendinginan); A (\gaya tampilan A)

Istilah yang digunakan untuk pompa kalor adalah rasio transformasi

Di mana Q Γ (\displaystyle Q_(\Gamma ))- panas kondensasi dipindahkan ke cairan pendingin; A (\gaya tampilan A)- usaha (atau listrik) yang dikeluarkan untuk proses ini.

Di dalam mobil yang sempurna Q Γ = Q X + A (\displaystyle Q_(\Gamma )=Q_(\mathrm (X) )+A), dari sini ke mobil ideal ε Γ = ε X + 1 (\displaystyle \varepsilon _(\Gamma )=\varepsilon _(\mathrm (X) )+1)

Mungkin semua orang bertanya-tanya tentang efisiensi (Koefisien Efisiensi) sebuah mesin pembakaran dalam. Lagi pula, semakin tinggi angka ini, semakin efisien unit daya beroperasi. Yang paling efektif pada saat ini Saat ini yang dianggap tipe listrik, efisiensinya bisa mencapai 90 - 95%, namun untuk mesin pembakaran dalam baik solar maupun bensin, secara halus, jauh dari kata ideal...

Kalau begitu, jujur ​​saja pilihan modern motor jauh lebih efisien dibandingkan motor yang dirilis 10 tahun lalu, dan ada banyak alasan untuk ini. Coba pikirkan dulu, versi 1,6 liter hanya menghasilkan 60 - 70 hp. Dan kini nilainya bisa mencapai 130 - 150 hp. Ini pekerjaan yang melelahkan pada peningkatan efisiensi, di mana setiap “langkah” dilakukan melalui trial and error. Namun, mari kita mulai dengan definisinya.

- ini adalah nilai perbandingan dua besaran, tenaga yang dialirkan ke poros engkol mesin dengan tenaga yang diterima piston, akibat tekanan gas yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar.

Secara sederhana, ini adalah konversi energi panas atau termal yang muncul selama pembakaran campuran bahan bakar (udara dan bensin) menjadi energi mekanik. Perlu dicatat bahwa hal ini telah terjadi, misalnya, pada pembangkit listrik tenaga uap - juga bahan bakar, di bawah pengaruh suhu, mendorong piston unit. Namun, instalasi di sana berkali-kali lebih besar, dan bahan bakarnya sendiri berbentuk padat (biasanya batu bara atau kayu bakar), sehingga sulit untuk diangkut dan dioperasikan; bahan bakar tersebut harus terus-menerus “dimasukkan” ke dalam tungku dengan sekop. Mesin pembakaran internal jauh lebih kompak dan ringan dibandingkan mesin “uap”, dan bahan bakarnya lebih mudah disimpan dan diangkut.

Lebih lanjut mengenai kerugian

Ke depan, kami yakin dapat mengatakan bahwa efisiensi mesin bensin berkisar antara 20 hingga 25%. Dan ada banyak alasan untuk hal ini. Jika kita mengambil bahan bakar yang masuk dan mengubahnya menjadi persentase, maka kita mendapatkan “100% energi” yang ditransfer ke mesin, dan kemudian terjadi kerugian:

1)Efisiensi bahan bakar . Tidak semua bahan bakar terbakar, sebagian kecil keluar bersama gas buang, pada level ini kita sudah kehilangan efisiensi hingga 25%. Tentu saja, sekarang sistem bahan bakar sudah membaik, injektor sudah muncul, tapi itu jauh dari ideal.

2) Yang kedua adalah kehilangan panasDan . Mesin menghangatkan dirinya sendiri dan banyak elemen lainnya, seperti radiator, bodinya, dan cairan yang bersirkulasi di dalamnya. Selain itu, sebagian panas hilang bersama gas buang. Semua ini mengakibatkan hilangnya efisiensi hingga 35%.

3) Yang ketiga adalah kerugian mekanis . PADA semua jenis piston, batang penghubung, cincin - semua tempat yang terjadi gesekan. Hal ini juga dapat mencakup kerugian-kerugian dari beban generator, misalnya semakin banyak listrik yang dihasilkan generator maka semakin memperlambat putaran poros engkol. Tentu saja pelumas juga mengalami kemajuan, tetapi sekali lagi, belum ada yang mampu mengatasi gesekan sepenuhnya - kerugian masih 20%.

Jadi, intinya efisiensinya sekitar 20%! Tentu saja, di antara pilihan bensin, ada pilihan menonjol yang angkanya ditingkatkan menjadi 25%, tetapi jumlahnya tidak banyak.

Artinya, jika mobil Anda mengkonsumsi bahan bakar 10 liter per 100 km, maka yang langsung bekerja hanya 2 liter, dan sisanya rugi!

Tentu saja Anda bisa meningkatkan tenaganya, misalnya dengan membuat kepala pusing, menonton video pendek.

Jika diingat-ingat rumusnya, ternyata:

Mesin mana yang memiliki efisiensi tertinggi?

Sekarang saya ingin berbicara tentang pilihan bensin dan solar, dan mencari tahu mana yang paling efisien.

Sederhananya dan tanpa membahas istilah teknis, jika Anda membandingkan kedua faktor efisiensi tersebut, tentu saja yang lebih efisien adalah solar dan inilah alasannya:

1) Mesin bensin hanya mengubah 25% energi menjadi energi mekanik, tetapi mesin diesel mengubah sekitar 40%.

2) Jika Anda melengkapi tipe diesel dengan turbocharging, Anda dapat mencapai efisiensi 50-53%, dan ini sangat signifikan.

Jadi mengapa ini sangat efektif? Sederhana saja - meskipun jenis pekerjaannya serupa (keduanya merupakan unit pembakaran internal), diesel melakukan tugasnya jauh lebih efisien. Ia memiliki kompresi yang lebih besar, dan bahan bakar dinyalakan menggunakan prinsip yang berbeda. Panasnya lebih sedikit, artinya lebih hemat pendinginan, katupnya lebih sedikit (menghemat gesekan), dan juga tidak memiliki koil pengapian dan busi biasa, yang berarti tidak memerlukan biaya energi tambahan dari generator. . Beroperasi pada kecepatan lebih rendah, tidak perlu memutar poros engkol secara panik - semua ini menjadikan versi diesel juara dalam hal efisiensi.

Tentang efisiensi bahan bakar diesel

DARI semakin tinggi nilai faktor efisiensi maka efisiensi bahan bakar. Jadi, misalnya mesin 1,6 liter hanya mampu mengonsumsi 3–5 liter di dalam kota, berbeda dengan tipe bensin yang konsumsinya 7–12 liter. Mesin diesel jauh lebih efisien; mesinnya sendiri seringkali lebih kompak dan ringan, dan juga lebih efisien Akhir-akhir ini dan lebih ramah lingkungan. Semua ini poin positif, dicapai karena semakin besar nilai , terdapat hubungan langsung antara efisiensi dan kompresi, lihat tabel kecil.

Namun, dibalik semua kelebihannya, ia juga memiliki banyak kekurangan.

Jelas terlihat bahwa efisiensi mesin pembakaran internal jauh dari ideal, sehingga masa depan jelas milik opsi listrik - yang tersisa hanyalah menemukan baterai efisien yang tidak takut beku dan dapat mengisi daya untuk waktu yang lama.