Что такое коэффициент полезного действия 7 класс
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 22 июля 2019;
проверки требуют 7 правок.
Запрос «КПД» перенаправляется сюда; см. также другие значения.
Коэффицие́нт поле́зного де́йствия (КПД) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; обозначается обычно η («эта»)[1]. КПД является безразмерной величиной и часто измеряется в процентах.
Определение[править | править код]
Математически КПД определяется как
где А — полезная работа (энергия), а Q — затраченная энергия.
Если КПД выражается в процентах, эту формулу иногда записывают в виде
.
Здесь умножение на не несёт содержательного смысла, поскольку . В связи с этим второй вариант записи формулы менее предпочтителен (одна и та же физическая величина может быть выражена в различных единицах независимо от формул, где она участвует).
В силу закона сохранения энергии и в результате неустранимых потерь энергии КПД реальных систем всегда меньше единицы, то есть невозможно получить полезной работы больше или столько, сколько затрачено энергии.
КПД теплово́го дви́гателя — отношение совершённой полезной работы двигателя к энергии, полученной от нагревателя. КПД теплового двигателя может быть вычислен по следующей формуле
,
где — количество теплоты, полученное от нагревателя, — количество теплоты, отданное холодильнику. Наибольшим КПД среди циклических машин, оперирующих при заданных температурах нагревателя T1 и холодильника T2, обладают тепловые двигатели, работающие по циклу Карно; этот предельный КПД равен
.
Другие похожие показатели[править | править код]
Не все показатели, характеризующие эффективность энергетических процессов, соответствуют вышеприведённому описанию. Даже если они традиционно или ошибочно называются «коэффициент полезного действия», они могут иметь другие свойства, в частности, превышать 100 %.
КПД котлов[править | править код]
КПД котлов на органическом топливе традиционно рассчитывается по низшей теплоте сгорания; при этом предполагается, что влага продуктов сгорания покидает котёл в виде перегретого пара. В конденсационных котлах эта влага конденсируется, теплота конденсации полезно используется. При расчёте КПД по низшей теплоте сгорания он в итоге может получиться больше единицы. В данном случае корректнее было бы считать его по высшей теплоте сгорания, учитывающей теплоту конденсации пара; однако при этом показатели такого котла трудно сравнивать с данными о других установках.
Тепловые насосы и холодильные машины[править | править код]
Достоинством тепловых насосов как нагревательной техники является возможность получать больше теплоты, чем расходуется энергии на их работу. Холодильная машина может отвести от охлаждаемого конца больше теплоты, чем затрачивается энергии на организацию процесса.
Эффективность машин характеризует холодильный коэффициент[en]
,
где — тепло, отбираемое от холодного конца (в холодильных машинах холодопроизводительность); — затрачиваемая на этот процесс работа (или электроэнергия).
Для тепловых насосов используют термин коэффициент трансформации
,
где — тепло конденсации, передаваемое теплоносителю; — затрачиваемая на этот процесс работа (или электроэнергия).
В идеальной машине , отсюда для идеальной машины
Наилучшими показателями производительности для холодильных машин обладает обратный цикл Карно: в нём холодильный коэффициент
,
где , — температуры горячего и холодного концов, K[2]. Данная величина, очевидно, может быть сколь угодно велика; хотя практически к ней трудно приблизиться, холодильный коэффициент может превосходить единицу. Это не противоречит первому началу термодинамики, поскольку, кроме принимаемой в расчёт энергии A (напр., электрической), в тепло Q идёт и энергия, отбираемая от холодного источника.
Литература[править | править код]
- Пёрышкин А. В. Физика. 8 класс. — Дрофа, 2005. — 191 с. — 50 000 экз. — ISBN 5-7107-9459-7..
Примечания[править | править код]
Источник
Коэффициент полезного действия
Тип урока: Урок изучения и первичного закрепления новых знаний
Задачи урока:
— повторить изученные в теме простые механизмы;
— изучить понятия КПД механизма, полезной и затраченной работ;
-определить КПД наклонной плоскости;
— продолжить формирование навыков проведения измерений.
Планируемые результаты:
— умеет рассчитывать КПД простого механизма и знает причины его отличия от 100%;
— умеет экспериментально определять затраченную и полезную работу;
— умеет экспериментально определять КПД механизма;
— умеет объяснять причины неравенства затраченной и полезной работ.
Достигаемые образовательные результаты:
Личностные: убежденность в необходимости разумного использования достижений науки и технологии для дальнейшего развития человеческого общества; формирование ценностного отношения друг к другу, учителю и результатам обучения; коммуникативной компетентности.
Метапредметные: овладение навыками самостоятельного приобретения знаний и организации учебной деятельности; умение делать обобщения, устанавливать причинно-следственные связи, строить логические рассуждения; формирование умений работать в группе.
Предметные: формирование представлений о закономерной связи и познаваемости явлений природы; приобретение опыта проведения простых экспериментальных исследований; формирование умений безопасного и эффективного использования лабораторного оборудования.
Оборудование: наклонная плоскость, динамометр, деревянный брусок, линейка.
Технологическая карта урока
Этапы урока | Содержание этапа | Деятельность | |
учитель | ученика | ||
Актуализация опорных знаний | Повторение основных простых механизмов, расчета механической работы, «золотого правила» механики | Опрашивает учеников, фиксирует основные моменты ответов на доске | Рассказывает об изученных простых механизмах и их особенностях, для иллюстрации использует модели механизмов |
Изучение нового материала | Обобщение сведений о простых механизмах, формулировка затраченной и полезной работы, КПД | Вместе с учениками обобщает сведения о простых механизмах, помогает ученикам сформулировать выводы. | Проводит эксперимент и объясняет его результаты, формулирует выводы, выступает с сообщением |
Выполнение лабораторной работы | Выполнение измерений и расчетов по первой и второй частям работы | Контролирует самостоятельное проведение измерений, помогает ученикам | Выполняет измерения и расчеты |
Подведение итогов | Анализ полученных результатов и формулировка выводов | Помогает ученикам анализировать данные и формулировать результаты работы | Оформляет лабораторную работу, делает выводы по полученным результатам. |
1. Актуализация опорных знаний
Здравствуйте!
Мы изучаем раздел «Работа. Мощность. Энергия». Ответьте на следующие вопросы:
— Что означает термин «работа» в физике?
— Для чего введена эта физическая величина?
— В каких единицах измеряется работа?
— От чего зависит работа?
2. Изучение нового материала
Возможности человека ограничены, поэтому с давних времен человек часто использовал устройства, которые способны преобразовывать силу человека в значительно большую силу. Назовите, какие простые механизмы вам известны? Какой выигрыш в силе они дают?
Любой из названных простых механизмов необходим для совершения работы. Однако в реальных условиях, где есть силы трения, сопротивления для совершения необходимой нам работы (полезной работы), всегда требуется совершить большую, чем полезную работу.
Демонстрация:
h
hh F
Р
Для поднятия груза, весом Р при помощи наклонной плоскости на высоту h, нам следует совершить полезную работу: Ап ꞊Р·h
Но при подъеме груза мы преодолеваем силу тяжести веревки, силу трения, силу тяжести других приспособлений.
В итоге мы совершаем дополнительную, помимо полезной, работу.
Затраченная на подъем работа оказывается всегда больше полезной: Аз › Ап
Полезная работа – лишь часть полной работы.
Характеристика механизма, определяющая какую долю полезная работа составляет от полной, называется коэффициентом полезного действия – КПД.
Для определения КПД нужно полезную работу разделить на полную. КПД можно выражать в процентах, либо числом, которое всегда меньше 1. КПД обозначается буквой η (этта).
η ꞊ ·100%
При конструировании машин и механизмов всегда ищут пути повышения КПД. Для этого уменьшают массу движущихся частей, уменьшают трение в деталях.
Демонстрация презентации «Различные виды машин и КПД»
Созданы машины и механизмы, у которых КПД достигает 98-99%, но все равно построить машину с КПД, равным 100%, невозможно.
3. Экспериментальное вычисление КПД.
Класс делиться на несколько групп. Ребята получают индивидуальные задания. Выполняют их.
Цель: определить КПД наклонной плоскости с бруском, с бруском и одни грузом, с бруском и двумя грузами.
4. Подведение итогов
Ребята анализируют свою работу, делают выводы.
5. Повторение изученного материала.
Источник
Автор урока: Харламова Ольга Владимировна, учитель физики МОУ лицей №1 г. Комсомольска-на-Амуре Хабаровского края.
Представлен урок физики «Коэффициент полезного действия», 7 класс. Урок проводится согласно календарно-тематическому планированию по программе, рекомендованной МО РФ под редакцией авторов Е.М. Гутник и А.В. Перышкин.
Данный урок является продолжением работы по теме «Простые механизмы».
По типу – урок получения нового знания.
Вид – урок-исследование с проведением лабораторных экспериментов. Тема урока разбивается на ряд небольших и разных экспериментальных задач, решение которых поручается отдельным группам. Полученные результаты учащиеся докладывают классу, и на их основе формулируется общий вывод.
По концептуальной основе данный урок является уроком деятельностной направленности.
На уроке используются следующие ресурсы ИКТ:
Презентация, которая позволяет сделать урок более наглядным, поддерживать темп урока. Очень удобно при этом использовать интерактивную доску в режиме показа презентаций. Презентация используется на всех этапах урока: актуализация знаний, объяснение нового материала, закрепления, подведения итогов.
ЦОР «Изменение КПД наклонной плоскости», позволяющий проводить виртуальный эксперимент.
Документ камера – для экономии времени вывод формулы КПД учащимися проецировать с рабочего листа на доску.
Литература: 1. Браверманн Э.М. Преподавание физики, развивающее ученика. В 3-х кн.
2. Преподавание физики, развивающее ученика. – М.: Ассоциация учителей физики, 2003.
Тема: Коэффициент полезного действия.
Цели: 1. Познакомить учащихся с понятием коэффициента полезного действия простых механизмов, показать способы определения и расчета КПД, сравнить значения КПД наклонной плоскости, рычага, подвижного и неподвижного блоков.
2. Развивать навыки научно-исследовательской деятельности: выдвижение гипотезы, постановка эксперимента, обработка и анализ полученных результатов.
3. Воспитывать культуру проведения эксперимента, умение доказательно высказывать свое мнение, умение взаимодействовать в команде.
Тип урока. Изучение нового материала.
Оборудование: наборы по механики: подвижный и неподвижный блоки, штативы, линейки, динамометры, каретки, рычаги.
ТСО: ноутбук, мультимедийный проектор, интерактивная доска, документ-камера;
ЦОР – измерение КПД наклонной плоскости.
Ход урока.
Орг. Момент.
Здравствуйте. Сегодня на уроке мы продолжаем изучать простые механизмы.
Начальный этап.
Цель: Актуализация знаний учащихся.
На экране поочередно появляются портреты: Архимед, Петр I, Гартнер. (слайд 2)
У — Кто это? Что вы знаете об Архимеде, … Петре 1, …? Что их связывает?
— Архимед – древнегреческий ученый, изобрел простые механизмы и описал их свойства.
Петр 1 – русский император, вывел Россию на новый этап развития, может быть, использовал простые механизмы при постройке кораблей, их транспортировке.
Третий портрет – неизвестен.
У – О последней исторической личности и как она связана с Архимедом и Петром 1 мы узнаем в конце сегодняшнего урока.
Посмотрим на анаграммы. (слайд 3) Разгадайте слова и найдите лишнее понятие. Что ты знаешь о рычаге? А ты применяешь эти механизмы в жизни. (дома, на даче).
— Блок, ворот, рычаг, веревка. Лишнее слово – веревка, так как остальные – разновидности рычага.
Блок бывает неподвижным и подвижным. Подвижный блок дает выигрыш в силе в 2 раза, но проигрыш в расстоянии в 2 раза.
Неподвижный блок не дает выигрыш в силе, но позволяет изменить направление действия силы. Блоки применяются на стройках, в хозяйстве для поднятия тяжелых предметов на большую высоту.
Рычаг дает выигрыш в силе. Используется во множествах устройствах: ножницы, тележки, плоскогубцы.
Слайд 4.
— Клин, винт, наклонная плоскость, кран. Лишнее слово КРАН, так как остальные термины обозначают разновидности наклонной плоскости.
У- Если не сказали о золотом правиле механики – намекнуть по цвету клина – Что еще мы знаем о простых механизмах
— ни один простой механизм не дает выигрыш в работе.
3. Определение темы и цели урока.
У- Однако в реальных условиях, для совершения нужной (полезной) работы требуется затратить большую работу. Как вы думаете почему?
— в природе действую силы трения, сопротивления. Кроме того, выполняются лишние, но необходимые для достижения результаты действия.
У — Рассмотрим пример (слайд 5): в аппарат для получения сока необходимо погрузить яблоки. Грузчик поднимает яблоки в корзинах и высыпает их. Какие виды работ он совершает?
— работа по подъему яблок, по подъему корзины, подъем самого блока и веревки, преодоление силы трения – это полная работа, которую выполняет человек.
Полезной является только работа по подъему яблок, но без остальных видов работ необходимый результат не может быть достигнут.
У – (слайд 6) Соотношение между полезной о полной работой называется коэффициентом полезного действия механизма. . Запишите тему урока и определение коэффициента полезного действия в опорных конспектах, которые лежат у вас на парте. КПД обозначается греческой буквой «эта» η.
В каких единицах измеряется КПД?
— в процентах.
Сегодня вы выступите в роли ученых экспериментаторов и рассчитываете КПД простых механизмов: наклонной плоскости, подвижного и неподвижного блоков, рычага. Напомните мне, что нужно, чтобы провести исследование?
Выдвинуть гипотезу, провести эксперимент и проанализировать результаты.
(слайд 7) Все приборы, перед тем как попасть к вам на стол поступили в институт в коробках, на которых написано 100%, 120%, 30%, 80%. Определите в какой коробке лежали ваши приборы.
Ученики делают предположения. Допускают, что 120% — неверное значение и маркировщик сделал ошибку.
Какое значение КПД могут иметь простые механизмы?
— простой механизм не может иметь КПД больший 100%.
Это гипотеза нашего исследования. (на доске появляется запись гипотезы).
4. Проведение эксперимента (задания в выбором пути решения проблемы).
Работаем в группах, каждая из которых, решая свою задачу, доказывает гипотезу. Вы выбираете способ доказательства: экспериментальный метод или решение теоретической задачи. А ученики Т. и М. найдут КПД наклонной плоскости, используя виртуальный эксперимент. Результаты работы групп заслушаем и обсудим классом. А что нужно, чтобы работа вашей группы была успешной. В случае несогласия с выбором, как вы поступите?
Учащиеся выполняют работу (10 мин). (Приложение 1)
5. Анализ результатов.
Закончили эксперимент. Положили приборы. Приступим к анализу полученных результатов.
Учащиеся выходят и заполняют итоговую таблицу. (слайд 8)
После доклада результатов измерения КПД наклонной плоскости задать вопрос: Как вы думаете, что лучше использовать виртуальный эксперимент или физический? (доказательное высказывание своего мнения). Свое мнение.
В таблице записаны полученные результаты КПД всех механизмов.
У- Какой механизм обладает самым маленьким значением КПД? (наклонная плоскость)
А какой самым большим? (неподвижный блок)
Теперь оборудование разложим по коробкам. (слайд 9)
Выходит ученик, исправляет надписи на коробках, и проводит соответствие. 120% — такого КПД быть не может.
А механизм с КПД 100% существует, кто может назвать такой? Ученик, который является членом научного общества, получил задание найти такой механизм
— Сообщение учащегося: Я изучил этот вопрос: Механизм, КПД которого равен 100%, называется вечным двигателем. В природе их не существует, но делались попытки изобрести. …
В начале урока было показано три портрета: Архимед, Перт 1 и Гартнер. Гартнер – это мошенник-изобретатель, который якобы изобрел вечный двигатель и пытался его продать Петру 1 за 100 000 рублей. Логическая цепочка такая – Архимед изобрел простые механизмы, Петр 1 использовал их, а Гартнер – наживался на простых механизмах, используя доверчивость людей. Архимед спасал своего царя, а Гартнер чуть не погубил репутацию Петра 1.
Подведем итог урока. Я довольна работой всего класса, но особо отмечаю ….. (выставление оценок). А остальные ребята могут получить оценки за выполнение домашнего задания.
6. Домашнее задание (дифференцированный подход)
Еще больше узнать о вечном двигателе, вы можете, изучив этот вопрос дома. (слайд 15)
Поэтому домашнее задание следующее: Составьте не менее трех вопросов к § 61.
И задание на выбор: сообщение о моделях вечного двигателя. Придумать свою модель вечного двигателя.
Составить две задачи по теме КПД простого механизма.
7 Рефлексия. (слайд 16)
Ответьте вопрос: А я и не знал, что…
Я меня возникли трудности при…
Источник
Теория
| 1. | Коэффициент полезного действия механизма |
Задания
| 1. | КПД рычага Сложность: | 1 |
| 2. | КПД неподвижных блоков Сложность: | 1 |
| 3. | Работа, производимая для поднятия груза Сложность: | 2 |
| 4. | КПД экскаватора Сложность: | 2 |
| 5. | КПД подъёмника Сложность: | 2 |
| 6. | КПД механизма для забивания свай Сложность: | 2 |
| 7. | Работа по преодолению силы трения и КПД Сложность: | 3 |
| 8. | Полезная работа Сложность: | 3 |
| 9. | КПД, наклонная плоскость Сложность: | 3 |
| 10. | Сила тяги моторов Сложность: | 4 |
| 11. | КПД установки Сложность: | 3 |
| 12. | Масса воды Сложность: | 4 |
| 13. | Скорость поезда Сложность: | 4 |
| 14. | Подвижный блок Сложность: | 4 |
Тесты
| 1. | Тренировка по теме «Коэффициент полезного действия» Сложность: среднее | 8 |
Методические материалы
| 1. | Технологическая карта |
Источник