Отношение полезной работы к затраченной работе

Физика — это наука, которая изучает процессы, происходящие в природе. Наука эта очень интересная и любопытная, ведь каждому из нас хочется удовлетворить себя ментально, получив знания и понимание того, как и что в нашем мире устроено. Физика, законы которой выводились не одно столетие и не одним десятком ученных, помогает нам с этой задачей, и мы должны только радоваться и поглощать предоставленные знания.

Но в то же время физика — наука далеко непростая, как, собственно, и сама природа, но разобраться в ней было бы очень интересно. Сегодня мы будем говорить о коэффициенте полезного действия. Мы узнаем, что такое КПД и зачем он нужен. Рассмотрим все наглядно и интересно.

Определение и расшифровка КПД

Расшифровка аббревиатуры — коэффициент полезного действия. Однако и такое толкование с первого раза может оказаться не особо понятным. Этим коэффициентом характеризуется эффективность системы или какого-либо отдельного тела, а чаще — механизма. Эффективность характеризуется отдачей или преобразованием энергии.

Этот коэффициент применим практически ко всему, что нас окружает, и даже к нам самим, причём в большей степени. Ведь совершаем мы полезную работу все время, только вот как часто и насколько это важно, уже другой вопрос, с ним и используется термин «КПД».

Важно учесть, что этот коэффициент — величина неограниченная, она, как правило, представляет собой либо математические значения, к примеру, 0 и 1, либо же, как это чаще бывает — в процентах.

В физике этот коэффициент обозначается буквой Ƞ, или, как её привыкли называть, Эта.

Что означает КПД

Полезная работа

При использовании каких-либо механизмов или устройств мы обязательно совершаем работу. Она, как правило, всегда больше той, что необходима нам для выполнения поставленной задачи. Исходя из этих фактов различается два типа работы: это затраченная, которая обозначается большой буквой, А с маленькой з (Аз), и полезная — А с буквой п (Ап). Для примера, возьмем такой случай: у нас есть задача поднять булыжник определенной массой на определенную высоту. В этом случае работа характеризует только преодоление силы тяжести, которая, в свою очередь, действует на груз.

В случае когда для подъема применяется какое-либо устройство, кроме силы тяжести булыжника, важно учесть еще и силу тяжести частей этого устройства. И кроме всего этого, важно помнить, что, выигрывая в силе, мы всегда будем проигрывать в пути. Все эти факты приводят к одному выводу, что затрачиваемая работа в любом варианте окажется больше полезной, Аз > Ап, вопрос как раз заключается в том, насколько её больше, ведь можно максимально сократить эту разницу и тем самым увеличить КПД, наш или нашего устройства.

Полезная работа — это часть затрачиваемой, которую мы совершаем, используя механизм. А КПД — это как раз та физическая величина, которая показывает, какую часть составляет полезная работа от всей затраченной.

Итог:

Затрачиваемая работа Aз всегда больше полезной Ап.
Чем больше отношение полезной к затрачиваемой, тем выше коэффициент, и наоборот.
Ап находится произведением массы на ускорение свободного падения и на высоту подъема.

Как вычислить КПД

Физическая формула КПД

Существует определенная формула для нахождения КПД. Она звучит следующим образом: чтобы найти КПД в физике, нужно количество энергии разделить на проделанную системой работу. То есть КПД — это отношение затраченной энергии к выполненной работе. Отсюда можно сделать простой вывод, что тем лучше и эффективнее система или тело, чем меньше энергии затрачивается на выполнение работы.

Сама формула выглядит кратко и очень просто Ƞ будет равняться A/Q. То есть Ƞ = A/Q. В этой краткой формулы и фиксируют нужные нам элементы для вычисления. То есть A в этом случае является использованной энергией, которая потребляется системой во время работы, а большая буква Q, в свою очередь, будет являться затраченной A, или опять же затраченной энергией.

В идеале КПД равен единице. Но, как это обычно бывает, он её меньше. Так происходит по причине физики и по причине, конечно же, закона о сохранении энергии.

Все дело в том, что закон сохранения энергии предполагает, что не может быть получено больше А, чем получено энергии. И даже единице этот коэффициент будет равняться крайне редко, поскольку энергия тратится всегда. И работа сопровождается потерями: к примеру, у двигателя потеря заключается в его обильном нагреве.

Итак, формула КПД:

Ƞ=А/Q, где

A — полезная работа, которую выполняет система.
Q — энергия, которую потребляет система.

Применение в разных сферах физики

Примечательно, что КПД не существует как понятие нейтральное, для каждого процесса есть свой КПД, это не сила трения, он не может существовать сам по себе.

Рассмотрим несколько из примеров процессов с наличием КПД.

К примеру, возьмем электрический двигатель. Задача электрического двигателя — преобразовывать электрическую энергию в механическую. В этом случае коэффициентом будет являться эффективность двигателя в отношении преобразования электроэнергии в энергию механическую. Для этого случая также существует формула, и выглядит она следующим образом: Ƞ=P2/P1. Здесь P1 — это мощность в общем варианте, а P2 — полезная мощность, которую вырабатывает сам двигатель.

Нетрудно догадаться что структура формулы коэффициента всегда сохраняется, меняются в ней лишь данные, которые нужно подставить. Они зависят от конкретного случая, если это двигатель, как в случае выше, то необходимо оперировать затрачиваемой мощностью, если работа, то исходная формула будет другая.

Чему равен КПД

Теперь мы знаем определение КПД и имеем представление об этом физическом понятии, а также об отдельных его элементах и нюансах. Физика — это одна из самых масштабных наук, но её можно разобрать на маленькие кусочки, чтобы понять. Сегодня мы исследовали один из этих кусочков.

Видео

Это видео поможет вам понять, что такое КПД.

Источник

Инфоурок
›

Физика
›Презентации›Презентация по физике «Простые механизмы» ( 7класс)

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд

Описание слайда:

Коэффициент полезного действия Неправильно

2 слайд

Описание слайда:

Коэффициент полезного действия Отношение полезной работы к полной работе называется коэффициентом полезного действия Правильно

3 слайд

Описание слайда:

Простые механизмы Коэффициент полезного действия

4 слайд

Описание слайда:

Коэффициент полезного действия Какую работу мы называем полной (затраченной) ? Работу, совершённую приложенной силой. Какую работу мы называем полезной? Работу по подъёму грузов или преодолению какого-либо сопротивления. Почему совершенная с помощью механизма полная (затраченная) работа всегда несколько больше полезной работы? Часть работы совершается против сил трения и по перемещению его отдельных частей.

5 слайд

Описание слайда:

Коэффициент полезного действия Полная работа= Полезная работа + Работа против сил трения + Работа по перемещению механизма или его отдельных частей

6 слайд

Описание слайда:

Коэффициент полезного действия Что называется коэффициентом полезного действия? 1. Отношение затраченной работы к полезной 2. Разность затраченной и полезной работы 3. Отношение полезной работы к затраченной 4. Произведение полезной работы на затраченную

7 слайд

Описание слайда:

Коэффициент полезного действия η=Ап/Аз ∙100% η<100% η<1 КПД=Ап/Аз

8 слайд

Описание слайда:

Коэффициент полезного действия Апол. η Азатр. η= Апол./Азатр. Азатр.=Апол./η Апол.=η∙Азатр.

9 слайд

Описание слайда:

Коэффициент полезного действия Пути повышения коэффициента полезного действия. — уменьшение силы трения -уменьшение силы тяжести

10 слайд

Описание слайда:

11 слайд

Описание слайда:

Коэффициент полезного действия Решение задач Задача №1 При помощи рычага был поднят груз массой 245 кг на высоту 6 см. При этом другое плечо рычага под действием силы 500 Н переместилось на 35 см. Определите КПД рычага. Дано: СИ Решение: m= 245 кг Вес груза равняется h₁=6 см 0,06м P=mg P=245 кг∙10н/кг=2450н F=500 H Полезная работа по подъёму груза А п=Р∙h₁ h₂=35 см 0,35м А п=2450н∙0,06м=147 Дж η- ? Затраченная при подъёме груза работа равна А з = F∙h₂ А затр = 500н∙0,35м= 175 Дж КПД рычага находим как отношение полезной работы к затраченной, выраженное в процентах η= (Апол/А затр)∙100% η=( 147н/175 н)∙100%= 84% Ответ: 84%Коэффициент полезного действия

12 слайд

Описание слайда:

Коэффициент полезного действия Задача №56 1 вариант Дано: Решение h=4 м Полезная работа по подъёму груза равна l=7 м А пол.=Р∙h Р=3,5 Н А пол.=3,5 Н∙4 м =14 Дж F=2,5 H Совершённая (затраченная) работа по Найти: η-? подъёму груза по наклонной плоскости равна Азатр.=F ∙l Азатр.=2,5 Н∙7м=17,5 Дж Коэффициент полезного действия равен η=А пол./А затр. η=14 Дж/17,5 Дж=0,8=80% Ответ: КПД наклонной плоскости равен 80%

13 слайд

Описание слайда:

Коэффициент полезного действия Задача №2 Груз массой 100 кг равномерно поднимают на высоту 5м с помощью рычага, коэффициент полезного действия которого равен 70%. Определите, какая работа была затрачена при этом.

14 слайд

Описание слайда:

15 слайд

Описание слайда:

Коэффициент полезного действия Задача №3 Ящик массой 54 кг с помощью подвижного блока подняли на некоторую высоту. К тросу блока была приложена сила, равная 360 Н. Определите коэффициент полезного действия подвижного блока.

16 слайд

Описание слайда:

17 слайд

Описание слайда:

Коэффициент полезного действия Домашнее задание: п.65, кроссворд Спасибо за работу!

18 слайд

19 слайд

20 слайд

Выберите книгу со скидкой:

БОЛЕЕ 58 000 КНИГ И ШИРОКИЙ ВЫБОР КАНЦТОВАРОВ! ИНФОЛАВКА

Инфолавка — книжный магазин для педагогов и родителей от проекта «Инфоурок»

Курс повышения квалификации

Найдите материал к любому уроку,
указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

также Вы можете выбрать тип материала:

Общая информация

Номер материала:

ДБ-618520

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Источник

Билет 24 в 1.

Сила упругости, возникающая в теле при его деформации, прямо пропорциональна величине этой деформации.
F- сила
k- коэффициент упругости (или жёсткости) .
Дельта l — абсолютное удлинение (сжатие) стержня
в 2

Обработка резьбовых поверхностей — это операция, которая осуществляется снятием слоя материала (стружки) с обрабатываемой поверхности или без снятия стружки, т.е. пластическим деформированием. В условиях промышленного производства обработка проводится с использованием универсального или специального (резьбонарезного и резьбонакатного) оборудования.

Билет 25 в1
Шпоночное соединение – это своеобразный вид стыковки двух разборных деталей. Оно является немаловажным. В данном случае соединяются детали с применением вспомогательного элемента – шпонки

Достоинства шпоночных соединений – простота конструкции, вследствие чего их широко применяют во всех областях машиностроения.

Недостатки – шпоночные пазы ослабляют вал и ступицу насаживаемой на вал детали. Ослабление вала обусловлено не только уменьшением его сечения, но, главное, значительной концентрацией напряжений изгиба и кручения, вызываемой шпоночным пазом

Шпоночное соединение трудоемко в изготовлении: при изготовлении паза концевой фрезой, требуется ручная пригонка шпонки по пазу; при изготовлении дисковой фрезой – крепление шпонки в пазу винтами от возможных осевых перемещений.

Классификация-Ненапряженные соединения, Призматические шпонки, Сегментные шпонки, Напряженные соединения.

Билет 26 в 2

Распиливание является разновидностью опиливания. При распиливании выполняется обработка напильником отверстия или проема для обеспечения заданных форм и размеров после того, как это отверстие или проем предварительно получены сверлением, обсверливанием контура с последующим вырубанием перемычек, выпиливанием незамкнутого контура (проема) ручной ножовкой, штамповкой или др. Эта операция часто применяется в слесарной практике, особенно при выполнении ремонтных, сборочных и инструментальных работ.
Припасовка – это слесарная операция по взаимной пригонке способами опиливания двух сопряженных деталей (пары). Припасовываемые контуры пар деталей подразделяются на замкнутые (типа отверстий) и открытые (типа проемов). Одна из припасовываемых деталей (с отверстием, проемом) называется проймой, а деталь, входящая в пройму, — вкладышем.

Распиливание и припасовка – весьма трудоемкие слесарные операции, поэтому их стараются по возможности механизировать Шабрением называется слесарная отделочная операция, используемая для выравнивания и пригонки плоских и криволинейных (чаще цилиндрических) поверхностей для получения плотного прилегания. Шабрение применяют для обработки и ремонта трущихся поверхностей сопрягаемых деталей – станин, суппортов, подшипников скольжения и поверхностей проверочных инструментов – плит, угольников, линеек и др..Шаберы – это металлические стержни различной формы с режущими кромками, изготовленные из углеродистой инструментальной стали марок от У10 до У13 и закаленные до твердости 56…64 HRCэ. Иногда изготовляют оснащенными пластинами из быстрорежущей стали или твердого сплава.

Билет 27 в 1

Микромометр-ля точного измерения наружных и внутренних диаметров, толщин и глубин применяются микрометрические инструменты. К ним относятся: микрометры различных конструкций и назначения, микрометрические нутромеры и микрометрические глубиномеры. Все типы микрометрических инструментов работают по принципу использования взаимного перемещения винта и гайки. Наибольшее распространение имеют микрометры. Они выпускаются следующих типов: микрометры гладкие обыкновенные, микрометры с плоскими вставками, микрометры рычажные, микрометры резьбовые. Все микрометрические инструменты имеют точность отсчета 0,01 мм.
Штангенинструменты — измерительные приборы для замера линейных величин с отсчетом по штриховой шкале либо цифровому дисплею.
В основе своей конструкции штангенинструменты имеют штангу (отсюда их название) c матовым хромированным покрытием для безбликового считывания, на которой нанесена основная шкала.

Виды: Штангенциркули, Штангенглубиномеры

Штангенрейсмасы

Билет 29 в 1

Износостойкость — это свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию (разрушение поверхности ввиду отделения его частиц) в определенных условиях трения. И. оценивается величиной, обратной скорости изнашивания или интенсивности изнашивания, и определяется при испытаниях на трение и изнашивание в лабораторных или натурных условиях по определенным методикам.
Виброустойчивость — способность изделия выполнять свои функции и сохранять свои параметры впределах значений, предъявляемых к этому изделию, в условиях воздействия вибрации в заданных режимах.

Стойкость к тепловым воздействиям. Тепловыделение, связанное с рабочим процессом, является особенно интенсивным у тепловых двигателей, электрических машин, литейных машин и машин для горячей обработки материалов.В результате теплового воздействия возникают температурные деформации, которые могут отрицательно влиять на работоспособность машин: понижать защитную способность масляного слоя в трущихся поверхностях и, следовательно, вызывать повышенный износ или заедание; изменять зазоры в подвижных соединениях; понижать точность машин

Надежность. Свойство изделия сохранять свою работоспособность в течение заданного промежутка времени, обусловленное безотказностью и долговечностью изделий, называется надежностью. Обеспечение надежности является одной из основных проблем в машиностроении.

Билет 30 в 1
Мо́щность — физическая величина, равная в общем случае скорости изменения, преобразования, передачи или потребления энергии системы

N – мощность, Вт.
A – работа, Дж.
t – время, с.

Коэффициентом полезного действия (КПД) машины называют отношение полезной работы к полной затраченной работе

В2

Различают конструкционные материалы, которые используют для изготовления деталей машин, и инструментальные материалы, из которых получают режущие инструменты. При изготовлении изделий из конструкционных материалов одни детали должны обладать повышенной коррозийной стойкостью, другие — иметь сверхпроводимость, третьи — обладать особыми магнитными свойствами. В качестве конструкционных материалов используют различные металлы (алюминий, железо, медь, титан), сплавы металлов (железоуглеродистые — чугун, сталь; магниевые; медно-цинковые — латуни; медно-оловянные — бронзы; сплавы алюминия и др.), неметаллы (пластмассы, древесина, текстолиты, стеклотек- столиты ) и композиционные материалы.

Композиционные материалы -являются новыми конструкционными материалами. Для их получения в основной материал добавляют наполнители, которые и определяют свойства композиционного материала. Размеры входящих компонентов колеблются от 123