Was ist Effizienz? Konzept, Definition, Anwendung

Heute werden wir Ihnen sagen, was ist die Effizienz (Effizienzkoeffizient), wie man es berechnet und wo dieses Konzept angewendet wird.

Mensch und Mechanismus

Was verbindet eine Waschmaschine und eine DoseFabrik? Der Wunsch einer Person, sich von der Notwendigkeit zu befreien, alles selbst zu tun. Vor der Erfindung der Dampfmaschine standen den Menschen nur ihre Muskeln zur Verfügung. Sie haben alles selbst gemacht: pflügen, säen, kochen, fischen, Flachs flechten. Um das Überleben des langen Winters zu sichern, arbeitete jedes Mitglied der Bauernfamilie von zwei Jahren bis zu seinem Tod im Tageslicht. Die jüngsten Kinder kümmerten sich um die Tiere und waren bei der Rettung (bringen, erzählen, rufen, nehmen) bei Erwachsenen. Das Mädchen wurde zuerst mit fünf Jahren in ein Spinnrad gesteckt! Selbst tief alte Männer schnitten Löffel und gesponnene Bastschuhe, und die ältesten und schwächsten Großmütter saßen auf den Webstühlen und Spinnrädern, wenn es ihnen erlaubt war. Sie hatten keine Zeit darüber nachzudenken, was Sterne sind und warum sie leuchten. Die Menschen wurden müde: Jeden Tag war es notwendig, zu gehen und zu arbeiten, ungeachtet des Gesundheitszustandes, des Schmerzes und der Moral. Natürlich wollte der Mann Assistenten finden, die seine abgenutzten Schultern zumindest etwas entlasten würden.

Lustig und seltsam

Die fortschrittlichsten Technologien in diesen Tagen warenPferd und Mühlrad. Aber sie haben nur zwei oder drei Mal mehr Arbeit geleistet als ein Mann. Aber die ersten Erfinder begannen, Geräte zu entwickeln, die sehr seltsam aussahen. In dem Film „Ever After“ von Leonardo da Vinci hat zu den Füßen des kleinen Boot auf dem Wasser gehen angebracht. Dies hat zu einer Reihe von lustigen Pannen führen, wenn ein Wissenschaftler in den See fiel vollständig bekleidet. Obwohl diese Episode nur ein Romanautor ist, sind solche Erfindungen wahrscheinlich und komisch und witzig.

Century XIX: Eisen und Kohle

Aber in der Mitte des 19. Jahrhunderts änderte sich alles. Wissenschaftler haben die Druckkraft eines sich ausdehnenden Paares erkannt. Die wichtigsten Güter dieser Zeit waren Eisen für die Herstellung von Kesseln und Kohle zum Erhitzen von Wasser in ihnen. Wissenschaftler dieser Zeit mussten verstehen, was Effizienz in der Physik von Dampf und Gas ist und wie sie verbessert werden kann.

Die Formel für den Koeffizienten im allgemeinen Fall ist:

η = A / Q

η - Effizienz, A - nützliche Arbeit, Q - verbrauchte Energie.

Arbeit und Wärme

Effizienzkoeffizient (abgekürzt EFFIZIENZ) -Dies ist eine dimensionslose Menge. Es wird als Prozentsatz definiert und als Verhältnis von verbrauchter Energie zu nützlicher Arbeit berechnet. Der letztere Begriff wird oft von den Müttern nachlässiger Teenager benutzt, wenn sie gezwungen werden, etwas gegen das Haus zu unternehmen. Aber das ist das wahre Ergebnis der Bemühungen. Das heißt, wenn die Effizienz der Maschine 20% beträgt, dann wird nur ein Fünftel der empfangenen Energie in Aktion umgesetzt. Jetzt, beim Kauf eines Autos, sollte der Leser keine Frage haben, was ist die Effizienz des Motors.

Wenn der Koeffizient als Prozentsatz berechnet wird, lautet die Formel:

η = 100% * (A / Q)

η - Effizienz, A - nützliche Arbeit, Q - verbrauchte Energie.

Verlust und Realität

Sicherlich verursachen all diese Argumente Verwirrung. Warum nicht eine Maschine erfinden, die mehr Energie verbrauchen kann? Leider ist die reale Welt nicht so. In der Schule lösen Kinder Probleme, bei denen es keine Reibung gibt, alle Systeme geschlossen sind und die Strahlung streng monochromatisch ist. Die echten Ingenieure in den Produktionsstätten sind gezwungen, das Vorhandensein all dieser Faktoren zu berücksichtigen. Betrachten wir zum Beispiel, was die Effizienz einer Wärmekraftmaschine ist und woraus dieser Koeffizient addiert wird.

Die Formel sieht in diesem Fall so aus:

η = (Q₁-Q₂) / Q₁

Darüber hinaus Q₁ - die Wärmemenge, die der Motor von der Heizung erhalten hat, und Q₂ - die Wärmemenge, die er der Umwelt gegeben hat (im Allgemeinen wird dies Kühlschrank genannt).

Der Kraftstoff erwärmt sich und dehnt sich aus, die Kraft drücktein Kolben, der das Rotationselement antreibt. Aber der Treibstoff ist in irgendeiner Art von Gefäß enthalten. Wenn es erhitzt wird, überträgt es Wärme an die Wände des Gefäßes. Dies führt zu einem Energieverlust. Dass der Kolben abgesunken ist, das Gas muss man abkühlen. Um dies zu tun, wird sein Teil in die Umwelt freigesetzt. Und es wäre gut, wenn die ganze Wärme des Gases nützlicher Arbeit zugeführt würde. Aber leider kühlt es sehr langsam ab, so dass heißer Dampf nach außen entweicht. Ein Teil der Energie wird für die Erwärmung der Luft aufgewendet. Der Kolben bewegt sich in einem hohlen Metallzylinder. Seine Kanten liegen eng an den Wänden an, Reibungskräfte kommen beim Bewegen zum Tragen. Der Kolben erwärmt den Hohlzylinder, was ebenfalls zu einem Energieverlust führt. Die progressive Bewegung der Stange nach oben und nach unten wird auf das Drehmoment durch eine Reihe von Gelenken übertragen, die gegeneinander reiben und erhitzt werden, dh ein Teil der primären Energie wird auch auf sie aufgewendet.

Natürlich werden in der Fabrik alle Oberflächen bearbeitetbis auf atomare Ebene poliert, sind alle Metalle stark und haben die geringste Wärmeleitfähigkeit, und Öl zur Schmierung von Kolben hat die besten Eigenschaften. Aber in jedem Motor geht die Energie des Benzins auf Heizungsteile, Luft und Reibung.

Auflauf und Kessel

Jetzt schlagen wir vor zu verstehen, was istDie Effizienz des Kessels und seine Zusammensetzung. Jede Gastgeberin weiß: Wenn Sie das Wasser in einem Kochtopf unter einem geschlossenen Deckel kochen lassen, tropft entweder Wasser auf den Herd oder der Deckel "tanzt". Jeder moderne Kessel ist ähnlich angeordnet:

• Hitze heizt einen geschlossenen Behälter voll Wasser;
• Wasser wird zu Heißdampf;
• Beim Ausdehnen dreht das Gas-Wasser-Gemisch die Turbinen oder bewegt die Kolben.

Genau wie im Motor werden Energieverluste für die Beheizung des Kessels, der Rohre und der Reibung aller Verbindungen erzeugt, daher kann kein Mechanismus einen Wirkungsgrad von 100% haben.

Die Formel für Maschinen, die mit dem Carnot-Zyklus arbeiten, sieht aus wie eine allgemeine Formel für eine Wärmekraftmaschine, aber statt der Wärmemenge - die Temperatur.

η = (T₁-T₂) / T₁.

Raumstation

Und wenn Sie den Mechanismus in den Weltraum stellen? Freie Energie der Sonne ist 24 Stunden am Tag verfügbar, Abkühlung jedes Gases ist buchstäblich bis zu 0 möglich^o Kelvin fast sofort. Vielleicht würde innerhalb von Produktionseffizienz höher sein? Die Antwort ist nicht eindeutig: ja und nein. All diese Faktoren wirklich signifikant könnten die Übertragung von Energie, um nützliche Arbeit zu verbessern. Aber liefern die gewünschte Höhe, sogar tausend Tonnen noch unglaublich teuer. Selbst wenn eine solche Fabrik seit fünfhundert Jahren arbeitet, wird sie nicht für die Kosten der Geräteaufbringung aufkommen, und die Science-Fiction-Forscher nutzen die Idee eines Weltraumaufzugs so aktiv aus - das würde die Aufgabe erheblich vereinfachen und die Übertragung von Fabriken in den Weltraum wirtschaftlich rentabel machen.