Коэффициент полезного действия
Вся та энергия, которая потребляется механизмами, расходуется для того, чтобы преодолевать как полезные, так и вредные сопротивления.
Под полезными в технике подразумеваются те сопротивления, преодоление которых и является основным предназначением машины. Например, для металлообрабатывающих станков таковым является сопротивление резанию металла, в подъемных механизмах и машинах – масса поднимаемого груза и т.п.
Под вредными в технике подразумеваются те сопротивления, которые для своего преодоления требуют расходования энергии не дающей полезного эффекта. Таковыми являются, например, сила трения, возникающая при функционировании механизмов между их составными частями, а также сопротивление той среды, в которой происходит полезное движение.
Принято считать, что чем большую часть потребляемой энергии механизм затрачивает для того, чтобы преодолевать полезные сопротивления, тем более совершенным он является. Если выражать степень совершенства механизма математически, то можно использовать следующее соотношение:
| η = | An
Aз |
где: η – коэффициент полезного действия (КПД); An – работа, которая расходуется машиной для того, чтобы преодолеть полезное сопротивление; Aз – работа движущих сил или та энергия, которая затрачивается (потребляется) машиной.
В большинстве случаев коэффициент полезного действия (КПД) выражают в процентах, и для этого для его вычисления используют следующую формулу:
| η = | An
Aз |
×100% |
Такой показатель, как коэффициент полезного действия, на практике применяется отнюдь не только для того, чтобы оценивать степень совершенства машин. КПД используют и для того, чтобы определять эффективность любых сложных механических устройств, а также тех приспособлений, которые не относятся к машинам, однако воспринимают, потребляют и отдают энергию. К таковым относятся, к примеру, топки паровых котлов (в них осуществляется преобразование энергии химической в энергию тепловую), электрических двигателей (в них электрическая энергия преобразуется в механическую), электрических осветительных приборов (в них электрическая энергия преобразовывается в световую) и т.п.
Когда возникает задача определения коэффициента полезного действия сложного по своей конструкции устройства, которое состоит из некоторого количества узлов, агрегатов и механизмов, потребляющих энергию, то наиболее целесообразно вычислять не только общий КПД, но и КПД всех отдельных составных частей.
В качестве примера можно рассмотреть установку, которая предназначается для освещения различных помещений и состоит из следующих частей: станция, вырабатывающая электроэнергию; электрические провода; лампы накаливания.
С практической точки зрения интересно выяснить не только то, какой именно коэффициент полезного действия имеет эта конструкция в целом, но и то, каков именно КПД двигателя, передающего вращение электрогенератору; самого электрогенератора; проводников электрической сети; ламп накаливания. Это позволяет, помимо всего прочего, определить наименее эффективные с точки зрения затрат энергии компоненты системы и, по возможности, использовать вместо них те, которые имеют более высокий КПД (например, светодиодные светильники вместо ламп накаливания).
Коэффициент полезного действия машины, механизма или любого другого устройства, отдельные части которого последовательно потребляют передаваемую от одного компонента к другому энергию, равняется произведению КПД этих компонентов. Что касается коэффициента полезного действия механизмов, то он всегда тем ниже, чем выше потери на трение.