Bugün size verimliliğin (verimlilik faktörü) ne olduğunu, nasıl hesaplanacağını ve bu kavramın nerede uygulandığını anlatacağız.
İnsan ve mekanizma
Çamaşır makinesi ve konserve fabrikasının ortak noktası nedir? Bir kişinin her şeyi kendi başına yapma ihtiyacından kurtulma arzusu. Buhar makinesinin icadından önce insanların emrinde sadece kasları vardı. Her şeyi kendileri yaptılar: sürdüler, ektiler, pişirdiler, balık tuttular, keten dokudular. Uzun kış boyunca hayatta kalabilmek için, köylü ailesinin her bir üyesi, iki yaşından ölümüne kadar gündüz saatlerinde çalıştı. En küçük çocuklar hayvanlara bakıyor ve yetişkinlere yardım ediyor (getiriyor, anlatıyor, çağırıyor, alıyor). Kız ilk önce beş yaşında çıkrığın arkasına kondu! Derin yaşlı insanlar bile kaşıkları keser ve bast ayakkabılarını dokur ve en yaşlı ve halsiz büyükanneler, görme yetileri izin verirse dokuma tezgâhlarında ve çıkrıklarda otururlardı. Yıldızların ne olduğunu ve neden parladıklarını düşünecek zamanları yoktu. İnsanlar yoruldu: sağlık, acı ve moral durumundan bağımsız olarak her gün gidip çalışmak zorunda kaldılar. Doğal olarak, adam aşırı çalışan omuzlarını en azından biraz olsun rahatlatacak yardımcılar bulmak istedi.
Komik ve tuhaf
O günlerde en ileri teknoloji at ve değirmen çarkıydı. Ama bir insandan sadece iki ya da üç kat daha fazla iş yaptılar. Ancak ilk mucitler çok tuhaf görünen cihazlar bulmaya başladılar. "Ebedi Aşkın Öyküsü" filminde Leonardo da Vinci, suda yürümek için ayaklarına küçük tekneler bağladı. Bu, bilim adamı kıyafetleriyle göle daldığında birkaç komik olaya yol açtı. Bu bölüm sadece senaristin bir icadı olsa da, bu tür icatlar böyle görünmüş olmalı - komik ve komik.
19. yüzyıl: demir ve kömür
Ama 19. yüzyılın ortalarında her şey değişti. Bilim adamları, genişleyen buharın basınç kuvvetini fark ettiler. O zamanın en önemli malları, kazanların imalatı için demir ve içlerindeki suyu ısıtmak için kömürdü. O zamanın bilim adamları, buhar ve gaz fiziğinde verimliliğin ne olduğunu ve nasıl artırılacağını anlamak zorundaydı.
Genel durumda katsayı formülü şudur:
η=A/Q
η - verimlilik, A - faydalı iş, Q - harcanan enerji.
İş ve sıcaklık
Verimlilik (kıs altılmış verimlilik) boyutsuz bir niceliktir. Yüzde olarak tanımlanır ve harcanan enerjinin faydalı işe oranı olarak hesaplanır. İkinci terim, genellikle ihmalkar gençlerin anneleri tarafından, onları evde bir şeyler yapmaya zorladıklarında kullanılır. Ama aslında bu, harcanan emeğin gerçek sonucudur. Yani makinenin verimi %20 ise aldığı enerjinin sadece beşte birini harekete çevirmektedir. Şimdi satın alırkenaraba, okuyucunun motorun verimliliği nedir sorusu olmasın.
Kasayı yüzde olarak hesaplanırsa formül:
η=%100(A/Q)
η - verimlilik, A - faydalı iş, Q - harcanan enerji.
Kayıp ve gerçek
Elbette tüm bu argümanlar şaşkınlığa neden oluyor. Neden daha fazla yakıt enerjisi kullanabilen bir araba icat etmeyesiniz? Ne yazık ki, gerçek dünya böyle değil. Okulda çocuklar, sürtünmenin olmadığı, tüm sistemlerin kapalı olduğu ve radyasyonun kesinlikle tek renkli olduğu sorunları çözer. Üretim tesislerinde gerçek mühendisler, tüm bu faktörlerin varlığını hesaba katmak zorunda kalırlar. Örneğin, bir ısı motorunun veriminin ne olduğunu ve bu katsayının nelerden oluştuğunu düşünün.
Bu durumda formül şöyle görünür:
η=(Q1-Q2)/Q1
Bu durumda, Q1 motorun ısıtmadan aldığı ısı miktarıdır ve Q2 çevreye verdiği ısı (genellikle buzdolabı olarak adlandırılır).
Yakıt ısınır ve genişler, kuvvet döner elemanı çalıştıran pistonu iter. Ancak yakıt bazı gemilerde bulunur. Isıtıldığında, ısıyı kabın duvarlarına aktarır. Bu da enerji kayıplarına yol açar. Pistonun alçalabilmesi için gazın soğutulması gerekir. Bunu yapmak için, bir kısmı çevreye salınır. Ve gazın tüm ısıyı faydalı işlere vermesi iyi olurdu. Ama ne yazık ki çok yavaş soğur, bu yüzden sıcak buhar çıkar. Enerjinin bir kısmı havayı ısıtmak için harcanır. Piston içi boş bir metal silindir içinde hareket eder. Kenarları duvarlara sıkıca oturur; hareket ederken sürtünme kuvvetleri devreye girer. Piston içi boş silindiri ısıtır, bu da enerji kaybına neden olur. Çubuğun yukarı ve aşağı öteleme hareketi, birbirine sürtünen ve ısınan bir dizi eklem vasıtasıyla bir torka iletilir, yani birincil enerjinin bir kısmı da buna harcanır.
Elbette fabrika makinelerinde tüm yüzeyler atomik seviyeye kadar parlatılır, tüm metaller güçlüdür ve en düşük ısı iletkenliğine sahiptir ve piston yağı en iyi özelliklere sahiptir. Ancak herhangi bir motorda benzinin enerjisi parçaları, havayı ve sürtünmeyi ısıtmak için kullanılır.
Tava ve kazan
Şimdi kazanın verimliliğinin ne olduğunu ve nelerden oluştuğunu anlamayı öneriyoruz. Herhangi bir ev hanımı bilir: kapalı bir kapağın altındaki bir tencerede kaynatmak için su bırakırsanız, ya su sobanın üzerine damlar ya da kapak “dans eder”. Herhangi bir modern kazan hemen hemen aynı şekilde düzenlenmiştir:
- ısı su dolu kapalı bir kabı ısıtır;
- su aşırı ısıtılmış buhar haline gelir;
- genişlerken, gaz-su karışımı türbinleri döndürür veya pistonları hareket ettirir.
Tıpkı bir motorda olduğu gibi, kazanı, boruları ve tüm bağlantıların sürtünmesini ısıtmak için enerji kaybedilir, bu nedenle hiçbir mekanizma %100'e eşit bir verimliliğe sahip olamaz.
Carnot döngüsüne göre çalışan makinelerin formülü, sadece ısı miktarı - sıcaklık yerine bir ısı makinesinin genel formülüne benziyor.
η=(T1-T2)/T1.
Uzay İstasyonu
Ya mekanizmayı uzaya koyarsanız? Günün 24 saati ücretsiz güneş enerjisi mevcuttur, herhangi bir gazın soğutulması neredeyse anında 0o Kelvin'e kadar mümkündür. Belki uzayda üretim verimliliği daha yüksek olur? Cevap belirsiz: evet ve hayır. Tüm bu faktörler, enerjinin faydalı işe transferini gerçekten önemli ölçüde iyileştirebilir. Ancak bin tonu bile istenilen yüksekliğe ulaştırmak hala inanılmaz pahalı. Böyle bir fabrika beş yüz yıl çalışsa bile, ekipmanı yükseltme maliyetini geri ödemeyecektir, bu yüzden bilim kurgu yazarları bir uzay asansörü fikrini bu kadar aktif bir şekilde kullanıyorlar - bu, görevi büyük ölçüde basitleştirecek ve fabrikaları uzaya taşımak ticari olarak uygun.
