Потужність і коефіцієнт корисної дії

Припустимо, що є дві машини, одна з яких виконує роботу 500 Дж, а друга - 50000 Дж. Чи можна, маючи ці дані, відповісти на запитання, яка із машин працездатніша, чи, як говорять, більш потужніша? Ні, не­можна, бо перша машина, що виконує роботу 500 Дж, може здійснити її, припустимо, за І с, а друга - 50000 Дж за 10 хв. Очевидно, знання тільки величини роботи не дозволяє порівнювати машини за їхньою пра­цездатністю, тому що на здійснення однієї роботи може витрачатися різний чає. Для характеристики працездатності чи швидкості виконання роботи вводиться поняття потужності.

Потужністю називають величину, що виражає роботу, виконану в одиницю часу. Величину потужності Р визначають з виразу

P=W/t .

Зазначимо, що в загальному випадку, коли робота в різні проміжки часу неоднакова /робота змінної сили/, наведена формула дає величину середньої потужності за час t .

У випадку, коли напрям сили збігається з напрямом переміщення, W=FS. Підставивши це значення , одержимо:

P=FS/t ,

але S/t=v- швидкість руху і, очевидно, у вказаному випадку для обчислення потужності можна скористатися формулою

P=F*v .

У СІ одиницею потужності є ватт:

1Вт=1Дж/1с=1Нм/1с .

У більшості практичних розрахунків зручніша кратна одиниця -кіловатт: 1кВт=1000Вт.

У теплових поршневих машинах розрізняють два види потужності: індикаторну Рі і елективну Ре. Індикаторною називається потужність, що виникає всередині циліндра. Потужність виміряна на фланці колінчас­того вала, навівається ефективною. Для визначення Pi спочатку з допо­могою індикатора знімають індикаторну діаграму, за якою визначають середній індикаторний тиск, а потім обчислюють індикаторну потужність.

Ефективна потужність визначається дослідним шляхом на стенді з допомогою спеціальних приладів /динамометрів/.

Перетворення одного виду енергії на інший, в також здійснення роботи якою-небудь машиною завжди супроводжується втратами. В основ­ному це втрати на подолання тертя в машинах і механізмах передач.

Відносна величина корисної роботи /потужності/ характеризується коефіцієнтом корисної дії /ККД/. Коефіцієнтом корисної дії називають відношення корисної роботи до всієї затраченої:

замість відношення робіт ККД може бути виражений як відношення потужностей.

За всіх способів вираження ККД завжди характеризує ту частину роботи, яка використовується на подолання корисних опорів. Очевидно, чим вищий ККД, тим досконаліша машина. Різниця між одиницею і значен­ням ККД характеризує відносну величину втрат, позначається φ . Наприклад, коли насос має η=0,7, це означає, що 0,7 всієї затраченої роботи використовується на перекачування води, φ=1- 0,7 = 0,3 роботи витрачається на подолання таких шкідливих опорів, як тертя в насосі, гідравлічні втрати і т.ін. Очевидно,

0≤η<1 і 1≥φ>0

Коли потужність передається від двигуна до робочої машини кіль­кома послідовно діючими механізмами,ККД яких η₁, η₂,η₃,...,то загальний ККД усієї установки дорівнює добутку всіх окремих ККД:

η=η₁,η₂,η₃,

Задача 3. Для піднімання 6000 м води на висоту 5 м поставле­ний насос з двигуном потужністю 5 кВт. Скільки часу потрібно для пе­рекачування води, якщо коефіцієнт корисної дії насоса дорівнює 0,7.

Роза"язання. Прийнявши питому вагу води γ=10*10³Н/м , одер­жимо величину роботи, необхідну для піднімання води:

W=Gh ,

Корисна робота, що виконується в одиницю часу з урахуванням за­даного ККД насоса, тобто потужність насоса

P=P_двη .

Із формули визначимо :

t=W/P=Gh/P_двη=6000*10*10³*5/5*0.7=8571.43*10⁴c==23895год23c,