วันนี้เราจะบอกคุณว่าประสิทธิภาพ (ปัจจัยด้านประสิทธิภาพ) คืออะไร คำนวณอย่างไร และนำแนวคิดนี้ไปใช้ที่ไหน
คนกับกลไก
เครื่องซักผ้าและกระป๋องมีอะไรที่เหมือนกัน? ความปรารถนาของบุคคลที่จะบรรเทาความต้องการที่จะทำทุกอย่างด้วยตัวเอง ก่อนการประดิษฐ์เครื่องจักรไอน้ำ ผู้คนมีกล้ามเนื้อเท่านั้นในการกำจัด พวกเขาทำทุกอย่างด้วยตัวเอง: ไถ, หว่าน, ปรุง, จับปลา, ทอผ้าลินิน เพื่อความอยู่รอดในฤดูหนาวอันยาวนาน สมาชิกในครอบครัวชาวนาแต่ละคนทำงานในเวลากลางวันตั้งแต่อายุสองขวบจนกระทั่งเขาเสียชีวิต เด็กคนสุดท้องดูแลสัตว์และกำลังช่วย (นำ, บอก, โทร, รับ) ผู้ใหญ่ เด็กหญิงคนนี้ถูกล้อหมุนครั้งแรกเมื่ออายุได้ห้าขวบ! แม้แต่คนชราที่ลึกล้ำก็ตัดช้อนและรองเท้าพนันทอ และคุณยายที่ชราภาพที่สุดและทุพพลภาพที่สุดก็นั่งบนเครื่องทอผ้าและล้อหมุน หากสายตาของพวกเขาเอื้ออำนวย พวกเขาไม่มีเวลาคิดว่าดาวคืออะไรและทำไมพวกเขาถึงส่องแสง ผู้คนเริ่มเหนื่อย: ทุกวันพวกเขาต้องไปทำงาน โดยไม่คำนึงถึงสภาพของสุขภาพ ความเจ็บปวด และขวัญกำลังใจ ย่อมต้องการหาผู้ช่วยที่จะช่วยบรรเทาการทำงานหนักของเขาได้เล็กน้อย
ตลกและแปลก
เทคโนโลยีที่ล้ำหน้าที่สุดในสมัยนั้นคือม้าและล้อโรงสี แต่พวกเขาทำงานมากกว่ามนุษย์เพียงสองหรือสามเท่า แต่นักประดิษฐ์กลุ่มแรกเริ่มมีอุปกรณ์ที่ดูแปลกมาก ในภาพยนตร์เรื่อง "The Story of Eternal Love" Leonardo da Vinci ได้แนบเรือลำเล็ก ๆ ไว้กับเท้าของเขาเพื่อเดินบนน้ำ สิ่งนี้นำไปสู่เหตุการณ์ตลกหลายครั้งเมื่อนักวิทยาศาสตร์กระโดดลงไปในทะเลสาบโดยสวมเสื้อผ้าของเขา แม้ว่าตอนนี้จะเป็นเพียงการประดิษฐ์ของนักเขียนบท แต่สิ่งประดิษฐ์ดังกล่าวต้องมีลักษณะเช่นนั้น - ตลกและตลก
ศตวรรษที่ 19: เหล็กและถ่านหิน
แต่กลางศตวรรษที่ 19 ทุกอย่างเปลี่ยนไป นักวิทยาศาสตร์ได้ตระหนักถึงแรงกดของไอน้ำที่ขยายตัว สินค้าที่สำคัญที่สุดในสมัยนั้นคือเหล็กสำหรับผลิตหม้อไอน้ำและถ่านหินสำหรับทำน้ำร้อน นักวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้นต้องเข้าใจว่าประสิทธิภาพของไอน้ำและฟิสิกส์ของก๊าซคืออะไร และจะเพิ่มได้อย่างไร
สูตรสัมประสิทธิ์ในกรณีทั่วไปคือ:
η=A/Q
η - ประสิทธิภาพ A - งานที่มีประโยชน์ Q - พลังงานที่ใช้ไป
งานและความอบอุ่น
ประสิทธิภาพ (ประสิทธิภาพแบบย่อ) เป็นปริมาณที่ไร้มิติ ถูกกำหนดเป็นเปอร์เซ็นต์และคำนวณเป็นอัตราส่วนของพลังงานที่ใช้กับงานที่มีประโยชน์ ระยะหลังมักใช้โดยมารดาของวัยรุ่นที่ประมาทเมื่อพวกเขาบังคับให้พวกเขาทำบางสิ่งรอบ ๆ บ้าน แต่อันที่จริงนี่คือผลลัพธ์ที่แท้จริงของความพยายามที่ใช้ไป นั่นคือหากประสิทธิภาพของเครื่องจักรอยู่ที่ 20% ก็จะแปลงพลังงานที่ได้รับเพียงหนึ่งในห้าให้เป็นการกระทำเท่านั้น ตอนนี้เมื่อซื้อรถคนอ่านไม่น่าจะมีคำถามว่าเครื่องยนต์มีประสิทธิภาพแค่ไหน
หากคำนวณสัมประสิทธิ์เป็นเปอร์เซ็นต์ สูตรจะเป็น:
η=100%(A/Q)
η - ประสิทธิภาพ A - งานที่มีประโยชน์ Q - พลังงานที่ใช้ไป
ความสูญเสียและความเป็นจริง
การโต้เถียงทั้งหมดนี้ทำให้เกิดความสับสนอย่างแน่นอน ทำไมไม่คิดค้นรถที่ใช้พลังงานเชื้อเพลิงมากขึ้น? อนิจจาโลกแห่งความเป็นจริงไม่ได้เป็นเช่นนั้น ที่โรงเรียน เด็กๆ แก้ปัญหาที่ไม่มีแรงเสียดทาน ปิดระบบทั้งหมด และรังสีเป็นเอกรงค์อย่างเคร่งครัด วิศวกรตัวจริงในโรงงานผลิตถูกบังคับให้คำนึงถึงปัจจัยเหล่านี้ทั้งหมด พิจารณาตัวอย่าง ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนคืออะไร และสัมประสิทธิ์นี้ประกอบด้วยอะไร
สูตรในกรณีนี้มีลักษณะดังนี้:
η=(Q1-Q2)/Q1
ในกรณีนี้ Q1 คือปริมาณความร้อนที่เครื่องยนต์ได้รับจากการทำความร้อน และ Q2 คือปริมาณของ ความร้อนที่จ่ายให้กับสิ่งแวดล้อม (โดยทั่วไปจะเรียกว่าตู้เย็น)
เชื้อเพลิงร้อนขึ้นและขยายตัว แรงผลักลูกสูบซึ่งขับเคลื่อนองค์ประกอบโรตารี่ แต่เชื้อเพลิงมีอยู่ในเรือบางลำ เมื่อถูกความร้อน มันจะถ่ายเทความร้อนไปยังผนังของภาชนะ สิ่งนี้นำไปสู่การสูญเสียพลังงาน เพื่อให้ลูกสูบลงมา แก๊สจะต้องเย็นลง เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ส่วนหนึ่งของมันถูกปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อม และคงจะดีถ้าแก๊สให้ความร้อนทั้งหมดแก่งานที่มีประโยชน์ แต่อนิจจามันเย็นช้ามากไอน้ำร้อนจึงออกมา ส่วนหนึ่งของพลังงานถูกใช้ไปในการทำให้อากาศร้อนลูกสูบเคลื่อนที่ในกระบอกสูบโลหะกลวง ขอบของมันแนบสนิทกับผนัง เมื่อเคลื่อนที่ แรงเสียดทานจะเข้ามามีบทบาท ลูกสูบทำให้กระบอกสูบกลวงร้อน ซึ่งทำให้สูญเสียพลังงานไปด้วย การเคลื่อนที่แบบแปลนขึ้นและลงของก้านจะถูกส่งไปยังแรงบิดผ่านข้อต่อต่างๆ ที่ขัดกันและทำให้ร้อนขึ้น นั่นคือพลังงานหลักส่วนหนึ่งก็ถูกใช้ไปกับสิ่งนี้เช่นกัน
แน่นอน ในเครื่องจักรของโรงงาน พื้นผิวทั้งหมดได้รับการขัดเงาจนถึงระดับอะตอม โลหะทั้งหมดมีความแข็งแรงและมีค่าการนำความร้อนต่ำที่สุด และน้ำมันลูกสูบมีคุณสมบัติที่ดีที่สุด แต่ในเครื่องยนต์ใด ๆ พลังงานของน้ำมันเบนซินจะใช้เพื่อให้ความร้อนแก่ชิ้นส่วน อากาศ และแรงเสียดทาน
กระทะและหม้อ
ตอนนี้เราขอเสนอให้ทำความเข้าใจว่าหม้อไอน้ำมีประสิทธิภาพเพียงใด และประกอบด้วยอะไร แม่บ้านคนใดรู้: หากคุณปล่อยให้น้ำต้มในกระทะภายใต้ฝาปิดที่ปิดอยู่น้ำทั้งสองจะหยดลงบนเตาหรือฝาจะ "เต้น" หม้อต้มน้ำสมัยใหม่ถูกจัดเรียงในลักษณะเดียวกัน:
- ความร้อนทำให้น้ำในภาชนะปิดสนิท
- น้ำกลายเป็นไอน้ำร้อนจัด
- เมื่อขยายตัว ส่วนผสมของแก๊สกับน้ำจะหมุนกังหันหรือเคลื่อนลูกสูบ
เช่นเดียวกับในเครื่องยนต์ พลังงานสูญเสียเพื่อให้ความร้อนแก่หม้อน้ำ ท่อ และข้อเสียดทานของข้อต่อทั้งหมด ดังนั้นจึงไม่มีกลไกใดมีประสิทธิภาพเท่ากับ 100%
สูตรสำหรับเครื่องจักรที่ทำงานตามวงจรคาร์โนต์ดูเหมือนสูตรทั่วไปสำหรับเครื่องยนต์ความร้อน แทนปริมาณความร้อน-อุณหภูมิเท่านั้น
η=(T1-T2)/T1.
สถานีอวกาศ
และถ้าคุณใส่กลไกในอวกาศ? พลังงานแสงอาทิตย์ฟรีให้บริการตลอด 24 ชั่วโมง การทำให้ก๊าซเย็นลงเป็นไปได้อย่างแท้จริงถึง 0o เคลวินแทบจะในทันที บางทีประสิทธิภาพของการผลิตอาจสูงขึ้นในอวกาศ? คำตอบไม่ชัดเจน: ใช่และไม่ใช่ ปัจจัยทั้งหมดเหล่านี้สามารถปรับปรุงการถ่ายเทพลังงานไปสู่งานที่มีประโยชน์ได้อย่างมีนัยสำคัญ แต่การส่งมอบความสูงที่ต้องการแม้แต่พันตันก็ยังมีราคาแพงอย่างไม่น่าเชื่อ แม้ว่าโรงงานดังกล่าวจะดำเนินกิจการมาเป็นเวลาห้าร้อยปีแล้ว แต่ก็จะไม่จ่ายคืนค่าใช้จ่ายในการยกอุปกรณ์ซึ่งเป็นสาเหตุที่นักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ใช้แนวคิดเรื่องลิฟต์อวกาศอย่างแข็งขัน - นี่จะทำให้งานง่ายขึ้นและทำให้ สามารถนำโรงงานไปสู่อวกาศได้ในเชิงพาณิชย์
