Бүгін біз тиімділік (тиімділік коэффициенті) деген не екенін, оны қалай есептеу керектігін және бұл тұжырымдаманың қайда қолданылатынын айтамыз.
Адам және механизм
Кір жуғыш машина мен консерві зауытында қандай ортақ нәрсе бар? Адамның барлығын өз бетімен жасау қажеттілігінен арылуға деген ұмтылысы. Бу машинасын ойлап тапқанға дейін адамдарда тек бұлшықеттер ғана болды. Олар барлығын өздері істеді: жер жыртты, егін егеді, тамақ пісірді, балық аулады, зығыр тоқады. Ұзақ қыста аман қалу үшін шаруа отбасының әрбір мүшесі екі жасынан өлгенше күндізгі уақытта жұмыс істеді. Кіші балалар жануарларды бағып, үлкендерге көмектесіп (әкеліп, айтып, шақырып, алып жүрді). Қызды алғаш рет айналдыратын рульге бес жасында отырғызған! Тіпті терең қарттар қасық кесіп, аяқ киім тоқатын, ал ең егде жастағы және әлсіз әжелер, егер олардың көзі көретін болса, тоқыма станоктары мен дөңгелектерге отырды. Олардың жұлдыздардың не екенін және неге жарқырайтыны туралы ойлауға уақыттары болмады. Адамдар шаршады: денсаулық жағдайына, ауруына және моральдық жағдайына қарамастан күн сайын барып, жұмыс істеуге тура келді. Әрине, ер адам шамадан тыс иығын аздап жеңілдететін көмекшілерді тапқысы келді.
Көңілді және біртүрлі
Ол замандағы ең озық технология – ат пен диірмен дөңгелегі. Бірақ олар адамнан екі-үш есе көп жұмыс жасады. Бірақ алғашқы өнертапқыштар өте оғаш көрінетін құрылғыларды ойлап таба бастады. «Мәңгілік махаббат хикаясы» фильмінде Леонардо да Винчи суда жүру үшін аяқтарына шағын қайықтарды бекіткен. Бұл ғалым киімімен көлге сүңгіген кезде бірнеше күлкілі оқиғаларға әкелді. Бұл эпизод сценаристтің ойлап тапқаны ғана болса да, мұндай өнертабыстар күлкілі және күлкілі болып көрінсе керек.
19 ғасыр: темір және көмір
Бірақ 19 ғасырдың ортасында бәрі өзгерді. Ғалымдар будың кеңеюінің қысым күшін түсінді. Сол кездегі ең маңызды тауарлар қазандық жасауға арналған темір және олардағы суды жылытуға арналған көмір болды. Сол кездегі ғалымдар бу және газ физикасында тиімділіктің не екенін және оны қалай арттыруға болатынын түсінуі керек еді.
Жалпы жағдайдағы коэффициент формуласы:
η=A/Q
η - тиімділік, A - пайдалы жұмыс, Q - жұмсалған энергия.
Жұмыс пен жылулық
Тиімділік (қысқартылған тиімділік) өлшемсіз шама. Ол пайызбен анықталады және жұмсалған энергияның пайдалы жұмысқа қатынасы ретінде есептеледі. Соңғы терминді немқұрайлы жасөспірімдердің аналары үй ішінде бірдеңе жасауға мәжбүрлеген кезде жиі қолданады. Бірақ шын мәнінде бұл жұмсалған күш-жігердің нақты нәтижесі. Яғни, машинаның ПӘК-і 20% болса, онда ол қабылданған энергияның бестен бір бөлігін ғана әрекетке айналдырады. Енді сатып алғандамашина, оқырманда қозғалтқыштың тиімділігі қандай деген сұрақ туындамауы керек.
Егер коэффициент пайызбен есептелсе, онда формула:
η=100%(A/Q)
η - тиімділік, A - пайдалы жұмыс, Q - жұмсалған энергия.
Жоғалту және шындық
Бұл аргументтердің бәрі таң қалдыратыны сөзсіз. Неліктен отын энергиясын көбірек пайдалана алатын көлік ойлап таппасқа? Әттең, шын дүние ондай емес. Мектепте балалар үйкеліс жоқ, барлық жүйелер жабық, сәулелену қатаң монохроматикалық болып табылатын есептерді шешеді. Өндірістік зауыттардағы нақты инженерлер осы факторлардың барлығын ескеруге мәжбүр. Мысалы, жылу машинасының ПӘК-і қандай екенін және бұл коэффициент неден тұратынын қарастырайық.
Бұл жағдайда формула келесідей болады:
η=(Q1-Q2)/Q1
Бұл жағдайда Q1 - қозғалтқыштың қыздырудан алатын жылу мөлшері, ал Q2 оның қоршаған ортаға берген жылуы (әдетте тоңазытқыш деп аталады).
Отын қызады және кеңейеді, күш айналмалы элементті басқаратын поршеньді итереді. Бірақ жанармай кейбір ыдыста бар. Қыздырған кезде ол жылуды ыдыстың қабырғаларына береді. Бұл энергияның жоғалуына әкеледі. Поршень төмен түсуі үшін газды салқындату керек. Ол үшін оның бір бөлігі қоршаған ортаға шығарылады. Ал газ барлық жылуды пайдалы жұмысқа берсе жақсы болар еді. Бірақ, өкінішке орай, ол өте баяу суытады, сондықтан ыстық бу шығады. Энергияның бір бөлігі ауаны жылытуға жұмсалады. Поршень қуыс металл цилиндрде қозғалады. Оның жиектері қабырғаларға тығыз орналасады, қозғалған кезде үйкеліс күштері пайда болады. Поршень қуыс цилиндрді қыздырады, бұл да энергияның жоғалуына әкеледі. Өзекшенің жоғары және төмен ілгерілемелі қозғалысы бір-біріне үйкеліс және қызатын буындар тізбегі арқылы айналу моментіне беріледі, яғни бастапқы энергияның бір бөлігі де осыған жұмсалады.
Әрине, зауыт машиналарында барлық беттер атомдық деңгейге дейін жылтыратылады, барлық металдар берік және ең төменгі жылу өткізгіштікке ие, ал поршеньдік май ең жақсы қасиеттерге ие. Бірақ кез келген қозғалтқышта бензиннің энергиясы бөлшектерді, ауаны және үйкелісті қыздыруға жұмсалады.
Таба мен қазан
Енді біз қазандықтың тиімділігі не екенін және оның неден тұратынын түсінуді ұсынамыз. Кез келген үй шаруасындағы әйел біледі: егер сіз кастрюльге жабық қақпақтың астына суды қайнатуға қалдырсаңыз, онда пешке су тамшылайды немесе қақпақ «билейді». Кез келген заманауи қазандық дәл осындай түрде орналастырылған:
- қызу су толтырылған жабық ыдысты қыздырады;
- су қатты қызған буға айналады;
- кеңейген кезде газ-су қоспасы турбиналарды айналдырады немесе поршеньдерді жылжытады.
Қозғалтқыштағы сияқты, энергия қазанды, құбырларды және барлық түйіспелердің үйкелісін қыздыру үшін жоғалады, сондықтан ешбір механизм 100%-ға тең тиімділікке ие бола алмайды.
Карно циклі бойынша жұмыс істейтін машиналар формуласы жылу қозғалтқышының жалпы формуласына ұқсайды, тек жылу мөлшерінің орнына - температура.
η=(T1-T2)/T1.
Ғарыш станциясы
Ал егер сіз механизмді ғарышқа салсаңыз? Тегін күн энергиясы тәулігіне 24 сағат қолжетімді, кез келген газды 0o Кельвинге бірден салқындату мүмкін. Мүмкін ғарышта өндірістің тиімділігі жоғарырақ болар ма еді? Жауап түсініксіз: иә және жоқ. Осы факторлардың барлығы энергияны пайдалы жұмысқа жіберуді айтарлықтай жақсарта алады. Бірақ тіпті мың тоннаны қалаған биіктікке жеткізу әлі де керемет қымбатқа түседі. Мұндай зауыт бес жүз жыл жұмыс істесе де, ол жабдықты көтеруге кеткен шығынды қайтармайды, сондықтан фантаст жазушылар ғарыштық лифт идеясын соншалықты белсенді пайдаланады - бұл тапсырманы айтарлықтай жеңілдетеді және жасайды. зауыттарды ғарышқа тасымалдау коммерциялық тұрғыдан тиімді.
