§ 90. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

Когда в какой-нибудь машине совершается работа за счет затрачиваемой энергии, то нужно отличать так называемую полезную работу от полной совершенной работы.

Полезная работа — это та работа, для выполнения которой создана и используется машина. Например, для подъемного крана — это работа подъема груза, для токарного станка — работа против сил трения изделия о резец и т. д.

Но в любой машине, в любом двигателе полезная работа всегда меньше полной работы, потому что всегда существуют силы трения, отрицательная работа которых приводит к нагреванию различных частей машины или двигателя. А нагревание нельзя считать полезным результатом работы машины, предназначенной для совершения механической работы. Нагревание приводит к тому, что часть энергии, подведенной к двигателю, преобразуется не в механическую энергию, а во внутреннюю, которая обычно не может быть использована для совершения работы.

Каждая машина, каждый двигатель или механизм характеризуется поэтому особой величиной, показывающей, насколько эффективно используется подводимая к ней энергия. Эта величина называется коэффициентом полезного действия (сокращенно к.п.д.).

Коэффициентом полезного действия машины или двигателя называется отношение полезной работы к полной совершенной работе.

Можно также говорить о к.п.д. генератора, в котором один вид энергии преобразуется в другой. Генератором, например, служит динамо-машина, в которой механическая энергия превращается в электрическую. Из-за работы сил трения и некоторых других причин количество полученной электрической энергии всегда

несколько меньше затрачиваемой турбиной механической энергии. В свою очередь механическая энергия турбины меньше затраченной на ее вращение теплоты и т. д.

Коэффициентом полезного действия генератора называется отношение полученной полезной энергии к затраченной.

К.п.д. никогда не может быть больше единицы. В реальных машинах, двигателях и генераторах он всегда меньше единицы из-за неизбежных потерь энергии, вызванных прежде всего отрицательной работой сил трения. Но есть еще и другие, немеханические причины потерь энергии.

Подчеркнем еще раз, что слово «потеря» не означает исчезновение энергии. Оно только означает, что часть энергни превращается не в то, что нужно, и теряется для полезного использования.

Коэффициент полезного действия выражается в процентах. Если к.п.д. обозначить буквой (греческая буква «эта»), полезную работу (или энергию) через а затраченную работу (энергию) через то

Задача 1. Подъемный кран приводится в действие двигателем мощностью 10 кет. Сколько времени потребуется для доставки на высоту 50 м груза массой 2 т, если к.п.д. двигателя равен 75%?

Решение. С помощью крана должна быть выполнена полезная работа

Вся произведенная работа выражается формулой

где — мощность двигателя, время работы крана.

Согласно условию задачи полезно используется только 75% работы двигателя. Поэтому

Отсюда

Задача 2. Автомобиль массой 2 т с включенными тормозами спускается с постоянной скоростью по горной дороге и проходит участок пути, опустившись по высоте на 80 м. Какое количество энергии выделилось в тормозах?

Решение. Если бы тормоза не были включены, то убыль потенциальной энергии была бы равна приросту кинетической энергии. Но так как автомобиль двигался с постоянной скоростью, то кинетическая энергия при спуске не увеличилась. Следовательно, вся потерянная потенциальная энергия перешла во внутреннюю, т. е.

Подставив числовые данные, получим

Упражнение 61

1. Проследите детально за рядом превращений энергии, приводящих к выделению тепла в электрической плитке, если электрическая энергия поступает в сеть с гидроэлектростанции. Начать нужно с Солнца.

2. Тело упало с некоторой высоты на Землю. Куда делась его потенциальная энергия?

3. Кузнец поднял молог и ударил им по изделию на наковальне. Проследите за превращениями энергии, происходящими при этом.

4. Деформированная металлическая пружина опущена в кислоту, растворяющую металл, из которого пружина изготовлена. Куда делась потенциальная энергия пружины после ее растворения?