Номер 2, страница 71 - гдз по физике 7 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 4. Работа и мощность. Энергия. Самостоятельные работы. СР-58. Коэффициент полезного действия механизма. Вариант 1 - номер 2, страница 71.

Условие.

2. Определяя КПД одного и того же механизма, ученики получили разные значения: а) 90% ; б) 95% ; в) 105% ; г) 98% . О каком значении можно сразу же сказать, что оно ошибочно? Ответ обоснуйте.

Решение.

Решение

Коэффициент полезного действия (КПД), обозначаемый греческой буквой $\eta$ (эта), является физической величиной, характеризующей эффективность механизма или системы в отношении преобразования или передачи энергии. Он определяется как отношение полезно использованной энергии (или работы) к полному количеству энергии (или работы), полученному системой. Формула для расчёта КПД в процентах выглядит следующим образом:

$\eta = \frac{A_{полезная}}{A_{затраченная}} \cdot 100\%$

где $A_{полезная}$ – полезная работа, а $A_{затраченная}$ – полная (затраченная) работа.

Согласно фундаментальному закону сохранения энергии, энергия не может возникать из ничего и не может исчезать в никуда. В любом реальном механизме часть затраченной энергии неизбежно теряется, превращаясь в другие виды энергии, например, в теплоту из-за трения. Это означает, что полезная работа всегда меньше затраченной работы:

$A_{полезная} < A_{затраченная}$

Следовательно, их отношение $\frac{A_{полезная}}{A_{затраченная}}$ всегда будет меньше 1, а КПД реального механизма всегда будет меньше 100%. Значение КПД, равное 100%, было бы возможно только для идеального механизма без каких-либо потерь энергии, что на практике недостижимо.

Значение КПД, превышающее 100%, означало бы, что механизм производит больше энергии, чем потребляет ($A_{полезная} > A_{затраченная}$). Это бы нарушало закон сохранения энергии и означало бы существование "вечного двигателя", что невозможно.

Проанализируем данные значения:

а) 90% – это значение меньше 100%, оно является физически возможным.

б) 95% – это значение меньше 100%, оно является физически возможным.

в) 105% – это значение больше 100%, оно является физически невозможным и, следовательно, ошибочным.

г) 98% – это значение меньше 100%, оно является физически возможным.

Таким образом, можно сразу же утверждать, что значение 105% получено в результате ошибки в измерениях или расчётах.

Ответ: Ошибочным является значение в) 105%, так как коэффициент полезного действия любого механизма не может превышать 100% в силу закона сохранения энергии.