Номер 3, страница 196 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Ответь на вопросы. Параграф 58. Коэффициент полезного действия механизма. Глава 4. Работа и мощность. Энергия - номер 3, страница 196.

Условие.

3. Как определить КПД? Какие значения он может принимать?

Решение.

Решение 2.

Как определить КПД?

Коэффициент полезного действия (КПД) — это физическая величина, которая характеризует эффективность работы механизма, машины или любой другой системы с точки зрения преобразования или передачи энергии. КПД показывает, какая часть от всей затраченной энергии или работы пошла на совершение полезной работы.

Определить КПД можно, найдя отношение полезной работы $A_{полезная}$ к полной (затраченной) работе $A_{затраченная}$. КПД обычно обозначают греческой буквой $\eta$ (эта).

Формула для расчета КПД:
$\eta = \frac{A_{полезная}}{A_{затраченная}}$

Часто КПД выражают в процентах. Для этого полученное отношение умножают на 100%:
$\eta = \frac{A_{полезная}}{A_{затраченная}} \cdot 100\%$

КПД также можно вычислить через отношение полезной мощности $P_{полезная}$ к затраченной мощности $P_{затраченная}$:
$\eta = \frac{P_{полезная}}{P_{затраченная}} \cdot 100\%$

Здесь:
$A_{полезная}$ (или $P_{полезная}$) — это работа (или мощность), которую система совершает для достижения своей основной цели.
$A_{затраченная}$ (или $P_{затраченная}$) — это вся работа (или мощность), подведенная к системе от внешнего источника энергии.

Ответ: КПД определяется как отношение полезной работы к полной затраченной работе (или полезной мощности к полной затраченной мощности). Его рассчитывают по формуле $\eta = \frac{A_{полезная}}{A_{затраченная}}$ или $\eta = \frac{P_{полезная}}{P_{затраченная}}$, и часто выражают в процентах.

Какие значения он может принимать?

Значение КПД определяется фундаментальным законом сохранения энергии. Согласно этому закону, энергия не может возникнуть из ниоткуда и не может исчезнуть бесследно. Это означает, что полезная работа $A_{полезная}$ не может превышать затраченную работу $A_{затраченная}$.

Более того, в любой реальной системе (двигателе, механизме) всегда происходят потери энергии. Часть затраченной энергии неизбежно преобразуется во внутреннюю энергию (нагрев) из-за трения, сопротивления воздуха, или рассеивается в виде звука или света. Поэтому полезная работа всегда строго меньше, чем затраченная работа: $A_{полезная} < A_{затраченная}$.

Из этого следует, что КПД любого реального устройства всегда меньше 1 (или меньше 100%).

Поскольку работа и энергия являются неотрицательными величинами, наименьшее возможное значение КПД равно 0. Такое значение достигается, когда система вообще не совершает полезной работы ($A_{полезная} = 0$).

Таким образом, КПД может принимать значения в диапазоне от 0 до 1. Для любого реально существующего устройства КПД находится в интервале $0 \le \eta < 1$ (или в процентах $0\% \le \eta < 100\%$). Значение КПД, равное 1 (100%), было бы возможно только для идеальной машины, в которой отсутствуют какие-либо потери энергии, но такие машины в природе не существуют.

Ответ: КПД может принимать значения от 0 включительно до 1 (или от 0% до 100%). Для любого реального механизма значение КПД всегда строго меньше 1 (100%).