Номер 4, 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 4, страница 196.

Условие.

4. Почему инженеры стремятся увеличить КПД машин и механизмов? Как этого можно достичь?

Решение.

Решение 2.

3. Как определить КПД? Какие значения он может принимать?
Коэффициент полезного действия (КПД) — это физическая величина, характеризующая эффективность системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Он определяется как отношение полезной совершённой работы (или мощности) к полной затраченной работе (или мощности).
КПД, обозначаемый греческой буквой $\eta$ (эта), вычисляется по формуле:
$\eta = \frac{A_{полезная}}{A_{затраченная}}$ или $\eta = \frac{P_{полезная}}{P_{затраченная}}$
где $A_{полезная}$ — полезная работа, $A_{затраченная}$ — полная (затраченная) работа, $P_{полезная}$ — полезная мощность, $P_{затраченная}$ — полная (затраченная) мощность.
КПД является безразмерной величиной, но его часто выражают в процентах, для этого результат умножают на 100%.
$\eta = \frac{A_{полезная}}{A_{затраченная}} \cdot 100\%$
Согласно закону сохранения энергии, полезная работа не может превышать затраченную ($A_{полезная} \le A_{затраченная}$). В любом реальном механизме всегда существуют потери энергии (на трение, нагрев, сопротивление воздуха и т.д.), поэтому полезная работа всегда меньше затраченной ($A_{полезная} < A_{затраченная}$). Следовательно, КПД любого реального механизма всегда меньше 1 (или 100%). Идеальная машина без потерь имела бы КПД, равный 100%, но на практике это недостижимо. Таким образом, КПД может принимать значения в диапазоне от 0 до 1 (или от 0% до 100%), но для реальных устройств он строго меньше 100%.
Ответ: КПД определяется как отношение полезной работы к затраченной (или полезной мощности к затраченной), выраженное в долях единицы или процентах. Он может принимать значения от 0 до 1 (от 0% до 100%), но для любых реальных машин и механизмов КПД всегда меньше 1 (или 100%).

4. Почему инженеры стремятся увеличить КПД машин и механизмов? Как этого можно достичь?
Инженеры стремятся увеличить КПД машин и механизмов по нескольким ключевым причинам:
1. Экономическая выгода: Чем выше КПД, тем меньшая часть энергии тратится впустую. Это приводит к прямой экономии ресурсов, например, топлива для двигателей или электроэнергии для электроприборов. Снижение эксплуатационных расходов делает технику более привлекательной для потребителей и выгодной в использовании.
2. Экологические соображения: Повышение эффективности означает более рациональное использование природных ресурсов. Для тепловых двигателей это также означает снижение выбросов вредных веществ и парниковых газов в атмосферу при том же объеме выполненной полезной работы, что способствует уменьшению негативного влияния на окружающую среду.
3. Технические преимущества: Энергия, которая не пошла на совершение полезной работы, обычно рассеивается в виде тепла. Избыточное тепло может приводить к перегреву деталей, их преждевременному износу и выходу из строя. Машины с высоким КПД, как правило, более надежны и долговечны.

Достичь увеличения КПД можно путем снижения потерь энергии. Основные способы:
• Уменьшение трения: применение качественных смазочных материалов, замена трения скольжения на трение качения (использование подшипников), улучшение качества обработки соприкасающихся поверхностей.
• Снижение тепловых потерь: улучшение теплоизоляции для тепловых двигателей, оптимизация процессов сгорания топлива.
• Уменьшение электрического сопротивления: использование проводников с высокой проводимостью (медь, алюминий), увеличение сечения проводов.
• Улучшение аэродинамических и гидродинамических характеристик: придание объектам (например, кузову автомобиля) обтекаемой формы для снижения сопротивления воздуха или воды.
• Применение новых материалов и технологий: использование более легких и прочных материалов для уменьшения инерционных потерь, разработка более совершенных конструкций.
Ответ: Инженеры стремятся увеличить КПД для экономии ресурсов и денег, снижения вредного воздействия на окружающую среду и повышения надежности и долговечности механизмов. Достичь этого можно путем минимизации потерь энергии, в основном за счет уменьшения трения, сопротивления среды, тепловых потерь и электрического сопротивления.