Номер 4, страница 216 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

4. Как определяется коэффициент полезного действия?

4. Решение

Коэффициент полезного действия (сокращенно КПД) — это физическая величина, характеризующая эффективность преобразования или передачи энергии в какой-либо системе (например, в двигателе, электроприборе или простом механизме). КПД показывает, какая часть от всей энергии, подведенной к системе, расходуется на совершение полезной работы.

КПД обозначается греческой буквой «эта» ($\eta$) и по определению равен отношению полезной работы $A_{полезн}$ ко всей затраченной работе $A_{затр}$ (или энергии $E_{затр}$).

Полезная работа (или энергия) — это работа, которую мы хотим получить от механизма. Например, для крана это работа по подъему груза, для лампочки — энергия, преобразованная в свет.

Затраченная работа (или энергия) — это вся работа, которую совершают силы, приводящие механизм в действие, или вся энергия, потребляемая устройством. Например, для крана это работа его двигателя, для лампочки — вся потребленная ею электроэнергия.

Основная формула для расчета КПД:

$\eta = \frac{A_{полезн}}{A_{затр}}$

Так как работа тесно связана с энергией, формулу можно записать и через энергию:

$\eta = \frac{E_{полезн}}{E_{затр}}$

КПД также можно выразить через мощность, поскольку мощность — это работа в единицу времени ($P = A/t$):

$\eta = \frac{P_{полезн}}{P_{затр}}$

где $P_{полезн}$ — полезная мощность, а $P_{затр}$ — полная (затраченная) мощность.

КПД — безразмерная величина. Его значение всегда меньше единицы ($\eta < 1$), поскольку в любой реальной системе существуют неизбежные потери энергии (например, на преодоление трения, нагрев деталей, излучение звука и т.д.). В соответствии с законом сохранения энергии, затраченная энергия всегда больше полезной работы на величину этих потерь: $A_{затр} = A_{полезн} + A_{потерь}$.

Для удобства КПД часто выражают в процентах. Для этого результат деления умножают на 100%:

$\eta = \frac{A_{полезн}}{A_{затр}} \cdot 100\%$

Ответ: Коэффициент полезного действия (КПД) определяется как отношение полезной работы (или полезной энергии) к полной затраченной работе (или энергии). Он показывает эффективность системы и рассчитывается по формуле $\eta = \frac{A_{полезн}}{A_{затр}}$. Часто его выражают в процентах: $\eta = \frac{A_{полезн}}{A_{затр}} \cdot 100\%$.