Номер 7.32, страница 38 - гдз по физике 8 класс задачник Артеменков, Ломаченков

VII. Магнитное поле - номер 7.32, страница 38.

Условие.

7.32 Может ли КПД электродвигателя быть больше или равным 100 %?

Решение.

Решение

Коэффициент полезного действия (КПД), обозначаемый греческой буквой $\eta$ (эта), является мерой эффективности преобразования энергии. Он определяется как отношение полезной работы $A_{полезная}$, совершенной механизмом, к полной затраченной энергии $A_{затраченная}$. Формула для КПД:

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

Электродвигатель преобразует электрическую энергию (затраченную) в механическую работу (полезную).

Согласно закону сохранения энергии, энергия не может быть создана из ничего или уничтожена. Она может только переходить из одной формы в другую. В любом реальном устройстве, включая электродвигатель, часть затраченной энергии неизбежно теряется, превращаясь в нежелательные виды энергии, в основном в теплоту. Эти потери происходят из-за нагревания обмоток двигателя вследствие их электрического сопротивления (тепловые потери Джоуля-Ленца), трения в подшипниках и других движущихся частях (механические потери), сопротивления воздуха, а также магнитных потерь (на гистерезис и вихревые токи в сердечнике).

Из-за этих потерь полезная работа $A_{полезная}$ всегда будет меньше, чем полная затраченная энергия $A_{затраченная}$:

$A_{полезная} < A_{затраченная}$

Следовательно, отношение $\frac{A_{полезная}}{A_{затраченная}}$ всегда будет меньше единицы, а КПД всегда будет строго меньше 100%.

Случай, когда КПД равен 100%, означал бы, что $A_{полезная} = A_{затраченная}$, то есть все потери энергии отсутствуют. Такое устройство было бы идеальным, но его создание невозможно в реальности.

Случай, когда КПД больше 100%, означал бы, что $A_{полезная} > A_{затраченная}$. Это означало бы, что двигатель производит больше энергии, чем потребляет, то есть создает энергию из ничего. Такое устройство нарушало бы фундаментальный закон сохранения энергии и является так называемым "вечным двигателем первого рода", существование которого невозможно.

Ответ: Нет, КПД электродвигателя не может быть больше или равным 100%. В соответствии с законом сохранения энергии, полезная работа всегда меньше затраченной энергии из-за неизбежных потерь (на нагрев, трение и т.д.), поэтому КПД любого реального механизма, включая электродвигатель, всегда строго меньше 100%.