|
'''Коэффицие́нт поле́зного де́йствия (КПД)''' — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству [[энергия|энергии]], полученному системой; обозначается обычно [[эта|η («эта»)]]<ref>{{книга |автор=Зубарев Д. Н.|часть=Коэффициент полезного действия |ссылка часть=http://www.femto.com.ua/articles/part_1/1799.html |заглавие=[[Физическая энциклопедия]] |оригинал= |ссылка= |викитека= |ответственный= Гл. ред. [[Прохоров, Александр Михайлович|А. М. Прохоров]] |издание= |место=М. |издательство=[[Советская энциклопедия]] |год=1990 |том=2 |страницы=484—485 |страниц=704 |серия= |isbn=5-85270-061-4 |тираж=100000}}</ref>. КПД является [[Безразмерная величина|безразмерной величиной]] и часто выражается в [[процент]]ах.
== Определение ==
Математически КПД определяется как
: <math>\eta = \frac{A}{Q},</math>
где ''А'' — полезная работа (энергия), а ''Q'' — затраченная энергия.
Если КПД выражается в процентах, эту формулу иногда записывают в виде
: <math>\eta = \frac{A}{Q}\times100\%</math>.
Здесь умножение на <math>100 \%</math> не несёт содержательного смысла, поскольку <math>100 \% = 1</math>. В связи с этим второй вариант записи формулы менее предпочтителен (одна и та же физическая величина может быть выражена в различных единицах независимо от формул, где она участвует).
В силу [[Закон сохранения энергии|закона сохранения энергии]] и в результате неустранимых потерь энергии КПД реальных систем всегда меньше единицы, то есть невозможно получить полезной [[Механическая работа|работы]] больше или столько, сколько затрачено энергии.
''КПД теплово́го дви́гателя'' — отношение совершённой полезной работы [[Тепловой двигатель|двигателя]] к энергии, полученной от нагревателя. КПД теплового двигателя может быть вычислен по следующей формуле
: <math>\eta = \frac{Q_1 - Q_2}{Q_1}</math>,
где <math>Q_1</math> — [[количество теплоты]], полученное от нагревателя, <math>Q_2</math> — количество теплоты, отданное холодильнику. Наибольшим КПД среди циклических машин, оперирующих при заданных температурах нагревателя ''T''<sub>1</sub> и холодильника ''T''<sub>2</sub>, обладают тепловые двигатели, работающие по [[Цикл Карно|циклу Карно]]; этот предельный КПД равен
: <math>\eta_k = \frac{T_1 - T_2}{T_1}</math>.
== Другие похожие показатели ==
Не все показатели, характеризующие эффективность энергетических процессов, соответствуют вышеприведённому описанию. Даже если они традиционно или ошибочно называются «коэффициент полезного действия», они могут иметь другие свойства, в частности, превышать 100 %.
=== КПД котлов ===
{{Основная статья|Тепловой баланс котла}}
КПД [[Котёл (техника)|котлов]] на [[Топливо#Органическое топливо|органическом топливе]] традиционно рассчитывается по [[Низшая теплота сгорания|низшей теплоте сгорания]]; при этом предполагается, что [[влага]] [[Продукты сгорания|продуктов сгорания]] покидает котёл в виде [[Перегретый пар|перегретого пара]]. В [[Конденсационный котёл|конденсационных котлах]] эта влага конденсируется, [[Конденсация|теплота конденсации]] полезно используется. При расчёте КПД по низшей теплоте сгорания он в итоге может получиться больше единицы. В данном случае корректнее было бы считать его по [[Высшая теплота сгорания|высшей теплоте сгорания]], учитывающей теплоту конденсации пара; однако при этом показатели такого котла трудно сравнивать с данными о других установках.
=== Тепловые насосы и холодильные машины ===
{{Основная статья|Тепловой насос|Холодильная машина}}
Достоинством тепловых насосов как нагревательной техники является возможность получать больше теплоты, чем расходуется энергии на их работу. Холодильная машина может отвести от охлаждаемого конца больше теплоты, чем затрачивается энергии на организацию процесса.
Эффективность машин характеризует {{iw|холодильный коэффициент||en|Coefficient of performance}}
: <math>\varepsilon_\mathrm{X} = Q_\mathrm{X}/A</math>,
где <math>Q_\mathrm{X}</math> — тепло, отбираемое от холодного конца (в холодильных машинах холодопроизводительность); <math>A</math> — затрачиваемая на этот процесс работа (или электроэнергия).
Для тепловых насосов используют термин '''коэффициент трансформации'''
: <math>\varepsilon_\Gamma = Q_\Gamma/A</math>,
где <math>Q_\Gamma</math> — тепло конденсации, передаваемое теплоносителю; <math>A</math> — затрачиваемая на этот процесс работа (или электроэнергия).
В идеальной машине <math>Q_\Gamma=Q_\mathrm{X}+A</math>, отсюда для идеальной машины <math>\varepsilon_\Gamma = \varepsilon_\mathrm{X}+1</math>
Наилучшими показателями производительности для холодильных машин обладает [[обратный цикл Карно]]: в нём холодильный коэффициент
: <math>\varepsilon = {T_\mathrm{X}\over{T_\Gamma-T_\mathrm{X}}}</math>,
где <math>T_\Gamma</math>, <math>T_\mathrm{X}</math> — [[Температура|температуры]] горячего и холодного концов, [[Кельвин|K]]<ref>{{БСЭ3|статья=Холодильный коэффициент}}</ref>. Данная величина, очевидно, может быть сколь угодно велика; хотя практически к ней трудно приблизиться, холодильный коэффициент может превосходить единицу. Это не противоречит [[Первое начало термодинамики|первому началу термодинамики]], поскольку, кроме принимаемой в расчёт энергии ''A'' (напр., электрической), в тепло ''Q'' идёт и энергия, отбираемая от холодного источника.
== Литература ==
* {{книга
| автор = [[Пёрышкин, Александр Васильевич|Пёрышкин А. В.]]
| заглавие = Физика. 8 класс
| издательство = Дрофа
| год = 2005
| страниц = 191
| isbn = 5-7107-9459-7.
| тираж = 50000
}}
== Примечания ==
{{примечания}}
{{перевести|de|Wirkungsgrad}}
[[Категория:Термодинамика]]
[[Категория:Безразмерные параметры]]
| 