Այսօր մենք ձեզ կասենք, թե ինչ է արդյունավետությունը (արդյունավետության գործակիցը), ինչպես հաշվարկել այն և որտեղ է կիրառվում այս հայեցակարգը:
Մարդ և մեխանիզմ
Ի՞նչ ընդհանրություն ունեն լվացքի մեքենան և պահածոների գործարանը: Մարդու ցանկությունը՝ իրեն ազատելու ամեն ինչ ինքնուրույն անելու անհրաժեշտությունից։ Մինչ գոլորշու շարժիչի գյուտը, մարդիկ իրենց տրամադրության տակ ունեին միայն մկանները։ Ամեն ինչ իրենք են արել՝ հերկել են, ցանել, եփել, ձուկ բռնել, վուշ հյուսել։ Երկար ձմռան ընթացքում գոյատևումն ապահովելու համար գյուղացիական ընտանիքի յուրաքանչյուր անդամ երկու տարեկանից մինչև իր մահն աշխատում էր ցերեկային ժամերին: Ամենափոքր երեխաները խնամում էին կենդանիներին և օգնում (բերել, պատմել, կանչել, տանել) մեծերին։ Աղջկան առաջին անգամ պտտվող անիվի հետևում դրեցին հինգ տարեկանում։ Նույնիսկ խորը ծերերը գդալներ էին կտրում և կոշիկ հյուսում, իսկ ամենատարեց ու տկար տատիկները նստում էին ջուլհակների և պտտվող անիվների մոտ, եթե նրանց տեսողությունը թույլ էր տալիս: Նրանք ժամանակ չունեին մտածելու, թե ինչ են աստղերը և ինչու են նրանք փայլում։ Մարդիկ հոգնում էին. ամեն օր պետք է գնային ու աշխատեին՝ անկախ առողջական վիճակից, ցավից ու բարոյահոգեբանական վիճակից։ Բնականաբար, տղամարդը ցանկանում էր օգնականներ գտնել, ովքեր գոնե մի փոքր կթեթևացնեն նրա ծանրաբեռնված ուսերը։
Զվարճալի և տարօրինակ
Այն ժամանակների ամենաառաջադեմ տեխնոլոգիան ձին և ջրաղացի անիվն էր: Բայց նրանք ընդամենը երկու-երեք անգամ ավելի շատ աշխատանք են կատարել, քան մարդը։ Բայց առաջին գյուտարարները սկսեցին հորինել սարքեր, որոնք շատ տարօրինակ տեսք ունեին: «Հավերժական սիրո պատմությունը» ֆիլմում Լեոնարդո դա Վինչին իր ոտքերին փոքրիկ նավակներ է ամրացրել՝ ջրի վրայով քայլելու համար։ Սա մի քանի զավեշտալի դեպքերի է հանգեցրել, երբ գիտնականը շորերով մխրճվել է լիճը։ Թեև այս դրվագը պարզապես սցենարիստի հորինվածքն է, սակայն նման գյուտերը պետք է նման լինեին՝ զավեշտական և զվարճալի։
19-րդ դար. երկաթ և ածուխ
Բայց 19-րդ դարի կեսերին ամեն ինչ փոխվեց։ Գիտնականները հասկացել են ընդլայնվող գոլորշու ճնշման ուժը: Այդ ժամանակվա ամենակարևոր ապրանքներն էին երկաթը կաթսաների արտադրության համար, իսկ ածուխը՝ դրանցում ջուր տաքացնելու համար։ Այն ժամանակվա գիտնականները պետք է հասկանային, թե ինչ է արդյունավետությունը գոլորշու և գազային ֆիզիկայում և ինչպես բարձրացնել այն։
Գործակիցի բանաձևը ընդհանուր դեպքում հետևյալն է.
η=A/Q
η - արդյունավետություն, A - օգտակար աշխատանք, Q - ծախսված էներգիա:
Աշխատանք և ջերմություն
Արդյունավետությունը (կրճատ արդյունավետություն) անչափ մեծություն է։ Այն սահմանվում է որպես տոկոս և հաշվարկվում է որպես ծախսված էներգիայի և օգտակար աշխատանքի հարաբերակցություն: Վերջին տերմինը հաճախ օգտագործվում է անփույթ դեռահասների մայրերի կողմից, երբ նրանք ստիպում են նրանց ինչ-որ բան անել տանը: Բայց իրականում սա ծախսված ջանքերի իրական արդյունքն է։ Այսինքն, եթե մեքենայի արդյունավետությունը 20% է, ապա այն գործողության է վերածում ստացված էներգիայի միայն մեկ հինգերորդը։ Հիմա գնելիսմեքենա, ընթերցողի մոտ հարց չպետք է առաջանա, թե ինչ արդյունավետություն ունի շարժիչը։
Եթե գործակիցը հաշվարկվում է որպես տոկոս, ապա բանաձևը հետևյալն է.
η=100%(A/Q)
η - արդյունավետություն, A - օգտակար աշխատանք, Q - ծախսված էներգիա:
Կորուստ և իրականություն
Իհարկե այս բոլոր փաստարկները տարակուսանք են առաջացնում։ Ինչու՞ չգտնել մեքենա, որը կարող է ավելի շատ վառելիքի էներգիա ծախսել: Ավաղ, իրական աշխարհն այդպիսին չէ։ Դպրոցում երեխաները լուծում են այնպիսի խնդիրներ, որոնցում շփում չկա, բոլոր համակարգերը փակ են, իսկ ճառագայթումը խիստ մոնոխրոմատիկ է։ Արտադրական գործարանների իրական ինժեներները ստիպված են հաշվի առնել այս բոլոր գործոնների առկայությունը: Դիտարկենք, օրինակ, թե որն է ջերմային շարժիչի արդյունավետությունը և ինչից է բաղկացած այդ գործակիցը:
Բանաձևն այս դեպքում ունի հետևյալ տեսքը՝
η=(Q1-Q2)/Q1
Այս դեպքում Q1-ը ջերմության քանակն է, որը շարժիչը ստացել է տաքացումից, իսկ Q2-ը ջերմության քանակն է. ջերմություն, որը նա տվել է շրջակա միջավայրին (ընդհանուր առմամբ կոչվում է սառնարան):
Վառելիքը տաքանում և ընդլայնվում է, ուժը մղում է մխոցը, որը շարժում է պտտվող տարրը: Բայց վառելիքը պարունակվում է ինչ-որ նավի մեջ: Երբ տաքանում է, այն ջերմություն է փոխանցում անոթի պատերին։ Սա հանգեցնում է էներգիայի կորստի: Որպեսզի մխոցն իջնի, գազը պետք է սառչի։ Դրա համար դրա մի մասն արտանետվում է շրջակա միջավայր: Եվ լավ կլիներ, որ գազն ամբողջ ջերմությունը տա օգտակար աշխատանքին։ Բայց, ավաղ, այն շատ դանդաղ է սառչում, ուստի տաք գոլորշի է դուրս գալիս։ Էներգիայի մի մասը ծախսվում է օդը տաքացնելու վրա։Մխոցը շարժվում է խոռոչ մետաղյա գլանով: Դրա եզրերը սերտորեն տեղավորվում են պատերին, շարժվելիս շփման ուժերը գործում են: Մխոցը տաքացնում է խոռոչ մխոցը, ինչը նույնպես հանգեցնում է էներգիայի կորստի: Ձողի վեր ու վար թարգմանական շարժումը փոխանցվում է ոլորող մոմենտին մի շարք հոդերի միջոցով, որոնք քսվում են միմյանց և տաքանում, այսինքն՝ դրա վրա ծախսվում է նաև առաջնային էներգիայի մի մասը։
Իհարկե, գործարանային մեքենաներում բոլոր մակերեսները հղկված են մինչև ատոմային մակարդակ, բոլոր մետաղները ամուր են և ունեն ամենացածր ջերմահաղորդականությունը, իսկ մխոցային յուղն ունի լավագույն հատկությունները։ Բայց ցանկացած շարժիչում բենզինի էներգիան օգտագործվում է մասերը, օդը և շփումը տաքացնելու համար:
Թավա և կաթսա
Այժմ առաջարկում ենք հասկանալ, թե որն է կաթսայի արդյունավետությունը և ինչից է այն բաղկացած: Ցանկացած տնային տնտեսուհի գիտի. եթե փակ կափարիչի տակ ջուրը թողնում եք եռալու կաթսայի մեջ, ապա կամ ջուրը կաթելու է վառարանի վրա, կամ կափարիչը «կպարի»։ Ցանկացած ժամանակակից կաթսա դասավորված է մոտավորապես նույն կերպ՝
- ջերմությունը տաքացնում է ջրով լի փակ տարան;
- ջուրը դառնում է գերտաքացած գոլորշի;
- երբ ընդարձակվում է, գազ-ջուր խառնուրդը պտտում է տուրբինները կամ շարժում մխոցները:
Ինչպես շարժիչում, էներգիան կորցնում է կաթսայի, խողովակների և բոլոր հոդերի շփումը տաքացնելու համար, ուստի ոչ մի մեխանիզմ չի կարող ունենալ 100% արդյունավետություն։
Մեքենաների բանաձևը, որոնք աշխատում են ըստ Կարնո ցիկլի, նման է ջերմային շարժիչի ընդհանուր բանաձևին, միայն ջերմության քանակի փոխարեն՝ ջերմաստիճան։
η=(T1-T2)/T1.
Տիեզերական կայան
Իսկ եթե մեխանիզմը դնես տիեզերք? Անվճար արևային էներգիան հասանելի է օրական 24 ժամ, ցանկացած գազի սառեցումը հնարավոր է բառացիորեն մինչև 0o Քելվին գրեթե ակնթարթորեն: Միգուցե տիեզերքում արտադրության արդյունավետությունն ավելի բարձր լիներ։ Պատասխանը միանշանակ է՝ այո և ոչ։ Այս բոլոր գործոններն իսկապես կարող են զգալիորեն բարելավել էներգիայի փոխանցումը օգտակար աշխատանքին: Բայց նույնիսկ հազար տոննա ցանկալի բարձրություն հասցնելը դեռ աներևակայելի թանկ է։ Նույնիսկ եթե նման գործարանը աշխատի հինգ հարյուր տարի, այն չի վերադարձնի սարքավորումների բարձրացման ծախսերը, այդ իսկ պատճառով գիտաֆանտաստիկ գրողները այդքան ակտիվորեն օգտագործում են տիեզերական վերելակի գաղափարը, ինչը մեծապես կհեշտացնի խնդիրը և կդարձնի. կոմերցիոն առումով հարմար է գործարանները տիեզերք տեղափոխելը։
