Коефіцієнт корисної дії (ККД): що це і як розрахувати

Кожного разу, коли ми вмикаємо обігрівач взимку, частина електроенергії перетворюється на тепло, а частина просто втрачається. Саме тому наші рахунки за електроенергію часто не відповідають реальній користі, яку ми отримуємо. Це і є питання ККД — коефіцієнта корисної дії, з яким ми стикаємось щодня, навіть не замислюючись.

Що таке ККД і як його розрахувати

ККД — це відношення корисної роботи до загальних витрат енергії, виражене у відсотках. Простіше кажучи, це показник того, наскільки ефективно пристрій використовує енергію.

Формула ККД виглядає так:

η = (A_кор / A_заг) × 100%

Де A_кор — корисна робота, а A_заг — загальні витрати енергії.

Наприклад, якщо ваш автомобіль використовує лише 25% енергії палива для руху, а решта йде на тертя, нагрів та шум, то його ККД становить 25%.

Чому ККД завжди менший за 100%

ККД ніколи не досягає 100% через втрати енергії. Коли ви штовхаєте шафу по підлозі, частина вашої енергії йде на подолання тертя і нагрівання поверхонь. Ви відчуваєте це як втому, хоча шафа просто змінила положення.

Це пов’язано із законом збереження енергії: енергія не зникає, а перетворюється з одного виду в інший. На жаль, не всі перетворення для нас корисні.

ККД у простих механізмах

Прості механізми, які ми використовуємо щодня, мають різний ККД:

Важіль, наприклад звичайні ножиці, має ККД близько 90-95%. Коли ви ріжете папір, майже вся енергія йде на корисну роботу.

Похила площина, як дитяча гірка або пандус для візка, має ККД 80-90%. Коли ви катаєтесь на санчатах, частина енергії втрачається через тертя об сніг.

Блок у системі підйомника має ККД 70-85%. Коли ми піднімаємо вантаж на будівництві, частина енергії йде на подолання тертя в самому блоці.

ККД теплових двигунів

Теплові двигуни, як у вашому автомобілі, мають особливу формулу ККД:

η = ((Q₁ – Q₂) / Q₁) × 100%

Де Q₁ — теплота від нагрівача, Q₂ — теплота, віддана холодильнику.

Бензиновий двигун автомобіля має ККД лише 25-30%. Це означає, що з 10 літрів бензину лише 2,5-3 літри дійсно “працюють” на рух, а решта енергії розсіюється як тепло.

Що знижує ККД і як його підвищити

ККД знижують:

• Тертя між деталями
• Опір повітря або іншого середовища
• Теплові втрати

Підвищити ККД можна через:

• Змащування деталей для зменшення тертя
• Використання підшипників у механізмах
• Теплоізоляцію для збереження тепла

Коли ви змащуєте ланцюг велосипеда, ви відчуваєте, як легше крутити педалі — це і є підвищення ККД на практиці.

ККД у нашому житті

ККД важливий при виборі побутових приладів. Світлодіодна лампа з ККД 80-90% перетворить більшу частину електроенергії на світло, а не на тепло, як лампа розжарювання з ККД 5-10%.

Електромобіль з ККД 85-90% використовує енергію ефективніше, ніж бензиновий автомобіль з ККД 25-30%. Тому на однакову відстань електромобілю потрібно менше енергії, що відображається в нижчих рахунках.

Чому не буває вічних двигунів

Деякі винахідники мріють створити пристрій з ККД понад 100% — так званий “вічний двигун”. Однак це суперечить законам фізики.

ККД понад 100% означав би, що пристрій виробляє більше енергії, ніж споживає. Це порушує закон збереження енергії, який є фундаментальним законом нашого світу. Тому вічний двигун залишається лише мрією.

Розуміння ККД допомагає нам робити розумний вибір приладів та механізмів. Навіть невелике підвищення ККД може значно зменшити витрати енергії та заощадити кошти.

Коли ми обираємо енергоефективні прилади, ми не лише економимо власні гроші, але й зменшуємо навантаження на довкілля. Почніть звертати увагу на ККД — і ви відчуєте різницю у своєму бюджеті та комфорті.