Перетворення енергії і використання машин і механізмів. Коефіцієнт корисної дії

Пройшло більше 200 років з того моменту, коли людина почала широко використовувати різноманітні машини. Ці машини приводяться в рух двигунами, які у свою чергу отримують енергію від того або іншого джерела. З точки зору механіки використання машин зводиться до того, що з їх допомогою якісь сили виконують роботу. Але виконати роботу механізм може тільки за рахунок витраченої енергії. Основні види енергії, за рахунок яких виконується робота, - це енергія, яка звільняється під час згорання палива (вугілля, газу, нафти), енергія падаючої води, і ядерна енергія, яка виділяється в ядерних реакторах. Але, жодна з цих енергій не передається безпосередньо до машини.

На шляху до машини, яка виконує роботу, енергія кілька разів перетворюється з однієї форми в іншу. Так, наприклад, енергія взаємодії частинок палива і кисню (потенціальна енергія) спочатку перетворюється на внутрішню енергію тих часток, які виникають після згорання. Потім ця енергія передається водяній парі, а від нього до парової турбіни, яка приводить в рух електричний генератор. У ньому механічна енергія обертання перетворюється на енергію електричного струму. Так працює теплова електростанція. Від генератора електростанції енергія передається по дротах до електричних двигунів, які встановлені на численних верстатах і інших пристроях. У двигунах електрична енергія знову перетворюється на механічну енергію.

Ми навели приклад перетворень енергії "на шляху" від топки електростанції до машини. До цього необхідно додати, що саме паливо з'явилося на Землі внаслідок складного шляху перетворень енергій, шляху, який починається на Сонці - джерелі життя на нашій планеті.

Ці перетворення підпорядковуються закону збереження енергії, з якого витікає, що під час яких завгодно перетворень неможливо отримати енергії одного виду більше, ніж було витрачено енергії іншого виду. У будь-якому двигуні неможливо отримати більше механічної енергії, чим було витрачено електричної або теплової. Не може існувати такий двигун, корисна робота якого була б більша витраченої енергії. Навпаки, в будь-якій машині частина енергії марно перетворюється на внутрішню енергію (в тепло), яка розсіюється в простір. Наприклад, при роботі тракторного двигуна тільки біля однієї третини енергії палива перетворюється на механічну енергію, а близько двох третин марно відноситься відпрацьованими газами і водою, що охолоджує двигун.

Який би механізм ми не узяли, корисна робота, здійснена з його допомогою, завжди складає лише частину витраченої роботи. Слід навчитися розрізняти корисну роботу, від повної виконаної роботи.

Корисна робота - це робота, для виконання якої створений сам механізм. Наприклад, для підйомного крану - це робота підйому вантажу, для токарного верстата - робота проти сил тертя між деталлю і різцем, для двигуна автомобіля - робота по переміщенні машини, і так далі. Корисна робота означають буквою А_к, а витрачену - буквою А.