Blok I: PODSTAWY TECHNIKI Lekcja 7: Charakterystyka pojęć: energia, praca, moc, sprawność, wydajność maszyn (1 godz.) 1. Energia mechaniczna 2. Praca 3. Moc 4. Sprawność maszyn Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Energia mechaniczna

1. Energia mechaniczna Energia jest jedną z wielkości charakteryzujących stan układu fizycznego, np. maszyny, jego ruch i wzajemne oddziaływanie układów. Energia może występować w różnych postaciach jako energia mechaniczna, elektryczna, chemiczna, cieplna, sprężysta, odśrodkowa itp. Wszystkie postacie energii mogą ulegać wzajemnym przemianom zgodnie z zasadą zachowania energii. Energia jest wielkością skalarną i można ją mierzyć ilością wykonanej pracy. Dlatego energią nazywamy też zdolność jakiegoś układu fizycznego do wykonania określonej pracy. Jednostki energii są takie same jak jednostki pracy.

Praca

2. Praca Praca jest to wielkość skalarna, którą najprościej można określić iloczynem siły F działającej na ciało i przemieszczenia tego ciała, czyli drogi S. Jednostką pracy jest 1 dżul [1J]. W – praca [J], F – siła [N], S – droga [m], α – kąt zawarty pomiędzy kierunkiem siły a kierunkiem przesunięcia

2. Praca Jednostką energii i pracy jest dżul (J). Dżul jest to energia równa pracy wykonanej przez siłę jednego niutona w kierunku jej działania na drodze o długości jednego metra W mechanizmach i układach maszyn mamy do czynienia najczęściej z pracą mechaniczną przy pokonywaniu różnych oporów podczas ruchów postępowych, obrotowych i złożonych. Efektem pracy w niektórych mechanizmach są też odkształcenia lub zmiany ciśnienia i objętości. Występuje również praca przemian termodynamicznych. Znając wielkość pracy wykonywanej przez maszynę i czas, w którym ta praca jest zrealizowana można określić zapotrzebowanie maszyny na moc napędową.

Moc

3. Moc Moc średnia jest to stosunek pracy W do czasu t, w jakim ta praca została wykonana: Jednostką mocy jest wat (W). Wat jest to moc, przy której praca jednego dżula jest wykonana w czasie jednej sekundy Zapotrzebowanie danej maszyny na moc jest uwarunkowane zakresem wykonywanych przez nią prac i rozwiązaniem konstrukcyjnym maszyny. Przy bardziej złożonych konstrukcjach na moc pobieraną przez maszynę składają się moce potrzebne do napędu poszczególnych zespołów i układów roboczych oraz moc potrzebna do przetaczania maszyny. Zapotrzebowanie maszyny na moc jest większe niżby to wynikało z wykonanej przez nią pracy użytecznej. Część mocy zostaje bowiem zużyta na pokonanie oporów tarcia w poszczególnych przekładniach i mechanizmach czy też na pokrycie innych strat. Pod tym względem charakteryzuje maszynę jej sprawność.

Sprawność maszyn

10 4. Sprawność maszyn Sprawność ogólną η (eta) określa się stosunkiem energii wykorzystanej na pracę użyteczną do energii doprowadzonej do tej maszyny w tym samym czasie. Dla maszyn z układem napędowym mechanicznym sprawność mechaniczna przy ustalonym ruchu wynosi Gdzie: W u - praca użyteczna, W t - praca oporów szkodliwych. O sprawności ogólnej maszyny decydują sprawności poszczególnych zespołów i mechanizmów (np. sprawności przekładni). Sprawność jest wielkością niemianowaną o wartości: 0< η <1. Wyższa wartość sprawności świadczy o lepszym wykorzystaniu energii doprowadzonej do maszyny. Na przykład sprawność silnika elektrycznego wynosi 0,85, a silnika samochodowego 0,2—0,32.