Bài 27. Hiệu suất

I. Năng lượng có ích và năng lượng hao phí

Ta đã biết, năng lượng có thể truyền từ vật này sang vật khác hoặc chuyển hoá từ dạng này sang dạng khác.

Trong xe ô tô, năng lượng cung cấp cho xe (năng lượng toàn phần) là năng lượng hoá học được tạo ra từ việc đốt nhiên liệu.

Một phần năng lượng toàn phần được chuyển thành cơ năng (năng lượng có ích) làm xe chuyển động, phần còn lại là nhiệt năng, năng lượng âm thanh,...thất thoát gọi là năng lượng hao phí.

Ở các động cơ nhiệt, năng lượng hao phí chiếm khoảng 60%-70%, còn động cơ điện năng lượng hao phí chỉ khoảng 10%.

II. Hiệu suất

Hiệu suất cho biết tỉ lệ giữa năng lượng có ích và năng lượng hao toàn phần.

\(H=\dfrac{W_{ci}}{W_{tp}}.100\%\)

Trong đó, \(W_{ci}\) là năng lượng có ích, \(W_{tp}\) là năng lượng toàn phần.

Hoặc:

\(H=\dfrac{P_{ci}}{P_{tp}}.100\%\)

Trong đó, \(P_{ci}\) là công suất có ích, \(P_{tp}\) là công suất toàn phần.

Đối với động cơ nhiệt, công thức tính hiệu suất được viết dưới dạng:

\(H=\dfrac{A}{Q}.100\%\)

Trong đó, \(A\) là công cơ học mà động cơ thực hiện, \(Q\) là nhiệt lượng àm động cơ nhận được từ nhiên liệu bị đốt cháy.

Ví dụ 1:

Trong mỗi giây, một tấm pin mặt trời có thể hấp thụ 1600 J năng lượng ánh sáng, nhưng chỉ có thể chuyển hoá thành 240 J năng lượng điện. Hiệu suất của ấm pin này là bao nhiêu?

Hướng dẫn:

Phần năng lượng chuyển hoá thành năng lượng điện là năng lượng có ích: \(A'=240\) J.

Phần năng lượng ánh sáng mà pin hấp thụ là năng lượng toàn phần: \(A=1600\) J.

Hiệu suất của tấm pin là:

\(H=\dfrac{A'}{A}.100\%=\dfrac{240}{1600}.100\%=15\%\)

Ví dụ 2:

Một ô tô chuyển động với vận tốc 54 km/h có thể đi được đoạn đường dài bao nhiêu khi tiêu thụ hết 60 lít xăng? Biết động cơ của ô tô có công suất 45 kW; hiệu suất 25%; 1 kg xăng đốt cháy hoàn toàn toả ra nhiệt lượng bằng 46.10⁶ J và khối lượng riêng của xăng là 700 kg/m³.

Hướng dẫn:

Khối lượng của 60 lít xăng là:

\(m=\dfrac{60}{1000}.700=42\) (kg)

Nhiệt lượng do 60 lít xăng cung cấp là:

\(Q=46.10^6.42=1932.10^6\) (J)

Động năng của ô tô là:

\(W=1932.10^6.25\%=483.10^6\) (J)

Thời gian ô tô đi được là: 

\(t=\dfrac{483.10^6}{45.10^3}=10733\) (s) \(\approx3\) (h)

Quãng đường ô tô đi được là:

\(s=54.3=162\) (km)

1. Luôn luôn tồn tại năng lượng hao phí trong các quá trình chuyển hoá năng lượng.

2. Hiệu suất được định nghĩa theo công thức:

\(H=\dfrac{W_{ci}}{W_{tp}}.100\%=\dfrac{P_{ci}}{P_{tp}}.100\%\)