Кпд в чем измеряется в си: Коэффициент полезного действия ?, формула КПД в физике. Как найти КПД⚡

Коэффициент полезного действия ?, формула КПД в физике. Как найти КПД⚡

Автор Даниил Леонидович На чтение 7 мин. Просмотров 37.8k. Опубликовано 18 ноября Обновлено 22 января

Что такое КПД

Коэффициент полезного действия машины или механизма – это важная величина, характеризующая энергоэффективность данного устройства. Понятие используется и в повседневной жизни. Например, когда человек говорит, что КПД его усилий низкий, это значит, что сил затрачено много, а результата почти нет. Величина измеряет отношение полезной работы ко всей совершенной работе.

Согласно формуле, чтобы найти величину, нужно полезную работу разделить на всю совершенную работу. Или полезную энергию разделить на всю израсходованную энергию. Этот коэффициент всегда меньше единицы. Работа и энергия измеряется в Джоулях.

Если попытаться объяснить простым языком, то представим, что мы кипятим чайник на плите. При сгорании газа образуется определенное количество теплоты. Часть этой теплоты нагревает саму горелку, плиту и окружающее пространство. Остальная часть идет на нагревание чайника и воды в нем. Чтобы рассчитать энергоэффективность данной плитки, нужно будет разделить количество тепла, требуемое для нагрева воды до температуры кипения на количество тепла, выделившееся при горении газа.

Данная величина всегда ниже единицы. Например, для любой атомной электростанции она не превышает 35%. Причиной является то, что электростанция представляет собой паровую машину, где нагретый за счет ядерной реакции пар вращает турбину. Большая часть энергии идет на нагрев окружающего пространства. Тот факт, что η не может быть равен 100%, следует из второго начала термодинамики.

Примеры расчета КПД

Чтобы решить задачу, нужно найти частное или отношение двух величин. В числителе будет количество теплоты, которое получил воздух в комнате (1300Дж*75*20=1950 кДж ). В знаменателе – количество теплоты, выделенное дровами при горении (10000000Дж*8 =8*107 кДж). После подсчетов получаем, что энергоэффективность дровяного камина – около 2,5%. Действительно, современная теория об устройстве печей и каминов говорит, что классическая конструкция не является энергоэффективной.

Пример 2. Автомобиль проделал путь 100 км. Вес машины с пассажирами и багажом – 1400 кг. При этом было затрачено14 литров бензина. Найти: КПД двигателя.

Для решения задачи необходимо отношение работы по перемещению груза к количеству тепла, выделившемуся при сгорании топлива. Количество тепла также измеряется в Джоулях, поэтому не придется приводить к другим единицам. A будет равна произведению силы на путь( A=F*S=m*g*S). Сила равна произведению массы на ускорение свободного падения. Полезная работа = 1400 кг x 9,8м/с2 x 100000м=1,37*108 Дж

Удельная теплота сгорания бензина – 46 МДж/кг=46000 кДж/кг. Восемь литров бензина будем считать примерно равными 8 кг. Тепла выделилось 46*106*14=6.44*108 Дж. В результате получаем η ≈21%.

Единицы измерения

Коэффициент полезного действия – величина безразмерная, то есть не нужно ставить какую-либо единицу измерения. Но эту величину можно выразить и в процентах. Для этого полученное в результате деления по формуле число необходимо умножить на 100%. В школьном курсе математики рассказывали, что процент – этот одна сотая чего-либо. Умножая на 100 процентов, мы показываем, сколько в числе сотых.

От чего зависит величина КПД

Эта величина зависит от того, насколько общая совершенная работа может переходить в полезную. Прежде всего, это зависит от самого устройства механизма или машины. Инженеры всего мира бьются над тем, чтобы повышать КПД машин. Например, для электромобилей коэффициент очень высок – больше 90%.

А вот двигатель внутреннего сгорания, в силу своего устройства, не может иметь η, близкий к 100 процентам. Ведь энергия топлива не действует непосредственно на вращающиеся колеса. Энергия рассеивается на каждом передаточном звене. Слишком много передаточных звеньев, и часть выхлопных газов все равно выходит в выхлопную трубу.

Как обозначается

В русских учебниках обозначается двояко. Либо так и пишется – КПД, либо обозначается греческой буквой η. Эти обозначения равнозначны.

Символ, обозначающий КПД

Символом является греческая буква эта η. Но чаще все же используют выражение КПД.

Мощность и КПД

Мощность механизма или устройства равна работе, совершаемой в единицу времени. Работа(A) измеряется в Джоулях, а время в системе Си – в секундах. Но не стоит путать понятие мощности и номинальной мощности. Если на чайнике написана мощность 1 700 Ватт, это не значит, что он передаст 1 700 Джоулей за одну секунду воде, налитой в него. Это мощность номинальная. Чтобы узнать η электрочайника, нужно узнать количество теплоты(Q), которое должно получить определенное количество воды при нагреве на энное количество градусов. Эту цифру делят на работу электрического тока, выполненную за время нагревания воды.

Величина A будет равна номинальной мощности, умноженной на время в секундах. Q будет равно объему воды, умноженному на разницу температур на удельную теплоемкость. Потом делим Q на A тока и получаем КПД электрочайника, примерно равное 80 процентам. Прогресс не стоит на месте, и КПД различных устройств повышается, в том числе бытовой техники.

Напрашивается вопрос, почему через мощность нельзя узнать КПД устройства. На упаковке с оборудованием всегда указана номинальная мощность. Она показывает, сколько энергии потребляет устройство из сети. Но в каждом конкретном случае невозможно будет предсказать, сколько конкретно потребуется энергии для нагрева даже одного литра воды.

Например, в холодной комнате часть энергии потратится на обогрев пространства. Это связано с тем, что в результате теплообмена чайник будет охлаждаться. Если, наоборот, в комнате будет жарко, чайник закипит быстрее. То есть КПД в каждом из этих случаев будет разным.

Формула работы в физике

Для механической работы формула несложна: A = F x S. Если расшифровать, она равна приложенной силе на путь, на протяжении которого эта сила действовала. Например, мы поднимаем груз массой 15 кг на высоту 2 метра. Механическая работа по преодолению силы тяжести будет равна F x S = m x g x S. То есть, 15 x 9,8 x 2 = 294 Дж. Если речь идет о количестве теплоты, то A в этом случае равняется изменению количества теплоты. Например, на плите нагрели воду. Ее внутренняя энергия изменилась, она увеличилась на величину, равную произведению массы воды на удельную теплоемкость на количество градусов, на которое она нагрелась.

Это интересно

Наукой обосновано, что коэффициент полезного действия любого механизма всегда меньше единицы. Это связано со вторым началом термодинамики.

Для сравнения, коэффициенты полезного действия различных устройств:

• гидроэлектростанций 93-95%;
• АЭС – не более 35%;
• тепловых электростанций – 25-40%;
• бензинового двигателя – около 20%;
• дизельного двигателя – около 40%;
• электрочайника – более 95%;
• электромобиля – 88-95%.

Наука и инженерная мысль не стоит на месте. постоянно изобретаются способы, как уменьшить теплопотери, снизить трение между частями агрегата, повысить энергоэффективность техники.

Коэффициент полезного действия (КПД), что это такое

Коэффициент полезного действия (КПД), что это такое

Коэффициент полезного действия (КПД) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; обозначается обычно η. КПД является безразмерной величиной и часто измеряется в процентах.

Коэффициент полезного действия (сокращенно — КПД) электрической установки показывает, какая доля активной электрической энергии Q, безвозвратно расходуемой данной установкой, приходится на полезную работу A, совершаемую этой установкой по назначению (если речь идет о преобразователе или о потребителе), либо какая доля подводимой к установке механической энергии (или энергии иной формы, например химической или световой) преобразуется в ней в полезную энергию (работу).

Таким образом КПД является безразмерной величиной, значение которой всегда меньше единицы, и может быть записано в виде десятичной дроби, или в виде числа (количества процентов) — от 0% до 100%.

Нагревательные приборы

Наибольшим КПД (близким к 100%) обладают электрические нагревательные приборы, в которых энергия электрического тока преобразуется непосредственно в тепло. Практически это — так называемое джоулево тепло, которое выделяется по закону Джоуля-Ленца на нагревательном элементе (например на нихромовой спирали) при прохождении через него электрического тока, и является в данном случае полезной работой.

Пример такого прибора — масляный радиатор. Если, скажем, в электродвигателе или в трансформаторе нагрев обмоток является чистыми потерями, то в масляном радиаторе нагрев — это и есть полезная работа, других (неполезных) потерь здесь нет.

Асинхронные двигатели

У асинхронных электродвигателей КПД обычно не превышает 80-90%. Полезной работой здесь является механическая работа, выполняемая валом двигателя.

К двигателю подводится переменный ток из сети, этот ток, проходя по обмотке статора, порождает в магнитопроводе (статора) переменное магнитное поле, которое, действуя на ротор, вращает его. При этом неизбежно возникают активные потери мощности в проводе обмотки (джоулево тепло) и в магнитопроводе (вихревые токи, нагревающие металл статора и ротора).

По этой причине корпус работающего под нагрузкой двигателя всегда разогревается. Для отвода тепла, на роторе двигателя устанавливается крыльчатка вентилятора, а снаружи на корпусе делаются радиаторные ребра для лучшего охлаждения — для отвода тепловых потерь и сохранения рабочих характеристик двигателя на приемлемом уровне.

КПД электродвигателя можно узнать из шильдика (паспортной таблички).

Светодиод

В осветительном светодиоде полезной работой является производство видимого света. КПД таких светодиодов достигает сегодня 35%, это значит, что 65% подводимой к нему электрической энергии все же теряется в форме тепла. Поэтому данные светодиоды всегда имеют металлическую подложку как часть корпуса, при помощи которой они плотно крепятся к радиатору, либо просто массивные выводы, чтобы обеспечить необходимый отвод тепла.

Солнечная батарея

Рассмотрим случай генерации электроэнергии из солнечного света при помощи солнечной батареи на основе кремния. КПД обычной монокристаллической солнечной батареи находится в районе от 9 до 24%. Это значит, что в зависимости от количества падающих на солнечный элемент фотонов, ее КПД будет больше или меньше.

Так или иначе, не все фотоны, попадающие на элемент приводят к генерации электрического тока, а только те, что имеют наиболее адекватную для данного элемента длину волны. Другие фотоны просто отражаются, приводят к нагреву, или даже мешают генерации тока. Ученые многих стран мира непрерывно ведут исследования в поиске технологии создания более эффективных солнечных элементов.

Ранее ЭлектроВести писали, что китайскими учеными был разработан полимер, который значительно повышает производительность органических фотоэлементов — технологии, которая до тепершнего открытия проигрывала по КПД другим перспективным разработкам для получения энергии солнца.

По материалам: electrik.info.

Мощность и коэффициент полезного действия — урок. Физика, 8 класс.

Мощность по своей сути является скоростью выполнения работы. Чем больше мощность совершаемой работы, тем больше работы выполняется за единицу времени.

Среднее значение мощности — это работа, выполненная за единицу времени.

Величина мощности прямо пропорциональна величине совершённой работы \(A\) и обратно пропорциональна времени \(t\), за которое работа была совершена.

Мощность \(N\) определяют по формуле:

N=At.

Единицей измерения мощности в системе \(СИ\) является \(Ватт\) (русское обозначение — \(Вт\), международное — \(W\)).

Для определения мощности двигателя автомобилей и других транспортных средств используют исторически более древнюю единицу измерения — лошадиная сила (л.с.), 1 л.с. = 736 Вт.

Пример:

Мощность двигателя автомобиля равна примерно \(90 л. с. = 66240 Вт\).

Мощность автомобиля или другого транспортного средства можно рассчитать, если известна сила тяги автомобиля \(F\) и скорость его движения (v).

N=F⋅v

Эту формулу получают, преобразуя основную формулу определения мощности.

Ни одно устройство не способно использовать \(100\) % от начально подведённой к нему энергии на совершение полезной работы. Поэтому важной характеристикой любого устройства является не только мощность, но и коэффициент полезного действия, который показывает, насколько эффективно используется энергия, подведённая к устройству.  

Пример:

Для того чтобы автомобиль двигался, должны вращаться колёса. А для того чтобы вращались колёса, двигатель должен приводить в движение кривошипно-шатунный механизм (механизм, который возвратно-поступательное движение поршня двигателя преобразует во вращательное движение колёс). При этом приводятся во вращение шестерни и большая часть энергии выделяется в виде тепла в окружающее пространство, в результате чего происходит потеря подводимой энергии.  Коэффициент полезного действия двигателя автомобиля находится в пределах \(40 — 45\) %. Таким образом, получается, что только около \(40\) % от всего бензина, которым заправляют автомобиль, идёт на совершение необходимой нам полезной работы — перемещение автомобиля.

Если мы заправим в бак автомобиля \(20\) литров бензина, тогда только \(8\) литров будут расходоваться на перемещение автомобиля, а \(12\) литров сгорят без совершения полезной работы.

Коэффициент полезного действия обозначается буквой греческого алфавита \(«эта»\) η, он является отношением полезной мощности \(N\) к полной или общей мощности Nполная.

Для его определения используют формулу: η=NNполная. Поскольку по определению коэффициент полезного действия является отношением мощностей, единицы измерения он не имеет.

Часто его выражают в процентах. Если коэффициент полезного действия выражают в процентах, тогда используют формулу: η=NNполная⋅100%.

Так как мощность является работой, проделанной за единицу времени, тогда коэффициент полезного действия можно выразить как отношение полезной проделанной работы \(A\) к общей или полной проделанной работе Aполная. 2 а магнитная индукция равна 2 м. Помогите пожалуйста с д … ано, найти и решением

Если использовать 228 кДж энергии, то на сколько можно нагреть цинк массой 5кг? (Считать, что нагрев происходит только в твердой фазе) СРОЧНОООО!!!!!! … !!!

помогитеееее пожалуйста ​

ПОМОГИТЕ ТЕСТ ЛЕГКИЙ

СРОЧНО ФИЗИКА ТЕСТ ЛЕГКО

СРОЧНО!! НУЖНЫ ОТВЕТЫ!!

Помогите решить задания по физике, дам все балы! Задания на фото.

Определите проекции векторов s1 и s2 на оси координат: s1x = ______ , s2x = ______ , s1y = ______ , s2y = ______.

СРОЧНО!! 100 БАЛЛОВ Тест № 1. Равномерное прямолинейное движение 1. Можно ли считать автомобиль материальной точкой в следующих случаях: а) автомобиль … движется по шоссе _____________; б) автомобиль въезжает в гараж ______________? 2. Скорость тела относительно ______________ системы координат равна _________ сумме скорости ________ относительно ________ и скорости ____________ относительно ___________. 3. Определите координату пешехода, взяв за тело отсчета: аhello_html_9c4a846.png) дерево: x = ________ , б) дорожный указатель: x = _______ . 4. Определите проекции векторов s1 и s2 на оси координат: s1x = ______ , s2x = ______ , s1y = ______ , s2y = ______. 5. Если при равномерном прямолинейном движении тело за 1 мин перемещается на 120 м, то: – за 10 с оно перемещается на _________________ – за 5 мин оно перемещается на ________________ . 6. В таблице даны координаты двух движущихся тел для определенных моментов времени. hello_html_59003e58.png Мhello_html_24c9f4a8.pngожно ли считать данные движения равно- мерными? 7. По графикам движения определите: а) проекцию скорости каждого тела: v1x = __________, v2x = __________ . б) расстояние l между телами в момент времени t = 4 с: l = ____________ . 8. На рисунке показаны положения двух маленьких шариков в начальный момент времени и их скорости. Запишите уравнения движения этих тел: hello_html_m27627a81.png xhello_html_m70af8227.png1 = ______ , x2 = ______ . 9. Пользуясь условием предыдущего вопроса, постройте графики движения шариков и найдите время и место их столкновения: t = _____________ , x = _____________ . 10. Эскалатор движется вниз со скоростью 0,6 м/с относительно Земли. Вверх по эскалатору бежит человек со скоростью 1,4 м/с относительно эскалатора. Чему равна скорость человека относительно Земли? v = _______________ .

СРОЧНО!!! 100 БАЛЛОВ 1. Можно ли считать автомобиль материальной точкой в следующих случаях: а) автомобиль движется по шоссе _____________; б) автомоб … иль въезжает в гараж ______________? 2. Скорость тела относительно ______________ системы координат равна _________ сумме скорости ________ относительно ________ и скорости ____________ относительно ___________. 3. Определите координату пешехода, взяв за тело отсчета: дерево: x = ________ , б) дорожный указатель: x = _______ . 4. Определите проекции векторов s1 и s2 на оси координат: s1x = ______ , s2x = ______ , s1y = ______ , s2y = ______. 5. Если при равномерном прямолинейном движении тело за 1 мин перемещается на 120 м, то: – за 10 с оно перемещается на _________________ – за 5 мин оно перемещается на ________________ . 6. В таблице даны координаты двух движущихся тел для определенных моментов времени. Можно ли считать данные движения равно- мерными? 7. По графикам движения определите: а) проекцию скорости каждого тела: v1x = __________, v2x = __________ . б) расстояние l между телами в момент времени t = 4 с: l = ____________ . 8. На рисунке показаны положения двух маленьких шариков в начальный момент времени и их скорости. Запишите уравнения движения этих тел: 1 = ______ , x2 = ______ . 9. Пользуясь условием предыдущего вопроса, постройте графики движения шариков и найдите время и место их столкновения: t = _____________ , x = _____________ . 10. Эскалатор движется вниз со скоростью 0,6 м/с относительно Земли. Вверх по эскалатору бежит человек со скоростью 1,4 м/с относительно эскалатора. Чему равна скорость человека относительно Земли? v = _______________ .

КПД светильника — новости АО «ВИЛЕД»

02.06.2017

Автор: ViLED

Поговорим о КПД светильника. Что это такое, как вычисляется и применимо ли это определение к светодиодным светильникам? Какой вклад вносят те или иные компоненты в конечную эффективность светильника. Ответы на эти вопросы в нашем ролике.

Приятного просмотра!

Согласно определению которое дано в ГОСТ (55392-2012). Коэффициент полезного действия — это величина, определяемая отношением светового потока ОП к суммарному световому потоку установленных в нем ИС.

Не секрет, что отражатели в светильнике возвращают не 100% падающего на них света, а рассеиватели пропускают не весь световой поток. При чем, все это усугубляется с течением времени. В результате лампы без светильника имеют значительно более высокий световой поток, чем у собранного прибора.
Итак, разделив световой поток собранного светильника на суммарный световой поток ламп мы получим КПД светильника.

Все вышесказанное имеет отношение только к светильникам с заменяемыми лампами, но теперь перейдем к светодиодным.
О них можно прочесть в примечании о КПД в том же ГОСТе
«Характеристику, имеется ввиду кпд, НЕ применяют для ОП, у которых оптическая система и ИС, представляют собой единое целое, например лампы-светильника, неразборного ОП со светодиодами.»
Нельзя отделять световой поток светодиодов от светового потока светильника с рассеивателем. В таком случае как же определить эффективность этого самого неразборного ОП со светодиодами.
Ответ прост — использовать величину светоотдачи.
Мы о ней уже говорили, но тем не менее, световая отдача ОП — это величина, определяемая отношением светового потока ОП к потребляемой им электрической мощности. А вот тут как раз нужное нам примечание:
«Характеристику применяют, как правило, для ОП у которых оптическая система и источник света представляет собой единое целое, например лампы светильника, неразборного ОП со светодиодами. »
Госты гостами, но все же интересно, какой вклад вносят те или иные компоненты в конечную эффективность.

Светодиодная плата питается через блок питания, он же драйвер. На его работу тратится порядка 10, 20% поступающей энергии.
Это означает, что светильник мощностью 100 Вт, отдает на светодиоды около 85 Вт, 15 Ватт теряются в самом драйвере.
Кстати, чем мощнее блок питания, тем эффективнее он работает.
Далее энергия идет к светодиодам. Именно выбор правильного режима работы светодиодов определяет их эффективность. Какой он должен быть, смотрите в предыдущих роликах.
(Если питать светодиод на 30% его максимальной мощности, то у него будет очень высокая светоотдача, но для высокого светового потока светодиодов потребуется больше.)
Наверно стоит рассказать про световой поток указанный на упаковке со светодиодами. Зачастую этот поток указывается производителем для температуры кристалла 25 градусов.
Измерение производится следующим образом: подается короткий импульс тока, и в этот момент фиксируется значение светового потока. Температура кристалла при этом не успевает вырасти.
Этот процесс вы видели в ролике о производстве светодиодов Оптоган.
При реальной эксплуатации, в процессе работы, температура кристалла может достигать 80 и более градусов. Хочу подчеркнуть, температура именно кристалла, а не корпуса светодиода. А с каждым десятком градусов, свыше 25, светоотдача падает на 2,5 — 3 %. Перейдем к рассеивателям и линзам.
В зависимости от типа они могут задерживать от 5 до 50% светового потока. Меньше всего задерживает стекло. Это значит что задерживаемая энергия выделится в виде тепла на самой оптике, тем самым нагревая ее.

Подведя итог попробуем собрать общую картину эффективности начиная от светодиода и заканчивая собранным светильником.
Для примера возьмем светодиоды с заявленной светоотдачей 160 лм/Вт.
При температуре кристалла в 70 градусов она упадает на 11,3% и составит 142 лм/Вт.
Подключив плату со светодиодами к источнику питания с КПД 87%, она снизится до 123,5 лм/Вт.
А поместив всю электронику в корпус и закрыв рассеивателем мы потеряем еще 10% светового потока. В итоге из 160 лм/Вт мы получим светоотдачу светильника около 111,2 лм/Вт.
Проследив всю цепочку снижения светоотдачи от значения на упаковке до реального устройства, попробуйте ответить на вопрос: насколько важна информация которая указанная на упаковке со светодиодами, если известна светоотдача готового устройства?
Она вообще не нужна, ни по ГОСТу ни по здравому смыслу.
Главное, чтобы это была именно светоотдача готового устройства на свой температурный режим работы, без всяких звездочек и оговорок.

Измерение коэффициента полезного действия наклонной плоскости. КПД измеряется в процентах

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Предмет:	Физика.
Класс:	7 класс.
Учебник:	Перышкин, А. В. Физика. 7 кл. [Текст] : учеб. для общеобразоват. учебн. заведений / А. В. Перышкин, – М. : Дрофа, 2010. – 192 с.
Тема урока:	Определение коэффициента полезного действия наклонной плоскости.
Цель урока:	Знакомство обучающихся с новой физической величиной – коэффициентом полезного действия механизма.
Задачи урока:	Обучающие : Дать определение КПД механизма. Убедиться на опытах, что полезная работа, выполненная с помощью наклонной плоскости, меньше затраченной работы. Определить КПД при подъеме тела по наклонной плоскости. Выяснить, от чего зависит КПД при подъеме тела по наклонной плоскости. Показать связь изученного материала с жизнью. Развивающие : Создать условия для развития личности учеников в процессе их деятельности. Способствовать развитию практических навыков измерения силы с помощью динамометра, выполнения схемы эксперимента. Продолжить формирование умения выделять главное, выдвигать гипотезу и проверять её на опыте. Воспитательные : Продолжить развитие коммуникативных навыков работы в команде (взаимоуважение, взаимопомощь и поддержка).
Планируемые результаты:	Предметные : обучающиеся научатся измерять характеристики наклонной плоскости, рассчитывать полезную и затраченную работу, КПД простого механизма; выяснят, что полезная работа всегда меньше затраченной и, следовательно, КПД меньше 100 % и не зависит от веса поднимаемого тела, но его можно увеличить, увеличивая угол наклона плоскости к горизонту. Формируемые УУД: Личностные : установление учащимися связи между целью учебной деятельности и ее мотивом (смыслообразование). Регулятивные : Выработка способности к мобилизации сил и энергии. Умение постановки учебной задачи на основе соотнесения известного и неизвестного материала, прогнозирования результата, Составления плана и последовательности действий, оценивания и контроля полученного результата, корректировки плана и способов действия в случае расхождения эталона и полученного результата. Коммуникативные : умение слушать, участвовать в коллективном обсуждении проблемы, вступать в диалог, точно выражать свои мысли, владение монологической и диалогической формами речи в соответствии с нормами родного языка, интегрироваться в группу сверстников и строить продуктивное сотрудничество со сверстниками и взрослыми. Познавательные : Умение осознанно строить речевое высказывание в устной и письменной форме, структурировать знания. Постановка и решение проблемы, выбор наиболее эффективных способов выхода из проблемной ситуации в зависимости от конкретных условий, создание алгоритмов деятельности при решении проблем поискового характера. Формирование знаково-символических УУД. Самостоятельное формулирование познавательной цели, выдвижение гипотезы. Рефлексия способов и условий действия, контроль и оценка процесса и результатов деятельности. Выделение необходимой информации.
Тип урока:	Урок отработки специальных умений и навыков.
Форма урока:	Исследовательская работа обучающихся.
Оборудование:	Компьютер, проектор, экран. Комплект приборов для выполнения лабораторной работы: направляющая рейка, динамометр, измерительная лента, брусок, груз массой 100 г, штатив с муфтой и лапкой (14 шт. ).
Материалы к уроку	Инструкция по охране труда при выполнении лабораторной работы «Измерение КПД при подъеме тела по наклонной плоскости» (14 шт.) (Приложение 1 ). Технологическая карта выполнения лабораторной работы «Измерение КПД при подъеме тела по наклонной плоскости» (14 шт.) (Приложение 2 ). Технологическая карта урока (Приложение 3 ).
Авторский медиапродукт:	Презентация «Определение коэффициента полезного действия наклонной плоскости», выполненная в программе Microsoft PowerPoint 2010, состоит из 28 слайдов, включая титульный.
Программное обеспечение:	MS Office 2010, KMPlayer или другая программа, поддерживающая файлы с расширением swf.

Сценарий урока состоит из семи этапов.

1. Организационный (2 мин.): Учитель отмечает отсутствующих на уроке обучающихся, напоминает присутствующим на уроке, что они продолжают изучать простые механизмы и уже знают их определение, виды, «Золотое правило» механики, правило равновесия рычага, а сегодня ребята могут познакомиться еще с одной характеристикой простого механизма, но после того, как откроют закрытое пазлами послание.

2. Актуализация знаний (8 мин.): Учитель выводит на экран слайд 2 презентации к уроку «Определение коэффициента полезного действия наклонной плоскости». Программа составлена следующим образом: по щелчку мыши, точно подведенной к номеру вопроса, раскрывается слайд с самим вопросом, на нем размещается текст вопроса. Проверить правильность ответа можно по щелчку мыши. По управляющей кнопке можно вернуться на слайд № 2. Щелчком мыши по полю правильно отвеченного вопроса пазл убирается и открывается часть послания. Выбирается следующий вопрос и все повторяется. Интереснее выбирать вопросы в произвольной последовательности. После ответа на последний вопрос на экране открывается послание ребятам: «Скажи мне – и я забуду. Покажи мне – и я запомню. Дай мне действовать самому – и я научусь!».

3. Создание проблемной ситуации (4 мин.): Учитель создает и предлагает обучающимся найти выход из проблемной ситуации: рабочему необходимо загрузить тяжелую бочку на корабль, но чтобы это сделать, надо приложить очень большую силу – силу, равную весу бочки. Такую силу рабочий приложить не может. Ребята предлагают применить наклонную плоскость. Учитель выводит на экран слайд 3 презентации к уроку «Определение коэффициента полезного действия наклонной плоскости» (на него вставлена flash-модель Единой коллекции ЦОР «Простые механизмы. Наклонная плоскость»), раскрывает сцену 5. задает вопрос: только ли на подъем груза расходуется затраченная рабочим энергия? Обучающиеся предполагают, что часть энергии расходуется на преодоление силы трения. Учитель выводит на экран слайд 4 презентации к уроку «Определение коэффициента полезного действия наклонной плоскости», (на него вставлена flash-модель Единой коллекции ЦОР «Коэффициент полезного действия механизма»), раскрывает сцену 3. Обсуждается вопрос о возможности разного соотношения работы, совершенной механизмом, и энергии, которая расходуется на преодоление силы трения. Ученики выдвигают предположения о существовании физической величины, характеризующей эффективность простого механизма.

4. Изучение нового материала (8 мин.): Учитель демонстрирует подъем тела с помощью наклонной плоскости, измеряет вес тела и силу трения, высоту и длину наклонной плоскости. Обучающиеся сравнивают вес тела с силой трения, высоту наклонной плоскости с ее длиной, делают вывод о выигрыше в силе и проигрыше в расстоянии при использовании наклонной плоскости. Учитель выводит на экран слайды 5-6 презентации к уроку «Определение коэффициента полезного действия наклонной плоскости», дает характеристику КПД простого механизма. Обучающиеся выполняют чертеж наклонной плоскости с обозначением ее длины, высоты, записывают определение и расчетную формулу КПД простого механизма.

5. Исследовательская практическая работ а (17 мин. ): Учитель организует обсуждение плана исследования. Обучающиеся составляют план и последовательность действий для определения КПД наклонной плоскости:

Учитель выводит на экран слайды 7-11 презентации к уроку «Определение коэффициента полезного действия наклонной плоскости», проводит инструктаж по безопасному выполнению лабораторной работы, формулирует проблемный вопрос: от каких параметров зависит КПД наклонной плоскости. Обучающиеся самостоятельно формулируют познавательную задачу: проверить как зависит КПД наклонной плоскости от веса поднимаемого тела и угла наклонной плоскости? Выдвигают гипотезу: КПД наклонной плоскости зависит от угла наклона и не зависит от веса поднимаемого тела.

Учитель раздает ученикам комплекты приборов для выполнения лабораторной работы, инструкцию по охране труда (Приложение 1 ), технологическую карту выполнения лабораторной работы № 14 «Измерение КПД при подъеме тела по наклонной плоскости» (Приложение 2 ), оказывает помощь группам обучающихся в выполнении работы. Обучающиеся выполняют лабораторную работу при разном угле наклона плоскости к горизонту и разном весе поднимаемого груга.

6. Рефлексия (4 мин.): Обучающиеся оценивают и анализируют полученные результаты работы: Ап должна быть меньше Аз; высота наклонной плоскости должна быть меньше ее длины, полученный КПД должен быть меньше 100%. Если полученный результат не верен, находят ошибку в измерении или расчетах. Оформляют результаты работы, делают вывод: в ходе лабораторной работы КПД наклонной плоскости при угле наклона 20° к горизонту оказался равным 45%, он всегда меньше 100%, зависит от угла наклона (чем больше угол наклона плоскости, тем больше ее КПД) и не зависит от веса поднимаемого тела.

7. Домашнее задание (2 мин.): Учитель выводит на экран слайд 12 презентации к уроку «Определение коэффициента полезного действия наклонной плоскости», озвучивает, комментирует, дает рекомендации по эффективному выполнению домашнего задания:

• § 61;
• Подготовить сообщения (по желанию):
• Простые механизмы дома, на даче.
• Простые механизмы в строительстве.
• Простые механизмы и тело человека.

Адреса используемых ресурсов Интернет

И. А. Изюмов ,

Невозможно прямое попадание эксперимента
в узко определённую теоретическую мишень.

Имре Лакатос

Когда теория совпадает с экспериментом,
это уже не открытие, а закрытие.

Пётр Леонидович Капица

Цель урока: выработка умений самостоятельно применять знания, осуществлять их перенос в новые условия.

Дидактическая задача: обеспечение усвоения новых знаний и способов действий на уровне применения в различных ситуациях.

Рефлексивная деятельность ученика: самоутверждение, самореализация и саморегуляция.

Деятельность учителя по обеспечению рефлексии: подача учебного материала с учётом зоны ближайшего и актуального развития ученика.

Показатели реального результата решения задачи: самостоятельное выполнение заданий с применением знаний в различных ситуациях.

Логика построения урока: актуализация комплекса знаний → применение знаний в различных ситуациях → контроль и самоконтроль.

Оборудование: деревянная доска, деревянный брусок, динамометр, линейка измерительная.

Ход урока

I. Актуализация комплекса знаний (15 мин)

На доске опорный рисунок . Учитель совместно с учащимися решает задачу:

Какую работу надо совершить, чтобы по плоскости с углом наклона 30° на высоту 2 м втащить груз, прикладывая силу, совпадающую по направлению с перемещением? Масса груза 400 кг, коэффициент трения 0,3. Каков при этом КПД?

Решение

II. Решение задач (30 мин)

1 (10 мин). Учитель совместно с классом решает задачу:

Поместите на линейку небольшой предмет (резинку, монету и т.д.). Постепенно поднимайте конец линейки, пока предмет не начнёт скользить. Измерьте высоту h и основание b полученной наклонной плоскости и вычислите коэффициент трения.

Решение. F т x = F тр x ; mg sinα = μF т cosα; μ = tgα = h/b .

Получив расчётную формулу, учащиеся, используя деревянную доску, деревянный брусок и линейку, экспериментально сами определяют коэффициент трения и записывают полученный результат в рабочие тетради.

2 (10 мин). Учитель совместно с классом решает задачу:

Найти КПД наклонной плоскости длиной 1 м и высотой 0,6 м, если коэффициент трения при движении по ней тела равен 0,1.

Решение. Используя второй результат решения задачи , получим:

Учитель предлагает измерить длину деревянной доски и определить КПД наклонной плоскости для значений высоты и коэффициента трения, полученных при решении задачи . Результат записывается в тетради.

3 (10 мин). Учитель предлагает определить КПД наклонной плоскости для значения высоты, полученной при решении задачи , ещё одним способом , а затем сравнить полученные результаты и сделать выводы.

Положите брусок на наклонную плоскость; прикрепив к нему динамометр, равномерно тяните его вверх вдоль наклонной плоскости; измерьте силу тяги F .

Измерьте с помощью динамометра силу тяжести F т, действующую на брусок, и найдите экспериментальное значение КПД наклонной плоскости:

Домашнее задание . Вычислите максимально возможное значение выигрыша в силе, получаемого при заданном наклоне плоскости: k max = l/h .

Найдите экспериментально выигрыш в силе, полученный с помощью наклонной плоскости: k э = F т /F.

Сравните полученные результаты. Сделайте выводы.

Литература

1. Рымкевич А.П. Физика. Задачник-10–11: Пособие для общеобразоват. учреждений. – М.: Дрофа, 2004.
2. Дик Ю.И., Кабардин О.Ф., Орлов В.А., Кабардина С.И., Никифоров Г.Г., Шефер Н.И. Физический практикум для классов с угл. изучением физики: Дидакт. материал: 9–11 кл. : Под ред. Ю.И. Дика, О.Ф. Кабардина. – М.: Просвещение, 1993.

Технологическая карта урока по физике в 7 классе.

Лабораторная работа № 11 «Определение КПД при подъеме тела по наклонной плоскости».

Структура и ход урока.

Приложение.

1. Анализ самостоятельной работы по теме «Рычаги».

Работа над ошибками.

Слайд №2.

а) На рисунке (а) изображен диск, закрепленный на оси О. К диску приложены силы F и F1. Назовите плечи сил.

б) На рисунке (б) человек с помощью рычага поднимает камень весом 600 Н. С какой силой человек действует на рычаг, если АВ= 1,2м, ВС=0,5 м.

в) На рисунке (в) на линейку, один конец которой опирается на стол, а другой удерживается динамометром, поставлена гиря весом 20Н. Определите показания динамометра, если длина АС= 1м, ВС= 25 см.

Слайд №3.

а) На рисунке изображена треугольная пластина, закрепленная на оси, проходящей через точку О. К пластине приложены силы F и F1. Назовите плечи сил.

б) Человек с помощью палки удерживает ведро с водой весом 120 Н. Конец палки находится на опоре, при этом АС= 120см, ВС=30 см. Какую силу прилагает человек для поддержки ведра?

2. Мотивационный этап.

Слайд №4.

Задачки «Подумай и угадай».
1. Это не только простой механизм, но и военный союз.
2. Это механизм у колодца, и деталь рубашки.
3. В этом подмосковном городе расположен дом — музей П.И. Чайковского.
Ответы.

1. блок
2. ворот
3. клин

Слайд №5.

Какие еще простые механизмы вы знаете? Почему их так называют?

Наклонная плоскость, блок и рычаг-

Без них обойтись мы не можем никак.

3. Изучение нового материала.

Слайд №6-7.

Наклонная плоскость — простейшее механическое устройство, применяемое для подъема тяжелых предметов, чтобы получить выигрыш в силе.

Наклонная плоскость — простой механизм в виде плоской поверхности, установленной под углом, отличным от прямого, к горизонтальной поверхности.

Слайд №8-10.

Характеристика механизма, определяющая какую долю полезная работа составляет от полной, называется коэффициент полезного действия — КПД.

Слайд №11. Предложить ученикам расположить наклонную плоскость на разной высоте. После проведения эксперимента и вычислений, сравнить полученные данные.

План действий для определения КПД наклонной плоскости:

Измерить вес бруска (Р).

Измерить высоту наклонной плоскости (h).

Измерить силу трения (Fтр).

Измерить длину наклонной плоскости (l).

8. Оформить результаты работы и сделать выводы.

Слайд №12.

Выводы:

1. Полезная работа меньше полной.

2. Высота наклонной плоскости должна быть меньше ее длины.

3. КПД меньше 100%. (При угле наклона 20° к горизонту равен 45%).

4. КПД наклонной плоскости, зависит от угла наклона. Чем больше угол наклона плоскости, тем больше ее КПД.

Слайд №13.

Рефлексия. Как я работал на уроке? Выберите предложение.

Деятельность учителя

Деятельность обучающихся

Познавательная

Коммуникативная

Регулятивная

Осуществляемые действия

Осуществляемые действия

Формируемые способы деятельности

Осуществляемые действия

Формируемые способы деятельности

Организационный (2 мин.)

Приветствует обучающихся, отмечает отсутствующих, проверяет готовность обучающихся к уроку.

Актуализация знаний (8 мин.)

Выводит на экран слайд 2 презентации «КПД наклонной плоскости». Раскрывает выбранный учеником вопрос, комментирует данный на него ответ.

Обучающиеся один за другим выбирают номер вопроса, отвечают на него, остальные слушают, анализируют данный ответ.

Умение осознанно строить речевое высказывание в устной форме, структурировать знания.

При необходимости дополняют или исправляют данный ответ на вопрос.

Умение слушать и вступать в диалог, точно

выражать свои мысли, владение монологической и диалогической формами речи в соответствии с нормами родного языка.

Контролируют и оценивают собственные знания, при необходимости их корректируют.

Выработка способности к мобилизации сил и энергии.

Создание проблемной ситуации (4 мин.)

Создает и предлагает обучающимся найти выход из проблемной ситуации: Рабочему надо загрузить тяжелую бочку на корабль. Чтобы это сделать, надо приложить очень большую силу – силу, равную весу бочки. Такую силу рабочий приложить не может.

Выводит на экран слайд 3 (раскрывает сцену 5).

Задает вопрос: только ли на подъем грузарасходуетсязатраченная рабочим энергия?

Выводит на экран слайд 4(раскрывает сцену 3).

Выделяют и формулируют познавательную цель: найти способ подъема тела на высоту, применяя меньшую, чем вес тела, силу.

Выбирают наиболее эффективный способ решения задачи: применить наклонную плоскость.

Предполагают, что часть энергии расходуется на преодоление силы трения.

Делают вывод, чем меньше энергии расходуется на преодоление силы трения, тем эффективнее простой механизм.

Постановка и решение проблемы.

Выбор наиболее эффективных способов выхода из проблемной ситуации в зависимости от конкретных условий

Выдвижение предположения о существовании физической величины, характеризующей эффективность простого механизма.

Предлагают выход из проблемной ситуации:

пригласить помощников, применить наклонную плоскость.

Умение участвовать в коллективном обсуждении проблемы

Оценивают умение определять работу по преодолению силы тяжести и трения, но не знают, как их связать друг с другом.

Ставят учебную задачу: познакомиться с физической величиной, характеризующей эффективность наклонной плоскости.

Постановка учебной задачи на основе соотнесения того, что уже известно, и того, что еще неизвестно обучающимся.

Изучение нового материала (8 мин.)

Демонстрирует подъем тела с помощью наклонной плоскости, измеряет вес тела и силу трения, высоту и длину наклонной плоскости.

Выводит на экран

слайды 5-6.

Дает характеристику КПДпростого механизма.

Сравнивают вес тела с силой трения, высоту наклонной плоскости с ее длиной.

Делают вывод о выигрыше в силе и проигрыше в расстоянии при использовании наклонной плоскости.

Выполняют чертеж наклонной плоскости с обозначением ее длины, высоты, записывают определение и расчетную формулу КПД простого механизма.

Формирование знаково-символических УУД.

Задают вопрос об единицах измерения КПД наклонной плоскости

Развитие умения точно выражать свои мысли в соответствии с нормами родного языка.

Выделяют и осознают то, что уже усвоено (расчет работы силы) и что еще подлежит усвоению (Какую работу считать полезной, какую затраченной, как рассчитать КПД наклонной плоскости через работу полезную и затраченную)

Развитие оценки знаний.

Исследовательская практическая работа (17 мин.)

Организует обсуждение плана исследования.

Выводит на экран

слайды 7-11 презентации «КПД наклонной плоскости».

Проводит инструктаж по безопасному выполнению лабораторной работы.

Формулирует проблемный вопрос: от каких параметров зависит КПД наклонной плоскости.

Раздает комплекты оборудования, ИОТ, технологические картыгруппам учеников

Оказывает помощь группам обучающихся в выполнении работы.

Составляют план и последовательность действий для определения КПД наклонной плоскости:

1. Измерить вес бруска (Р).

2. Измерить высоту наклонной плоскости (h ).

4. Измерить силу трения (F тр ).

Измерить длину наклонной плоскости (l ).

Самостоятельно формулируют познавательную задачу:

проверить как зависит КПД наклонной плоскости от веса поднимаемого тела и угла наклонной плоскости?

Выдвигают гипотезу: КПД наклонной плоскости зависит от угла наклона и не зависит от веса поднимаемого тела.

Самостоятельное создание алгоритмов деятельности при решении проблем поискового характера.

Самостоятельное формулирование познавательной задачи.

Самостоятельное выдвижение гипотезы о зависимости КПД наклонной плоскости от угла наклона и веса поднимаемого тела.

Контролируют, при необходимости корректируют и оценивают действия партнера по группе.

Умение интегрироваться в группу сверстников и строить продуктивное сотрудничество со сверстниками и взрослыми

Выполняют составленный план действий для определения КПД наклонной плоскости:

1. Определяют цену деления динамометра, транспортира и измерительной ленты.

2. Собирают установку.

2. Измеряют вес бруска (Р).

3. Измеряют высоту наклонной плоскости (h ).

4. Рассчитывают полезную работу по формуле.

5. Измеряют силу трения (F тр ).

6. Измеряют длину наклонной плоскости (l ).

7. Рассчитывают затраченную работу по формуле

8. Рассчитывают КПД наклонной плоскости по формуле

9. Изменяют вес бруска, повторяют 1-6.

10. Изменяют угол наклона плоскости, повторяют 1-6.

11. Результаты заносят в таблицу.

Умение составления плана и последовательности действий,

прогнозирования результата.

Рефлексия (4 мин.)

Напоминает, что вывод по работе должен быть ответом на цель исследования.

Оформляют результаты работы, делают вывод, анализируют полученный результат.

Осознанное построение речевого высказывания в письменной форме.

Рефлексия способов и условий действия, контроль и оценка процесса и результатов деятельности.

Делают вывод: в ходе лабораторной работы КПД наклонной плоскости при угле наклона 20 к горизонту оказался равным 45%, он всегда меньше 100%, зависит от угла наклона (чем больше угол наклона плоскости, тем больше ее КПД) и не зависит от веса поднимаемого тела.

Умение точно выражать свои мысли;

Оценивают полученные результаты работы:

А п должна быть меньше Аз;

высота наклонной плоскости должна быть меньше ее длины, полученный КПД должен быть меньше 100%.

Если полученный результат не верен, находят ошибку в измерении или расчетах.

Умение оценивать и контролировать полученный результат,

корректировать план и способ действия в случае расхождения эталона и полученного результата.

Домашнее задание (2 мин.)

Выводит на экран слайд 12.

учитель физики ГОУ лицей № 384 Кировского района Санкт — Петербурга

Введение

Понятие «коэффициент полезного действия» впервые вводится в курсе физики в 7 классе. Использование современных образовательных технологий позволяет учащимся повысить мотивацию обучения и эффективность усвоения материала.

При проведении урока «Определение коэффициента полезного действия при подъеме тела по наклонной плоскости»использовалась технология исследования в обучении.

Урок включает следующие этапы: актуализация знаний, изучение нового материала (выполнение лабораторной работы), проведение исследования, рефлексия.

В ходе урока использовалась работа в парах. Применение этой технологии позволило учащимся не только приобрести новые знания, но и развить способность к активному творчеству.

Цели и задачи урока

Задачи урока:

· Актуализация знаний учащихся

· Вызвать интерес к изучаемому материалу

· Мотивировать деятельность учащихся

Цели:

Обучающие:

· Познакомить учащихся с новой физической величиной — КПД механизма.

· Убедиться на опытах, что полезная работа, выполненная с помощью наклонной плоскости, меньше затраченной работы.

· Определить КПД при подъеме телапонаклонной плоскости.

· Выяснить, от чего зависит КПД при подъеме телапонаклонной плоскости.

· Проверить умение применять полученные знания для решения практических и исследовательских задач.

· Показать связь изученного материала с жизнью.

Развивающие:

• Создать условия для развития личности учеников в процессе их деятельности.
• Способствовать развитию практических навыков и умений.
• Формировать умение выдвигать гипотезу, проверять её.
• Научить выделять главное, сравнивать, развить способности к обобщению, систематизации полученных знаний. Формировать умение работать в паре.

Воспитательные:

• Развитие коммуникативных навыков.
• Развитие навыков работы в команде (взаимоуважение, взаимопомощь и поддержка).

Здоровьесберегающие:

Выстраивание модели здоровьесберегающего урока.

Форма урока : Исследовательская работа учащихся.

Ход урока

· Организационный момент.

· Актуализация знаний. Разминка.

· Выполнение лабораторной работы.

· Физическая пауза.

· Исследовательская часть работы.

· Домашнее задание.

· Закрепление изученного материала.

1. Что такое простые механизмы?

Перечислите, какие простые механизмы Вы знаете.

Приведите примеры применения простых механизмов.

Для чего они нужны?

Объясните своими словами смысл выражения “получить выигрыш в силе”.

Сформулируйте «золотое правило» механики.

2. Рассмотрим ситуацию. Слайды 8 — 9

Рабочему надо загрузить бочку с бензином в кузов грузовой автомашины. Чтобы просто поднять её, надо приложить очень большую силу — силу, равную силе тяжести (весу) бочки. Такую силу рабочий приложить не может.

. Как ему поступить?

(учащиеся предлагают свои варианты)

…тогда он кладет две доски на край кузова и вкатывает бочку по образовавшейся

Вывод:Слайд 10 — 11

· Наклонная плоскость применяется для перемещения тяжелых предметов на более высокий уровень без их непосредственного поднятия.

· К таким устройствам относятся пандусы, эскалаторы, обычные лестницы и конвейеры.

3. Какими параметрами характеризуется наклонная плоскость?

«Определение коэффициента полезного действия при подъеме тела по наклонной плоскости».

Предмет исследования: наклонная плоскость.

Сравнить полезную и затраченную работу.

Оборудование:Компьютер, мультимедийный проектор (для учителя)

· Набор грузов

· Динамометр

· Мерная лента (линейка)

Изучение нового материала.

1. Познакомить учащихся с новой физической величиной — КПД механизма.

КПД — это физическая величина, равная отношению полезной работы к затраченной, выраженная в процентах.

КПД обозначается буквой «эта»

КПД измеряется в процентах.

Какая работа является полезной, какая работа является затраченной?

Затраченная работа Азатраченная=F*s

Полезная работа Aполезная= P*h

Это число показывает, что из 100% (затраченной работы) полезная работа составляет 75%.

Инструктаж по выполнению работы.

Выполнение лабораторной работы.

Определите цену деления приборов (динамометра и линейки).

1. Установите доску на высоте h, измерьте ее.

2. Измерьте динамометром вес бруска Р.

3. Положите брусок на доску и динамометром тяните его равномерно вверх вдоль наклонной плоскости. Измерьте силу F. Вспомните, как правильно при этом пользоваться динамометром.

4. Измерьте длину наклонной плоскости s.

5. Рассчитайте полезную и затраченную работу.

6. Вычислите коэффициент полезного действия при подъеме тела по наклонной плоскости.

7. Данные запишите в таблицу № 1.

8. Сделайте вывод.

Оформление результатов работы

Таблица 1.

Полезная работа _______________, чем затраченная.

Коэффициент полезного действия при подъеме тела по наклонной плоскости _____ %, т.е. это число показывает, что __________________________________________________________________.

4. Физическая пауза. Слайды 22 — 25

Примеры наклонной плоскости. Учащиеся смотрят слайды с примерами применения наклонной плоскости.

5. Исследовательская работа. Слайды 26 — 30

Проблема. От чего может зависеть КПД наклонной плоскости?

Гипотеза. Если увеличить (уменьшить) высоту наклонной плоскости, то КПД при подъеме тела по наклонной плоскости не изменится (увеличится, уменьшится).

Если увеличить (уменьшить) вес тела, то КПД при подъеме тела по наклонной плоскости не изменится (увеличится, уменьшится).

Учащиеся выбирают один из предложенных вариантов исследования:

от высоты наклонной плоскости ?

Как зависит КПД при подъеме тела по наклонной плоскостиот веса тела ?

Оформление результатов работы

Таблица 2.

КПД при подъеме тела по наклонной плоскости зависит (не зависит) от высоты наклонной плоскости. Чем больше (меньше) высота наклонной плоскости, тем КПД __________.

КПД при подъеме тела по наклонной плоскостизависит (не зависит) от веса тела. Чем больше (меньше) вес тела, тем КПД __________.

Обсуждение вариантов исследования.

6. Домашнее задание. Слайды 31 — 32

Параграф 60, 61, задача 474.

Для желающих подготовить сообщения.

· Простые механизмы у меня дома

· Устройство мясорубки

· Простые механизмы на даче

· Простые механизмы в строительстве

· Простые механизмы и тело человека

7. Закрепление изученного материала Слайды 31 — 34
Работа с текстом

При использовании _________________ механизмов человек совершает _______________. Простые механизмы позволяют получить выигрыш ______________ . При этом во сколько раз ________________ в силе, во столько же раз _________________________________. В этом состоит ___________________________________ механики. Оно формулируется так: __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________. Обычно при движении тела ______________________________ трения. Поэтому величина _____________________ работы всегда больше ____________________ . Отношение ________________________________________ к ______________________, выраженное в процентах, называется _______________________________________________________________________________________ : ______________.

Мини — тест.

Ваш КПД сегодня на уроке

2. больше 100%

3. меньше 100%

Литература

1 А.В.Перышкин Физика 7 класс. М.: Дрофа, 2010

2 Г.Н.Степанова Физика 7 рабочая тетрадь ч.1. СПб СТП-Школа, 2003

КПД котлов ТР-150-300 — Терморобот

     Для подтверждения характеристик, указанных нами в официальной документации на продукцию Терморобот, были проведены замеры коэффициента полезного действия (КПД) котлов ТР-150 и ТР-300. 

     Методика измерения. КПД-брутто котла вычисляется по уравнению прямого баланса: КПД = (Q / m×Q_i^{r) × 100%, где Q — количество тепла, переданного в систему отопления (Гкал), m — масса сгоревшего угля (кг), Q_ir— низшая теплота сгорания угля в рабочем состоянии (Гкал/кг). Испытания проводились на номинальной мощности котлов в устоявшемся режиме горения.}

Использованный уголь. Замеры проводились на угле, рекомендованном в официальной документации на котлы ТР (сорт 3БОМ, разрез «Новый» месторождение Большесыртское Балахтинского р-на Красноярского края). Характеристики угля замерены аккредитованной лабораторией «Сибтехэнерго». Согласно их протоколу № 207 от 14.11.14, низшая теплота сгорания Q_i^r пробы угля составляет 4 912 ккал/кг.
     В процессе замера в каждом из котлов была сожжена примерно суточная загрузка указанного угля (1-1,5 т).

     Все средства измерения, использованные при замерах, внесены в Государственный реестр средств измерения и имеют свежую поверку. 

     Результат измерения КПД котельной Терморобот-150.
Согласно показаниям теплосчетчика в систему отопления при установке котла в отдельно стоящей котельной передано Q=3,8413 Гкал полезного тепла. Рассчетное количество тепла составило 4,5043 Гкал, КПД котельной = 85,3%.
     При монтаже котла внутри отапливаемого здания (встроенная котельная) полезным теплом является также поверхностное тепловыделение котла (1,8 кВт), с учетом этого КПД котла = 86,5%.

     Полученные значения КПД соответствуют приведенным в документации.

— обзор

6.1.5 Коэффициент энергоэффективности

Единицей измерения коэффициента энергоэффективности является терафлопс / Вт, что определяется как средняя вычислительная мощность, когда процессор потребляет 1 Вт электроэнергии. На практике, учитывая точность, размер пакета, архитектуру модели и характеристики данных, ватт / изображение также часто используется для измерения среднего энергопотребления на изображение.

Как упоминалось ранее, чем выше TFLOPS, тем быстрее процессор и, следовательно, теоретически процессор может обеспечить большую пропускную способность с тем же алгоритмом и данными.Однако в инженерной практике большая пропускная способность не всегда лучший выбор. Выбор вычислительной мощности должен основываться на контексте практического применения. Взяв, к примеру, мощность лампочек, можно сказать, что лампа часто бывает ярче, если у нее больше ватт. Однако нет необходимости в прожекторах мощностью 300 Вт повсюду, а мощная лампочка даже не будет светиться, если местная система электроснабжения недостаточно сильна. Выбор лампочек ограничен источником питания и окружающей средой, как и выбор процессоров искусственного интеллекта.

Сценарии применения ИИ довольно сложны. Для достижения одинаковой вычислительной мощности потребляемая электрическая мощность может варьироваться из-за различных архитектур процессоров или различных структур моделей. Между тем, более продвинутые модели глубокого обучения обычно работают с большим количеством параметров, и, следовательно, требования к вычислительной мощности выше. Хотя компании могут разрабатывать процессоры с разной вычислительной мощностью для разных сценариев, определенно более желательно достичь более высокой вычислительной мощности для одного и того же сценария приложения или с тем же пределом энергопотребления.

В связи с быстрым развитием глубокого обучения в последнее время огромное энергопотребление вычислений данных привлекает все больше и больше внимания. Чтобы сократить расходы на электроэнергию, Facebook решил построить свой центр обработки данных в Швеции, недалеко от Полярного круга. Средняя зимняя температура здесь составляет около -20 ° C, а холодный воздух поступает в центральное здание и естественным образом охлаждает серверы, обмениваясь с генерируемым горячим воздухом. Впоследствии совместное предприятие США и Норвегии, Kolos, также предложило построить крупнейший в мире центр обработки данных в норвежском городе Барнс, который также расположен за Полярным кругом.Потребляемая мощность этого предлагаемого центра обработки данных составляет 70 МВт, при пиковом значении 1000 МВт.

В среднем при обучении модели глубокого обучения выделяется 284 тонны углерода, что эквивалентно годовому выбросу углерода 5 автомобилями. Следовательно, коэффициент энергоэффективности становится все более важным при оценке платформы глубокого обучения. Конструкция специализированных процессоров нейронной сети может быть настроена на основе алгоритма для снижения чрезмерного энергопотребления и повышения эффективности вычислений.С улучшенной производительностью эти процессоры будут иметь светлое будущее в приложениях на мобильных устройствах, которые требуют высокой производительности и низкого энергопотребления.

Energy and Power Units: основы

[pagebreak: Energy and Power Units: The Basics]

Если вы изучаете зеленые технологии, особенно возобновляемые источники энергии, вы не можете не столкнуться с такими утверждениями:

• 26-ваттная КЛЛ производит свет, эквивалентный Лампа накаливания мощностью 100 Вт.
• Энергетическая ценность галлона этанола варьируется от 75 700 БТЕ до 84 000 БТЕ.
• Toyota Prius Hybrid Synergy Drive включает в себя 67-сильный электродвигатель.

Но что такое ватты, БТЕ и лошадиные силы? Что они измеряют и как они относятся к возобновляемой энергии? Например, сколько ватт вырабатывает ветряная турбина и сколько домов будет на эту мощность? Сколько БТЕ требуется для обогрева среднего дома и сколько для этого требуется природного газа?

Прежде чем вы сможете ответить на такие вопросы, вы должны овладеть некоторыми основными понятиями и словарным запасом:

• Что такое энергия и мощность и как они соотносятся друг с другом?
• Какие стандартные единицы энергии и мощности используют ученые?
• Какие традиционные единицы используются в промышленности и как они соотносятся со стандартными единицами измерения?
• Как различные блоки применимы к таким приложениям, как освещение, отопление и транспорт?

Этот отчет представляет собой краткий обзор энергии, мощности и единиц, используемых для их измерения.Но не волнуйтесь; это не физика в старших классах снова и снова. Это больше похоже на курс Берлитца по энергетической речи — достаточно, чтобы вы могли прочитать меню и, возможно, подслушать местных жителей.

Вот список содержания:

— Боб Беллман — внештатный писатель по технологиям и консультант по маркетингу.

[pagebreak: SI: Международная система единиц]

На протяжении веков ученые шли разными путями, исследуя энергию и мощь. Таким образом, каждый вид энергии — электрическая, механическая, химическая, тепловая и ядерная — приобрел свою собственную систему измерения, и каждая отрасль, связанная с энергетикой, разработала свою собственную терминологию.Автосалоны говорят о лошадиных силах. Подрядчики HVAC устанавливают тонны и БТЕ. Электроэнергетика выдает киловатт-часы. Ученые относятся к ньютонам и джоулям.

В 1960 году Международная система единиц (СИ) была получена из метрической системы, чтобы обеспечить стандартный словарь для всех физических вещей. СИ построена на семи основных единицах (см. Таблицу 1), из которых могут быть выведены все другие физические величины. В таблице 2 перечислены некоторые стандартные производные единицы. Например, ньютон (производная единица силы) определяется как один килограмм (базовая единица массы), ускоренный со скоростью один метр (базовая единица длины) в секунду (базовая единица времени) в квадрате.В таблице 3 перечислены некоторые стандартные префиксы, используемые для обозначения кратных и дробных единиц. Например, мегаватт (МВт) равен миллиону (10 ⁶ ) ватт; Милливатт (мВт) составляет одну тысячную (10 ^-3 ) ватта.

Отрасли, связанные с энергетикой, начинают использовать терминологию СИ, но традиционные термины по-прежнему доминируют. Многие автомобильные компании теперь указывают мощность двигателя в киловаттах, но в скобках после номинальной мощности: 187 л.с. (140 кВт). Начиная с краткого руководства по энергии, мощности и силе, в следующих нескольких разделах рассматриваются единицы, наиболее часто используемые в приложениях для возобновляемых источников энергии.

Таблица 1: Базовые единицы СИ

Таблица 2: Некоторые производные единицы СИ

Таблица 3: Некоторые множители СИ

[разрыв страницы: Энергия 101: Джоули, Ватты и Ньютоны]

Проще говоря, энергия — это емкость для выполнения работы ( W ) — все, от запуска автомобиля до обогрева дома и освещения комнаты. Многие формы работы предполагают преобразование энергии. Лампочка преобразует электрическую энергию в тепловую и световую. Двигатель внутреннего сгорания преобразует химическую энергию в тепловую и механическую.Динамо-машина превращает механическую энергию в тепловую и электрическую.

Решения в области возобновляемых источников энергии используют источники энергии, которые не будут исчерпаны этими преобразованиями, и снижают потребление энергии, делая преобразования более эффективными. Фотоэлектрические (PV) панели вырабатывают электричество из солнечного света вместо сжигания невозобновляемых ископаемых видов топлива. Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) потребляют меньше энергии, чем лампы накаливания, поскольку они преобразуют больше электричества в свет и меньше — в тепло.

Поскольку энергия и работа — две стороны одной медали, они измеряются в одних и тех же единицах. Единица измерения энергии / работы в системе СИ — джоуль (Дж), названная в честь английского физика Джеймса Прескотта Джоуля (1818 — 1889). Джоуль открыл связь между теплотой и механической работой, что привело к развитию законов термодинамики.

Один джоуль равен работе, совершаемой силой в один ньютон, перемещающей объект на один метр (Дж = Н · м). Это примерно столько энергии, сколько требуется, чтобы поднять небольшое яблоко на один метр против силы тяжести Земли.Один джоуль также равен энергии, необходимой для перемещения электрического заряда в один кулон через разность электрических потенциалов в один вольт (J = C · V).

Мощность (P) — это скорость передачи или преобразования энергии. Таким образом, мощность равна работе, разделенной на время (P = Вт / т). Единица мощности в системе СИ — Вт (Вт) в честь шотландского изобретателя Джеймса Ватта (1736-1819). Усовершенствования Ватта в паровой машине помогли запустить промышленную революцию. По иронии судьбы, сам Ватт ввел термин «лошадиные силы», чтобы охарактеризовать преимущества своего парового двигателя.

Один ватт равен одному джоулю в секунду (Вт = Дж / с). Человек, поднимающийся по лестнице, работает с мощностью около 200 Вт. В электрических приложениях один ватт равен одному вольту, умноженному на один ампер (Вт = В · А). Лампы накаливания используют электрическую энергию мощностью от 40 до 150 Вт.

Force редко упоминается в разговорах о возобновляемых источниках энергии, за исключением ненаучного смысла: «Высокая цена бензина заставляет меня ходить на работу». Тем не менее сила — важное понятие. Физики выделили четыре фундаментальных силы или взаимодействия: электромагнитная сила действует между электрическими зарядами, гравитационная сила действует между массами, а сильные и слабые силы удерживают вместе атомные ядра.Толчок и притяжение этих сил проявляются как энергия. Например, электромагнитная сила тянет электроны через проводник, создавая электрический ток. Гравитация тянет воду через турбины на гидроэлектростанции.

Силовая единица СИ — ньютон (Н) в честь английского физика сэра Исаака Ньютона (1643 — 1727). Многие считают, что Ньютон как личность оказал наибольшее влияние на историю науки, опередив даже Альберта Эйнштейна. Единица измерения Ньютон — это сила, которая ускоряет массу в один килограмм со скоростью один метр в секунду в квадрате (N = кг · м / с ² ).Сила земного притяжения на человека весом 70 кг (154 фунта) составляет около 686 ньютонов.

[pagebreak: Механическая энергия: фут-фунты и лошадиные силы]

Из всех форм энергии, механическую энергию, вероятно, легче всего понять — просто попробуйте поднять тяжелый чемодан. Таким образом, традиционной единицей механической энергии является фут-фунт (фут-фунт), количество работы, необходимое для перемещения объекта весом один фунт на расстояние в один фут. Один фут-фунт равен примерно 1,36 Дж. Метрическая аналогия фут-фунта — ньютон-метр (Н · м).Один ньютон-метр равен одному джоуля.

Вероятно, наиболее знакомая единица измерения механической мощности — л.с., (л.с.), задуманная Джеймсом Ваттом в 1782 году, чтобы выставить свой паровой двигатель среди конкурентов. Ватт определил, что «идеальная» шахтная пони может поднять 33000-фунтовое ведро с углем на один фут за одну минуту, и соответственно определил механическую мощность в лошадиных силах.

Хотя 33000 фут-фунт / мин звучит много, мощность в лошадиных силах — относительно небольшая единица, равная примерно 746 Вт. Тостер потребляет около 1000 Вт (1.3 л. Четырехцилиндровый двигатель седана Honda Accord 2007 года выпуска развивает 166 л.с. 12-цилиндровый двигатель нового Rolls-Royce Phantom выдает 453 л.с.

Greentech-компании решают проблемы механической энергии по нескольким направлениям. Биотопливо, гибридные бензиновые / электрические двигатели, подключаемые гибриды и другие технологии сокращают количество парниковых газов, образующихся при создании механической энергии. Они также помогают отучить автомобили и другую технику от ископаемого топлива.В гибридном двигателе Toyota Prius используется меньше бензина, чем в обычном двигателе, поскольку его мощность внутреннего сгорания составляет всего 76 л.с.

Исследования материалов еще больше снижают затраты на механическую энергию. Помните, работа равна весу, умноженному на расстояние. До 50 процентов Boeing 787 Dreamliner изготовлено из легких композитных материалов. Это, наряду с повышенным КПД двигателя, позволяет 787 использовать на 20 процентов меньше топлива, чем другие самолеты аналогичного размера.

[pagebreak: Электрическая энергия: вольты, амперы и киловатты]

Электрическая энергия менее интуитивна, чем механическая энергия, потому что она действует незаметно.Ближайшим аналогом подъема тяжелого чемодана является сила, которую вы чувствуете, когда играете с магнитами.

Электрическая энергия основана на притяжении и отталкивании заряженных частиц, т. Е. На электромагнитной силе. Сила зарядов и расстояние между частицами вместе создают разность электрических потенциалов или напряжение. В электрических приложениях напряжение тянет электроны через проводник, чтобы создать ток, в отличие от силы тяжести, тянущей молекулы воды по трубе.

Стандартная единица электрического заряда — кулон (Кл). Шарль-Огюстен де Кулон (1736–1806) был французским физиком, открывшим связь между электрическими зарядами, расстоянием и силой. Кулон — это количество заряда, переносимого током в один ампер за одну секунду (C = A · s), и это удивительно большая единица. Сила отталкивания между двумя зарядами +1 кулон, находящимися на расстоянии одного метра друг от друга, составляет 9 x 10 9 Н, или более миллиона тонн! Таким образом, заряд чаще всего измеряется в микро- или нанокулонах.

Стандартная единица электрического потенциала — вольт (В) в честь графа Алессандро Вольта (1745 — 1827), известного разработкой электрических батарей. Вольт эквивалентен одному джоулю энергии на кулон заряда (V = Дж / Кл). Бытовая электрическая сеть в США обычно составляет 110 В, хотя 220 В может использоваться для тяжелой бытовой техники. Обычный аккумулятор фонарика выдает 1,5 В, а мощность молнии может составлять около 100 МВ. Линии дальней связи работают от 110 до 1200 кВ.

Стандартная единица измерения электрического тока — ампер, (А) или ампер. Французский физик Андре-Мари Ампер (1775–1836) был одним из главных первооткрывателей электромагнетизма. Один ампер равен перемещению одного кулона заряда в секунду (A = C / s). Большинство бытовых цепей потребляют менее 15 А.

Большая часть электроэнергии вырабатывается за счет сжигания ископаемого топлива. Фотоэлектрические, ветряные турбины и другие технологии предлагают экологически чистые возобновляемые альтернативы, но им предстоит пройти долгий путь, чтобы заменить существующие генерирующие установки.В 2006 году электростанции, работающие на ископаемом топливе, в США произвели 2874 миллиарда кВтч, а атомные станции — 787 миллиардов кВтч. Все вместе взятые возобновляемые источники энергии произвели 385 миллиардов киловатт-часов, что составляет менее 10 процентов от общего производства в США.

Отчасти проблема заключается в масштабе. Крупная установка, работающая на нефти, газе или угле, вырабатывает от 2 до 3 ГВт на полную мощность. Большинство концентрирующих солнечных установок вырабатывают десятки мегаватт, в то время как современная ветряная турбина вырабатывает около 3 МВт. Предлагаемый проект Cape Wind требует 130 турбин, чтобы обеспечить всего три четверти электроэнергии Кейп-Код.Типичная домашняя фотоэлектрическая система, подключенная к электросети, вырабатывает менее 6 кВт.

С другой стороны, доступно множество возобновляемых источников энергии, если мы просто сможем понять, как их использовать. Количество энергии солнечного света, падающего на один квадратный метр поверхности Земли, составляет примерно один кВт в секунду или 3600 кВт в час. Холодильники и тостеры потребляют от 1,0 до 1,5 кВт каждая. Лампы накаливания потребляют от 40 до 150 Вт, а КЛЛ излучают такое же количество света мощностью от 10 до 40 Вт.S. home потребляет около 1000 кВтч в месяц, малая часть солнечной энергии, которая попадает на его крышу.

[pagebreak: Тепловая энергия: БТЕ, калории и тонны]

Тепловая энергия — это содержание энергии в системе, связанное с повышением или понижением температуры объекта. Тепло — это поток тепловой энергии между двумя объектами, вызванный разницей в температуре. Возьмите чашку горячего кофе в холодный день, и вы ощутите действие тепловой энергии.

Британская тепловая единица (БТЕ или БТЕ) обычно используется для описания содержания энергии в топливе и мощности систем отопления и охлаждения.Одна БТЕ — это количество энергии, необходимое для повышения температуры одного фунта воды на один градус Фаренгейта. Существует несколько различных определений BTU, основанных на начальной температуре воды, но в целом одна BTU равна примерно 1055 Дж, примерно 780 фут-фунтам и примерно 0,3 ватт-часам.

При сгорании химическая энергия топлива преобразуется в тепловую энергию или тепло. Выход топочного мазута № 2 составляет около 138 000 БТЕ на галлон. Сжигание фунта угля дает около 15 000 БТЕ; сжигание кубического фута природного газа, около 1000 БТЕ.Для обогрева дома площадью 2 000 квадратных футов в Новой Англии требуется примерно 95 000 БТЕ / ч.

Одной из проблем, с которыми сталкиваются сторонники биотоплива, является более низкое энергосодержание этанола по сравнению с бензином. Галлон бензина содержит около 115 000 БТЕ, а галлон этанола — около 80 000 БТЕ. Таким образом, при сжигании этанола образуется меньше механической энергии, чем при сжигании бензина, и автомобили проезжают меньше миль на галлон. С топливом E10 (10 процентов этанола, 90 процентов бензина) сокращение пробега незначительно.С E85 (85 процентов этанола, 15 процентов бензина) водители видят сокращение пробега как минимум на 15 процентов. Некоторые автопроизводители устанавливают топливные баки большего размера, поэтому ассортимент их автомобилей с гибким топливом аналогичен бензиновым.

К другим единицам тепловой энергии относятся калорийность, терм и квадратик. small или грамм калорий (кал) — это количество энергии, необходимое для повышения температуры одного грамма воды на один градус Цельсия. большой или килограмм калорий (ккал) — это энергия, необходимая для повышения температуры одного килограмма воды на 1 ° C.Как и БТЕ, калорийность имеет разные значения в зависимости от начальной температуры воды. В среднем одна кал составляет около 4,18 Дж, а одна ккал — около 4,18 кДж или почти 4 БТЕ. Пищевые калории основаны на килограммах калорий.

therm (thm) равен 100 000 БТЕ и приблизительно равен количеству энергии, выделяемой при сжигании 100 кубических футов природного газа.

Квадроцикл равен квадриллиону (1015) БТЕ и используется при обсуждении энергетического бюджета целых стран.В 1950 году США потребили 34,6 квадрата энергии. К 1970 году общее потребление выросло до 67,8 квадрата; к 1990 г. — 84,7 четверных; а к 2006 г. — 99,9 четверных. Количество возобновляемых источников энергии — гидроэнергии и биомассы — в 1950 году составляло 8,6 процента. К 2006 году потребление возобновляемых источников энергии — гидроэнергии, биомассы, геотермальной, солнечной и ветровой энергии — упало до 6,9 процента от общего объема.

Тепловая мощность измеряется в БТЕ в час (БТЕ / ч), часто сокращенно просто БТЕ. Большинство номинальных значений нагрева и охлаждения в БТЕ — действительно БТЕ / ч.Один ватт равен примерно 3,41 БТЕ / ч. Одна лошадиная сила составляет более 2500 БТЕ / ч.

Мощность охлаждения часто оценивается в тонну . Одна тонна охлаждения — это количество энергии, необходимое для растопления одной тонны льда за 24 часа и равное 12000 БТЕ / ч. Типичная домашняя центральная система кондиционирования воздуха рассчитана на мощность от 4 до 5 тонн (от 48 000 до 60 000 БТЕ / ч). Комнатные кондиционеры работают от 5000 до 15000 БТЕ / ч.

В настоящее время Министерство энергетики США применяет 13-й сезонный стандарт энергоэффективности (SEER) для новых центральных кондиционеров в жилых помещениях.SEER определяется как общая мощность охлаждения в БТЕ, деленная на общую потребляемую энергию в ватт-часах (SEER = БТЕ / Вт · ч). Повышая стандарт SEER с 10 до 13, Министерство энергетики ожидает, что США сэкономят 4,2 квадрата энергии в период с 2006 по 2030 год с параллельным сокращением выбросов парниковых газов.

[разрыв страницы: Сравнение единиц измерения и коэффициенты преобразования]

Из-за своего разнообразного наследия блоки энергии и мощности сильно различаются по размеру. На Рисунке 1 показаны энергетические единицы, а на Рисунке 2 — силовые агрегаты.Обратите внимание, что вертикальный масштаб на обоих графиках логарифмический; каждая горизонтальная линия представляет собой десятикратное увеличение по сравнению с линией ниже.

Рисунок 1: Сравнение единиц энергии

Рисунок 2: Сравнение единиц мощности

В таблицах 4 и 5 перечислены коэффициенты преобразования между выбранными единицами энергии и мощности.

Таблица 4: Выбранные единицы измерения энергии и коэффициенты преобразования

Таблица 5: Выбранные единицы мощности и коэффициенты преобразования

Единицы — Энергетическое образование

Единицы — это величины физических величин, определенных в соответствии с соглашением или законом, который устанавливает стандарт для любых измерений одной и той же физической величины.Например, масса — это физическая величина, а килограмм — это единица измерения массы. Поэтому любой объект с массой может быть представлен как кратный одному килограмму. Все единицы определенной физической величины могут быть приравнены друг к другу, и для этого обычной практикой является использование префиксов. Это помогает избежать использования больших чисел при записи значений и дает простой способ их передачи. Поскольку эта энциклопедия посвящена энергии, на этой странице будут рассмотрены различные единицы, представляющие ее.

Для определения единиц используются две основные системы: метрическая (международная) и британская система , как показано ниже. Метрическая система имеет небольшое количество (в частности, 7) основных единиц, а затем эти единицы умножаются вместе, чтобы сформировать производных единиц .

Преобразователь единиц

Этот калькулятор позволяет выполнять преобразование между различными единицами физических величин, включая энергию, массу, длину и другие. Например, может быть полезно знать, сколько футов в метре, сколько фунтов в килограмме или сколько джоулей в киловатт-часе.

Международная система единиц

Международная система единиц — это современная стандартизированная форма метрической системы. Он устанавливает стандартные измерения и преобразования и является наиболее распространенной и общепринятой системой единиц. Перечисленные ниже единицы являются базовыми и производными единицами для этой системы. ^[1]

Базовые единицы

Важные производные единицы

Эти единицы представляют собой комбинацию базовых единиц, используемых для описания определенных физических явлений, таких как сила и напряжение.

Имперская система единиц

Имперская система была разработана в Великобритании в начале 19 века в связи с необходимостью обеспечить единообразие измерений. Многие из единиц были описаны до этого, однако это было формализовано Законом о мерах и весах 1824 года. ^[2] История того, как получаются единицы, весьма интересна, и ее можно прочитать у доктора Роулетта. Словарь единиц. Некоторые важные элементы системы включают в себя:

Энергетические единицы

Блоки питания

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

кельвинов (K) — NPL

Температура — это мера средней энергии движения атомов внутри объекта.В большинстве практических случаев эту энергию или температуру можно измерить только косвенно, обычно путем измерения других свойств материала, которые, как известно, зависят от температуры воспроизводимым образом.

Точные измерения температуры могут быть достигнуты путем помещения откалиброванного датчика, свойства материала которого зависят от температуры, в контакте с интересующим объектом или материалом. Как только температура датчика достигает температуры объекта, косвенное свойство можно использовать с помощью уравнения калибровки для математического определения температуры объекта.Типичными контактными датчиками являются платиновые термометры сопротивления, термопары и термисторы.

Если контактные измерения невозможны, доступны другие бесконтактные методы. Например, все объекты выше абсолютного нуля испускают электромагнитное излучение со своей поверхности. Это в основном инфракрасный диапазон, и для объектов с температурой около 1000 К (~ 700 ° C) или ниже излучение невидимо для человеческого глаза. Пиковая длина волны и интенсивность испускаемого излучения зависят от температуры объекта.Бесконтактные или радиационные термометры предназначены для определения интенсивности этого излучения и, следовательно, определения температуры объекта. Совсем недавно технология бесконтактных детекторов была разработана в направлении создания многопиксельных массивов, в которых одновременно снимаются многие показания отдельных точек и отображаются в виде пикселей на изображении. Это называется тепловизором.

Для целей калибровки важно иметь среду, в которой можно многократно настраивать известную температуру.Для сравнительной калибровки используется жидкостная ванна или твердый блок. Ванна или блок спроектированы так, чтобы иметь как можно более однородную температуру, чтобы тестируемый термометр находился в той же термической среде, что и эталонный термометр, калибровка которого известна. Затем температура ванны или блока определяется эталонным термометром.

Для более точной калибровки можно использовать набор «фиксированных точек» эталонной температуры. Ячейки с фиксированной температурой имеют чрезвычайно воспроизводимое поведение и обычно используют точку плавления, точку замерзания или тройную точку (где твердое тело, жидкость и пар сосуществуют) чистых элементов.Эти фиксированные точки были изучены на международном уровне, и значение температуры для каждой из них согласовано и определено в Международной температурной шкале 1990 года (ITS-90). ITS-90 может использоваться в диапазоне температур выше 0,65 К и является согласованной температурной шкалой, используемой во всем мире.

NPL работает ведущая в мире команда исследователей, работающих над улучшением существующих методов измерения температуры и разработкой новых для решения все более сложных технологических и промышленных задач.Благодаря опыту, полученному в результате этого исследования, мы также можем помочь организациям понять влияние надежного измерения температуры на их процессы, решить их сложные проблемы измерения и внести новаторские улучшения в методы измерения. Узнайте больше об исследованиях, которые мы проводим в этой области.

Узнайте об исследованиях NPL в этой области

Дополнительная информация об определениях единиц СИ из BIPM

Улучшение калибровки эффективности обнаружения и измерения однородности детекторов Si-SPAD | SpringerPlus

На рис. 1а, б показаны улучшенная измерительная установка и ее фотография соответственно.В отличие от López et al. (2015), в этом случае интегрирующая сфера (Labsphere IS40) с присоединенным Si-фотодиодом (Hamamatsu S1227 66BR) используется в качестве стандартного детектора для измерения оптического потока, а также пропускания фильтра. Si-фотодиод работает в режиме короткого замыкания (без напряжения смещения), а фототок преобразуется в напряжение трансимпедансным усилителем (Gigahertz-Optik P-9202-4). Во время процедуры калибровки Si-SPAD лазерный луч фокусируется на активную область детектора SPAD и в интегрирующую сферу с помощью линзы объектива микроскопа (увеличение X = 20, числовая апертура NA = 0.42, рабочее расстояние d _w = 20 мм). Оптимальное положение юстировки детектора Si-SPAD находится в фокальной плоскости (рабочем расстоянии) линзы объектива, поскольку в этом положении активная область детектора Si-SPAD недостаточно заполнена лазерным лучом. Это уменьшает влияние неоднородностей эффективности обнаружения. Кроме того, детектор-монитор (Si, фотодиод, Hamamatsu S1227 1010BQ) используется для уменьшения возможных колебаний оптической мощности лазера во время измерений.Детектор монитора работает в режиме короткого замыкания, а трансимпедансный усилитель используется для преобразования фототока в напряжение.

a, Схема и b фотография установки, используемой для калибровки эффективности обнаружения Si-SPAD с использованием интегрирующей сферы с присоединенным Si-фотодиодом в качестве эталонного стандартного детектора. Si-фотодиод: Hamamatsu S1227 66BR, Интегрирующая сфера: Labsphere IS 40, Объектив: Mitutoyo M-Plan Apo 20 ×, Настраиваемый лазер: New Focus 6312)

В экспериментах использовались два разных типа детекторов Si-SPAD с разным диаметром сенсора: модуль подсчета одиночных фотонов (SPCM) (Perkin-Elmer SPCM-AQR) с диаметром сенсора ϕ _D1 = 180 мкм (http: // www.pas.rochester.edu/~advlab/APD_SPCM_AQR.pdf) и Si-SPAD (Micro Photon Device PDM) с диаметром сенсора ϕ _D2 = 50 мкм (http://www.micro-photon-devices.com/Docs/Datasheet/PDM.pdf). Рабочая температура детекторов Si-SPAD составляла 24 ° C.

Процедура юстировки Si-SPAD

Юстировка детектора Si-SPAD относительно сфокусированного луча выполняется с использованием моторизованных ступеней XYZ-трансляции в автоматическом режиме. Это выполняется в три этапа: сначала выполняется два сканирования xy с использованием самого Si-SPAD, одно сканирование спереди, а другое — за передней фокальной плоскостью объектива.Хотя абсолютное положение фокальной плоскости точно не известно, его можно приблизительно оценить, так что положения сканирования для этих двух сканирований легко найти. В любом случае эти положения должны быть далеко от фокальной плоскости, чтобы активная область детектора Si-SPAD была намного меньше профиля лазерного луча. В результате эти два сканирования покажут в основном профили лазерного луча, то есть профили гауссова луча. Во-вторых, геометрические параметры этих двух профилей пучка, то есть диаметры пучка и его центральное положение, вычисляются с помощью подгонки гауссовой модели (или, как будет показано ниже, с помощью вычислительного алгоритма, описанного на третьем этапе). .Используя эту информацию, вычисляется фокусное расстояние f объектива микроскопа путем аппроксимации профиля луча к простому геометрическому распространению луча, см. Пунктирную линию на рис. 2:

$$ f = \ frac {{d_ {1} \ cdot Z_ {2} + d_ {2} \ cdot Z_ {1}}} {{d_ {1} + d_ {2}}}, $$

(1)

где f — фокальная плоскость объектива, Z ₁ , Z ₂ — позиции сканирования по оси z и d ₁ , д ₂ — диаметры профиля балки соответственно.{N} {s_ {i}}}}, $$

(3)

где с _и — это сигналы детектора, а x _и , y _i — позиции сканирования в координатах x и y . Диаметр каждого прямоугольного профиля балки ( x мм). _{диаметр} и y _{диаметр} ) определяется по формуле:

$$ x_ {диаметр} = x_ {i, {\ rm max}} — x_ {i, {\ rm min}}, $$

(4)

$$ y_ {диаметр} = y_ {i, {\ rm max}} — y_ {i, {\ rm min}}, $$

(5)

где x _{i, макс.} ( x _{i, min} ) — максимальное (минимальное) положение диаметра луча в направлении координат x и y _{i, макс.} ( y _{i, min} ) — максимальное (минимальное) положение диаметра луча в направлении координат y .

Схематическое изображение распространения луча, используемого для определения фокальной плоскости объектива. f — фокальная плоскость объектива, d ₁ и d ₂ — диаметры балки и Z ₁ и Z ₂ — позиции, в которых выполняются два сканирования для вычисления положения фокальной плоскости f

Следует отметить, что алгоритм центроида не должен соответствовать какой-либо конкретной модели, поэтому его также можно использовать для определения диаметров и центров профилей гауссовых пучков, полученных на втором этапе.

Процедура однородности эффективности обнаружения

Однородность эффективности обнаружения детектора Si-SPAD определяется путем сканирования активной области сенсора Si-SPAD лазерным лучом диаметром прибл. 10 мкм; то есть фокусировка лазерного луча линзой объектива и его сканирование, как описано в предыдущем разделе. Однако в этом случае используется контрольный детектор для коррекции возможных колебаний оптической мощности лазера, которые могут возникнуть во время измерения.Сканирование выполняется с шагом 5 мкм по всей активной области сенсора.

Следует отметить, что для определения однородности эффективности обнаружения Si-SPAD необходимы только относительные измерения. Следовательно, в этом случае каждый сигнал, полученный от Si-SPAD для каждой ( x , y ) позиции сканирования, нормализуется к тому, который получается, когда лазерный луч падает на центр активной области датчика. То есть

$$ N (x, y) _ {rel} = \ frac {N_ {x_ {i}, y_ {j}}} {N_ {center}} \ cdot \ frac {s _ {{mon} _ {center}}} {s _ {{mon} _ {i, j}}}, $$

(6)

, где \ (N _ {{x_ {i}, y_ {j}}} \) — количество Si-SPAD для позиции ( x , y ), N _центр — скорость счета Si-SPAD в центральной позиции N _{x = 0} , _{y = 0} и с _пн — сигнал детектора монитора.Однородность эффективности обнаружения может быть определена как стандартное отклонение относительной эффективности обнаружения для определенной области.

Процедура пропускания через фильтр

Общее пропускание через фильтр нельзя измерить напрямую с помощью стандартного детектора, используемого в нашей измерительной установке, из-за большого ослабления мощности лазера, необходимого для калибровки эффективности детектирования Si-SPAD. Поэтому используется двухэтапная процедура in situ, как подробно описано в López et al.(2015). Здесь трансмиссия каждого фильтра ( T _F2 и T _F3 ) измеряется по отдельности, откуда рассчитывается общая пропускная способность комбинации обоих фильтров. Таким образом, чтобы оценить связанную с этим неопределенность, были использованы два фильтра с более низкой оптической плотностью (более высоким коэффициентом пропускания), чем фильтры, используемые при реальной калибровке детектора Si-SPAD. В этом случае комбинация обоих фильтров теперь может быть измерена стандартным детектором.Пропускание фильтра измерялось с использованием интегрирующей сферы с присоединенным Si-фотодиодом в качестве детектора, что уменьшало такие эффекты, как обратное отражение в установку и паразитный свет. Ступени трансляции с высокой точностью используются для воспроизводимого позиционирования фильтров, уменьшая, таким образом, эффекты неоднородности. Общая трансмиссия комбинации фильтров ( T _{в сочетании} ), где оба фильтра одновременно расположены на пути луча.Для исследования, зависящего от длины волны, для исследования используется перестраиваемый лазерный источник, работающий в диапазоне длин волн от 766 до 781 нм. Отклонение между общим пропусканием фильтра, рассчитанным на основе измерений пропускания отдельного фильтра, и непосредственно определенной совокупной комбинацией фильтров было оценено следующим образом:

$$ Dev = 1 — \ frac {{T _ {{F_ {2}}} \ cdot T_ { {F_ {3}}}}} {{T_ {Combined}}}, $$

(7)

Это отклонение принимается как вклад общей неопределенности пропускания фильтра для определения эффективности обнаружения детекторов Si-SPAD, как уже описано в López et al.(2015).

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Best Research-Cell | Фотоэлектрические исследования

NREL поддерживает диаграмму наивысшей подтвержденной эффективности преобразования для исследований. ячеек для ряда фотоэлектрических технологий, построенных с 1976 года по настоящее время.

Узнайте, как NREL может помочь вашей команде с помощью сертифицированных измерений эффективности.

Получите доступ к нашим данным об эффективности исследовательских ячеек.

Загрузить диаграммы по технологиям:

Кристаллические кремниевые элементы

Ячейки на арсениде галлия однопереходные

Многопереходные ячейки

Тонкие пленки

Новые PV.

Пояснения к диаграмме ячеек

Устройства, включенные в эту таблицу текущего состояния техники, обладают эффективностью, которая подтверждены независимыми признанными испытательными лабораториями — e.g., NREL, AIST, JRC-ESTI и Fraunhofer-ISE — и сообщаются на стандартизированной основе. Размеры для новых записи должны соответствовать Стандартным условиям тестирования или отчетности, как определено глобальный эталонный спектр для плоских устройств и прямой эталонный спектр для концентраторов, перечисленных в стандартах IEC 60904-3 издание 2 или ASTM G173. Эталонная температура составляет 25 ° C, а площадь — это общая площадь ячейки или площадь. определяется апертурой.

Результаты эффективности ячеек представлены в семействах полупроводников:

• Многопереходные ячейки
• Ячейки на арсениде галлия однопереходные
• Кристаллические кремниевые элементы
• Тонкопленочные технологии
• Новые фотоэлектрические системы.

Около 28 различных подкатегорий обозначены отличительными цветными символами.

Самый последний мировой рекорд для каждой технологии выделен справа. во флаге, который содержит эффективность и символ технологии. Компания или группа, которая изготовила устройство для каждой последней записи, выделена на графике жирным шрифтом.

Информация, представленная NREL, предоставлена ​​добросовестно, но NREL не может принять прямая ответственность за любые ошибки или упущения.Сюжет не защищен авторским правом и могут использоваться в презентациях и публикациях с пометкой, которая гласит: «Это участок любезно предоставлен Национальной лабораторией возобновляемой энергии, Голден, Колорадо ».