Strona główna » energia elektryczna » Moc, sprawność i energia, czyli podstawy podstaw

Moc, sprawność i energia, czyli podstawy podstaw

Archiwum

Dla każdej dyskusji o technice i fizyce najpierw należy uzgodnić jednostki, którymi będziemy się posługiwać.

Był taki przypadek w Kanadzie, że kiedy zmieniano jednostki z imperialnych na metryczne, to samolot zatankowano licząc w funtach, a to były kilogramy. Wszystko się dobrze skończyło, bo kapitan był najwyraźniej maniakiem latania i oprócz pracy, także pilotem szybowcowym. Więc kiedy w Boeingu 767 niespodziewanie zabrakło paliwa i wyłączyły się silniki, po prostu poleciał dużym szybowcem…

Z tego płynie nauka, że aby tu nie stworzyć szybowca :), wypada się posługiwać tymi samymi jednostkami. Pod tym względem nie mam najmniejszego zamiaru wymyślać tu prochu i obowiązuje układ SI. Z drobnymi poprawkami.

Wobec tego, że najczęściej będzie mowa o energii, mocy i pracy, itd. używać będziemy do energii watogodziny i pochodnych, a nie joula.
Oraz w miarę możności używajmy w dyskusjach kilowatogodziny. Jest to często jedyna znana powszechnej populacji jednostka energii i powszechnie zrozumiała, z racji rozliczania prądu. Zawodowcy nie będą mieli z tym problemu, a laikom ułatwi rozumienie.

Jeśli ktoś nie umie samodzielnie przeliczyć jednostek, ich nie rozumie, itd. – to absolutnie nie wyklucza z dyskusji, ale chyba racjonalnie mogę oczekiwać, że każdy kto dysponuje fachową wiedzą inżynierską, potrafi też dostosować się do konwencji i stosownie przeliczyć jednostki.

Miejsce na krótkie przypomnienie podstaw. Z licznych dyskusji widzę, że brakuje tego straszliwie. Inżynierowie niech się nie śmieją, to dla kompletnych laików po zreformowanej szkole, ja zresztą też nie jestem zawodowcem, a wręcz przeciwnie, czuję często brak dobrych podstaw z fizyki i matematyki. Nie czuje się najbardziej kompetentnym nauczycielem, więc jeśli ktoś potrafi to zrobić lepiej, bardzo chętne zmienię ten wpis, czy umieszczę następny.

To możemy zaczynać podstawy. Powszechnie zrozumiałym pojęciem jest energia. Liczy się ją, przynajmniej dla praktycznych potrzeb tutaj, w kilowatogodzinach. W skrócie kWh, znane z rachunków za prąd. Jedna kWh to ilość ENERGII potrzebnej do wykonania PRACY, którą to pracę nieco heretycko, ale zasadniczo poprawnie, także można mierzyć w kWh, do czego tutaj serdecznie zachęcam.

Wypada zdefiniować pojęcie pracy, ale najprostsza odpowiedź brzmi – jest kompletnie zgodna z intuicją. Praca to jest rozpędzenie pojazdu, podniesienie paczki, walcowanie blach, czy zmielenie mięsa. Ilość energii potrzebnej do każdego z tych zadań jest zawsze inna, inny czas, itp., ale zawsze gdzieś się dostarcza potrzebną formę energii (mechaniczną, cieplną, chemiczną), kosztem zużycia energii w innej formie.
Dlatego to wszystko jest energia. To jest wspólna nazwa i wspólny mianownik, ale oprócz ilości energii (w kWh) należy dodać formę tej energii. W skrócie energia zamienia się w pracę, a praca to to, czego akurat potrzebujemy. Możemy sami, albo ktoś ma na nas zapracować.

Najlepiej i najwygodniej jak są to różne żyjątka sprzed milionów lat. Nie protestują, nie piszą pozwów, dają się łatwo przewozić. Żyjątka przerobione do postaci diesla przewożą olbrzymią większość rzeczy i osób w skali świata i nie protestują. Dokładniej to wykonują PRACĘ przewozową, a samo paliwo przenosi ENERGIĘ.

Moc jest liczona w watach (kilo-, mega-, terawatach) i nie oznacza żadnej energii, ani pracy, ale potencjalna możliwość do jej dostarczenia.
Po prostu, im więcej mamy mocy, tym szybciej możemy zadaną pracę wykonać, zużywając tyle samo energii.

Tłumacząc na przykładzie: mamy do zmielenia powiedzmy 5 kg mięsa (ilość przypadkowa, nie wiem nawet w przybliżeniu) i na zmielenie tego potrzebujemy wykonać pracę 1 kWh. Jesli mamy elektryczną maszynkę (lub jakąkolwiek inaczej napędzaną) o mocy 1 kW, to wykonamy tą pracę w godzinę.

Jesli dostępna moc to 2 kW, wystarczy pół godziny. Jeśli robimy to ręczną maszynką, dostarczając przeciętnie moc 0,1 kW (ta moc przez dłuższy czas, to mówimy o atlecie olimpijskim…), to potrzeba ma wykonanie pracy 1 kWh oczywiście 10 godzin.

Zasadniczo przemiana całości energii w interesującą nas pracę nie istnieje w praktyce. Jaki procent i jaka część zostanie zmieniona – to kwestia SPRAWNOŚCI. Jeśli całość dostarczonej energii zamienia się w pracę, wtedy sprawność wynosi 100%, co z wyjątkiem grzania oporowego prądem, nie istnieje.

Z tym jednym wyjątkiem, nigdy dostarczona energia nie przekształci się w pracę w całości.
Zrozumienie skali marnowania energii pokazuje jak łatwo o pierwsze oszczędności – im dalej w las tym trudniej, ale w tej dziedzinie to początki są łatwe.

Jeśli z jednego kWh energii otrzymamy 0,5 kWh pracy, to sprawność wynosi 50%. Dla przykładu – sprawność typowego samochodu (nie silnika, czy skrzyni, czy czegokolwiek, a całego samochodu) w przekształcaniu energii zawartej w paliwie w pracę polegającą na przemieszczaniu się tego samochodu w ruchu mieszanym to ok 15%.
W miejskim mniej, na trasie więcej, ale różnice nie są znaczące. W takim samym samochodzie, ale napędzanym elektrycznie, wygląda to inaczej.

Sprawność przekształcania energii elektrycznej w mechaniczną jest nieporównywalnie większa i zależnie od typu silników i reszty układu napędowego, jest gdzieś pomiędzy 50 a 95%.
Reszta energii staje się ciepłem i zazwyczaj jest rozpraszana. Może też być do czegoś pożytecznego wykorzystana, co nie podnosi sprawności przekształcania spalania w energię mechaniczna, ale podnosi ogólny poziom wykorzystania energii.

Dodawszy do tego, że 1 litr oleju napędowego (raz użyje oficjalnej nazwy zamiast po prostu diesel) zawiera 10 kWh energii . Dokładnie to oznacza, że tyle ciepła się wydziela przy jego spaleniu, a nie ile można uzyskać interesującej nas pracy.

Podsumowując – przecież zasadniczo nie interesuje nas zużycie energii. Interesuje nas wykonana praca – dziecko bezpiecznie dowiezione do szkoły, towar z hurtowni rozwieziony do sklepów, ciepła woda w kranie oraz tania i dostępna stal, z której można zbudować wszystko, co do powyższych celów jest akurat potrzebne.

Advertisements

2 komentarze

  1. PawelW pisze:

    Z punktu widzenia inzyniera, moge powiedziec, ze sie wszystko zgadza. Teraz pytanie: co dalej zrobimy z ta wiedza?

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s

Follow rewolucja energetyczna on WordPress.com
%d blogerów lubi to: