Что такое кпд в работе
КПД – физический смысл величины, как ее вычислять
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. Поделив Джоули на Джоули, получаем безразмерную величину. КПД иногда называют энергоэффективностью устройства.
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
Пример 1. Нужно рассчитать коэффициент для классического камина. Дано: удельная теплота сгорания березовых дров – 107Дж/кг, количество дров – 8 кг. После сгорания дров температура в комнате повысилась на 20 градусов. Удельная теплоемкость кубометра воздуха — 1,3 кДж/ кг*град. Общая кубатура комнаты – 75 кубометров.
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. Это связано с тем, что труба напрямую выводит горячий воздух в атмосферу. Для повышения эффективности устраивают дымоход с каналами, где воздух сначала отдает тепло кладке каналов, и лишь потом выходит наружу. Но справедливости ради, нужно отметить, что в процессе горения камина нагревается не только воздух, но и предметы в комнате, а часть тепла выходит наружу через элементы, плохо теплоизолированные — окна, двери и т.д.
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:
Наука и инженерная мысль не стоит на месте. постоянно изобретаются способы, как уменьшить теплопотери, снизить трение между частями агрегата, повысить энергоэффективность техники.
Профильное образование: Троицкий аграрный техникум, специальность – электрик 3 разряда (1996 г.).
IV группа допуска по электробезопасности.
Электрик 4 разряда.
Опыт работы – с 1996 года.
Объекты работ: квартиры, дачи, бани, офисы и другие.
Дополнительная информация: Ленинградская область (до 100 км от г. Санкт-Петербурга)
Повышаем КПД персонала, или Как из ленивых сотрудников сделать ударников труда
Всем понятно, что чем больше отдача от людей, тем меньше финансовые издержки — не надо платить, выделять рабочие места в офисе и постоянно подталкивать непродуктивных членов коллектива. Дурной пример, как известно, заразителен, а в коллективе он заразителен вдвойне. Поэтому руководство компании и кадровые службы вынуждены направлять усилия на то, чтобы своевременно выявлять тех, кто работает «спустя рукава».
Заражение бездельем, порой напоминает лавинообразное падение предварительно выстроенных костяшек домино — падает одна, затем другая и так далее, пока не упадут все. Сотрудник, работающий «вполсилы», неэффективно и небрежно, приносит не только прямой вред организации, но и вносит смуту в коллектив, задает неправильные стандарты поведения, заражая коллег ленью и безалаберностью.
Классический пример. Директор (он же хозяин) автозаправочной станции ввел для операторов обязательное правило: вежливо здороваться с посетителями и всегда им улыбаться. Клиенты сразу отметили позитивные изменения в поведении работников автозаправочной станции. Увеличился поток посетителей, на заправке появились очереди. Но через некоторое время в коллективе появилась новая оператор — Надежда З., которая ранее работала на другой автозаправочной станции, где требования руководства были не так строги. Надежда решила, что можно трудиться по-старинке — разговаривать с хмурым выражением лица, неохотно пробивать заказ, не приветствовать посетителей. Постоянные клиенты обратили внимание на необщительную девушку, но доверия к заправке, тем не менее, не потеряли, поскольку неприветливость Надежды щедро компенсировалась внимательным и вежливым обслуживанием других операторов. Однако со временем другие сотрудники, глядя на свою нерадивую коллегу, стали меньше внимания уделять клиентам, рассудив, «почему ей можно, а нам нельзя?». Последствия для бизнеса были ощутимые. В пятистах метрах от АЗС открылась новая заправка с регламентированной системой обслуживания. Многие клиенты перешли к конкурентам, так как не могли оправиться от «потребительского шока», вызванного сначала суперкачественным, а затем крайне низким уровнем обслуживания.
Рыба ищет, где глубже…
Следует отметить, что «человек разумный» не способен долгое время оставаться совершенно бездеятельным, если, конечно, он не спит. Когда мы что-то «не делаем» или делаем неправильно или неэффективно, мы занимаемся совершенно другими делами, то есть так или иначе заполняем свое время. Одним из таких дел является широко известная имитация бурной деятельности, когда сотрудник постоянно суетится, куда-то бегает, делает массу телефонных звонков, но при этом его активность не имеет никакого полезного результата. Рабочее место таких людей завалено бумагами, они имеют массу незаконченных проектов и огромное количество деловых контактов, поздно уходят с работы и имеют крайне усталый вид.
Другой вариант реализации низкой эффективности — долгая раскачка. Сотрудник приходит на работу, пьет кофе, беседует с коллегами, смотрит прогноз погоды в Интернете, выходит курить, возвращается на рабочее место и… так до самого обеда. После обеда опять начинается вхождение в рабочий ритм. Если его не подгонять, то он ничего не сделает до самого вечера, когда уже пора уходить домой.
Затягивание сроков выполнения задачи
Мария Л., специалист отдела обучения персонала крупного холдинга в сфере нефтехимического производства, всегда долго и тщательно готовит документы — приказы о переподготовке персонала, распоряжения о формировании учебных групп, договора с учебными центрами. Процесс проверки уже готовых документов занимает вдвое больше времени. Такой подход приводит к тому, что организация производственного обучения происходит крайне медленно, а срыв сроков подготовки персонала ограничивает полное использование производственных мощностей предприятия. В ответ на замечания руководства о том, что работа не выполняется в срок, Мария обычно отвечает, что у нее просто не хватает времени.
Это довольно распространенная ситуация для бюрократизированных компаний. Когда для того чтобы сделать один шаг, требуется масса объяснений, санкций, распоряжений и других форм документального сопровождения процесса деятельности. Сотрудники достаточно творчески используют систему корпоративного документооборота, чтобы ничего не делать, либо работать с прохладцей, понемногу, руководствуясь поговоркой «Ешь — потей, работай — мерзни», подолгу и тщательно занимаются подготовкой процесса, собирают подписи и разрешения. Подобной же уловкой пользуются люди, которые ссылаются на постоянную нехватку ресурсов — денег, оборудования, информации.
Выполнение одной задачи в ущерб другой
Многие используют такую лазейку как «срочное задание», чтобы временно избавиться от надоевших повседневных дел или от других, менее интересных.
Руководитель крупного предприятия дал задание Светлане, своему секретарю, обзвонить всех руководителей подразделений с тем, чтобы они подготовили полугодовые отчеты и явились на общее собрание во второй половине дня. Помимо этого задания Светлана должна была выполнять свою повседневную работу: получать и регистрировать корреспонденцию, отвечать на входящие звонки и так далее. Секретарь начала обзванивать руководителей и совершенно забыла о своих каждодневных обязанностях. Сославшись на то, что у нее сейчас срочная работа, она довольно сухо попросила важного клиента перезвонить после обеда, что впоследствии повлияло на репутацию компании — клиент был рассержен столь формальным подходом и даже всерьез подумывал о разрыве деловых отношений с давним партнером и поставщиком.
Энергию в массы!
Чтобы человек продуктивно работал, в его деятельности должны присутствовать два компонента: первое — энергия, второе — направление, или цель. Низкий уровень энергии встречается, как правило, у людей больных, страдающих авитаминозом, с низкой мотивацией, усталых, имеющих серьезные психологические проблемы, ведущих нездоровый образ жизни. Поэтому одна из задач кадровой службы и менеджмента компании — обнаруживать людей с низким уровнем энергии и принимать необходимые меры.
Руководство одной из региональных сетей быстрого питания обнаружило, что производительность фронт-персонала — продавцов и кулинаров тонаров — крайне невысока. Многие сотрудники лениво и небрежно, без энтузиазма обслуживают клиентов, что влияет на отношение потребителей к компании. Решить проблему было поручено HR-службе, которая после ряда наблюдений сделала следующее заключение: большинство сотрудников — молодые люди, студенты. Они учатся и работают, а свободное время проводят в клубах, компаниях, на дискотеках, зачастую употребляя алкогольные напитки. Понятно, что такой образ жизни не способствует поддержанию отличной физической формы, что, в свою очередь, сказывается на работе. Нанимать на работу людей более старшего возраста с точки зрения кадровой политики было неприемлемо. Поэтому HR-служба подготовила план мероприятий, где руководству компании предлагалось создать корпоративный клуб для молодых сотрудников — организовать помещение для встреч и сделать небольшой спортзал. Руководство приняло предложение кадровой службы и выделило необходимые средства. И молодые сотрудники стали ходить на занятия по фитнесу, участвовать в мероприятиях. Уровень энергии ощутимо поднялся — все стали активнее работать, появился блеск в глазах.
Мотивация может быть и такой: организация для сотрудников обедов и ужинов. Такая забота о человеческих ресурсах полезна не только с точки зрения формирования корпоративной лояльности, но имеет и экономическое обоснование. Далеко не всегда сами сотрудники берут с собой на работу приготовленную дома еду. И далеко не все могут посетить в обеденный перерыв хорошее кафе, либо из-за нехватки времени и денег, либо из-за отсутствия нормального заведения общественного питания рядом с работой.
Огромное влияние на коллектив оказывает личное обращение руководителей к подчиненным. Различные собрания, деловые встречи, рабочие группы являются отличными энерджайзерами для сотрудников. Руководители подразделений должны уметь общаться со своими подчиненными — говорить ясно, четко, воодушевляюще. И задача кадровой службы — искать менеджеров среди таких кандидатов, которые способны вести за собой, поднимать уровень энергии не только у себя, но и у других людей.
Еще одна причина низкого уровня энергии — синдром выученной беспомощности. Термин «выученная беспомощность» был придуман психологами, проводившими эксперимент над собаками, суть которого заключалась в изучении реакции животного на слабые разряды электрического тока. Фактически собаки учились беспомощности, отказываясь совершать активные действия!
Сотрудники, находящиеся под постоянным прессом критики и негативного отношения, также становятся беспомощными и вялыми. Вместо того чтобы брать на себя ответственность и проявлять инициативу, они предпочитают жаловаться на начальство, низкую заработную плату и неблагодарных клиентов.
Одна из функций кадровой службы организации — диагностика стиля управления руководителей подразделений. Начальник может быть жестким и авторитарным, но если он умеет не только критиковать, но и хвалить подчиненных — энергетический уровень в отделе будет высоким. И наоборот, демократически настроенный, инициативный менеджер с легкостью может остановить работу целой компании, если он умеет только обвинять и находить недостатки.
Большой документооборот также приводит к тому, что люди начинают работать осторожно, порой предпочитая не делать ничего, лишь бы не допустить ошибку. Необходимо максимально избавляться от лишних бумаг, а также от ненужных согласований и разрешений.
Впередсмотрящие
Без карты и компаса корабли сбиваются с курса, а без сопровождения наземной диспетчерской службы самолет может потерять ориентацию и разбиться. Также и персонал без целей в работе начинает заниматься всем чем угодно, только не своими непосредственными обязанностями. У каждого работника должна быть своя «координатная сетка». Он должен четко знать, что ему делать в первую очередь, что во вторую и так далее. Постановка целей и задач должна быть конкретной, измеримой и ограниченной временными рамками.
Человек должен не только представлять свой конечный результат, но и знать, что он будет делать в том случае, если в настоящий момент выполнить работу невозможно по объективным причинам. Так, например, опытные бригадиры всегда планируют для строителей работу, которую они могут делать на случай, если вовремя не будут подвезены строительные материалы. Чтобы работа не стояла, а люди не «расхолаживались». Практика «запасного фронта работ» может в значительной степени повысить производительность труда.
Вперед смотрящими и должны стать отделы управления персоналом. Свою деятельность им надо направлять на диагностику стиля руководства начальников подразделений, удовлетворенности сотрудников своей работой, а также выстраивание системы содержания рабочего времени сотрудников. При этом для исследований используются структурированные интервью, тесты и фокус-группы.
Пример вопросов для интервью и фокус-групп с сотрудниками:
Для диагностики стиля руководства многие службы управления персоналом используют психологические тесты, однако, на наш взгляд, метод психологического тестирования имеет ограничения в связи с тем, что использовать тесты повторно можно только через достаточно большой промежуток времени. Поскольку повторный опрос одних и тех же респондентов снижает надежность результатов — многие руководители стремятся давать социально желательные ответы. К тому же многие стандартные опросники достаточно хорошо «читаемы», и для человека не представляет особой сложности дать ответы, которые, по его мнению, хотело бы видеть руководство. Наиболее надежным и точным методом исследования стиля управления являются кейсы. Причем лучше, если на них нужно будет отвечать по принципу «Ситуация — действия — прогнозируемый результат».
Предполагается, что наиболее успешный руководитель будет давать ответы в колонках «Действия» и «Результат», в целом соответствующие эффективной стратегии, то есть дает не только негативную, но и позитивную обратную связь, ставит цели и отслеживает итог и, соответственно, принимает меры к повышению энергии у подчиненных.
Чтобы заставить сотрудников работать больше и лучше, недостаточно только кнута и пряника, нужно обучать работать, изучать людей и прилагать усилия для формирования здоровой трудовой атмосферы. Главную роль в этом процессе играет кадровая служба и менеджмент компании. Если они справляются со своей задачей — сотрудники становятся результативными, если нет — эффективность падает и растут затраты на персонал.
Понятие КПД: определение, формула и применение в физике
Физика — это наука, которая изучает процессы, происходящие в природе. Наука эта очень интересная и любопытная, ведь каждому из нас хочется удовлетворить себя ментально, получив знания и понимание того, как и что в нашем мире устроено. Физика, законы которой выводились не одно столетие и не одним десятком ученных, помогает нам с этой задачей, и мы должны только радоваться и поглощать предоставленные знания.
Но в то же время физика — наука далеко непростая, как, собственно, и сама природа, но разобраться в ней было бы очень интересно. Сегодня мы будем говорить о коэффициенте полезного действия. Мы узнаем, что такое КПД и зачем он нужен. Рассмотрим все наглядно и интересно.
Определение и расшифровка КПД
Расшифровка аббревиатуры — коэффициент полезного действия. Однако и такое толкование с первого раза может оказаться не особо понятным. Этим коэффициентом характеризуется эффективность системы или какого-либо отдельного тела, а чаще — механизма. Эффективность характеризуется отдачей или преобразованием энергии.
Этот коэффициент применим практически ко всему, что нас окружает, и даже к нам самим, причём в большей степени. Ведь совершаем мы полезную работу все время, только вот как часто и насколько это важно, уже другой вопрос, с ним и используется термин «КПД».
Важно учесть, что этот коэффициент — величина неограниченная, она, как правило, представляет собой либо математические значения, к примеру, 0 и 1, либо же, как это чаще бывает — в процентах.
В физике этот коэффициент обозначается буквой Ƞ, или, как её привыкли называть, Эта.
Полезная работа
При использовании каких-либо механизмов или устройств мы обязательно совершаем работу. Она, как правило, всегда больше той, что необходима нам для выполнения поставленной задачи. Исходя из этих фактов различается два типа работы: это затраченная, которая обозначается большой буквой, А с маленькой з (Аз), и полезная — А с буквой п (Ап). Для примера, возьмем такой случай: у нас есть задача поднять булыжник определенной массой на определенную высоту. В этом случае работа характеризует только преодоление силы тяжести, которая, в свою очередь, действует на груз.
В случае когда для подъема применяется какое-либо устройство, кроме силы тяжести булыжника, важно учесть еще и силу тяжести частей этого устройства. И кроме всего этого, важно помнить, что, выигрывая в силе, мы всегда будем проигрывать в пути. Все эти факты приводят к одному выводу, что затрачиваемая работа в любом варианте окажется больше полезной, Аз > Ап, вопрос как раз заключается в том, насколько её больше, ведь можно максимально сократить эту разницу и тем самым увеличить КПД, наш или нашего устройства.
Полезная работа — это часть затрачиваемой, которую мы совершаем, используя механизм. А КПД — это как раз та физическая величина, которая показывает, какую часть составляет полезная работа от всей затраченной.
Итог:
Физическая формула КПД
Существует определенная формула для нахождения КПД. Она звучит следующим образом: чтобы найти КПД в физике, нужно количество энергии разделить на проделанную системой работу. То есть КПД — это отношение затраченной энергии к выполненной работе. Отсюда можно сделать простой вывод, что тем лучше и эффективнее система или тело, чем меньше энергии затрачивается на выполнение работы.
Сама формула выглядит кратко и очень просто Ƞ будет равняться A/Q. То есть Ƞ = A/Q. В этой краткой формулы и фиксируют нужные нам элементы для вычисления. То есть A в этом случае является использованной энергией, которая потребляется системой во время работы, а большая буква Q, в свою очередь, будет являться затраченной A, или опять же затраченной энергией.
В идеале КПД равен единице. Но, как это обычно бывает, он её меньше. Так происходит по причине физики и по причине, конечно же, закона о сохранении энергии.
Все дело в том, что закон сохранения энергии предполагает, что не может быть получено больше А, чем получено энергии. И даже единице этот коэффициент будет равняться крайне редко, поскольку энергия тратится всегда. И работа сопровождается потерями: к примеру, у двигателя потеря заключается в его обильном нагреве.
Ƞ=А/Q, где
Применение в разных сферах физики
Примечательно, что КПД не существует как понятие нейтральное, для каждого процесса есть свой КПД, это не сила трения, он не может существовать сам по себе.
Рассмотрим несколько из примеров процессов с наличием КПД.
К примеру, возьмем электрический двигатель. Задача электрического двигателя — преобразовывать электрическую энергию в механическую. В этом случае коэффициентом будет являться эффективность двигателя в отношении преобразования электроэнергии в энергию механическую. Для этого случая также существует формула, и выглядит она следующим образом: Ƞ=P2/P1. Здесь P1 — это мощность в общем варианте, а P2 — полезная мощность, которую вырабатывает сам двигатель.
Нетрудно догадаться что структура формулы коэффициента всегда сохраняется, меняются в ней лишь данные, которые нужно подставить. Они зависят от конкретного случая, если это двигатель, как в случае выше, то необходимо оперировать затрачиваемой мощностью, если работа, то исходная формула будет другая.
Теперь мы знаем определение КПД и имеем представление об этом физическом понятии, а также об отдельных его элементах и нюансах. Физика — это одна из самых масштабных наук, но её можно разобрать на маленькие кусочки, чтобы понять. Сегодня мы исследовали один из этих кусочков.
Видео
Это видео поможет вам понять, что такое КПД.