Призначення
Енка - дуже здібний фінансовий майстер. Секрет її успіху полягає в розслідуванні, куди б воно не пішло. Навіть у повсякденному житті. І коли ми хочемо з’ясувати, скільки ми можемо заощадити, спочатку слід подумати про те, скільки витрачаємо. Тому Енка часто задається питанням, скільки енергії ми витрачаємо при таких щоденних неефективностях:
- годину даремно лампочка,
- автомобіль, який повинен зупинитися на переїзді через непотрібне червоне,
- і годину незавершених дверей холодильника.
Ви могли б їй у цьому допомогти?
Перш за все, ми повинні усвідомити, чого доручення хоче від нас. Потрібно з’ясувати, скільки електроенергії чи палива ми економимо. Ми виражаємо ці значення в одиницях енергії. Якщо вас це введення бентежить, не панікуйте і продовжуйте. Все буде з’ясовано.
То як щодо лампочки? Дуже просто, адже цю інформацію нам відкриває виробник. Скажімо, у нас є лампочка \ (\ SI \). Це говорить нам про те, що він споживає \ (\ SI \) за 1 секунду. Потім за годину споживає \ (3600 \) разів більше, тобто \ (\ SI \) .
Це так само легко з автомобілем 1. Припустимо, наш автомобіль важить одну тонну. Як справжній міський пірат, Енка їде на межі закону, тобто \ (\ SI [per-mode = symbol] \ doteq \ SI [per-mode = symbol] \). Тоді кінетична енергія такого автомобіля дорівнює \ (E = \ frac m v ^ 2 \ doteq \ SI \). Після зупинки, а потім запуску ми отримуємо \ (\ SI \) .
Але тепер настає річ, до якої намагалися спокусити вступні речення. Насправді ми витратимо набагато більше енергії, за яку доведеться заплатити, зокрема бензин. Ефективність двигунів внутрішнього згоряння становить приблизно значення \ (\ SI \). Тому насправді ми переходимо до \ (\ SI \) .
Нарешті, найскладніший горіх - холодильник. Ми можемо мати справу з декількома грубими моделями. Ми знайшли мінімальну та максимальну продуктивність холодильника в Інтернеті 2. Припустимо, що при відкритті холодильник справді досягає максимальних показників, а саме \ (\ SI \) .
Трохи складніше із закритими дверима. Потім холодильник перемикається між режимами: спочатку він охолоджує речі, що знаходяться всередині, а коли досить охолоджує, перестає охолоджуватися і «дихає». Ми спростимо ситуацію і припустимо, що всередині холодильника є постійна температура. І тепло від нього постійно витікає. Цей витік тепла описується простою моделлю теплопровідності 3 .
Ця модель пов’язує кількість тепла, яке передається 4 між двома об’єктами з різною температурою, торкаючись поверхні \ (S \), розділеної «ізолюючим» шаром, з часом \ (\ tau \), а температура цих об'єктів зміни внаслідок втрат тепла не змінюються. \ [Q = \ лямбда S \ frac \ tau \ text \]
де \ (\ Delta T \) - різниця температур, а \ (\ lambda \) - константа, що характеризує шар ізоляції.
Спробуємо оцінити окремі параметри:
- поверхня холодильника приблизно \ (\ SI \),
- різниця температур близько \ (\ SI \),
- товщина стінки \ (d = \ SI \) .
Найскладніше з коефіцієнтом теплопровідності для холодильника, але \ (\ lambda = \ SI \) - хороша оцінка. Час залишається одна година. Якщо скласти все разом, отримаємо \ (Q = \ SI \). Але це потрібно помножити на ефективність холодильника, припустимо, це буде \ (\ SI \). Через годину ми слідуємо за \ (E = \ SI \ cdot \ SI - \ SI = \ SI \) .
То який урок із цього прикладу? Не зупиняйтеся на червоному!
Якщо ми не садомазохістичні і не хочемо ускладнити своє життя - під час гальмування автомобіль перетворює частину енергії в електричну енергію, яка заряджає акумулятори в машині, але ми будемо робити вигляд, що це нікчемне значення.
Оскільки тепло - це лише робота, що виконується на молекулярному рівні (молекули стикаються між собою і передають енергію), ми повинні справедливо сказати, що тепло має місце, а не те, що воно передається.
Обговорення
Тут ви можете вільно обговорювати рішення, ділитися своїми фрагментами коду тощо.
Ви повинні увійти, щоб додати коментарі.