Chương IV. Năng lượng, công, công suất

Bài 27. Hiệu suất

Tìm hiểu về hiệu suất, năng lượng có ích và năng lượng hao phí.

🟡 Trung bình 45 phút

Lý thuyết Hiệu suất

1 1. Năng lượng có ích và năng lượng hao phí

Năng lượng có ích: Phần năng lượng được chuyển hóa thành dạng năng lượng mà ta mong muốn.

Năng lượng hao phí: Phần năng lượng bị mất mát, chuyển hóa thành các dạng năng lượng không mong muốn (chủ yếu là nhiệt năng).

Năng lượng toàn phần:

$$W_{tp} = W_{ci} + W_{hp}$$

Trong đó:

  • Wtp: năng lượng toàn phần
  • Wci: năng lượng có ích
  • Whp: năng lượng hao phí

2 2. Hiệu suất

Định nghĩa: Hiệu suất là tỉ lệ giữa năng lượng có ích và năng lượng toàn phần.

Công thức:

$$H = \frac{W_{ci}}{W_{tp}} \cdot 100\%$$

Hoặc

$$H = \frac{P_{ci}}{P_{tp}} \cdot 100\%$$

Trong đó:

  • H: hiệu suất
  • Wci, Pci: năng lượng/công suất có ích
  • Wtp, Ptp: năng lượng/công suất toàn phần

3 3. Hiệu suất của động cơ nhiệt

Công thức:

$$H = \frac{A}{Q} \cdot 100\%$$

Trong đó:

  • A: công cơ học mà động cơ thực hiện được
  • Q: nhiệt lượng mà động cơ nhận được từ nhiên liệu bị đốt cháy

Chú ý: 0 < H ≤ 1 (hay 0% < H ≤ 100%)

4 4. Các công thức liên quan

Từ công thức hiệu suất, ta có:

  • Wci = H × Wtp
  • Whp = (1 - H) × Wtp
  • Aci = H × Atp

Ứng dụng: Hiệu suất được sử dụng để đánh giá hiệu quả của các máy móc, thiết bị.

Các dạng bài tập

1 Dạng 1: Tính hiệu suất

Phương pháp giải

Phương pháp giải:

  • Xác định năng lượng/công có ích và toàn phần
  • Áp dụng H = (Wci/Wtp) × 100%

Ví dụ minh họa

VÍ DỤ 1
Ví dụ 1: Một bóng đèn sử dụng 100J điện năng, trong đó 25J chuyển thành quang năng. Tính hiệu suất.
GIẢI

Giải:

H = (25/100) × 100% = 25%

VÍ DỤ 2
Ví dụ 2: Động cơ thực hiện công 2000J từ 10000J nhiệt lượng. Tính hiệu suất.
GIẢI

Giải:

H = (2000/10000) × 100% = 20%

2 Dạng 2: Tính năng lượng có ích hoặc hao phí

Phương pháp giải

Phương pháp giải:

  • Wci = H × Wtp
  • Whp = Wtp - Wci

Ví dụ minh họa

VÍ DỤ 1
Ví dụ 1: Máy bơm có hiệu suất 80%, công toàn phần 50000J. Tính công có ích.
GIẢI

Giải:

Aci = H × Atp = 0,8 × 50000 = 40000 J

VÍ DỤ 2
Ví dụ 2: Một động cơ có hiệu suất 75%, công suất 10kW. Tính công suất hao phí.
GIẢI

Giải:

Pci = 0,75 × 10 = 7,5 kW

3 Dạng 3: Bài toán thực tế về hiệu suất

Phương pháp giải

Phương pháp giải:

  • Phân tích tình huống
  • Xác định các đại lượng
  • Áp dụng công thức

Ví dụ minh họa

VÍ DỤ 1
Ví dụ 1 (Thực tế): Một xe tải chạy 100km tiêu thụ 10L xăng. Tính hiệu suất biết công có ích để di chuyển là 8000000J (q = 46×10⁶ J/kg, ρ = 700 kg/m³).
GIẢI

Giải:

m = 10 × 0,7 = 7 kg

Q = 7 × 46×10⁶ = 322×10⁶ J

H = (8×10⁶ / 322×10⁶) × 100% ≈ 2,5%

VÍ DỤ 2
Ví dụ 2 (Thực tế): Tại sao bóng đèn LED có hiệu suất cao hơn bóng đèn sợi đốt?
GIẢI

Giải:

Bóng đèn LED chuyển hóa phần lớn điện năng thành quang năng (có ích), ít tỏa nhiệt (hao phí). Bóng đèn sợi đốt chỉ chuyển hóa khoảng 5-10% thành quang năng, còn lại tỏa nhiệt (hao phí).

Sẵn sàng thử thách bản thân?

Hoàn thành 14 câu hỏi để củng cố kiến thức và kiểm tra mức độ hiểu bài

Làm bài tập ngay

Các bài học trong chương: Chương IV. Năng lượng, công, công suất