Коэффициент полезного дейст­вия

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ (кпд), количественная характеристика η эффективности технической системы или устройства, определяемая отношением полезной энергии W_п, вырабатываемой устройством, к энергии W, затраченной на работу устройства: η = W_п/W. Кпд часто выражается в процентах. Из-за неизбежных потерь энергии в двигателях и других устройствах (трансформаторах, электрических генераторах и т.п.) величина кпд всегда меньше единицы (например, кпд паровоза составляет 0,04-0,08). В то же время кпд тепловых насосов (называемой эффективностью) больше единицы, так как в данном случае используется энергия окружающей среды и количество теплоты, выделяемой насосом, больше энергии, затраченной на работу насоса.

В соответствии со вторым началом термодинамики кпд тепловых двигателей не может превышать величину η_С = 1 - (Т_охл/Т_нагр), где Т_охл и Т_нагр - абсолютные температуры охладителя и нагревателя теплового двигателя (смотри Карно теорема). При этом предполагается, что полезной энергией теплового двигателя является совершаемая им механическая работа. Если же считать полезной также выделяемую двигателем тепловую энергию (которая может быть использована, например, для отопления), то величина кпд может превышать η_С.

Кпд, учитывающий только механическую работу, равен максимально возможному значению η_С в двигателе, работающем по Карно циклу, если все процессы теплопереноса происходят бесконечно медленно, однако в этом случае мощность двигателя будет равна нулю. При конечном времени теплопереноса кпд двигателя, работающего по циклу Карно и имеющего максимальную мощность, определяется величиной η_N = 1 - √_Тохл/Т_нагр.

Понятие кпд применимо к различным системам: электрическим генераторам, двигателям, полупроводниковым приборам, биологическим объектам, поэтому оно может быть использовано для сравнительной оценки эффективности разнообразных процессов.

Лит.: Van den Broeck С. Thermodynamic efficiency at maximum power // Physical Review Letters. 2005. Vol. 95. № 19; Сивухин Д. В. Общий курс физики. 5-е изд. М., 2005. [Т. 2]: Термодинамика и молекулярная физика.