Digitální učební materiál Autor: Ing. Bronislav Sedláček Předmět/vzdělávací oblast: Fyzikální vzdělávání Tematická oblast: Mechanika Téma: Výkonnost a účinnost Ročník: 1. Datum vytvoření: září 2013 Název: VY_32_INOVACE_13.3.09.FYZ Anotace: Výkon, účinnost stroje. Digitální učební materiál je určen pro žáky učebních oborů. Využitím grafických možností sady Microsoft Office 2010 se materiál stává inovativním zejména přehledností výkladu. Využití multimediálních prostředků zvyšuje názornost výuky, usnadňuje porozumění tématu i u slabších žáků a žáků se SPU, udržuje jejich pozornost, podporuje jejich zájem a aktivitu. Metodický pokyn: Prezentace primárně slouží pro výklad v hodině, ale může být využita i k samostudiu a pro distanční formu vzdělávání. Materiál vyžaduje použití multimediálních prostředků – PC a dataprojektoru.

Výkon K tomu, abychom mohli posoudit činnost nejen strojů, ale i lidí, potřebujeme znát nejen práci, kterou vykonávají, ale také dobu, za kterou ji vykonají. Pokud člověk vykoná určitou práci za 5 hodin a stroj vykoná tutéž práci za 1 hodinu, pak tvrdíme, že výkon stroje je pětkrát větší než výkon člověka. Výkon tedy vyjadřuje to, jak rychle se určitá práce vykoná.

Průměrný výkon, stálý výkon Výkon P je fyzikální veličina, kterou určujeme jako podíl vykonané práce W a doby t, za kterou byla práce vykonána. P = 𝑾 𝒕 V případě, že se práce nekoná po celou dobu rovnoměrně, pak vyjadřuje uvedený vztah průměrný výkon. Při rovnoměrném konání práce pak jde o stálý výkon.

Průměrný výkon, stálý výkon Jednotkou výkonu v soustavě jednotek SI je watt, značka W. Ze vztahu P = 𝑊 𝑡 pro tuto jednotku vyplývá, že 1 W = 1 𝐽 1 𝑠 1 W je výkon, při kterém se vykoná práce 1 J za dobu 1 s.

Další jednotky výkonu Zvedneme-li např. rovnoměrným pohybem tabulku čokolády o hmotnosti 100g do výšky 1m za čas 1s, pak pracujeme s výkonem 1W. Člověk je schopen krátkodobě pracovat s výkonem až 1000 W. V praxi uvádíme výkony strojů v jednotkách kilowatt (kW) i megawatt (MW). Například nákladní auto má výkon motoru 300 kW a elektrická lokomotiva 2000 kW.

Stálý výkon Při stálém výkonu P stroje nebo člověka, který pracuje po dobu t, můžeme práci určit ze vztahu P = W / t z čehož vyplývá, že W = P.t Z tohoto vztahu také vyplývá jednotka práce, watsekunda, značka Ws. V praxi využíváme watthodina (Wh) nebo kilowatthodina (kWh). Vztahy mezi jednotkami jsou: 1Ws = 1J, 1Wh = 3600 J, 1 kWh = 3600, kJ = 3,6 MJ

Účinnost stroje Účinnost je veličina potřebná k posouzení hospodárnosti stroje. Účinnost stroje vyjadřuje, jaká poměrná část energie dodávaná do stroje se využije k vykonání užitečné práce. To je práce, jejíž vykonání od stroje očekáváme.

Účinnost stroje Při činnosti stroje jsou překonávány odporové síly, které vznikají v důsledku smykového tření, valivého odporu a odporu prostředí. Tyto síly brzdí činnost stroje. Celková energie dodaná stroji musí být větší než práce užitečná. Musí být větší o práci nutnou k překonání všech odporových sil.

Účinnost stroje Účinnost stroje je podíl práce vykonané strojem a celkové energie stroji dodané ɳ= 𝑾 𝑬 . Jelikož W < E, je účinnost stroje ɳ < 100%. Stroj, který by měl stoprocentní účinnost, neexistuje. Je to proto, že se vždy část celkové práce vynaloží k překonání odporových sil. Z toho tedy plyne ztráta části energie.

Účinnost stroje V praxi pak označujeme účinnost stroje pomocí výkonu. Užitečný výkon značíme jako P a celkový výkon dodaný do stroje slovem příkon 𝑷 𝟎 . Potom účinnost stroje definujeme jako podíl výkonu a příkonu ɳ = 𝑷 𝑷 𝟎 .

Použité zdroje: LEPIL, Oldřich, Milan BEDNAŘÍK a Radmila HÝBLOVÁ. Fyzika pro střední školy. 4., přeprac. vyd. Praha: Prometheus, 2001, 266 s. Učebnice pro střední školy (Prometheus). ISBN 80-719-6184-1.