كفاءة الآلة المثالية

كفاءة الآلة المثالية

الآلة المثالية

يشير هذا المصطلح إلى نظام مثالي لا يعتريه أي فقدان في الطاقة، وهذا ما لا يحدث في الطبيعة. وعلى أساس الآلة المثالية يتم تقييم الأداء الفعلي لجميع الآلات الأخرى التي تستخدم في كافة أنشطة الحياة اليومية. من الممكن أن تكون أي آلة عبارة عن آلة مثالية إذا ما تساوت كمية الطاقة المستهلكة من قبل الآلة مع كمية الطاقة التي يتم انتاجها بواسطة الآلة، وبالتالي فإنه لا يوجد أي فقد في الطاقة في هذه الحالة. وقد وُجد أن الكفاءة الميكانيكية للآلة في هذه الحالة تبلغ نسبة 100%، وهذه النسبة لا توجد في الطبيعة؛ بسبب الجزء المفقود من الطاقة بواسطة عوامل الاحتكاك وغيرها من العوامل الأخرى.

         

يتم قياس الكفاءة الميكانيكية لأي آلة عن طريق المقارنة بين أداء تلك الآلة وأقصى حد للآلة المثالية، ويتم حساب الكفاءة الميكانيكية للآلة عن طريق قسمة الطاقة الفعلية للآلة على الطاقة المثالية المتوقعة وكتابة الناتج على صورة نسبة مئوية. ويدل نقص كفاءة الآلة عن الكفاءة المثالية على حوث خسارة في الطاقة المستخدمة، وتنتج تلك الخسارة بعدة طرق منها الاحتكاك والتحولات الكيميائية غير الكاملة والحرارة والكهرباء وغيرها من الأسباب الأخرى.

معايير الآلة المثالية

الجدير بالذكر أن أي آلة لا بد أن تحتوي على مصدر للطاقة، وأيضا لا بد أن يكون هناك آلية من أجل التحكم في هذه الطاقة. أغلب الطاقة المستخدمة في الآلات يتم انتاجها عن طريق مجموعة من التفاعلات الكيميائية التي تحدث في هذه الآلة على عدة مراحل، بحيث يكون لكل مرحلة أداء معين يتم تحديده على أنه الأداء المثالي للمرحلة. أثناء توليد تلك الطاقة بداخل الآلة يكون دور آلية التشغيل متمثلا في توجيه تلك الطاقة للاستخدام المناسب من قبل الآلة، وتتلخص مثالية تلك الآلة في كون الطاقة التي يتم استهلاكها مساوية للطاقة التي يتم انتاجها، بحيث لا يكون هناك أي فقد في الطاقة.

وعلى سبيل المثال فإن آلية نقل الطاقة في محرك السيارة تتمثل في حرق الوقود داخل المحرك في سلسلة من التفاعلات الكيميائية الأمر الذي يؤدي إلى زيادة الحرارة وانبعاث الغازات التي تعمل في النهاية على تحريك المكبس. وبعد ذلك تشكل أجزاء المحرك الميكانيكية طريقا لنقل الطاقة وتوجيهها من داخل المحرك وصولا إلى العجلات التي تتسبب في حركة السيارة على الطريق، ولكي تكون كفاءة المحرك مثالية فإنه لا بد أن يتم نقل الطاقة وتحويلها دون حدوث أي خسائر تُذكر.

كفاءة الآلة المثالية

تتراوح كفاءة الآلات نسبياً ما بين 0% و 100%، وقد تم تحديد كفاءة الآلة المثالية على أنها القيمة العظمى لتلك النسبة أي ما يعادل 100%، ولكن من المستحيل الوصول لهذه النسبة عمليا. وتُستخدم دورة كارنو التي ابتكرها المهندس سادي كارنو في حساب كفاءة الآلات الحرارية وبالتالي معرفة الكفاءة المثالية للآلة الحرارية. وهذه الدورة تمثل ركنا أساسيا من أركان الديناميكا الحرارية التي لا غنى عنها على الإطلاق. ويتم حساب كفاءة دورة كارنو عن طريق قسمة الفرق بين أعلى وأدنى حرارة على أعلى درجة حرارة خلال الدورة بأكملها، على أن تكون وحدة درجة الحرارة المستخدمة هي الكلفن.

لقد تأكد العلماء من استحالة وصول كفاءة أي آلة حرارية إلى الكفاءة المثالية التي يمكن التوصل إليها من خلال دورة كارنو، الأمر الذي يجعل من التوصل إلى الكفاءة المثالية شيئا بمثابة الحلم لجميع مصنعي الآلات حول العالم، وسيبقى مصطلح الآلة المثالية مجرد معيار لقياس كفاءة الآلات الأخرى بمختلف أشكالها وأنواعها.

وختاما نتمنى أن يكون الموضوع نال إعجابكم ونهلتم منه الفائدة المرجوة... بالتوفيق للجميع... ^_^