Механика +… — Задание 22 ОГЭ по физике №00040358

КПД — это ответ на вопрос «какая часть купленной энергии превратилась в дело». Электровоз «покупает» энергию у сети, а «делом» считается работа по перемещению состава. Значит, надо посчитать две мощности — потреблённую и полезную — и поделить одну на другую.

Что дано. Напряжение $U=3$ кВ, сила тока $I=1{,}6$ кА, скорость $v=12$ м/с, сила тяги $F=340$ кН. Найти КПД $\eta$.

Шаг 1. Раскрываем приставки «кило». Каждая означает тысячу:

$$U=3000\ \text{В},\qquad I=1600\ \text{А},\qquad F=340\,000\ \text{Н}$$

Шаг 2. Потреблённая мощность. Это мощность электрического тока — сколько энергии в секунду электровоз забирает из контактной сети:

$$P_{\text{затр}}=UI=3000\cdot1600=4\,800\,000\ \text{Вт}$$

Шаг 3. Полезная мощность. Полезно то, что реально двигает состав. Мощность силы тяги при движении со скоростью $v$:

$$P_{\text{пол}}=Fv=340\,000\cdot12=4\,080\,000\ \text{Вт}$$

Шаг 4. Делим.

$$\eta=\frac{P_{\text{пол}}}{P_{\text{затр}}}=\frac{4\,080\,000}{4\,800\,000}=0{,}85$$

Переводим в проценты, умножив на $100$:

$$\eta=85\,\%$$

Проверь себя по знаку неравенства. Полезная мощность всегда меньше затраченной, поэтому КПД обязан получиться меньше единицы ($100\,\%$). Если вышло больше — значит, дроби перевёрнуты местами. Оставшиеся $15\,\%$ здесь ушли на нагрев обмоток и трение в механизмах.