能量转化效率的相关知识与数据

初三物理关于【能量效率转化】知识点~

机械能等于动能加重力势能加弹性势能的总和。
动能跟物体的运动有关。 重力势能跟物体升高的高度有关。弹性势能与物体弹性形变有关。
内能跟温度有关。
磨擦生热 动能转化为内能。
物体下落 重力势能转化为动能
物体匀速下落 动能不变 重力势能转化为内能
射箭 弹性势能转化为动能。

你说的这两个都不对，第一种说法，应该是有用能量和总能量的比值越多效率越高，不是和无用能量比。第二种说法，是功率，而不是效率。

提起效率，同学们一般都会想到简单机械的机械效率，即有用功与总功的比值，其实效率在能量转移或转化过程中有着广泛的应用。
使用能源的过程实际上就是能量转移或转化的过程，能源在一定条件下可以转换成人们所需要的各种形式的能量。例如，煤燃烧后放出热量，可以用来烧水、做饭、取暖；也可以用来生产蒸汽，推动蒸汽机转换为机械能，或者推动汽轮发电机转变为电能。电能又可以通过电动机、电灯或其它用电器转换为机械能、光能或内能等。
一般情况下能源不可能全部转化为人们需要得到的能量，所谓能量转换效率就是人们需要得到的能量（即有用能量）与当初消耗总能量的比值，计算公式为：能量转换效率=输出有用能量/输入的总能量。
——— 当今社会能源紧缺，如何提高能源利用率是我们迫切需要解决的热点问题，有关能量转换效率的计算在考卷上屡见不鲜，现例举如下：（共10道题）
1、【电热水壶烧水】：如功率为100W的电热水壶正常工作28分钟，可将4Kg水从20℃加热到100℃，其效率多大？
用电热水壶烧水时水的温度升高需要吸收热量，水增加的内能是我们需要的能量，属于有用能量，而电热水壶消耗的电能是输入的总能量，所以此电热水壶烧水的效率为：
η = Q吸/ W = cmΔt / Pt = 4.2 × 103× 4 ×（100－20）/（100 × 28 × 60）= 80%
2、【锅炉烧水】：如某锅炉将100Kg水从32℃加热到100℃，需要燃烧3.36Kg热值为 3.4 × 107J / Kg 的无烟煤，其效率多大？
用锅炉烧水时，水增加的内能是有用能量，而燃料完全燃烧放出的能量（即燃料的化学能）是输入的总能量，所以此锅炉烧水的效率为：
η = Q吸/ Q放= cmΔt / qm煤= 4.2 × 103× 100 ×（100－32）/（3.4 × 107× 3.36）= 25%
3、【太阳能热水器】：如有一总集热面积为1.35m2的热水器10h可将100Kg水从20℃加热到80℃，而每m2每小时地球表面接收的太阳能为 3.6 × 106J，其效率多大？
太阳能热水器工作时，水增加的内能是有用能量，辐射到集热管的太阳能为输入的总能量，此太阳能热水器烧水的效率为：
η = Q吸/ Q太阳= cmΔt / Q太阳= 4.2 × 103× 100 ×（80－20）/（3.6 × 106× 1.35 × 10）= 51.85%
4、【热机】：
（1）. S195柴油机标有 “0.27Kg / Kwh”，即它每消耗0.27Kg柴油可输出1Kwh的有用能量（柴油热值为 q = 3.3 × 107J / Kg），其效率多大？
热机是把内能转化为机械能的机器，其中获得的机械能是属于有用能量，而燃料完全燃烧放出的热量是输入的总能量，此柴油机的效率为：
η = W有/ Q放= 1Kwh / qm = 3.6 × 106/（3.3 × 107× 0.27）= 40.4%
（2）. 某新款汽车发动机输出功率为69Kw，1h耗油20Kg（汽油热值为 q = 4.6 × 107J / Kg），其效率多大？
此过程中，输出的有用能量用 W有=P出·t 计算，此汽车发动机的效率为：
η = W有/ Q放= P出·t / qm = 69 × 103× 3600 /（4.6 × 107× 20）= 27%
5、【电动机】：标有 “6v3w” 的电动机线圈内阻为3Ω，在不计摩擦的情况下正常工作其效率多大？
电动机工作时电能转化为机械能和内能，如不计摩擦，此内能就是电动机线圈本身通电时产生的电热，这样获得的机械能就等于消耗的电能减去产生的电热。
此电动机正常工作时 电流 I = P / U = 3w / 6v = 0.5A，此电动机的效率为：
η = W机/ W总=（W总－Q）/ W总=（Pt－I2Rt）/ Pt =（P－I2R）/ P =（3－0.52× 3）/ 3 = 75%
6、【太阳能电池】：某太阳能汽车，太阳光照射到它的电池板上的辐射总功率为8×103W，在晴朗的天气，电池板对着太阳时产生的电压为160v，并对车上的 电动机提供10A的电流，其效率多大？
太阳能电池是利用太阳能获得电能的装置，产生的电能属于有用能量，而消耗的太阳能是 输入总能量。此太阳能电池的效率为：
η = W电/ Q太= UIt / P太t = UI / P太= 160 × 10 /（8 × 103）= 20%
7、【白炽灯】：一只40W的白炽灯正常工作1秒钟产生光能约8J，其效率多大？
白炽灯正常工作时电能转化为光能和内能，其中获得的光能是有用能量，而它消耗的电能是输入总能量。此白炽灯发光的效率为：
η = W光/ W电= W光/ Pt = 8 /（40 × 1）= 20%，
8、【火力发电】：某电厂燃烧1t无烟煤可发电92Kwh，其发电效率多大？
火力发电是将燃料的化学能转化为电能，所获得的电能即为有用能量，消耗的燃料的化学能就是输入总能量。其发电效率为：
η = W电/ Q放= 92 Kwh / qm = 92 × 3.6 × 106/（3.4 × 107× 103）= 10%
9、【高压输电】：有一台 110Kv、22Mw 的高压输电设备，输电线总电阻50Ω，其输电效率多大？
高压输电时，输出端（给用户提供）的电能就是有用能量，而输入端输入的电能就是输入总能量，两者的差距就是输电线本身消耗 的电能（即电热）。
高压输电过程中 电流 I = P / U = 22w × 106/（110v × 103）= 200A，其输电效率为：
η = W有/ W总=（Pt－I2R线t）/ Pt =（P－I2R线）/ P =（22 × 106－2002× 50）/（22 × 106）= 90.9%
10、【电动车】：160V 10A 的电动车，在平直路面上匀速行驶，所受地面阻力为288N，1h行驶15Km，其效率多大？
电动车行驶时将电能转化为机械能，获得的机械能克服摩擦做功使车前进，所以它克服摩擦做的功就是有用能量，而消耗的电能为输入总能量。此电动车的效率为：
η = W有/ W总= f.S / UIt = 288 × 15 × 103/（160 × 10 × 3600）= 75%
【 ——— 以上只是计算能量转换效率的常见类型，实际生活中有关能量转换效率的问题还有很多。】 燃料的燃烧热可以以其HHV（高热值）或LHV（低热值）来表示，高热值的燃烧热是在燃烧后，生成物的水蒸气已凝结成液态时的燃烧热，因此加上水凝结时的潜热。低热值的燃烧热则是在燃烧后，生成物的水蒸气仍维持气态时的燃烧热，不考虑水凝结时的潜热。
燃料热值的选用会影响其能量转换效率的计算。在欧洲，一燃料可产生的能量是其低热值表示，不考虑水凝结时的潜热，以此为方式计算冷凝式锅炉的 “热效率”，其数值可能会超过100%，其原因是其工作原理会利用到部份水凝结时的潜热，但计算输入能量时未考虑此部份所造成，不违反热力学第一定律。在欧洲以外的国家，一燃料可产生的能量是其高热值表示，已考虑水凝结时的潜热，以此为基础 计算能量转换效率，其数字就不可能超过100%。
能量转换方式能量效率内燃机及外燃机10%～50%燃气涡轮发动机最大可到40%燃气涡轮发动机加上蒸汽涡轮发动机（复合循环）最大可到60%水力发动机最大可到90%风力发动机最大可到59%（理论上限）太阳能电池6%～40%
（和使用技术有关，一般的效率约15%，理论上限为85%～90%） 枪械～30%（.300英寸的子弹）[0.3英寸≈7.62毫米]燃料电池最大可到85%水的电解50%～70%（理论上限为80%～94%）光合作用可达6%肌肉14%～27%电动机功率小于10瓦的小电动机：30%～60%；
功率在10瓦到200瓦之间的电动机：50%～90% ；
功率超过200瓦的电动机：99%以上。 家用冰箱低阶系统约为20%，高阶系统约为40～50%电灯泡5%～10%发光二极管最大可到35%萤光灯28%钠灯40.5%金属卤化物灯24%开关电源实务应用可以到95%电热水器90%～95%电热器约95% 问：热能怎样才能转化成其他比较方便使用或者方便储存的能量形式呢？比如电能、机械能。
答：主要以介质转换的方式为主。比如通过水这种介质，首先使水变成高温高压的水蒸气，然后将之用来驱动汽轮机或蒸汽机而变成机械能，最后汽轮机带动发电机转化为电能。还可以通过燃气这种介质，用各种热机（汽油机、柴油机、燃气轮机）将热能转化成机械能，如进一步用该机械能来带动发电机自然还可以转化为电能。
还有不通过介质而用类似热电偶直接转化成电能的温差热发电，但效率低，无法大规模应用。
“比较方便使用的”首推电能，通过电动机很容易就可将电能转化成机械能，通过电热器件则很容易转化成热能、光能等。
而“方便存储的能量形式”主要应是以电池形式存在的化学能。 能耗是非常热门的话题，能量转换也因此具有更加重要的意义。电子设备已经成为我们日常生活中必不可少的一部分，减少这些设备的能耗将具有非常重要的意义。新型的IC（Integrated Circuit，集成电路）技术既可以达到节能的目的，还可以以低成本保持所需的功能与性能。
假设现有一台发电机，该发电机由电力驱动，并生产出电能。现请插上电，开动发电机，然后将所生产出的电能全部储存起来。当这台发电机运行了一段时间之后，电表显示共耗费了10度电，但检查了储存起来的电量却只有9度，那么，该电力驱动型发电机的能量转化效率就是9/10，即90%。当然，现实世界中是不可能用电力来驱动发电机的，这里只是为了便于阐述而打个比方。 中新网2008年7月25日电：日本大阪大学和美国俄亥俄州立大学等组成的研究小组成功将“热电材料”的能量转换率提高了一倍。
美国《科学》杂志电子版于 (2008年7月)25日登载了相关论文。
据日本共同社(2008年7月)25日报道，热电材料是一种能将热能转化为电能的半导体，在汽车引擎等数百度高温工作环境中的能量转换率最高。 由于引擎会向外散发大量热，用这种材料覆盖包裹引擎可将热能转化为电能而加以有效利用。
大阪大学助教黑崎健表示：“这项技术以前的效率低下，甚至无法达到实用水平。…… 而今，随着该技术的成熟，已经可以将其应用到环保汽车等领域。” 研究小组在一种叫做铅碲的物质里添加了铊后 成功开发出了新材料。以前添加的都是钠，而在使用铊后 使电子结构发生了变化，能量转换率提高了一倍。今后需要解决的是铊的高成本问题和确保铅的安全性。据黑崎介绍，研究人员还考虑将新热电材料用作太空探测器的动力源。 在生态系统中，能量存在于食物链的各个营养级之间。在不断地流动和转化的过程中，某一营养级的生物摄取的能量或同化量，占前一营养级生物换算或能量的生物量百分率。1942年由林德曼提出，他认为从一个营养级到另一个营养级的能量转换率为10%，则生产效率顺营养级逐级递减，即每通过一个营养级，能量减少90%。如果这个数值比例失调，就意味着生态系统中生物之间的数量平衡遭到破坏。也就是说能量转换的效率对于生态的作用也不容忽视。
在自然系统中，能量存在的形式主要为：热能、电能、内能、光能、声能、化学能、机械能、电磁能、原子能、生物能等集中形式，它们主要是通过一些机器设备来进行从 “此种能” 到 “彼种能” 的转变。 能量传递效率：是能量在沿食物链流动的过程中，是逐级递减的。若以营养级为单位，能量在相邻的两个营养级之间的传递效率为10%～20%。
可用能量金字塔来表示，计算公式：能量传递效率=上一营养级的同化量/下一营养级的同化量×100%。
能量传递效率计算：
能量传递效率=下一营养级的同化量/本级的同化量；
对于简单的生态系统，能量传递效率一般在10%～20%之间；
对于复杂的生态系统，能量传递效率一般小于10%（如：初生演替，次生演替）。
能量利用效率：通常是流入人类中的能量占生产者能量的比值，或最高营养级能量占生产者能量的比值。或考虑分解者的参与以实现能量的多级利用。在一个生态系统中，食物链越短，能量的利用率就越高。同时，生态系统中的生物种类越多、营养结构越复杂，能量的利用率也就越高。
从研究对象上分析：能量传递效率是以营养级为研究对象的，而能量利用效率则是以最高营养级或人类为研究对象的。
生物同化量的概念：
指某一营养级从外环境中得到的全部化学能。它可表现为：这一营养级的呼吸消耗量、这一营养级流向下个营养级的能量、这一营养级流向分解者的能量、这一营养级的未被利用量。
1、对于生产者（一般为绿色植物）来说是指在光合作用中所固定的日光能，即总初级生产量(GP)。
2、对于消费者（一般为动物）来说，同化量表示消化道吸收到的能量（吃进的食物不一定都能吸收，故并非进食能量），粪便不算在同化量里，但呼吸消耗的能量算。
3、对于分解者（一般为腐生生物）来说是指细胞外的吸收能量。
生物同化量的基本计算：
同化量 = 摄入上一营养级的能量 - 粪便中的能量
同化量 = 自身生长、发育和繁殖量 + 呼吸消化量
同化量 = 呼吸消耗以热能形式散失的能量 + 流向下个营养级的能量 + 流向分解者的能量 + 未被利用的能量 能量不但有数量多少的问题，而且还有品质高低的问题。也正是由于能量的品质有高有低，才有了过程的方向性和热力学第二定律。电能和机械能可以完全转换为机械功，属于较高品质能量；热能只有部分可以转换为机械功，能量品质较低。随着能量传导，能量的数目可能不变，但能量品质只能下降，在极限条件下，品质不变，这称之为能量贬值原理，是热二律更为一般、更为概括的说法。
能量品质有高有低，可以从其可被利用的价值来看：煤、石油、天然气等能源储存的能量是高品质的，因为它们含的能量是高度有用的，可以转为机械能、电能等供人类使用。而高品质的能量被耗散时，被降级为不大可用的形式，如内能。因此，能量耗散虽不会使能量的总量减少，但能源会减少，所以我们必须节约能源。
能量转换效率存在于能量转换之间，而这关乎能量品质的高低。比如说电能，它的能量品质就很高，它转换为任意形式的能量都可以达到很高的转换效率。而如果用超导体传输电能，甚至还可实现100%的能量转换。
而其他的比如热能，其转换为机械能或者电能就不可能达到100%的转换效率，因为热力学第二定律限制了其转换效率（热无法百分之百转为功）。热电厂发电，其热电转化效率也只有45%左右，平均来看，这相当于近2/3的能量都损失掉了。因此，热能的能量品质自然就比电能低。
在没有其他变化时，能量转换效率不会超过100%。但在某些特殊环境下，燃料电池可以突破100%。

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金山屯区13032384488： 能量的转换效率. - ？
一冠易齐： 能量转换效率是指一个能量转换设备所输出可利用的能量,相对其输入能量的比值.输出可利用的能量可能是电能、机械功或是热量.能量转换效率没有一致的定义,主要和输出能量可利用的程度有关. 一般而言能量转换效率是一个介于0到1...

金山屯区13032384488： 电能转化效率的意思 - ？
一冠易齐： 一、什么是转换效率? 为什么会有电源转换效率这个概念呢?这要先从电源的物理结构讲起.大家知道电源其实就是一个由变压器和交流/ 直流转换器以及相应稳压电路所组成的“综合变电器”.这个“综合变电器”里面包含两个主要部件—“...

金山屯区13032384488： 有氧呼吸的能量转换效率 - ？
一冠易齐： 有氧呼吸的能量转换效率大约是40.45%.1mol的葡萄糖彻底氧化分解共释放能量2870KJ,其中可使1161KJ的能量储存在ATP(38mol)中.即1mol的葡萄糖有氧呼吸能使38mol的ADP转换为ATP.

金山屯区13032384488： 何谓能量转换效率?常用哪些方法表示 - ？
一冠易齐： 能量有许多种形式存在,各种形式的能量的来源、用途不尽相同,人们为了方便利用,需要将能量在不同形式之间转换,得到所需形式的能量与输入的能量之比即是这次能量转换的效率. 各类能源折算标准煤的参考系数 能源名称 平均低位发热...

金山屯区13032384488： 能量传递效率 - ？
一冠易齐： 同化量对不同营养级有不同的含义:对生产者(一般为绿色植物)来说是指在光合作用中所固定的日光能,即总初级生产量;对消费者是指消化道吸收的能量;对分解者指的是细胞外的能量.食物链是按照不同营养级向上走的,下一营养级其实就是高一营养级,说的再细点下一营养级可以看成生产者高一营养级则可以看成消费者,由于营养同化不能达到百分之百,所以能量传递效率是衡量生物链中能量传递效率的指标.

金山屯区13032384488： 能量转化效率是什么？
一冠易齐：效率等于W有除与W总

金山屯区13032384488： 营养物质的转化效率如何? ？
一冠易齐： 营养物质的转化效率1.能量转化率家兔机体的生存和生命活动,需要消耗一定的能量.机体所需 要的能量主要来源于饲料.饲料有机营养物质经家兔消化道消化,一部分...

金山屯区13032384488： 能量转化成ATP的效率是多少? - ？
一冠易齐： 葡萄糖有氧呼吸能量转化成ATP的效率是40.5%,无氧呼吸为31%

金山屯区13032384488： 能源加工转换的几种形式及其效率？
一冠易齐： 能源加工与能源转换既有联系也有区别,两者都是将能源投入加工转换设备,经过一定的工艺流程生产出新的能源产品.能源加工往往是把一次能源加工成二次能源,一般只是能源物理形态的变化,如煤炭加工、天然气加工、石油加工、生物燃...

金山屯区13032384488： 电能效率指什么? - ？
一冠易齐： 是指输出功率与输入功率的比值