Hiệu suất: Khái niệm, công thức và cần lưu ý (2025)

Hiệu suất là gì? Công thức để tính hiệu suất như thế nào? Là câu hỏi chắc hẳn nhiều anh em thắc mắc.

Hiệu suất là gì? Công thức để tính hiệu suất như thế nào? Đây là những câu hỏi chắc hẳn nhiều anh em thắc mắc, đặc biệt là khi làm việc với máy móc, tính toán trong sản xuất hay học tập. Vậy để trả lời cho câu hỏi đó thì hãy cùng tìm hiểu ngay trong bài viết dưới đây nhé.

1. Hiệu suất là gì?

Anh em có thể hiểu một cách đơn giản, hiệu suất (Efficiency) là một thước đo cho thấy mức độ hiệu quả trong việc sử dụng các nguồn lực (như năng lượng, thời gian, tiền bạc, công sức) để đạt được một kết quả mong muốn. Nó thể hiện khả năng tránh lãng phí trong quá trình thực hiện một công việc nào đó.

Khi hiệu suất càng cao, nghĩa là cùng một lượng nguồn lực đầu vào, chúng ta tạo ra được nhiều kết quả đầu ra có ích hơn, hoặc để đạt được cùng một kết quả, chúng ta tốn ít nguồn lực hơn. Ngược lại, hiệu suất thấp cho thấy có sự lãng phí lớn trong quá trình hoạt động.

Hiểu theo một cách khác trong quản lý sản xuất hoặc kinh doanh, hiệu suất là một đại lượng đo lường mức độ hoàn thành công việc so với các tiêu chuẩn hoặc kế hoạch đã đặt ra, thường liên quan đến việc sử dụng tối ưu nguồn lực. Các nhà quản lý thường sử dụng chỉ số hiệu suất để so sánh, đánh giá giữa lợi ích đạt được và chi phí bỏ ra, từ đó đưa ra quyết định cải tiến phù hợp.

→ Thế nào là hiệu suất phản ứng (trong Hóa học)?

Trong lĩnh vực Hóa học, hiệu suất phản ứng (Reaction Yield) là tỉ lệ phần trăm giữa lượng sản phẩm thực tế thu được sau khi thực hiện một phản ứng hóa học so với lượng sản phẩm lý thuyết có thể thu được (tính toán dựa trên phương trình phản ứng và lượng chất tham gia hết).

Trong thực tế, do nhiều nguyên nhân (phản ứng không hoàn toàn, xảy ra phản ứng phụ, thất thoát sản phẩm trong quá trình tinh chế...), lượng sản phẩm thực tế thường nhỏ hơn lượng lý thuyết. Do đó, hiệu suất phản ứng thường nhỏ hơn 100%.

2. Công thức tính hiệu suất

Công thức tính hiệu suất sẽ khác nhau tùy thuộc vào lĩnh vực và đối tượng đang xem xét. Dưới đây là các công thức phổ biến trong Vật lý và Hóa học:

→ Công thức tính hiệu suất cơ bản trong Vật lý (Hiệu suất của máy cơ đơn giản)

Hiệu suất (thường ký hiệu là H hoặc η) của một máy móc (ví dụ: động cơ, máy cơ đơn giản) được định nghĩa là tỉ số giữa năng lượng (hoặc công) có ích mà máy tạo ra so với tổng năng lượng (hoặc công) cung cấp cho nó.

(Trong bài gốc ký hiệu là H = A1 / A)

Trong đó:

• H (hoặc η): Hiệu suất (thường tính bằng %)
• A_ci (hoặc A1): Công có ích (J) - Phần công thực hiện mục đích chính của máy.
• A_tp (hoặc A): Công toàn phần (J) - Tổng công cung cấp cho máy.

Công toàn phần bao gồm công có ích và công hao phí (A_hp), thường là do ma sát, tỏa nhiệt...

A_tp = A_ci + A_hp

Do đó, hiệu suất cũng có thể tính là:

H = [A_ci / (A_ci + A_hp)] * 100% = [1 - (A_hp / A_tp)] * 100%

Hiệu suất luôn nhỏ hơn 1 (hoặc nhỏ hơn 100%) do luôn có hao phí. Công hao phí càng nhỏ thì hiệu suất càng lớn (càng gần 100%).

→ Công thức tính hiệu suất nguồn điện và máy thu điện

Công, Công suất và Hiệu suất của Nguồn điện (pin, acquy...):

Giả sử nguồn điện có suất điện động E và điện trở trong r, cung cấp dòng điện I cho mạch ngoài trong thời gian t.

• Công của nguồn điện (A_ng): Là công do lực lạ bên trong nguồn thực hiện.
  A_ng = E * I * t
• Công suất của nguồn điện (P_ng):
  P_ng = A_ng / t = E * I
• Hiệu suất của nguồn điện (H): Là tỉ số giữa công suất tiêu thụ ở mạch ngoài (P_ngoai = U_N * I) và công suất toàn phần của nguồn (P_ng). Với U_N là hiệu điện thế mạch ngoài (U_N = E - I*r).
  H = (P_ngoai / P_ng) * 100% = (U_N * I) / (E * I) * 100% = (U_N / E) * 100%
  H = [(E - I*r) / E] * 100% = [1 - (I*r / E)] * 100%
  (Công thức gốc có vẻ thiếu I ở tử số của phân số)

Công, Công suất và Hiệu suất của Máy thu điện (động cơ điện...):

Giả sử máy thu điện có suất phản điện E' và điện trở trong r', đặt dưới hiệu điện thế U và có dòng điện I chạy qua trong thời gian t.

• Công tiêu thụ toàn phần của máy thu (A'): Bao gồm công có ích (chuyển thành cơ năng...) và công hao phí (tỏa nhiệt).
  A' = U * I * t = (E' * I * t) + (I² * r' * t)
  (Công thức gốc A' = E'It + r'I²t có vẻ đúng)
• Công suất tiêu thụ toàn phần của máy thu (P'):
  P' = A' / t = U * I = E' * I + I² * r'
  (Công thức gốc P' = A'/t = UI = E'I + r'I² đúng)
• Hiệu suất của máy thu điện (H'): Là tỉ số giữa công suất có ích (P'_ci = E' * I) và công suất tiêu thụ toàn phần (P' = U * I).
  H'% = (P'_ci / P') * 100% = (E' * I) / (U * I) * 100% = (E' / U) * 100%
  Vì U = E' + I*r', nên:
  H'% = [E' / (E' + I*r')] * 100% = [1 - (I*r' / U)] * 100%
  (Công thức gốc H'% = E'/U * 100% = E'/(E' + r'I) * 100% = (1 - r'I/U) * 100% là chính xác)

→ Công thức tính hiệu suất Hóa học (Hiệu suất phản ứng)

Công thức tính hiệu suất của phản ứng hóa học

Cho phản ứng hóa học (giả sử A là chất giới hạn): A + B → C

Hiệu suất phản ứng (H) có thể tính theo lượng chất phản ứng hoặc lượng sản phẩm:

• Tính theo lượng chất phản ứng (chất giới hạn A):
  H (%) = (Lượng A đã phản ứng / Lượng A ban đầu) * 100%
  (Lượng có thể là số mol, khối lượng, hoặc thể tích khí ở cùng điều kiện)
• Tính theo lượng sản phẩm (C):
  H (%) = (Lượng C thực tế thu được / Lượng C lý thuyết) * 100%
  (Lượng lý thuyết được tính từ phương trình phản ứng dựa trên lượng chất giới hạn ban đầu)

Từ công thức trên, ta cũng có thể suy ra:

• Lượng sản phẩm C thực tế thu được: nC (thực tế) = nA (phản ứng) = (nA (ban đầu) * H) / 100 (theo tỉ lệ phương trình)
• Lượng chất A ban đầu cần dùng để thu được lượng C thực tế: nA (ban đầu) = (nC (thực tế) * 100) / H (theo tỉ lệ phương trình)

Công thức tính khối lượng sản phẩm khi biết hiệu suất

Khi biết hiệu suất phản ứng (H < 100%), lượng sản phẩm thực tế thu được sẽ nhỏ hơn lượng tính theo lý thuyết.

Cách tính:

1. Tính lượng sản phẩm theo lý thuyết (giả sử hiệu suất 100%) dựa vào phương trình và lượng chất giới hạn.
2. Tính lượng sản phẩm thực tế:
   Lượng sản phẩm thực tế = (Lượng sản phẩm lý thuyết * H) / 100

3. Cần lưu ý gì khi tính hiệu suất phản ứng?

Khi tính toán hiệu suất phản ứng hóa học, anh em cần lưu ý những điểm sau:

• Đơn vị thống nhất: Khi thay số vào công thức, đảm bảo các đại lượng (lượng chất phản ứng, lượng sản phẩm) phải cùng đơn vị (cùng là mol, cùng là gam, cùng là lít khí ở cùng điều kiện...).
• Hiệu suất luôn ≤ 100%: Về mặt lý thuyết, hiệu suất phản ứng không thể vượt quá 100%. Nếu kết quả tính toán lớn hơn 100%, có thể do sai sót trong phép tính, sai số trong thực nghiệm, hoặc sản phẩm thu được chưa tinh khiết (còn lẫn tạp chất hoặc dung môi làm tăng khối lượng).
• Xác định đúng chất giới hạn: Hiệu suất phải được tính dựa trên chất tham gia phản ứng hết trước (chất giới hạn). Nếu đề bài cho lượng của nhiều chất tham gia, cần xác định chất nào hết trước để tính toán lượng sản phẩm lý thuyết.
• Phân biệt hiệu suất, độ hao phí, sai số:
  • % Hiệu suất = (Lượng thực tế / Lượng lý thuyết) * 100
  • % Hao phí = 100% - % Hiệu suất = [(Lượng lý thuyết - Lượng thực tế) / Lượng lý thuyết] * 100
  • Sai số tuyệt đối = |Lượng lý thuyết - Lượng thực tế|

4. Mời anh em xem thêm nhé

•  Cách tính công suất tiêu thụ điện của các thiết bị gia đình
•  Điện áp là gì? Đơn vị và ký hiệu điện áp nên biết
•  Hướng dẫn tính công suất đèn led theo từng loại

Trên đây là thông tin về khái niệm hiệu suất và các công thức phổ biến để tính hiệu suất trong Vật lý và Hóa học. Hy vọng anh em có thể hiểu rõ hơn và vận dụng vào học tập cũng như công việc. Đây chỉ là các công thức cơ bản, đối với các lĩnh vực kỹ thuật chuyên sâu khác (nhiệt động lực học, hiệu suất động cơ đốt trong...), có thể có những cách tính và định nghĩa hiệu suất phức tạp hơn. Cám ơn anh em đã theo dõi!