tärkein › nivelrikko › Mikä on fysiikan tehokkuus? Suoritettuaan kaikki toimet saadaan tehokkuuskaava

Mikä on fysiikan tehokkuus? Suoritettuaan kaikki toimet saadaan tehokkuuskaava

Teoreettinen perustieto

Mekaaninen työ

Liikkeen energiaominaisuudet esitellään konseptin perusteella mekaaninen työ tai työvoima. Työ tehdään jatkuvalla voimalla Fkutsutaan fysikaaliseksi suureksi, joka on yhtä suuri kuin voima- ja siirtymämoduulin tulo kerrottuna voimavektorien välisen kulman kosinuksella. F ja liikkuvat S:

Työ on skalaarimäärä. Se voi olla yhtä positiivinen (0 ° ≤ α < 90°), так и отрицательна (90° < α \u003c180 °). at α \u003d 90 ° voimalla tehty työ on nolla. SI-järjestelmässä työ mitataan jouleina (J). Jouli on yhtä suuri kuin työ, jonka suorittaa 1 Newtonin voima yhden metrin liikkeessä voiman suuntaan.

Jos voima muuttuu ajan myötä, työn löytämiseksi rakenna kuvaaja voiman riippuvuudesta siirtymään ja etsi kuvan ala pinnan mukaan - tämä on tehtävä:

Esimerkki voimasta, jonka moduuli riippuu koordinaatista (siirtymä), voi olla jousen jousivoima, joka noudattaa Hooken lakia ( F ohjaus \u003d kx).

teho

Aikayksikköä kohden suoritettua voiman työtä kutsutaan teho. teho P (jota joskus merkitään kirjeellä N) Onko fyysinen määrä yhtä suuri kuin työn suhde aikarajaan tjonka aikana tämä työ valmistui:

Tämä kaava lasketaan keskimääräinen teho, ts. teho, joka yleensä kuvaa prosessia. Joten työ voidaan ilmaista myös voimana: = pt (jollei tietenkään työn suorittamiseen tarvittavaa voimaa ja aikaa tunneta). Tehoyksikköä kutsutaan watiksi (W) tai 1 jouleksi 1 sekunnissa. Jos liike on tasainen, niin:

Tämän kaavan avulla voimme laskea välitöntä virtaa (teho tietyllä ajanhetkellä), jos nopeuden sijasta korvaamme hetkellisen nopeuden arvo kaavaan. Kuinka selvittää, mikä voima lasketaan? Jos tehtävä vaatii valtaa tietyssä vaiheessa tai jossain avaruudessa, sitä pidetään hetkellisenä. Jos kysyt voimaa tietyn ajanjakson tai polun osan, niin etsi keskimääräinen teho.

Tehokkuus - suorituskerroin, on yhtä suuri kuin hyödyllisen työn ja käytetyn työn suhde:

Millainen työ on hyödyllistä ja mikä kulutetaan, määritetään tietyn tehtävän olosuhteista loogisin perustein. Esimerkiksi, jos nosturi suorittaa työn kuorman nostamiseksi tietylle korkeudelle, niin kuorman nostamiseen liittyvä työ (koska se on sille luodun nosturin takia) on hyödyllistä ja nosturin sähkömoottorin työ kuluu.

Joten hyödyllisellä ja käytetyllä voimalla ei ole tiukkaa määritelmää, ja ne löytyvät loogisin perustein. Jokaisessa tehtävässä meidän on itse päätettävä, mikä tässä tehtävässä oli työn tarkoitus (hyödyllinen työ tai voima) ja mikä oli mekanismi tai menetelmä kaiken työn suorittamiseen (käytetty voima tai työ).

Yleisessä tapauksessa tehokkuus osoittaa, kuinka tehokkaasti mekanismi muuntaa yhden energian muodon toiseksi. Jos teho muuttuu ajan myötä, niin teos löytyy kuvion pinta-alaksi voima-ajan kuvaajan alla:

Kineettinen energia

Fysikaalista määrää, joka on puolet kehon massan tuotteesta nopeuden neliöllä, kutsutaan kehon kineettinen energia (liikkeen energia):

Eli jos 2000 kg painava auto liikkuu nopeudella 10 m / s, sen kineettinen energia on yhtä suuri kuin E k \u003d 100 kJ ja pystyy suorittamaan 100 kJ: n työn. Tämä energia voi muuttua lämmöksi (kun auto jarruttaa, pyörien, tien ja jarrulevyjen kumi kuumenee) tai se voidaan käyttää auton ja rungon muodon muuttamiseen, joiden kanssa auto törmäsi (onnettomuudessa). Kineettistä energiaa laskettaessa ei ole väliä missä auto liikkuu, koska energia, kuten työkin, on skalaarista.

Keholla on energiaa, jos se kykenee suorittamaan työn loppuun. Esimerkiksi liikkuvalla vartalolla on kineettinen energia, ts. liikkeen energiaa, ja pystyy tekemään töitä epämuodostuneissa kappaleissa tai antamaan kiihtyvyyden törmättäville kehoille.

Kineettisen energian fysikaalinen merkitys: jotta lepokappale olisi massa m alkoi liikkua nopeudella v on välttämätöntä suorittaa työ, joka on yhtä suuri kuin saatu kineettisen energian arvo. Jos ruumis on massa m liikkuu nopeudella v, sitten sen pysäyttämiseksi on tarpeen suorittaa työ, joka on yhtä suuri kuin sen alkuperäinen kineettinen energia. Jarruttaessa kineettinen energia otetaan pääasiassa (paitsi törmäystapauksissa, kun energia menee muodonmuutokseen) kitkan voimalla.

Kineettisen energian lause: tuloksena oleva voima on yhtä suuri kuin kehon kineettisen energian muutos:

Kineettisen energian lause on pätevä myös yleisessä tapauksessa, kun vartalo liikkuu muuttuvan voiman vaikutuksesta, jonka suunta ei ole sama kuin liikesuunta. Tätä laitetta on kätevää soveltaa vartalon kiihtyvyyden ja hidastuvuuden ongelmiin.

Potentiaalinen energia

Yhdessä kineettisen energian tai liikkeen energian kanssa fysiikassa, käsitteen kehon potentiaalinen energia tai vuorovaikutusenergia.

Potentiaalienergia määräytyy kappaleiden suhteellisen sijainnin perusteella (esimerkiksi ruumiin sijainti suhteessa maan pintaan). Potentiaalienergian käsite voidaan ottaa käyttöön vain sellaisille voimille, joiden työ ei riipu kehon etenemissuunnasta ja jotka määräytyvät vain alku- ja loppupisteiden (ns. konservatiiviset voimat). Sellaisten voimien työ suljetulla polulla on nolla. Painovoima ja joustavuus omistavat tämän ominaisuuden. Näille voimille voidaan ottaa käyttöön potentiaalisen energian käsite.

Mahdollinen kehon energia maapallon painovoimakentässä lasketaan kaavalla:

Kehon potentiaalienergian fyysinen merkitys: potentiaalienergia on yhtä suuri kuin työ, jonka painovoima tekee laskeessaan kehon nollatasolle ( h - etäisyys kehon painopisteestä nollatasoon). Jos ruumiilla on potentiaalista energiaa, niin se voi tehdä työtä, kun tämä ruumis putoaa korkeudesta h nollatasolle. Painovoima on yhtä suuri kuin kehon potentiaalisen energian muutos, otettuna vastakkaisella merkillä:

Usein energiaongelmien yhteydessä on löydettävä työtä kehon nostamisessa (kääntämisessä, ulos kuopasta). Kaikissa näissä tapauksissa on otettava huomioon ei itse ruumiin, vaan vain sen painopisteen liike.

Potentiaalienergia Ep riippuu nollatason valinnasta, toisin sanoen OY-akselin alkuperän valinnasta. Jokaisessa tehtävässä nollataso valitaan mukavuuden vuoksi. Fyysinen merkitys ei ole itse potentiaalinen energia, vaan sen muutos, kun vartalo siirtyy paikasta toiseen. Tämä muutos on riippumaton nollatason valinnasta.

Venytetyn jousen potentiaalinen energia lasketaan kaavalla:

missä: k - jousen jäykkyys. Venytetty (tai puristettu) jousi voi asettaa liikkeelle siihen kiinnitetyn kehon, eli antaa tälle ruumiille kineettisen energian. Siksi sellaisella jousella on energiaa. Venytys tai supistuminen x on laskettava kehon epämuodostuneesta tilasta.

Elastisesti muodonmuutoskappaleen potentiaalienergia on yhtä suuri kuin elastisen voiman työ siirtymisen aikana annetusta tilasta tilaan, jossa muodonmuutos on nolla. Jos alkutilassa jousi oli jo muodonmuutos, ja sen venymä oli yhtä suuri x 1, sitten siirryttäessä uuteen tilaan pidennyksen avulla x Kuten kuviossa 2 esitetään, elastinen voima suorittaa työn, joka on yhtä suuri kuin vastakkaisella merkillä otetun potentiaalienergian muutos (koska elastinen voima on aina suunnattu vartalon muodonmuutosta vastaan):

Potentiaalinen energia elastisen muodonmuutoksen aikana on kehon yksittäisten osien vuorovaikutuksen energia elastisten voimien välityksellä.

Kitkavoiman toiminta riippuu ajetusta etäisyydestä (tämäntyyppistä voimaa, jonka työ riippuu linjasta ja ajettua matkaa, kutsutaan: dissipatiiviset voimat). Potentiaalisen kitkaenergian käsitettä ei voida ottaa käyttöön.

Suorituskerroin

Suorituskerroin (COP) - ominaisuus järjestelmän (laite, kone) tehokkuudesta suhteessa energian muuntamiseen tai siirtoon. Se määritetään käytetyn hyödyllisen energian suhteella järjestelmän vastaanottamaan energian kokonaismäärään (kaava on jo annettu yllä).

Tehokkuus voidaan laskea sekä työn että voiman avulla. Hyödyllinen ja kulunut työ (voima) määritetään aina yksinkertaisella loogisella päättelyllä.

Sähkömoottoreissa hyötysuhde on suoritetun (hyödyllisen) mekaanisen työn suhde lähteestä vastaanotettuun sähköenergiaan. Lämpömoottoreissa hyödyllisen mekaanisen työn suhde kulutetun lämmön määrään. Sähkömuuntajissa toisiokäämissä vastaanotetun sähkömagneettisen energian suhde ensiökäämin kuluttamaan energiaan.

Tehokkuuskonseptin ansiosta sen yleisyyden vuoksi on mahdollista vertailla ja arvioida yhdestä näkökulmasta erilaisia \u200b\u200bjärjestelmiä kuten atomireaktorit, sähkögeneraattorit ja moottorit, lämpövoimalaitokset, puolijohdelaitteet, biologiset esineet jne.

Koska kitka, ympäröivien kappaleiden kuumeneminen jne. Aiheuttavat väistämätöntä energian menetystä, Tehokkuus on aina vähemmän kuin yksi. Vastaavasti tehokkuus ilmaistaan \u200b\u200bkäytetyn energian murto-osina, toisin sanoen oikean jakeen muodossa tai prosentteina, ja se on mitaton määrä. Tehokkuus kuvaa sitä, kuinka tehokkaasti kone tai mekanismi toimii. Lämpövoimalaitosten hyötysuhde nousee 35–40%: iin, polttomoottorit, joissa on ylikuormitus ja esijäähdytys - 40–50%, dynaamiset ja suuritehoiset generaattorit - 95%, muuntajat - 98%.

Tehtävä, josta sinun on löydettävä tehokkuus tai se on tiedossa, sinun on aloitettava loogisella keskustelulla - mikä työ on hyödyllistä ja mikä vietti.

Laki mekaanisen energian säilyttämisestä

Täysi mekaaninen energia Kineettisen energian (ts. Liikkeen energian) ja potentiaalin (ts. Kappaleiden vuorovaikutuksen energia painovoiman ja elastisuusvoimien) summaa kutsutaan:

Jos mekaaninen energia ei kulje muihin muotoihin, esimerkiksi sisäiseen (lämpö) energiaan, niin kineettisen ja potentiaalienergian summa pysyy muuttumattomana. Jos mekaaninen energia menee lämpöä, niin mekaanisen energian muutos on yhtä suuri kuin kitkavoiman tai energian menetyksen tai vapautuneen lämmön määrän työ ja niin edelleen, toisin sanoen kokonaismekaanisen energian muutos on yhtä suuri kuin ulkoisten voimien työ:

Suljettua järjestelmää (ts. Sellaista, jossa ulkoiset voimat eivät toimi ja niiden työ on vastaavasti nolla) muodostavien ja painovoiman ja elastisten voimien kanssa vuorovaikutuksessa olevien kappaleiden kineettisen ja potentiaalienergian summa pysyy muuttumattomana:

Tämä lausunto ilmaisee energiansäästölaki (ZE) mekaanisissa prosesseissa. Se on seurausta Newtonin laeista. Mekaanisen energian säilyvyyslaki täyttyy vain, kun suljetussa järjestelmässä olevat elimet ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa jousto- ja painovoimien voimien avulla. Kaikissa energiansäästölakiin liittyvissä ongelmissa on aina vähintään kaksi elinjärjestelmän tilaa. Lain mukaan ensimmäisen tilan kokonaisenergia on yhtä suuri kuin toisen tilan kokonaisenergia.

Algoritmi energiansäästölakiin liittyvien ongelmien ratkaisemiseksi:

Löydä kehon alkuperäisen ja lopullisen aseman pisteet.
Kirjoita muistiin, mitä tai mitä energiaa keholla on näissä kohdissa.
Tasaa kehon alkuperäinen ja lopullinen energia.
Lisää muut tarvittavat yhtälöt fysiikan aiemmista aiheista.
Ratkaise tuloksena oleva yhtälö tai yhtälöjärjestelmä matemaattisilla menetelmillä.

On tärkeää huomata, että mekaanisen energian säilyvyyslaki mahdollisti suhteen saavuttamisen kehon koordinaattien ja nopeuksien välillä kahdessa eri suunnassa, analysoimatta kehon liikelakia kaikissa välipisteissä. Mekaanisen energian säilyttämistä koskevan lain soveltaminen voi yksinkertaistaa huomattavasti monien ongelmien ratkaisua.

Todellisissa olosuhteissa, melkein aina liikkuvilla kappaleilla yhdessä painovoimien kanssa, joustavuusvoimat ja muut voimat ovat kitkavoimia tai väliaineen vastusvoimia. Kitkavoiman toiminta riippuu polun pituudesta.

Jos kitkavoimat vaikuttavat suljetun järjestelmän muodostavien kappaleiden välillä, mekaanista energiaa ei säästää. Osa mekaanisesta energiasta muuttuu kehon sisäiseksi energiaksi (lämmitys). Siten koko energia (ts. Ei vain mekaaninen) on joka tapauksessa säästöinen.

Kaikissa fyysisissä vuorovaikutuksissa energiaa ei synny eikä häviä. Se muuttuu vain yhdestä muodosta toiseen. Tämä kokeellisesti todettu tosiseikka ilmaisee luonnon peruslakia - energiansäästö- ja muuntamislaki.

Yksi energian säästö- ja muutoslain seurauksista on väite, jonka mukaan on mahdotonta luoda ”jatkuvaa liikkuvaa” - konetta, joka voisi toimia loputtomiin ilman energiankulutusta.

Erilaisia \u200b\u200btyötehtäviä

Jos sinun on löydettävä mekaaninen työ tehtävästä, valitse ensin tapa löytää se:

Teos löytyy kaavasta: = FS∙ cos α . Löydä työtä tekevä voima ja kehon liikkeen suuruus tämän voiman vaikutuksesta valitusta viitekehyksestä. Huomaa, että kulma on valittava voima- ja siirtymävektorien välillä.
Ulkoisen voiman toiminta voidaan löytää mekaanisen energian erona lopullisessa ja lähtötilanteessa. Mekaaninen energia on yhtä suuri kuin kehon kineettisen ja potentiaalisen energian summa.
Työ kehon nostamisessa vakionopeudella löytyy kaavasta: = mGHjossa h - korkeus, johon se nousee kehon painopiste.
Teos voidaan löytää voiman ja ajan tuloksena, ts. kaavalla: = pt.
Teos voidaan löytää kuvan alana kaavion alla olevan voiman riippuvuudesta siirtymästä tai voimasta ajoissa.

Laki energiansäästöstä ja pyörimisliikkeen dynamiikasta

Aiheen tehtävät ovat matemaattisesti melko monimutkaisia, mutta lähestymistavan tunteessa ne ratkaistaan \u200b\u200btäysin vakioalgoritmilla. Kaikissa tehtävissä joudut ottamaan huomioon rungon pyörimisen pystytasossa. Päätös pelkistetään seuraavaan toimintasarjaan:

On tarpeen määrittää kiinnostava kohta (kohta, jossa on tarpeen määrittää rungon nopeus, langan kireys, paino jne.).
Kirjoita muistiin tässä vaiheessa Newtonin toinen laki, kun otetaan huomioon, että vartalo pyörii, ts. Siinä on keskisuuntainen kiihtyvyys.
Kirjoita mekaanisen energian säilyttämislaki siten, että se sisältää kehon nopeuden tuossa erittäin mielenkiintoisessa pisteessä sekä kehon tilan ominaisuudet jossain tilassa, josta jotain tiedetään.
Ilmoita olosuhteista riippuen nopeus neliössä yhdestä yhtälöstä ja korvaa toiseen.
Suorita loputuloksen saamiseksi tarvittavat matemaattiset toimenpiteet.

Ratkaisessasi ongelmia on muistettava, että:

Edellytys ylemmän pisteen kuljettamiselle langan kiertämisen aikana pienimmällä nopeudella on tuen reaktiovoima N yläpisteessä on 0. Sama ehto täyttyy, kun ohitetaan kuolleen silmukan yläkohta.
Kun sauva pyörii, koko ympyrän ohitusolosuhde: miniminopeus yläpisteessä on 0.
Edellytys rungon erottamiselle pallon pinnasta on tuen reaktiovoima erotuspisteessä on nolla.

Elastiset törmäykset

Mekaanisen energian säilyttämislaki ja vauhdin säilyttämislaki antavat meille mahdollisuuden löytää ratkaisuja mekaanisiin ongelmiin tapauksissa, joissa toimivat voimat ovat tuntemattomia. Esimerkki tällaisista ongelmista on kehon vaikutusvuorovaikutus.

Isku (tai törmäys) On tapana kutsua elinten lyhytaikaista vuorovaikutusta, jonka seurauksena niiden nopeudet muuttuvat merkittävästi. Kehojen törmäyksen aikana niiden välillä toimii lyhytaikaisia \u200b\u200biskuvoimia, joiden suuruutta pääsääntöisesti ei tiedetä. Siksi sokkien vuorovaikutusta ei voida pitää suoraan Newtonin lakeja käyttämällä. Energian ja vauhdin säästämistä koskevien lakien soveltaminen antaa monissa tapauksissa mahdollisuuden estää törmäysprosessi huomionarvostuksesta ja saada aikaan suhde kappaleiden nopeuksien välillä ennen törmäystä ja sen jälkeen ohittamalla näiden määrien kaikki väliarvot.

Kehojen vaikutusvuorovaikutus on usein tarpeen käsitellä jokapäiväisessä elämässä, tekniikassa ja fysiikassa (etenkin atomien ja alkuainehiukkasten fysiikassa). Mekaniikassa käytetään usein kahta iskun vuorovaikutuksen mallia - ehdottomasti joustavat ja ehdottomasti joustamattomat iskut.

Ehdottomasti joustamaton lävistys He kutsuvat tällaista shokki-vuorovaikutusta, jossa kehot yhdistyvät (tarttuvat toisiinsa) toisiinsa ja liikkuvat yhtenä kappaleena.

Mekaanisen energian säästö ei ole ehdottoman joustamatonta. Se siirtyy osittain tai kokonaan kehon sisäiseen energiaan (lämmitys). Mahdollisten iskujen kuvaamiseksi sinun on kirjoitettava vauhdin säilyttämistä koskeva laki ja mekaanisen energian säilyttämislaki ottaen huomioon vapautuva lämpö (on erittäin suositeltavaa piirtää kuva).

Ehdottomasti joustava booli

Ehdottomasti joustava booli jota kutsutaan törmäykseksi, jossa ruumiijärjestelmän mekaaninen energia säästyy. Monissa tapauksissa atomien, molekyylien ja alkuainehiukkasten törmäykset noudattavat ehdottomasti elastisten iskujen lakeja. Mekaanisen energian säilyttämistä koskeva laki täyttyy ehdottoman joustavalla vaikutuksella sekä vauhdin säilyttämislailla. Yksinkertainen esimerkki ehdottomasti joustavasta törmäyksestä voi olla kahden biljardipallon keskuspuhallus, joista toinen oli levossa ennen törmäystä.

Keskuslakko palloja kutsutaan törmäyksiksi, joissa pallojen nopeudet ennen iskua ja sen jälkeen ohjataan keskilinjoja pitkin. Siten mekaanisen energian ja vauhdin säilyttämislakia käyttämällä on mahdollista määrittää pallojen nopeudet törmäyksen jälkeen, jos niiden nopeudet ennen törmäystä ovat tiedossa. Keskeinen vaikutus toteutetaan käytännössä hyvin harvoin, etenkin kun kyse on atomien tai molekyylien törmäyksistä. Epäkeskeisessä elastisessa törmäyksessä hiukkasten (pallojen) nopeudet ennen törmäystä ja sen jälkeen eivät ole suunnattuja yhtä suoraa viivaa pitkin.

Erityinen tapaus epäkeskeisestä elastisesta iskusta voi olla saman massan kahden biljardipallon törmäys, joista toinen oli paikallaan ennen törmäystä, ja toisen nopeutta ei suunnattu pallojen keskipisteiden viivaa pitkin. Tässä tapauksessa pallojen nopeusvektorit joustavan törmäyksen jälkeen on aina suunnattu kohtisuoraan toisiinsa nähden.

Suojauslait. monimutkaisia \u200b\u200btehtäviä

Useita kappaleita

Joissakin energiansäästölakiin liittyvissä ongelmissa köydet, joiden avulla tietyt esineet liikkuvat, voivat olla massaa (ts. Eivät saa olla painottomia, kuten saatat jo tottua). Tässä tapauksessa on myös otettava huomioon tällaisten kaapelien (nimittäin niiden painopisteiden) siirtäminen.

Jos kaksi painottoman sauvan avulla kytkettyä kappaletta pyörii pystytasossa, niin:

he valitsevat nollatason potentiaalienergian laskemiseksi esimerkiksi pyörimisakselin tasolla tai yhden lastin alimman pisteen tasolla ja tekevät piirustuksen;
kirjoita mekaanisen energian säilyttämislaki, jossa kummankin kehon kineettisen ja potentiaalisen energian summa alkuperäisessä tilanteessa kirjataan vasemmalle puolelle, ja molemmien kappaleiden kineettisen ja potentiaalienergian summa lopullisessa tilanteessa kirjoitetaan oikealle puolelle;
ota huomioon, että kappaleiden kulmanopeudet ovat samat, niin runkojen lineaariset nopeudet ovat verrannollisia pyörimissäteeseen;
kirjoita tarvittaessa Newtonin toinen laki kullekin vartalolle erikseen.

Kuoren repeämä

Kuoren repeämisen yhteydessä räjähtävää energiaa vapautuu. Tämän energian löytämiseksi on tarpeen poistaa ammuksen mekaaninen energia fragmenttien mekaanisten energioiden summasta räjähdyksen jälkeen ennen räjähdystä. Käytämme myös vauhdin säilyttämislakia, joka on kirjoitettu kosinuslauseen (vektorimenetelmä) tai projektioiden muodossa valituille akseleille.

Raskaat levyjen törmäykset

Annetaan kohti raskasta levyä, joka liikkuu nopeudella vkevyt pallo liikkuu massana m nopeudella u n. Koska pallon palkki on huomattavasti pienempi kuin levyn vauhti, iskun jälkeen levyn nopeus ei muutu ja se jatkaa liikkumista samalla nopeudella ja samaan suuntaan. Joustavan iskun seurauksena pallo lentää pois levyltä. On tärkeää ymmärtää se pallon nopeus levyyn nähden ei muutu. Tässä tapauksessa pallojen lopulliseen nopeuteen saamme:

Siten pallin nopeus iskun jälkeen kasvaa kaksinkertaisesti seinämän nopeudella. Samanlainen argumentti tapaukselle, jossa ennen iskua pallo ja levy liikkuivat samaan suuntaan, johtaa tulokseen, jonka mukaan pallon nopeus laskee kaksinkertaisesti seinämän nopeudella:

Fysiikassa ja matematiikassa muun muassa kolmen olennaisen edellytyksen on täytyttävä:

Opiskele kaikkia aiheita ja suorita kaikki testit ja tehtävät, jotka on annettu tämän sivuston koulutusmateriaaleissa. Tätä varten et tarvitse mitään, nimittäin: omistautua fysiikan ja matematiikan CT-valmisteluun, teorian opiskeluun ja ongelmien ratkaisemiseen kolmesta neljään tuntia päivässä. Tosiasia, että CT on tentti, jossa ei riitä pelkästään fysiikan tai matematiikan tunteminen, sinun on silti kyettävä nopeasti ja ilman ongelmia ratkaisemaan suuri joukko ongelmia eri aiheista ja monimutkaisuus. Jälkimmäinen voidaan oppia vain ratkaisemalla tuhansia ongelmia.
Opi kaikki fysiikan kaavat ja lait sekä matematiikan kaavat ja menetelmät. Itse asiassa tämän suorittaminen on myös erittäin helppoa, fysiikassa on vain noin 200 kaavaa ja vielä vähemmän matematiikassa. Jokaisessa näistä aiheista on noin kymmenkunta standardimenetelmää monimutkaisuuden perustason ongelmien ratkaisemiseksi, jotka voidaan myös oppia melko hyvin, ja siten ratkaista täysin automaattisesti ja ilman vaikeuksia suurin osa CT: stä oikeaan aikaan. Sen jälkeen joudut ajattelemaan vain vaikeimpia tehtäviä.
Käy kaikissa kolmessa fysiikan ja matematiikan harjoittelutestauksen vaiheessa. Jokaiseen RT: hen voidaan käydä kahdesti molempien vaihtoehtojen ratkaisemiseksi. CT: n lisäksi, myös kyvyn ratkaista nopeasti ja tehokkaasti ongelmia sekä kaavojen ja menetelmien tuntemisen lisäksi, on myös kyettävä suunnittelemaan aika oikein, jakamaan voimat ja mikä tärkeintä oikein täyttää vastauslomake sekoittamatta vastauksen ja tehtävien numeroita tai omaa sukunimeäsi. Myös RT: n aikana on tärkeää tottua tehtävien esittämistä koskevaan tyyliin, mikä CT: llä voi tuntua valmistautumattomalle henkilölle olevan hyvin epätavallinen.

Näiden kolmen pisteen onnistunut, huolellinen ja vastuullinen toteuttaminen antaa sinulle mahdollisuuden näyttää erinomaisia \u200b\u200btuloksia DH: lla, maksimissaan mitä pystyt.

Löysitkö virheen?

Jos löysit virheen koulutusmateriaaleissa, niin kuin sinusta tuntuu, kirjoita siitä postitse. Voit kirjoittaa virheestä myös sosiaalisessa verkossa (). Ilmoita kirjeessä aihe (fysiikka tai matematiikka), nimi tai aihe tai testinumero, tehtävän numero tai paikka tekstissä (sivulla), jossa mielestäsi on virhe. Kuvaile myös väitetty virhe. Kirjeesi ei jää huomaamatta, virhe joko korjataan, tai he selittävät sinulle miksi tämä ei ole virhe.

Yleiset säännökset

Suorituskerroin määritellään hyödyllisen tai annetun tehon suhteena P 2 virrankulutukseen P 1:

Nykyaikaisilla sähköautoilla on korkea suorituskerroin (tehokkuus). Joten tasavirtakoneissa, joiden kapasiteetti on 10 kW, hyötysuhde on 83 - 87%, kapasiteetilla 100 kW - 88 - 93% ja kapasiteetilla 1000 kW - 92 - 96%. Vain pienillä autoilla on suhteellisen heikko hyötysuhde; esimerkiksi tasavirtamoottori, jonka teho on 10 W, hyötysuhdekerroin 30 - 40%.

Sähkökoneen hyötysuhteen käyrä η \u003d f(P 2) aluksi se kasvaa nopeasti kuormituksen kasvaessa, sitten hyötysuhde saavuttaa maksimiarvonsa (yleensä kuormalla lähellä nimellisarvoa) ja laskee suurilla kuormituksilla (kuva 1). Jälkimmäinen selitetään sillä, että tietyntyyppiset häviöt (sähköiset minä a 2 r sekä inkrementaalinen) kasvaa nettovoimaa nopeammin.

Suorat ja epäsuorat menetelmät suorituskertoimen määrittämiseksi

Suora menetelmä tehokkuuden määrittämiseksi kokeellisilla arvoilla P 1 ja P Kaavan (1) mukainen kaavio 2 voi antaa merkittävän epätarkkuuden, koska ensinnäkin P 1 ja P 2 ovat arvoltaan läheisiä ja toiseksi niiden kokeellinen määritys liittyy virheisiin. Suurimmat vaikeudet ja virheet johtuvat mekaanisen tehon mittauksesta.

Jos esimerkiksi todelliset tehoarvot P 1 \u003d 1000 kW ja P 2 \u003d 950 kW voidaan määrittää tarkkuudella 2%, sitten tehokkuuden todellisen arvon sijasta

η = 950/1000 = 0,95

voi saada

Siksi GOST 25941-83, "Sähköiset pyörivät koneet. Menetelmät häviöiden ja tehokkuuden määrittämiseksi", määrää koneille, joiden η% ≥ 85% on epäsuora menetelmä tehokkuuden määrittämiseksi, jossa häviöiden määrä määritetään kokeellisilla tiedoilla p Σ .

Korvaaminen kaavassa (1) P 2 = P 1 - p Σ, saamme

(3)

Sovelletaan korvaus täällä P 1 = P 2 + p Σ, saamme toisen kaavan kaavan:

(4)

Koska sähkövoiman mittaaminen on helpompaa ja tarkempaa (moottoreille P 1 ja generaattoreille P 2), sitten moottoreille kaava (3) on sopivampi ja generaattoreille kaava (4). Menetelmät yksittäisten tappioiden ja niiden määrän kokeelliseksi määrittämiseksi p Σ on kuvattu sähkökoneita koskevissa standardeissa ja käsikirjoissa sähkökoneiden testaamista ja tutkimusta varten. Jos edes p Σ määritetään paljon vähemmän tarkkuudella kuin P 1 tai P Kuviossa 2, kun käytetään kaavoja (3) ja (4) lausekkeen (1) sijasta, saadaan huomattavasti tarkempia tuloksia.

Tehokkuuden enimmäisolosuhteet

Erityyppiset häviöt eri tavoin riippuvat kuormasta. Yleensä voidaan olettaa, että tietyt häviöt pysyvät vakiona kuormituksen muuttuessa, kun taas toiset ovat muuttuvia. Esimerkiksi, jos tasavirtageneraattori toimii vakiona pyörimisnopeudella ja jatkuvalla herätevirralla, niin myös mekaaniset ja magneettiset häviöt ovat vakioita. Päinvastoin, ankkurin käämien, lisänapojen ja kompensointien sähköhäviöt muuttuvat suhteessa minä a ² ja harjakoskettimissa - suhteellisesti minä a. Generaattorin jännite on myös suunnilleen vakio, ja siksi tietyllä tarkkuudella P 2 ∼ minä a.

Siksi yleisessä, jonkin verran idealisoidussa tapauksessa voimme olettaa sen

jossa p 0 - pysyvät tappiot riippumatta kuormasta; p 1 - tappioiden arvo ensimmäisestä asteesta riippuen k ng nimelliskuormalla; p 2 - häviöiden arvo neliöstä riippuen k ng nimelliskuormalla.

Sijoitetaan P 2 (5) ja p Σ kohdasta (7) tehokkuuskaavaan

(8)

Me selvitämme millä arvolla k ng kpd saavuttaa maksimiarvonsa, jolle määrittelemme johdannaisen dη/ dk ng kaavan (8) mukaan ja rinnastaa se nollaan:

Tämä yhtälö täyttyy, kun sen nimittäjä on äärettömyys, eli k ng \u003d ∞. Tämä tapaus ei kiinnosta. Siksi on tarpeen asettaa osoitin nollaan. Tässä tapauksessa saamme

Siten hyötysuhde on suurin kuormituksella sellainen, että muuttuvat häviöt k ng ² × p Kuviosta 2 tulee neliökuormasta riippuen vakiohäviöitä p 0 .

Kuormituskerroimen arvo suurimmalla hyötysuhteella kaavan (9) mukaisesti,

(10)

Jos kone on suunniteltu annetulle arvolle η max, silloin häviöistä k ng × p 1 ovat yleensä suhteellisen pieniä, voidaan olettaa, että

p 0 + p 2 ≈ p Σ \u003d const.

Muutettaessa samalla tappio-suhdetta p 0 ja p Kuviossa 2 on mahdollista saavuttaa maksimitehokkuusarvo eri kuormituksilla. Jos kone toimii suurimmaksi osaksi nimelliskuormituksen läheisyydessä, on edullista, että arvo on k ng [katso kaava (10)] oli lähellä yhtenäisyyttä. Jos kone toimii pääasiassa pienillä kuormituksilla, on arvon hyödyllistä k ng [katso kaava (10)] oli vastaavasti pienempi.

Tällä tai toisella mekanismilla suoritamme työtä, joka ylittää aina tavoitteen saavuttamiseksi tarvittavan. Tämän mukaisesti erota täysi tai käytetty työ A s ja hyödyllinen työ A s. Jos tavoitteemme on esimerkiksi nostaa massan m kuorma korkeuteen h, niin hyödyllinen työ on sellainen, joka johtuu vain kuormaan vaikuttavan painovoiman voittamisesta. Kun kuorma nostetaan tasaisesti, kun käyttämämme voima on yhtä suuri kuin kuorman painovoima, tämä työ voidaan löytää seuraavasti:

A p \u003d F t h \u003d mgh. (24.1)

Jos käytämme lohkoa tai jotain muuta mekanismia kuorman nostamiseen, meidän on kuorman painovoiman lisäksi ylitettävä myös mekanismin osien painovoima sekä mekanismiin vaikuttava kitkavoima. Esimerkiksi siirrettävää lohkoa käytettäessä joudumme tekemään ylimääräisiä töitä nostamalla itse lohkoa kaapelilla ja poistamalla kitkan lohkon akselilla. Lisäksi voittamalla vahvuus, me aina häviämme tien päällä (lisää tästä alla), mikä vaikuttaa myös työhön. Kaikki tämä johtaa siihen, että työmme on hyödyllisempää:

A s\u003e A s

Hyödyllinen työ on aina vain osa koko työstä, jonka ihminen suorittaa mekanismin avulla.

Fyysinen määrä, joka osoittaa, kuinka paljon hyödyllistä työtä koostuu kaikesta käytetystä työstä, kutsutaan suorituskerroin mekanismi.

Suorituskerroimen lyhennetty nimitys on tehokkuus.

Mekanismin tehokkuuden löytämiseksi on tarpeen jakaa hyödyllinen työ siihen, joka käytettiin tätä mekanismia käytettäessä.

Tehokkuus ilmaistaan \u200b\u200busein prosentteina ja sitä merkitään kreikkalaisella kirjaimella η (lue "tämä"):

η \u003d * 100% (24,2)

Koska tämän kaavan osoittaja Ap on aina pienempi kuin nimittäjä A s, hyötysuhde on aina alle 1 (tai 100%).

Mekanismeja suunnitellessaan he pyrkivät lisäämään niiden tehokkuutta. Tätä varten vähennä kitkaa mekanismien akseleissa ja niiden massassa. Tapauksissa, joissa kitka on vähäinen ja käytetyn mekanismin massa on vähäinen verrattuna nostetun kuorman massaan, hyötysuhde on vain hiukan alle 1. Tässä tapauksessa käytetyn työn voidaan katsoa olevan suunnilleen yhtä suuri kuin hyödyllinen työ:

A s ≈ A p (24,3)

Se on muistettava työvoiman tuottoa yksinkertaisella mekanismilla ei voida saada.

Koska jokainen tasa-arvoinen teos (24.3) voidaan ilmaista vastaavan voiman ja kuljetun matkan tuloksena, tämä tasa-arvo voidaan kirjoittaa uudelleen seuraavasti:

F 1 s 1 ≈ F 2 s 2 (24,4)

Tästä seuraa, että

voittamalla voimassa olevan mekanismin avulla menetämme niin monta kertaa matkan varrella ja päinvastoin.

Tätä lakia kutsutaan Mekaniikan kultainen sääntö. Sen kirjoittaja on 1. vuosisadalla asunut muinaiskreikkalainen tutkija Heron Alexandriasta. n. e.

Mekaniikan "kultainen sääntö" on likimääräinen laki, koska siinä ei oteta huomioon työtä käytettyjen laitteiden osien kitkan ja painovoiman poistamiseksi. Siitä huolimatta se voi olla erittäin hyödyllinen analysoitaessa minkä tahansa yksinkertaisen mekanismin toimintaa.

Joten esimerkiksi tämän säännön ansiosta voimme heti sanoa, että kuvassa 47 kuvatun työntekijän, jolla on kaksinkertainen vahvuusvahvistus, on laskettava vivun vastakkaiset päät 20 cm nostaaksesi kuormaa 10 cm. Sama tapahtuu tapauksessa, joka on kuvattu Kuva 58. Kun köyttä pitävän henkilön käsi putoaa 20 cm, siirrettävään lohkoon kiinnitetty kuorma nousee vain 10 cm.

1. Miksi mekanismeilla käytetty työ on aina hyödyllisempää? 2. Mitä kutsutaan mekanismin tehokkuudeksi? 3. Voiko mekanismin hyötysuhde olla yhtä (tai 100%)? Miksi? 4. Kuinka ne lisäävät tehokkuutta? 5. Mikä on mekaniikan "kultainen sääntö"? Kuka on sen kirjoittaja? 6. Anna esimerkkejä mekaniikan "kultaisen säännön" ilmenemisestä, kun käytetään erilaisia \u200b\u200byksinkertaisia \u200b\u200bmekanismeja.

Tiedetään, että sähköenergia siirretään pitkiä matkoja jännitteillä, jotka ylittävät kuluttajien käyttämän tason. Muuntajien käyttö on välttämätöntä jännitteiden muuntamiseksi vaadituiksi arvoiksi, sähkönsiirtoprosessin laadun parantamiseksi ja siitä aiheutuvien häviöiden vähentämiseksi.

Muuntajan kuvaus ja toimintaperiaate

Muuntaja on laite, jonka tehtävänä on pienentää tai lisätä jännitettä, muuttaa vaiheiden lukumäärää ja harvoissa tapauksissa vaihtaa vaihtovirran taajuutta.

Seuraavat laitteet ovat saatavana:

teho;
mittaaminen;
pieni teho;
kytkentä;
huippumuuntajat.

Staattinen laite koostuu seuraavista päärakenteellisista elementeistä: kahdesta (tai useammasta) käämityksestä ja magneettisesta piiristä, jota kutsutaan myös ytimeksi. Muuntajissa jännite syötetään ensiökäämiin ja toissijainen jo poistetaan muunnetussa muodossa. Käämit on kytketty induktiivisesti ytimessä olevan magneettikentän avulla.

Yhdessä muiden muuntimien kanssa muuntajilla on tehokerroin (lyhennettynä - tehokkuus), symbolilla. Tämä kerroin on tehokkaasti käytetyn energian suhde järjestelmästä kulutettuun energiaan. Se voidaan ilmaista myös kuorman kuluttaman tehon ja verkosta kuluneen laitteen suhteena. Tehokkuus tarkoittaa yhtä tärkeimmistä parametreistä, jotka kuvaavat muuntajan suorittaman työn tehokkuutta.

Muuntajan häviöiden tyypit

Pronssin primaarista toissijaiseen siirtämiseen liittyy häviöitä. Tästä syystä kaikkea energiaa ei siirretä, mutta suurin osa siitä.

Laitteen suunnittelu ei sisällä pyöriviä osia, toisin kuin muut sähkökoneet. Tämä selittää mekaanisten häviöiden puuttumisen siinä.

Joten laitteessa on seuraavat tappiot:

sähköinen, kuparikäämityksessä;
magneettinen teräsytimessä.

Energiakaavio ja energiansäästölaki

Laitteen toimintaperiaate voi olla kaavamaisesti energiakaavion muodossa, kuten kuvassa 1 esitetään. Kaavio kuvaa energiansiirtoprosessia, jonka aikana syntyy sähkö- ja magneettitappioita .

Kaavion mukaan tehollisen tehon P 2 määrittämisessä on seuraava muoto:

P2 \u003d P1-APP el1-AP EL2-AP m (1)

missä P2 on hyödyllinen ja P1 on laitteen kuluttama virta verkosta.

Kokonaisvaimennuksen ΔP merkinnällä energiansäästölaki näyttää seuraavalta: P 1 \u003d ΔP + P 2 (2)

Tästä kaavasta käy ilmi, että Pl kulutetaan P2: lle, samoin kuin kokonaishäviö AP. Siksi muuntajan hyötysuhde saadaan annetun (hyödyllisen) tehon ja kulutetun suhteen muodossa (P 2: n ja P 1: n suhde).

Tehokkuuden määrittäminen

Laitteen laskemiseen tarvittavalla tarkkuudella aikaisemmat johdetut hyötysuhteen arvot voidaan ottaa taulukosta 1:

Kuten taulukosta käy ilmi, parametrin arvo riippuu suoraan kokonaisteholta.

Tehokkuuden määrittäminen suorilla mittauksilla

Tehokkuuden laskentakaava voidaan esittää monella tavalla:

Tämä lauseke heijastaa selvästi, että muuntajan hyötysuhteen arvo on vain yksi eikä myöskään yhtä suuri kuin se.

Seuraava lauseke määrittelee nettotehon arvon:

P 2 \u003d U 2 * J 2 * cosφ 2, (4)

missä U 2 ja J 2 ovat toisiojännitettä ja kuormavirtaa ja cosφ 2 on tehokerroin, jonka arvo riippuu kuormitustyypistä.

Koska P1 \u003d ΔP + P2, kaava (3) on seuraava:

Primaarikäämin ΔP el1n sähköhäviöt riippuvat siinä virtaavan virran neliöstä. Sen vuoksi ne olisi määriteltävä seuraavasti:

(6)

Vuorostaan:

(7)

missä r mp on aktiivinen käämin vastus.

Koska sähkömagneettisen laitteen toiminta ei rajoitu nimellismoodiin, virran kuormitusasteen määrittäminen edellyttää kuormituskerroimen käyttöä, joka on yhtä suuri kuin:

β \u003d J2 / J2n, (8)

missä J 2n on toisiokäämin nimellisvirta.

Tästä eteenpäin kirjoitamme lausekkeet toisiokäämin virran määrittämiseksi:

J 2 \u003d β * J 2n (9)

Jos korvaamme tämän tasa-arvon kaavaan (5), niin saamme seuraavan lausekkeen:

Huomaa, että GOST suosittelee tehokkuuden arvon määrittämiseksi viimeistä lauseketta käyttämällä.

Yhteenvetona esitetyistä tiedoista huomaamme, että muuntajan hyötysuhde on mahdollista määrittää laitteen ensiö- ja toisiokäämien tehon arvoilla nimellismoodissa.

Tehokkuuden määrittäminen epäsuoralla menetelmällä

Suurien hyötysuhdearvojen, jotka voivat olla vähintään 96%, sekä suoran mittausmenetelmän tehottomuuden vuoksi parametria ei voida laskea suurella tarkkuudella. Siksi sen määritys suoritetaan yleensä epäsuoralla menetelmällä.

Yhteenvetona kaikista saaduista lauseista saadaan seuraava kaava tehokkuuden laskemiseksi:

η \u003d (P 2 / P 1) + APP m + APP el1 + APP el2, (11)

Yhteenvetona on huomattava, että korkea hyötysuhdekerroin osoittaa sähkömagneettisen laitteen tehokkaasti suoritetun työn. GOST: n mukaan käämityksen ja ydinteräksen menetykset määräytyvät kokemuksen tai oikosulun perusteella, ja niiden vähentämiseen tähtäävät toimenpiteet auttavat saavuttamaan korkeimmat mahdolliset tehokkuusarvot, mitä sinun tulee pyrkiä.

Elämässä ihminen kohtaa ongelman ja tarpeen muuntaa erityyppisiä energioita. Laitteita, jotka on suunniteltu energian muuntamiseksi, kutsutaan energiakoneiksi (mekanismeiksi). Esimerkiksi energiakoneisiin kuuluvat: sähkögeneraattori, polttomoottori, sähkömoottori, höyrykone jne.

Teoriassa mikä tahansa energia voi muuttua täysin toisen tyyppiseksi energiaksi. Mutta käytännössä koneissa tapahtuu energianmuutosten lisäksi energiamuutoksia, joita kutsutaan tappioiksi. Energiakoneiden täydellisyys määrittää suorituskerroin (COP).

MÄÄRITYS

Mekanismin (kone) tehokkuus kutsutaan hyödyllisen energian () suhteeksi kokonaisenergiaan (W), joka syötetään mekanismiin. Tyypillisesti tehokkuutta merkitään kirjaimella (tämä). Matemaattisessa muodossa tehokkuuden määritelmä on kirjoitettu seuraavasti:

Tehokkuus voidaan määrittää työn avulla suhteena (hyödyllinen työ) A: han (koko työ):

Lisäksi se voidaan todeta kapasiteetin suhteena:

missä on mekanismiin tuoma voima; - voima, jonka kuluttaja saa mekanismista. Lauseke (3) voidaan kirjoittaa eri tavalla:

missä on se osa valtaa, joka menetetään mekanismissa.

Tehokkuuden määritelmistä on selvää, ettei se voi olla yli 100% (tai se ei voi olla enemmän kuin yksi). Aikaväli, jonka aikana hyötysuhde on :.

Tehokkuutta ei käytetä vain koneen täydellisyyden arvioimiseen, vaan myös minkä tahansa monimutkaisen mekanismin ja kaikenlaisten laitteiden, jotka ovat energian kuluttajia, tehokkuuden määrittämiseen.

He yrittävät tehdä minkä tahansa mekanismin niin, että hyödytön energiahäviö on minimaalinen (). Tätä varten he yrittävät vähentää kitkavoimia (erilaisia \u200b\u200bvastuskykyjä).

Mekanismien yhteyksien tehokkuus

Kun tarkastellaan rakenteellisesti monimutkaista mekanismia (laitetta), lasketaan koko rakenteen hyötysuhde ja kaikkien sen komponenttien ja mekanismien tehokkuus, jotka kuluttavat ja muuntavat energiaa.

Jos meillä on n mekanismia, jotka on kytketty sarjaan, niin tuloksena oleva järjestelmän tehokkuus löytyy kunkin osan tehokkuuden tuloksena:

Mekanismien rinnankytkennällä (kuva 1) (yksi moottori käyttää useita mekanismeja) hyödyllinen työ on hyödyllisen työn summa, joka tapahtuu poistuttua järjestelmästä jokaisesta yksittäisestä osasta. Jos moottorin käyttämä työ nimitetään, hyötysuhde tässä tapauksessa on: