Дизелови и бензинови двигатели: сравнение на ефективността. Какво е ефективност? Понятие, определение, приложение

Нито едно извършено действие не протича без загуби - те винаги съществуват. Полученият резултат винаги е по-малък от усилията, които трябва да положите за постигането му. Коефициентът на ефективност (КПД) показва колко големи са загубите при извършване на работа.

Какво се крие зад това съкращение? По същество това е коефициентът на полезно действие на механизма или индикатора рационално използванеенергия. Стойността на ефективността няма мерни единици, тя се изразява в проценти. Този коефициент се определя като съотношението на полезната работа на устройството към работата, изразходвана за неговата работа. За да изчислите ефективността, формулата за изчисление ще изглежда така:

Ефективност =100* (извършена полезна работа/изразходвана работа)

За изчисляване на това съотношение се използват различни устройства. различни значения. За електрическите двигатели ефективността ще изглежда като съотношението на извършената полезна работа към електрическа енергияполучени от мрежата. За ще се определи като съотношението на извършената полезна работа към количеството изразходвана топлина.

За определяне на ефективносттаНеобходимо е всеки да е различен и работата да се изразява в едни и същи единици. Тогава ще бъде възможно да се сравняват всякакви обекти, като генератори на електричество и биологични обекти, по отношение на ефективността.

Както вече беше отбелязано, поради неизбежните загуби по време на работата на механизмите, коефициентът на полезно действие винаги е по-малък от 1. По този начин ефективността на термичните станции достига 90%, ефективността на двигателите с вътрешно горене е по-малка от 30%, а ефективността на електрически трансформатор е 98%. Концепцията за ефективност може да се приложи както към механизма като цяло, така и към отделните му компоненти. Когато се прави обща оценка на ефективността на механизма като цяло (неговата ефективност), продуктът на ефективността на отделните компонентитова устройство.

проблем ефективно използванегориво не се появи днес. С непрекъснатото увеличаване на цената на енергийните ресурси въпросът за повишаване на ефективността на механизмите се превръща от чисто теоретичен в практически въпрос. Ако ефективността на обикновена кола не надвишава 30%, тогава просто изхвърляме 70% от парите, изразходвани за зареждане на колата.

Разглеждането на ефективността на двигателя с вътрешно горене (ДВГ) показва, че загубите възникват на всички етапи от неговата работа. Така само 75% от входящото гориво се изгаря в цилиндрите на двигателя, а 25% се отделя в атмосферата. От цялото изгорено гориво само 30-35% от отделената топлина се използва за извършване на полезна работа; останалата част от топлината се губи или в отработените газове, или остава в охладителната система на автомобила. От получената мощност около 80% се използва за полезна работа, останалата част от мощността се изразходва за преодоляване на силите на триене и се използва от спомагателните механизми на автомобила.

Дори и с такъв прост пример, анализът на ефективността на механизма ни позволява да определим посоките, в които трябва да се работи, за да се намалят загубите. Да, един от приоритетни области- осигуряване на пълно изгаряне на горивото. Това се постига чрез допълнително разпръскване на горивото и повишено налягане, поради което двигателите с директно впръскване и турбокомпресор стават толкова популярни. Топлината, отнета от двигателя, се използва за загряване на горивото за по-добро изпаряване, а механичните загуби се намаляват чрез използването на модерни сортове

Тук разгледахме такова понятие, както е описано, какво представлява и какво засяга. На примера на двигател с вътрешно горене се разглежда ефективността на неговата работа и се определят насоките и начините за увеличаване на възможностите на това устройство и следователно ефективността.

Коефициентът на полезно действие (КПД) е стойност, която в проценти изразява ефективността на конкретен механизъм (двигател, система) при преобразуването на получената енергия в полезна работа.

Прочетете в тази статия

Защо ефективността на дизела е по-висока?

Индикаторът за ефективност за различните двигатели може да варира значително и зависи от редица фактори. имат относително ниска ефективност поради големия брой механични и топлинни загуби, които възникват по време на работа на енергиен блок от този тип.

Вторият фактор е триенето, което възниква по време на взаимодействието на свързващите се части. По-голямата част от полезното потребление на енергия се задвижва от движението на буталата на двигателя, както и от въртенето на частите вътре в двигателя, които са структурно фиксирани към лагери. Около 60% от енергията на изгаряне на бензина се изразходва само за осигуряване на работата на тези агрегати.

Допълнителни загуби се причиняват от работата на други механизми, системи и приспособления. Отчита се и процентът на загубите на съпротивление в момента на постъпване на следващото зареждане с гориво и въздух и след това изпускането на отработените газове от цилиндъра на двигателя с вътрешно горене.

Ако сравните дизелов агрегат и бензинов двигател, дизелов двигателима значително по-висока ефективност в сравнение с бензинов агрегат. Бензиновите агрегати имат ефективност от около 25-30%. общ бройполучена енергия.

С други думи, от 10 литра бензин, изразходвани за работа на двигателя, само 3 литра се използват за извършване на полезна работа. Останалата част от енергията от изгарянето на горивото беше загубена.

При еднакъв работен обем мощността на атмосферен бензинов двигател е по-висока, но се постига при по-високи обороти. Двигателят трябва да се "завърти", загубите се увеличават, разходът на гориво се увеличава. Необходимо е да се спомене и въртящият момент, което буквално означава силата, която се предава от двигателя към колелата и движи автомобила. Бензиновите двигатели с вътрешно горене постигат максимален въртящ момент при по-високи скорости.

Подобен дизелов двигател с естествено пълнене достига въртящ момент при ниски скорости, като същевременно използва по-малко дизелово гориво за извършване на полезна работа, което означава по-висока ефективност и икономия на гориво.

Дизеловото гориво генерира повече топлина в сравнение с бензина, температурата на горене на дизеловото гориво е по-висока и устойчивостта на детонация е по-висока. Оказва се, че дизеловият двигател с вътрешно горене произвежда по-полезна работа при определено количество гориво.

Енергийна стойност на дизелово гориво и бензин

Дизеловото гориво се състои от по-тежки въглеводороди от бензина. По-ниската ефективност на бензиновия агрегат в сравнение с дизеловия двигател се дължи и на енергийния компонент на бензина и характеристиките на неговото изгаряне. Пълното изгаряне на равни количества дизелово гориво и бензин ще произведе повече топлина в първия случай. Топлината в дизелов двигател с вътрешно горене се преобразува по-пълно в полезна механична енергия. Оказва се, че при изгаряне на едно и също количество гориво за единица време, именно дизеловият двигател ще свърши повече работа.

Също така си струва да се вземат предвид характеристиките на инжектирането и създаването на подходящи условия за пълно изгаряне на сместа. При дизеловия двигател горивото се подава отделно от въздуха, то се впръсква не във всмукателния колектор, а директно в цилиндъра в самия край на такта на компресия. Резултатът е повече топлинаи най-пълното изгаряне на част от работната гориво-въздушна смес.

Резултати

Дизайнерите непрекъснато се стремят да подобрят ефективността както на дизеловите, така и на бензиновите двигатели. Увеличаване на броя на всмукателните и изпускателните клапани на цилиндър, активна употреба, електронно управлениевпръскване на гориво, дроселна клапа и други решения могат значително да повишат ефективността. Това се отнася в по-голяма степен за дизеловия двигател.

Благодарение на тези характеристики модерен дизелов двигател е в състояние напълно да изгори част от дизеловото гориво, наситено с въглеводороди в цилиндъра, и да произвежда висок въртящ момент при ниски скорости. Ниските обороти означават по-малко загуби от триене и произтичащо съпротивление. Поради тази причина дизеловият двигател днес е един от най-производителните и икономични видове двигатели с вътрешно горене, чиято ефективност често надхвърля 50%.

Прочетете също

Защо е по-добре да загреете двигателя преди шофиране: смазване, гориво, износване на студени части. Как правилно да загреете дизелов двигател през зимата.

Използвайки този или онзи механизъм, ние извършваме работа, която винаги надхвърля необходимата за постигане на целта. В съответствие с това се прави разлика между пълна или изразходвана работа A z и полезна работа A p. Ако, например, нашата цел е да вдигнем товар с маса m на височина h, тогава полезна работа е тази, която се дължи само на преодоляване на силата на гравитацията, действаща върху товара. При равномерно повдигане на товара, когато силата, която прилагаме, е равна на гравитационната сила на товара, тази работа може да се намери, както следва:

A p = F t h = mgh. (24.1)

Ако използваме блок или някакъв друг механизъм за повдигане на товар, тогава, освен гравитацията на товара, трябва да преодолеем и гравитацията на частите на механизма, както и силата на триене, действаща в механизма. Например, използвайки подвижен блок, ще бъдем принудени да извършим допълнителна работа, за да повдигнем самия блок с кабел и да преодолеем силата на триене в оста на блока. Освен това, докато печелим в сила, винаги губим по пътя (това ще бъде обсъдено по-подробно по-долу), което също се отразява на работата. Всичко това води до факта, че работата, която изразходваме, се оказва по-полезна:

A z > A p

Полезната работа винаги представлява само някаква част пълна работа, което се извършва от човек с помощта на механизъм.

Нарича се физическо количество, което показва каква част от полезна работа е от общата изразходвана работа ефективностмеханизъм.

Съкращението за ефективност е ефективност.

За да се намери ефективността на даден механизъм, е необходимо да се раздели полезната работа на тази, която е била изразходвана при използването на този механизъм.

Ефективността често се изразява като процент и се обозначава с гръцката буква η (да се чете „eta“):

η =* 100% (24,2)

Тъй като числителят A p в тази формула винаги е по-малък от знаменателя A z, ефективността винаги е по-малка от 1 (или 100%).

При проектирането на механизми те се стремят да повишат ефективността им. За да направите това, намалете триенето в осите на механизмите и тяхната маса. В случаите, когато триенето е незначително и използваните механизми имат незначителна маса в сравнение с масата на повдигнатия товар, коефициентът на полезно действие е само малко по-малък от 1. В този случай изразходваната работа може да се счита приблизително равна на полезна работа:

A z ≈ A p (24.3)

Трябва да се помни, че Невъзможно е да се постигнат печалби в работата с помощта на прост механизъм.

Тъй като всяка от работите в равенството (24.3) може да се изрази като произведение на съответната сила и изминатото разстояние, това равенство може да се пренапише, както следва:

F 1 s 1 ≈ F 2 s 2 (24,4)

Следва, че,

печелейки с помощта на действащ механизъм, губим същия брой пъти по пътя и обратно.

Този закон се нарича „златно правило“ на механиката. Негов автор е древногръцкият учен Херон от Александрия, живял през 1 век. н. д.

„Златното правило“ на механиката е приблизителен закон, тъй като не взема предвид работата по преодоляване на триенето и гравитацията на частите на използваните устройства. Независимо от това, той може да бъде много полезен при анализиране на работата на всеки прост механизъм.

Така например, благодарение на това правило, можем веднага да кажем, че работникът, показан на фигура 47, с двойно увеличение на силата за повдигане на товар с 10 cm, ще трябва да свали противоположния край на лоста с 20 cm. Същото ще се случи и в случая, показан на фигура 58. Когато ръката на човека, който държи въжето, падне с 20 cm, товарът, прикрепен към подвижния блок, се издига само с 10 cm.

1. Защо работата, изразходвана при използване на механизми, винаги се оказва по-полезна работа? 2. Какво се нарича ефективност на механизма? 3. Може ли ефективността на механизма да бъде равна на 1 (или 100%)? Защо? 4. Как да увеличим ефективността? 5. Какво е „ златно правило» механика? Кой е неговият автор? 6. Дайте примери за проявлението на „златното правило“ на механиката при използване на различни прости механизми.

Основни теоретични сведения

Механична работа

Въз основа на концепцията се въвеждат енергийните характеристики на движението механична работа или силова работа. Работа, извършвана от постоянна сила Е, Наречен физическо количество, равно на произведението на силата и модулите на изместване, умножено по косинуса на ъгъла между векторите на силата Еи движения С:

Работата е скаларна величина. Тя може да бъде или положителна (0° ≤ α < 90°), так и отрицательна (90° < α ≤ 180°). При α = 90° работата, извършена от силата, е нула. В системата SI работата се измерва в джаули (J). Джаул е равен на работата, извършена от сила от 1 нютон за преместване на 1 метър в посоката на силата.

Ако силата се променя с времето, тогава, за да намерите работата, изградете графика на силата спрямо изместването и намерете площта на фигурата под графиката - това е работата:

Пример за сила, чийто модул зависи от координатата (преместване), е еластичната сила на пружина, която се подчинява на закона на Хук ( Еконтрол = kx).

Мощност

Работата, извършена от сила за единица време, се нарича мощност. Мощност П(понякога се обозначава с буквата н) – физическа величина, равна на работния коефициент Акъм период от време Tпо време на който тази работа беше завършена:

Тази формула изчислява средна мощност, т.е. мощност, характеризираща най-общо процеса. И така, работата може да бъде изразена и като мощност: А = Пт(ако, разбира се, са известни мощността и времето за извършване на работата). Единицата за мощност се нарича ват (W) или 1 джаул в секунда. Ако движението е равномерно, тогава:

С помощта на тази формула можем да изчислим моментална мощност(захранване този моментвреме), ако вместо скорост заместим стойността моментна скорост. Откъде знаеш каква мощност да броиш? Ако проблемът изисква захранване в даден момент от времето или в някаква точка в пространството, тогава се счита за мигновено. Ако питат за мощност за определен период от време или част от маршрута, тогава потърсете средна мощност.

Ефективност - коефициент на ефективност, е равно на съотношението на полезна работа към изразходвана или полезна мощност към изразходвана:

Коя работа е полезна и коя се губи, се определя от условията на конкретна задача чрез логически разсъждения. Например, ако кран извършва работата по повдигане на товар до определена височина, тогава полезната работа ще бъде работата по повдигане на товара (тъй като кранът е създаден за тази цел), а изразходваната работа ще бъде работата, извършвана от електрическия двигател на крана.

Така че полезната и изразходваната мощност нямат стриктна дефиниция и се намират чрез логически разсъждения. Във всяка задача ние сами трябва да определим каква е била целта на тази задача (полезна работа или мощност) и какъв е бил механизмът или начинът за извършване на цялата работа (изразходвана мощност или работа).

Като цяло ефективността показва колко ефективно един механизъм преобразува един вид енергия в друг. Ако мощността се променя с течение на времето, тогава работата се намира като площта на фигурата под графиката на мощността спрямо времето:

Кинетична енергия

Нарича се физическо количество, равно на половината от произведението на масата на тялото и квадрата на неговата скорост кинетична енергия на тялото (енергия на движение):

Тоест, ако кола с тегло 2000 kg се движи със скорост 10 m/s, тогава тя има кинетична енергия, равна на д k = 100 kJ и е в състояние да извърши 100 kJ работа. Тази енергия може да се превърне в топлина (когато колата спира, гумите на колелата, пътя и спирачните дискове се нагряват) или може да се изразходва за деформиране на колата и тялото, в което се сблъсква колата (при инцидент). При изчисляване кинетична енергияняма значение къде се движи колата, тъй като енергията, както и работата, е скаларно количество.

Едно тяло има енергия, ако може да върши работа.Например, движещо се тяло има кинетична енергия, т.е. енергия на движение и е способен да извършва работа, за да деформира тела или да придаде ускорение на телата, с които се случва сблъсък.

Физически смисълкинетична енергия: за тяло в покой с маса мзапочна да се движи със скорост vнеобходимо е да се извърши работа, равна на получената стойност на кинетичната енергия. Ако тялото има маса мсе движи със скорост v, то за спирането му е необходимо да се извърши работа, равна на началната му кинетична енергия. При спиране кинетичната енергия се „отнема” главно (с изключение на случаите на удар, когато енергията отива към деформация) от силата на триене.

Теорема за кинетичната енергия: работата на резултантната сила е равна на изменението на кинетичната енергия на тялото:

Теоремата за кинетичната енергия е валидна и в общия случай, когато тялото се движи под въздействието на изменяща се сила, чиято посока не съвпада с посоката на движение. Удобно е тази теорема да се прилага в задачи, включващи ускорение и забавяне на тялото.

Потенциална енергия

Заедно с кинетичната енергия или енергията на движение, понятието играе важна роля във физиката потенциална енергияили енергия на взаимодействие между телата.

Потенциалната енергия се определя от относителното положение на телата (например положението на тялото спрямо повърхността на Земята). Понятието потенциална енергия може да се въведе само за сили, чиято работа не зависи от траекторията на тялото и се определя само от началното и крайното положение (т.нар. консервативни сили). Работата, извършена от такива сили върху затворена траектория, е нула. Това свойство се притежава от гравитацията и еластичната сила. За тези сили можем да въведем понятието потенциална енергия.

Потенциална енергия на тяло в гравитационното поле на Земятаизчислено по формулата:

Физическото значение на потенциалната енергия на тялото: потенциалната енергия е равна на работата, извършена от гравитацията при спускане на тялото до нулево ниво ( ч– разстояние от центъра на тежестта на тялото до нулевото ниво). Ако едно тяло има потенциална енергия, то е способно да извърши работа, когато това тяло падне от високо чдо нулево ниво. Работата, извършена от гравитацията, е равна на промяната в потенциалната енергия на тялото, взета с обратен знак:

Често при енергийни проблеми човек трябва да намери работа за повдигане (преобръщане, излизане от дупка) на тялото. Във всички тези случаи е необходимо да се вземе предвид движението не на самото тяло, а само на неговия център на тежестта.

Потенциалната енергия Ep зависи от избора на нулевото ниво, тоест от избора на началото на оста OY. Във всеки проблем нулевото ниво е избрано от съображения за удобство. Това, което има физически смисъл, не е самата потенциална енергия, а нейната промяна, когато тялото се движи от едно положение в друго. Тази промяна не зависи от избора на нулево ниво.

Потенциална енергия на разтегната пружинаизчислено по формулата:

Където: к– твърдост на пружината. Удължена (или компресирана) пружина може да задвижи прикрепено към нея тяло в движение, тоест да придаде кинетична енергия на това тяло. Следователно такава пружина има резерв от енергия. Напрежение или компресия хтрябва да се изчисли от недеформираното състояние на тялото.

Потенциалната енергия на еластично деформирано тяло е равна на работата, извършена от еластичната сила при прехода от дадено състояние в състояние с нулева деформация. Ако в първоначалното състояние пружината вече е деформирана и нейното удължение е равно на х 1, след това при преминаване в ново състояние с удължение х 2, еластичната сила ще извърши работа, равна на промяната в потенциалната енергия, взета с обратен знак (тъй като еластичната сила винаги е насочена срещу деформацията на тялото):

Потенциалната енергия по време на еластична деформация е енергията на взаимодействие на отделни части на тялото една с друга чрез еластични сили.

Работата на силата на триене зависи от изминатия път (този вид сила, чиято работа зависи от траекторията и изминатия път се нарича: дисипативни сили). Понятието потенциална енергия за силата на триене не може да бъде въведено.

Ефективност

Коефициент на ефективност (КПД)– характеристика на ефективността на система (устройство, машина) по отношение на преобразуването или предаването на енергия. Определя се от съотношението на полезно използваната енергия към общото количество енергия, получена от системата (формулата вече е дадена по-горе).

Ефективността може да се изчисли както чрез работа, така и чрез мощност. Полезната и изразходваната работа (мощност) винаги се определят чрез прости логически разсъждения.

При електродвигателите КПД е съотношението на извършената (полезна) механична работа към получената от източника електрическа енергия. В топлинните двигатели съотношението на полезната механична работа към количеството изразходвана топлина. В електрическите трансформатори - отношение електромагнитна енергияполучена във вторичната намотка към енергията, консумирана от първичната намотка.

Поради своята обобщеност концепцията за ефективност дава възможност да се сравняват и оценяват такива различни системи като ядрени реактори, електрически генератори и двигатели, топлоелектрически централи, полупроводникови устройства, биологични обекти и др.

Поради неизбежни загуби на енергия от триене, нагряване на околните тела и др. Ефективността винаги е по-малка от единица.Съответно ефективността се изразява в дялове на изразходваната енергия, тоест във формата правилна дробили като процент и е безразмерна величина. Ефективността характеризира колко ефективно работи машина или механизъм. Коефициентът на полезно действие на топлоелектрическите централи достига 35–40%, на двигателите с вътрешно горене с компресор и предварително охлаждане – 40–50%, на динамото и генераторите с голяма мощност – 95%, на трансформаторите – 98%.

Проблем, в който трябва да намерите ефективността или тя е известна, трябва да започнете с логически разсъждения - коя работа е полезна и коя е напразно.

Закон за запазване на механичната енергия

Обща механична енергиясе нарича сбор от кинетична енергия (т.е. енергия на движение) и потенциал (т.е. енергия на взаимодействие на телата от силите на гравитацията и еластичността):

Ако механичната енергия не се трансформира в други форми, например във вътрешна (топлинна) енергия, тогава сумата от кинетичната и потенциалната енергия остава непроменена. Ако механичната енергия се превърне в топлинна енергия, тогава промяната в механичната енергия е равна на работата на силата на триене или загубите на енергия или количеството отделена топлина и т.н., с други думи, промяната в общата механична енергия е равна към работата на външни сили:

Сумата от кинетичната и потенциалната енергия на телата, които образуват затворена система (т.е. такава, в която няма действащи външни сили и тяхната работа е съответно нула) и гравитационните и еластичните сили, взаимодействащи помежду си, остава непроменена:

Това твърдение изразява закон за запазване на енергията (LEC) в механични процеси. То е следствие от законите на Нютон. Законът за запазване на механичната енергия е изпълнен само когато телата в затворена система взаимодействат помежду си чрез сили на еластичност и гравитация. Във всички задачи по закона за запазване на енергията винаги ще има поне две състояния на система от тела. Законът гласи, че общата енергия на първото състояние ще бъде равна на общата енергия на второто състояние.

Алгоритъм за решаване на задачи по закона за запазване на енергията:

1. Намерете точките на началното и крайното положение на тялото.
2. Запишете какви или какви енергии има тялото в тези точки.
3. Приравнете началната и крайната енергия на тялото.
4. Добавете други необходими уравнения от предишни теми по физика.
5. Решете полученото уравнение или система от уравнения с помощта на математически методи.

Важно е да се отбележи, че законът за запазване на механичната енергия направи възможно да се получи връзка между координатите и скоростите на тялото в две различни точкитраектории, без да анализира закона за движение на тялото във всички междинни точки. Прилагането на закона за запазване на механичната енергия може значително да опрости решаването на много проблеми.

В реални условия върху движещите се тела почти винаги се действа, заедно с гравитационните сили, еластичните сили и други сили, от сили на триене или сили на съпротивление на околната среда. Работата, извършена от силата на триене, зависи от дължината на пътя.

Ако между телата, които образуват затворена система, действат сили на триене, тогава механичната енергия не се запазва. Част от механичната енергия се преобразува във вътрешна енергия на телата (нагряване). По този начин енергията като цяло (т.е. не само механичната) се запазва във всеки случай.

При всякакви физически взаимодействия енергията нито се появява, нито изчезва. Просто преминава от една форма в друга. Този експериментално установен факт изразява фундаментален природен закон - закон за запазване и преобразуване на енергията.

Едно от следствията от закона за запазване и трансформация на енергията е твърдението за невъзможността да се създаде „ вечен двигател"(perpetuum mobile) - машина, която може да извършва работа за неопределено време, без да консумира енергия.

Различни задачи за работа

Ако проблемът изисква намиране механична работа, след това първо изберете как да го намерите:

1. Работа може да се намери по формулата: А = FS∙cos α . Намерете силата, която извършва работата, и количеството на преместване на тялото под въздействието на тази сила в избраната отправна система. Имайте предвид, че ъгълът трябва да бъде избран между векторите на силата и изместването.
2. работа външна силаможе да се намери като разликата в механичната енергия в крайната и началната ситуации. Механичната енергия е равна на сумата от кинетичната и потенциалната енергия на тялото.
3. Работата, извършена за повдигане на тяло с постоянна скорост, може да се намери с помощта на формулата: А = mgh, Където ч- височина, до която се издига център на тежестта на тялото.
4. Работата може да се намери като продукт на сила и време, т.е. по формулата: А = Пт.
5. Работата може да се намери като площта на фигурата под графиката на силата спрямо изместването или мощността спрямо времето.

Закон за запазване на енергията и динамика на въртеливото движение

Задачите от тази тема са доста сложни математически, но ако знаете подхода, те могат да бъдат решени с помощта на напълно стандартен алгоритъм. Във всички задачи ще трябва да вземете предвид въртенето на тялото във вертикалната равнина. Решението ще се сведе до следната последователност от действия:

1. Трябва да определите точката, която ви интересува (точката, в която трябва да определите скоростта на тялото, силата на опън на нишката, теглото и т.н.).
2. Запишете втория закон на Нютон в този момент, като вземете предвид, че тялото се върти, тоест има центростремително ускорение.
3. Запишете закона за запазване на механичната енергия, така че да съдържа скоростта на тялото в тази много интересна точка, както и характеристиките на състоянието на тялото в някакво състояние, за което се знае нещо.
4. В зависимост от условието изразете скоростта на квадрат от едното уравнение и го заменете в другото.
5. Извършете останалото необходимо математически операцииза да получите крайния резултат.

Когато решавате проблеми, трябва да запомните, че:

• Условието за преминаване на горната точка при въртене на нишка с минимална скорост е опорната реакционна сила нв горната точка е 0. Същото условие е изпълнено при преминаване на горната точка на мъртвия цикъл.
• При въртене на прът условието за преминаване на целия кръг е: минималната скорост в горната точка е 0.
• Условието за отделяне на тяло от повърхността на сферата е опорната противодействаща сила в точката на отделяне да е нула.

Нееластични сблъсъци

Законът за запазване на механичната енергия и законът за запазване на импулса правят възможно намирането на решения на механични проблеми в случаите, когато неизвестни активни сили. Пример за този тип проблем е ударното взаимодействие на телата.

Чрез удар (или сблъсък)Прието е да се нарича краткотрайно взаимодействие на телата, в резултат на което техните скорости претърпяват значителни промени. По време на сблъсък на тела между тях действат краткотрайни ударни сили, чиято величина като правило е неизвестна. Следователно е невъзможно въздействието да се разглежда директно чрез законите на Нютон. Прилагането на законите за запазване на енергията и импулса в много случаи позволява да се изключи самият процес на сблъсък от разглеждане и да се получи връзка между скоростите на телата преди и след сблъсъка, заобикаляйки всички междинни стойности на тези количества.

Често трябва да се справяме с въздействието на взаимодействието на телата в ежедневието, в технологиите и във физиката (особено във физиката на атома и елементарни частици). В механиката често се използват два модела на ударно взаимодействие - абсолютно еластични и абсолютно нееластични удари.

Абсолютно нееластично въздействиеТе наричат ​​това ударно взаимодействие, при което телата се свързват (залепват) едно с друго и се движат като едно тяло.

При напълно нееластичен сблъсък механичната енергия не се запазва. Тя частично или напълно се превръща във вътрешната енергия на телата (нагряване). За да опишете въздействията, трябва да запишете както закона за запазване на импулса, така и закона за запазване на механичната енергия, като вземете предвид отделената топлина (препоръчително е първо да направите чертеж).

Абсолютно еластично въздействие

Абсолютно еластично въздействиенарича се сблъсък, при който механичната енергия на система от тела се запазва. В много случаи сблъсъците на атоми, молекули и елементарни частици се подчиняват на законите на абсолютно еластичния удар. При абсолютно еластичен удар наред със закона за запазване на импулса се изпълнява и законът за запазване на механичната енергия. Прост примерСъвършено еластичен сблъсък може да бъде централен удар на две билярдни топки, едната от които е била в покой преди сблъсъка.

Централна стачкатопки се нарича сблъсък, при който скоростите на топките преди и след удара са насочени по линията на центровете. По този начин, използвайки законите за запазване на механичната енергия и импулса, е възможно да се определят скоростите на топките след сблъсък, ако са известни техните скорости преди сблъсъка. Централното въздействие много рядко се прилага на практика, особено когато става въпрос за сблъсък на атоми или молекули. При нецентрален еластичен сблъсък скоростите на частиците (топките) преди и след сблъсъка не са насочени в една права линия.

Специален случай на нецентрален еластичен удар може да бъде сблъсъкът на две билярдни топки с еднаква маса, едната от които е била неподвижна преди сблъсъка, а скоростта на втората не е насочена по линията на центровете на топките. . В този случай векторите на скоростта на топките след еластичен сблъсък винаги са насочени перпендикулярно един на друг.

Закони за опазване. Комплексни задачи

Множество тела

В някои задачи върху закона за запазване на енергията кабелите, с които се движат определени обекти, могат да имат маса (тоест да не са в безтегловност, както може би вече сте свикнали). В този случай трябва да се вземе предвид и работата по преместването на такива кабели (а именно техните центрове на тежест).

Ако две тела, свързани с безтегловен прът, се въртят във вертикална равнина, тогава:

1. изберете нулево ниво за изчисляване на потенциалната енергия, например на нивото на оста на въртене или на нивото на най-ниската точка на една от тежестите и не забравяйте да направите чертеж;
2. запишете закона за запазване на механичната енергия, в който от лявата страна записваме сумата от кинетичната и потенциалната енергия на двете тела в първоначалната ситуация, а от дясната страна записваме сумата от кинетичната и потенциалната енергия на двете тела в крайната ситуация;
3. вземете предвид това ъглови скоростителата са еднакви, то линейните скорости на телата са пропорционални на радиусите на въртене;
4. ако е необходимо, запишете втория закон на Нютон за всяко от телата поотделно.

Снарядът се спука

Когато снаряд експлодира, се освобождава експлозивна енергия. За да се намери тази енергия, е необходимо да се извади механичната енергия на снаряда преди експлозията от сумата на механичните енергии на фрагментите след експлозията. Ще използваме и закона за запазване на импулса, записан под формата на косинусова теорема (векторен метод) или под формата на проекции върху избрани оси.

Сблъсъци с тежка плоча

Нека срещнем тежка плоча, която се движи със скорост v, лека топка от маса се движи мсъс скорост uн. Тъй като импулсът на топката е много по-малък от импулса на плочата, след удара скоростта на плочата няма да се промени и тя ще продължи да се движи със същата скорост и в същата посока. В резултат на еластичния удар топката ще отлети от плочата. Тук е важно да се разбере, че скоростта на топката спрямо плочата няма да се промени. В този случай за крайната скорост на топката получаваме:

По този начин скоростта на топката след удара се увеличава двойно повече от скоростта на стената. Подобно разсъждение за случая, когато преди удара топката и плочата се движат в една и съща посока, води до резултата, че скоростта на топката намалява с два пъти скоростта на стената:

Във физиката и математиката, наред с други неща, трябва да бъдат изпълнени три най-важни условия:

1. Проучете всички теми и изпълнете всички тестове и задачи, дадени в учебните материали на този сайт. За да направите това, не ви трябва абсолютно нищо, а именно: отделяйте три до четири часа всеки ден за подготовка за CT по физика и математика, изучаване на теория и решаване на задачи. Факт е, че CT е изпит, при който не е достатъчно само да знаете физика или математика, трябва също да можете да го решавате бързо и без грешки голям бройзадачи за различни темии с различна сложност. Последното може да се научи само чрез решаване на хиляди проблеми.
2. Научете всички формули и закони във физиката, както и формули и методи в математиката. Всъщност това също е много лесно да се направи; във физиката има само около 200 необходими формули и дори малко по-малко в математиката. Всеки от тези предмети има около дузина стандартни методи за решаване на проблеми начално нивотрудности, които също могат да бъдат научени и по този начин решени напълно автоматично и без затруднения в точното време повечето CT. След това ще трябва да мислите само за най-трудните задачи.
3. Явете се и на трите етапа на репетиционното изпитване по физика и математика. Всеки RT може да бъде посетен два пъти, за да се вземе решение за двете опции. Отново, на CT, в допълнение към способността за бързо и ефективно решаване на проблеми и познаване на формули и методи, вие също трябва да можете правилно да планирате времето, да разпределяте силите и най-важното, правилно да попълвате формуляра за отговор, без объркване на номерата на отговорите и проблемите или собственото ви фамилно име. Освен това по време на RT е важно да свикнете със стила на задаване на въпроси в проблемите, което може да изглежда много необичайно за неподготвен човек в DT.

Успешното, усърдно и отговорно изпълнение на тези три точки ще ви позволи да се явите на КТ отличен резултат, максималното на което си способен.

Намерихте грешка?

Ако смятате, че сте открили грешка в учебни материали, тогава моля, пишете за това по имейл. Можете също да докладвате за грешка на социална мрежа(). В писмото посочете предмета (физика или математика), името или номера на темата или теста, номера на задачата или мястото в текста (страницата), където според вас има грешка. Също така опишете каква е предполагаемата грешка. Писмото ви няма да остане незабелязано, грешката или ще бъде коригирана, или ще ви бъде обяснено защо не е грешка.

Всяка система или устройство има определен коефициент на ефективност (КПД). Този показател характеризира ефективността на тяхната работа при освобождаване или преобразуване на всякакъв вид енергия. По своята стойност ефективността е неизмерима величина, представена във формата числова стойноств диапазона от 0 до 1 или като процент. Тази характеристика се отнася напълно за всички видове електродвигатели.

КПД на електродвигателите

Електрическите двигатели принадлежат към категорията устройства, които преобразуват електрическата енергия в механична енергия. Ефективността на тези устройства определя тяхната ефективност при изпълнение на основната функция.

Как да намерите ефективността на двигателя? Формулата за ефективност на електромотора изглежда така: ƞ = P2/P1.В тази формула P1 е доставената електрическа мощност, а P2 е полезната механична мощност, произведена от двигателя. Стойността на електрическата мощност (P) се определя по формулата P = UI, а на механичната мощност - P = A/t, като съотношение на работа за единица време.

Коефициентът на полезно действие трябва да се вземе предвид при избора на електродвигател. Голямо значениеимат загуби на ефективност, свързани с реактивни токове, намаляване на мощността, нагряване на двигателя и други отрицателни фактори.

Преобразуването на електрическата енергия в механична е придружено от постепенна загуба на мощност. Загубата на ефективност най-често се свързва с отделянето на топлина при загряване на електродвигателя по време на работа. Причините за загубите могат да бъдат магнитни, електрически и механични, възникващи под въздействието на триене. Следователно най-добрият пример е ситуация, при която е изразходвана електрическа енергия за 1000 рубли, но е произведена полезна работа само за 700-800 рубли. Така ефективността в този случай ще бъде 70-80%, а цялата разлика се превръща в Термална енергия, който загрява двигателя.

За охлаждане на електродвигатели се използват вентилатори, които задвижват въздух през специални пролуки. В съответствие с установените стандарти, двигателите от клас A могат да се нагряват до 85-90 0 C, клас B - до 110 0 C. Ако температурата на двигателя надвишава установени стандарти, това показва възможно скорошно.

В зависимост от натоварването ефективността на електродвигателя може да промени своята стойност:

• За празен ход - 0;
• При 25% натоварване - 0,83;
• При 50% натоварване - 0,87;
• При 75% натоварване - 0,88;
• При пълен 100% товар ефективността е 0,87.

Една от причините за намаляване на ефективността на електродвигателя може да бъде асиметрията на тока, когато на всяка от трите фази се появи различно напрежение. Например, ако в първата фаза има 410 V, във втората - 402 V, в третата - 288 V, тогава средната стойност на напрежението ще бъде (410 + 402 + 388) / 3 = 400 V. Асиметрията на напрежението ще имат стойност: 410 - 388 = 22 волта. Така загубата на ефективност по тази причина ще бъде 22/400 x 100 = 5%.

Намаляване на ефективността и общите загуби в електродвигателя

Има много негативни фактори, които влияят върху размера на общите загуби в електродвигателите. Съществуват специални техники, което позволява те да бъдат определени предварително. Например, можете да определите наличието на празнина, през която захранването се подава частично от мрежата към статора и след това към ротора.

Загубите на мощност, които възникват в самия стартер, се състоят от няколко компонента. На първо място, това са загуби, свързани с частично обръщане на намагнитването на ядрото на статора. Стоманените елементи имат незначително въздействие и практически не се вземат предвид. Това се дължи на скоростта на въртене на статора, която значително надвишава скоростта на магнитния поток. В този случай роторът трябва да се върти в строго съответствие с декларираните технически характеристики.

Значение механична мощноствалът на ротора е по-нисък от електромагнитната мощност. Разликата е количеството загуби, възникващи в намотката. Механичните загуби включват триене в лагери и четки, както и ефекта на въздушните бариери върху въртящите се части.

Асинхронните електродвигатели се характеризират с наличието на допълнителни загуби поради наличието на зъби в статора и ротора. Освен това в отделни компоненти на двигателя могат да се появят вихрови потоци. Всички тези фактори заедно намаляват ефективността с приблизително 0,5% от номиналната мощност на уреда.

При изчисляване на възможните загуби се използва формулата Ефективност на двигателя, което ви позволява да изчислите намаляването на този параметър. На първо място се вземат предвид общите загуби на мощност, които са пряко свързани с натоварването на двигателя. С увеличаване на натоварването загубите пропорционално нарастват и ефективността намалява.

Проектите на асинхронни електродвигатели отчитат всички възможни загуби при наличието на максимални натоварвания. Следователно диапазонът на ефективност на тези устройства е доста широк и варира от 80 до 90%. При двигатели с висока мощност тази цифра може да достигне 90-96%.