Diiselmootor ja bensiin: efektiivsuse võrdlus. Mis on tõhusus? Mõiste, määratlus, rakendus

Ühtegi toimingut ei tehta ilma kadudeta – need on alati olemas. Saadud tulemus on alati väiksem kui selle saavutamiseks kuluv pingutus. Selle kohta, kui suured on kaod töö tegemisel ja mida tõendab jõudluskoefitsient (COP).

Mis on selle lühendi taga peidus? Tegelikult on see mehhanismi või indikaatori efektiivsuskoefitsient ratsionaalne kasutamine energiat. Efektiivsuse väärtusel ei ole mõõtühikuid, seda väljendatakse protsentides. See koefitsient on määratletud kui seadme kasuliku töö ja selle tööks kulutatud töö suhe. Tõhususe arvutamiseks näeb arvutusvalem välja järgmine:

Tõhusus \u003d 100 * (kasulik tehtud töö / kulutatud töö)

Erinevates seadmetes kasutavad nad selle suhte arvutamiseks erinevaid tähendusi. Elektrimootorite puhul näeb kasutegur välja nagu tehtud kasuliku töö suhe elektrienergia võrgust saadud. For määratletakse kui tehtud kasuliku töö ja tarbitud soojushulga suhet.

Sest tõhususe määratlused on vaja, et kõik oleksid erinevad ja töö oleks väljendatud samades ühikutes. Siis on võimalik võrrelda mis tahes objekte, näiteks elektrigeneraatoreid ja bioloogilisi objekte, tõhususe osas.

Nagu juba märgitud, on mehhanismide töö käigus tekkivate vältimatute kadude tõttu kasutegur alati väiksem kui 1. Seega ulatub soojusjaamade kasutegur 90%, sisepõlemismootorite kasutegur on alla 30%, elektritrafo on 98%. Tõhususe mõistet saab rakendada nii mehhanismi kui terviku kui ka selle üksikute sõlmede suhtes. Mehhanismi kui terviku tõhususe (selle tõhususe) üldisel hinnangul on üksikisiku efektiivsuse korrutis koostisosad see seade.

Probleem tõhus kasutamine kütust täna ei ilmunud. Pideva energiaressursside kallinemisega on mehhanismide efektiivsuse tõstmise küsimus muutumas puhtalt teoreetilisest praktiliseks küsimuseks. Kui tavaauto kasutegur ei ületa 30%, siis 70% auto tankimiseks kuluvast rahast viskame lihtsalt minema.

Sisepõlemismootori (sisepõlemismootori) efektiivsuse arvestamine näitab, et kaod tekivad selle töö kõigil etappidel. Seega põleb mootori silindrites ainult 75% sissetulevast kütusest ja 25% satub atmosfääri. Kogu põletatud kütusest kulub vaid 30-35% vabanevast soojusest kasulikule tööle, ülejäänud soojus läheb kas heitgaasidega kaotsi või jääb auto jahutussüsteemi. Saadud võimsusest umbes 80% kulub kasulikuks tööks, ülejäänud võimsus kulub hõõrdejõudude ületamiseks ja seda kasutavad ära auto abimehhanismid.

Isegi sellisel lihtsal näitel võimaldab mehhanismi efektiivsuse analüüs määrata, millises suunas tuleks kahjude vähendamiseks töid teha. Jah, üks neist prioriteetsed valdkonnad- kütuse täieliku põlemise tagamine. See saavutatakse kütuse täiendava pihustamise ja rõhu suurendamisega, mistõttu on otsesissepritse ja turboülelaaduriga mootorid nii populaarsed. Mootorist eemaldatud soojust kasutatakse kütuse eelsoojendamiseks, et parandada selle lenduvust, ning mehaanilisi kadusid vähendatakse kaasaegsete klasside kasutamisega.

Siin oleme käsitlenud sellist kontseptsiooni, kuna kirjeldatakse, mis see on ja mida see mõjutab. Selle töö efektiivsust vaadeldakse sisepõlemismootori näitel ning määratakse selle seadme võimekuse suurendamise suunad ja viisid ning sellest tulenevalt ka efektiivsus.

Kasutegur (COP) on väärtus, mis väljendab protsentides konkreetse mehhanismi (mootori, süsteemi) efektiivsust saadud energia muundamisel kasulikuks tööks.

Lugege sellest artiklist

Miks on diisli efektiivsus suurem

Erinevate mootorite efektiivsusindeks võib olla väga erinev ja sõltub paljudest teguritest. neil on suhteliselt madal kasutegur, kuna seda tüüpi jõuallika töötamisel tekib suur hulk mehaanilisi ja soojuskadusid.

Teine tegur on hõõrdumine, mis tekib paarituvate osade koosmõjul. Suurema osa kasulikust energiatarbimisest juhivad mootori kolvid, samuti mootori sees olevate osade pöörlemine, mis on struktuurselt laagritele kinnitatud. Umbes 60% bensiini põlemisenergiast kulutatakse ainult nende seadmete töö tagamiseks.

Täiendavad kahjud on põhjustatud muude mehhanismide, süsteemide ja lisaseadmete tööst. Samuti võetakse arvesse takistusest tingitud kadude protsenti kütuse ja õhu järgmise laadimise ajal ning seejärel sisepõlemismootori silindrist väljuvate heitgaaside eraldumist.

Kui võrrelda diiselmootorit ja bensiinimootorit, diiselmootor on bensiiniseadmega võrreldes oluliselt suurem kasutegur. Bensiini jõuallikate kasutegur on umbes 25–30%. kokku energiat saanud.

Teisisõnu, 10 liitrist mootorile kulutatud bensiinist kulub kasulikule tööle vaid 3 liitrit. Ülejäänud kütuse põletamisel saadud energia läks raisku.

Sama töömahu indikaatoriga on atmosfäärilise bensiinimootori võimsus suurem, kuid see saavutatakse suurematel pööretel. Mootor tuleb “keerata”, kaod suurenevad, kütusekulu suureneb. Mainida tuleb ka pöördemomenti, mis sõna-sõnalt tähendab jõudu, mis kandub mootorilt ratastele ja juhib autot. Bensiini ICE-d saavutavad oma maksimaalse pöördemomendi kõrgematel pööretel.

Sarnane vabalthingav diisel saavutab tipppöördemomendi madalatel pööretel, kasutades samal ajal kasuliku töö tegemiseks vähem diislit, mis tähendab suuremat efektiivsust ja kütusesäästu.

Diislikütus tekitab bensiiniga võrreldes rohkem soojust, diislikütuse põlemistemperatuur on kõrgem ja löögikindluse indeks kõrgem. Selgub, et diisel-sisepõlemismootoril on teatud kütusekogusel kasulikum töö tehtud.

Diislikütuse ja bensiini energeetiline väärtus

Diislikütus koosneb raskematest süsivesinikest kui bensiin. Bensiinitehase madalam kasutegur võrreldes diiselmootoriga seisneb ka bensiini energiakomponendis ja selle põlemise omadustes. Võrdse koguse diislikütuse ja bensiini täielik põletamine annab esimesel juhul rohkem soojust. Diiselmootori soojus muundatakse täielikumalt kasulikuks mehaaniliseks energiaks. Selgub, et sama palju kütust ajaühikus põletades teeb rohkem tööd just diiselmootor.

Samuti tasub kaaluda süstimise funktsioone ja sobivate tingimuste loomist segu täielikuks põlemiseks. Diiselmootoris tarnitakse kütust õhust eraldi, seda ei süstita sisselaskekollektorisse, vaid otse silindrisse survetakti lõpus. Tulemus on rohkem soojust ja töötava kütuse-õhu segu osa kõige täielikum põlemine.

Tulemused

Disainerid püüavad pidevalt parandada nii diisel- kui ka bensiinimootorite efektiivsust. Sisselaske- ja väljalaskeklappide arvu suurenemine silindri kohta, aktiivne kasutamine, elektrooniline juhtimine kütuse sissepritse, gaasihoob ja muud lahendused võivad tõhusust oluliselt tõsta. Suuremal määral kehtib see diiselmootori kohta.

Tänu nendele omadustele suudab kaasaegne diiselmootor täielikult ära põletada osa süsivesinikega küllastunud diislikütusest silindris ja toota madalatel pööretel suurt pöördemomenti. Madalad pöörded tähendavad väiksemat hõõrdekadu ja sellest tulenevat takistust. Sel põhjusel on diiselmootor tänapäeval üks tootlikumaid ja ökonoomsemaid sisepõlemismootorite tüüpe, mille kasutegur ületab sageli 50%.

Loe ka

Miks on parem mootorit enne sõitu soojendada: määrimine, kütus, külmade osade kulumine. Kuidas talvel diiselmootorit soojendada.

Seda või teist mehhanismi kasutades teeme tööd, mis alati ületab eesmärgi saavutamiseks vajaliku. Selle kohaselt eristatakse täielikku või kulutatud töö A c ja kasulik töö A p. Kui meie eesmärk on näiteks tõsta koorem massiga m kõrgusele h, siis kasulik töö on see, mis tuleneb ainult koormale mõjuva gravitatsioonijõu ületamisest. Koorma ühtlase tõstmise korral, kui meie poolt rakendatav jõud on võrdne koormuse raskusjõuga, võib selle töö leida järgmiselt:

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

Kui kasutame koorma tõstmiseks plokki või mõnda muud mehhanismi, siis lisaks koormuse raskusjõule tuleb ületada ka mehhanismi osade raskusjõud, samuti mehhanismis mõjuv hõõrdejõud. Näiteks liigutatavat plokki kasutades peame tegema lisatööd ploki enda tõstmiseks trossiga ja hõõrdejõu ületamiseks ploki teljel. Lisaks, kui võidame jõuliselt, kaotame alati ka maanteel (sellest lähemalt allpool), mis mõjutab ka sooritust. Kõik see toob kaasa asjaolu, et meie kulutatud töö on kasulikum:

A c > A p

Kasulik töö on alati vaid osa täistöö teostab inimene mehhanismi kasutades.

Füüsikaline suurus, mis näitab, millist kasuliku töö osakaalu kogu kulutatud tööst nimetatakse tõhusust mehhanism.

Efektiivsuse lühend on tõhusus.

Mehhanismi efektiivsuse leidmiseks on vaja jagada kasulik töö selle mehhanismi kasutamisel kulutatud tööga.

Tõhusust väljendatakse sageli protsentides ja tähistatakse kreeka tähega η (loe "seda"):

η =* 100% (24,2)

Kuna selle valemi lugeja A p on alati väiksem kui nimetaja A c , on efektiivsus alati väiksem kui 1 (või 100%).

Mehhanismide ehitamisel püüavad nad suurendada nende tõhusust. Selleks vähendage mehhanismide telgede hõõrdumist ja nende massi. Juhtudel, kus hõõrdumine on tühine ja kasutatavate mehhanismide mass on tõstetava koorma massiga võrreldes tühine, on efektiivsus vaid veidi väiksem kui 1. Sel juhul võib kulutatud tööd lugeda ligikaudu võrdseks kasulikuga. töö:

A c ≈ A p (24,3)

Seda tuleks meeles pidada lihtsa mehhanismi abil ei saa töövõitu.

Kuna iga võrdsuse (24.3) teost saab väljendada vastava jõu ja läbitud tee korrutisena, saab selle võrdsuse ümber kirjutada järgmiselt:

F 1 s 1 ≈ F 2 s 2 (24,4)

Sellest järeldub, et

võites mehhanismi abil jõus, kaotame teel sama palju kordi ja vastupidi.

Seda seadust nimetatakse mehaanika "kuldreegel".. Selle autor on Vana-Kreeka teadlane Aleksandria Heron, kes elas 1. sajandil eKr. n. e.

Mehaanika "kuldne reegel" on ligikaudne seadus, kuna see ei võta arvesse kasutatud seadmete osade hõõrdumise ja raskusjõu ületamise tööd. Sellest hoolimata võib see olla väga kasulik mis tahes lihtsa mehhanismi toimimise analüüsimisel.

Näiteks võime tänu sellele reeglile kohe öelda, et joonisel 47 kujutatud töötaja, kellel on 10 cm koormuse tõstmiseks kahekordne jõud, peab kangi vastasotsa 20 cm võrra allapoole langetama. Sama kehtib ka joonisel 47 näidatud juhul. Joonis 58. Kui köit hoidva inimese käsi langeb 20 cm, tõuseb liigutatava ploki külge kinnitatud raskus vaid 10 cm.

1. Miks osutub mehhanismide kasutamisel kulutatud töö kogu aeg kasulikumaks tööks? 2. Mida nimetatakse mehhanismi efektiivsuseks? 3. Kas mehhanismi kasutegur võib olla võrdne 1-ga (või 100%)? Miks? 4. Kuidas efektiivsust tõsta? 5. Mis on " kuldne reegel» mehaanika? Kes on selle autor? 6. Too näiteid mehaanika "kuldreegli" avaldumisest erinevate lihtsate mehhanismide kasutamisel.

Teoreetiline põhiteave

mehaaniline töö

Mõiste alusel tutvustatakse liikumise energeetilised karakteristikud mehaaniline töö või jõutöö. Pideva jõuga tehtud töö F, kutsutakse füüsiline kogus, võrdne jõu ja nihke moodulite korrutisega, korrutatuna jõuvektorite vahelise nurga koosinusega F ja nihkumine S:

Töö on skalaarne suurus. See võib olla positiivne (0° ≤ α < 90°), так и отрицательна (90° < α ≤ 180°). Kell α = 90° jõu poolt tehtud töö on null. SI-süsteemis mõõdetakse tööd džaulides (J). Džaul on võrdne tööga, mis tehakse 1 njuutoni jõuga, et liikuda 1 meetri võrra jõu suunas.

Kui jõud aja jooksul muutub, koostavad nad töö leidmiseks graafiku jõu sõltuvusest nihkest ja leiavad graafiku all oleva joonise pindala - see on töö:

Näiteks jõust, mille moodul sõltub koordinaadist (nihkest), on vedru elastsusjõud, mis järgib Hooke'i seadust ( F extr = kx).

Võimsus

Tööd, mida jõud teeb ajaühikus, nimetatakse võimsus. Võimsus P(mõnikord nimetatakse seda N) on füüsikaline suurus, mis võrdub töö suhtega A ajavahemikule t mille jooksul see töö valmis sai:

See valem arvutab keskmine võimsus, st. protsessi üldiselt iseloomustav jõud. Seega võib tööd väljendada ka võimsusega: A = Pt(kui pole muidugi teada töö tegemise võimsust ja aega). Võimsuse ühikut nimetatakse vattideks (W) või 1 džauliks sekundis. Kui liikumine on ühtlane, siis:

Selle valemi abil saame arvutada kohene võimsus(toide sisse Sel hetkel aeg), kui kiiruse asemel asendame väärtuse hetkeline kiirus. Kuidas teada saada, millist jõudu lugeda? Kui ülesanne küsib jõudu teatud ajahetkel või ruumipunktis, siis loetakse see hetkeliseks. Kui küsite võimsuse kohta teatud ajaperioodi või teelõiku kohta, siis otsige keskmist võimsust.

Tõhusus – efektiivsustegur, võrdub kasuliku töö ja kulutatud kasuliku võimsuse suhtega:

See, milline töö on kasulik ja mida kulutatakse, määratakse konkreetse ülesande seisukorra järgi loogilise arutlemisega. Näiteks kui kraana teeb tööd koormuse tõstmiseks teatud kõrgusele, siis tuleb kasuks koorma tõstmise töö (kuna kraana on selle jaoks loodud) ja kraana elektrimootori tehtud töö kulub ära.

Seega ei ole kasulikul ja kulutatud jõul ranget määratlust ja need leitakse loogilise arutluskäigu abil. Igas ülesandes peame ise kindlaks määrama, mis selles ülesandes oli töö tegemise eesmärk (kasulik töö või jõud) ja milline oli kogu töö tegemise mehhanism või viis (kulutatud jõud või töö).

Üldjuhul näitab kasutegur, kui tõhusalt mehhanism üht energialiiki teiseks muundab. Kui võimsus ajas muutub, leitakse töö võimsuse ja aja graafiku all oleva joonise pindalana:

Kineetiline energia

Nimetatakse füüsikalist suurust, mis võrdub poolega keha massist ja selle kiiruse ruudust keha kineetiline energia (liikumise energia):

See tähendab, et kui 2000 kg massiga auto liigub kiirusega 10 m/s, siis on selle kineetiline energia võrdne E k \u003d 100 kJ ja on võimeline tegema tööd 100 kJ. Seda energiat saab muundada soojuseks (auto pidurdamisel kuumenevad rataste rehvid, tee ja pidurikettad) või kulutada auto ja kere deformeerimiseks, millega auto kokku põrkas (õnnetuses). Arvutamisel kineetiline energia pole vahet, kuhu auto liigub, kuna energia, nagu ka töö, on skalaarne suurus.

Kehal on energiat, kui ta saab tööd teha. Näiteks liikuval kehal on kineetiline energia, s.t. liikumisenergiat ja on võimeline tegema tööd kehade deformeerimiseks või kiirenduse andmiseks kehadele, millega kokkupõrge toimub.

füüsiline tähendus kineetiline energia: selleks, et keha rahuolekus oleks massiga m hakkas kiirusega liikuma v on vaja teha tööd, mis on võrdne saadud kineetilise energia väärtusega. Kui kehamass m kiirusega liikudes v, siis selle peatamiseks on vaja teha tööd, mis on võrdne selle algse kineetilise energiaga. Pidurdamisel "võetakse" kineetiline energia peamiselt (välja arvatud kokkupõrke korral, kui energiat kasutatakse deformatsiooniks) "ära" hõõrdejõud.

Kineetilise energia teoreem: resultantjõu töö on võrdne keha kineetilise energia muutusega:

Kineetilise energia teoreem kehtib ka üldjuhul, kui keha liigub muutuva jõu mõjul, mille suund ei ühti liikumissuunaga. Seda teoreemi on mugav rakendada keha kiirenduse ja aeglustamise ülesannetes.

Potentsiaalne energia

Koos kineetilise energiaga ehk liikumisenergiaga füüsikas mängib olulist rolli kontseptsioon potentsiaalne energia ehk kehade vastasmõju energia.

Potentsiaalse energia määrab kehade vastastikune asend (näiteks keha asend Maa pinna suhtes). Potentsiaalse energia mõiste saab kasutusele võtta ainult jõudude kohta, mille töö ei sõltu keha trajektoorist ja on määratud ainult alg- ja lõppasendiga (nn. konservatiivsed jõud). Selliste jõudude töö suletud trajektooril on null. Seda omadust omavad gravitatsioonijõud ja elastsusjõud. Nende jõudude jaoks saame kasutusele võtta potentsiaalse energia mõiste.

Keha potentsiaalne energia Maa gravitatsiooniväljas arvutatakse valemiga:

Keha potentsiaalse energia füüsiline tähendus: potentsiaalne energia on võrdne gravitatsioonijõu tööga keha langetamisel nulltasemele ( h on kaugus keha raskuskeskmest nulltasemeni). Kui kehal on potentsiaalne energia, siis on ta võimeline kõrgelt kukkudes tööd tegema h alla nulli. Gravitatsiooni töö on võrdne keha potentsiaalse energia muutusega vastupidise märgiga:

Tihti tuleb energiaülesannetes leida tööd, et keha tõsta (ümber pöörata, süvendist välja tulla). Kõigil neil juhtudel on vaja arvestada mitte keha enda, vaid ainult selle raskuskeskme liikumist.

Potentsiaalne energia Ep sõltub nulltaseme valikust, see tähendab OY telje lähtekoha valikust. Igas ülesandes valitakse mugavuse huvides nulltase. Füüsilist tähendust ei oma potentsiaalne energia ise, vaid selle muutumine keha liikumisel ühest asendist teise. See muudatus ei sõltu nulltaseme valikust.

Venitatud vedru potentsiaalne energia arvutatakse valemiga:

kus: k- vedru jäikus. Venitatud (või kokkusurutud) vedru on võimeline liikuma panema selle külge kinnitatud keha, st andma sellele kehale kineetilise energia. Seetõttu on sellisel vedrul energiavaru. Venitus või kokkusurumine X tuleb arvutada keha deformeerimata oleku järgi.

Elastselt deformeerunud keha potentsiaalne energia on võrdne elastsusjõu tööga üleminekul antud olekust nulldeformatsiooniga olekusse. Kui algolekus oli vedru juba deformeerunud ja selle pikenemine oli võrdne x 1 , seejärel üleminekul uude olekusse pikenemisega x 2, elastsusjõud teeb tööd, mis on võrdne potentsiaalse energia muutusega, võttes arvesse vastupidise märgiga (kuna elastsusjõud on alati suunatud keha deformatsioonile):

Potentsiaalne energia elastse deformatsiooni ajal on keha üksikute osade vastastikmõju energia elastsusjõudude toimel.

Hõõrdejõu töö sõltub läbitud vahemaast (sellist tüüpi jõudu, mille töö sõltub trajektoorist ja läbitud vahemaast, nimetatakse: hajutavad jõud). Hõõrdejõu potentsiaalse energia mõistet ei saa kasutusele võtta.

Tõhusus

Tõhususe tegur (COP)- süsteemi (seadme, masina) efektiivsuse tunnus seoses energia muundamise või ülekandega. Selle määrab ära kasutatud kasuliku energia suhe süsteemi vastuvõetud energia koguhulgasse (valem on juba eespool toodud).

Tõhusust saab arvutada nii töö kui ka võimsuse järgi. Kasulik ja kulutatud töö (jõud) määratakse alati lihtsa loogilise arutluskäiguga.

Elektrimootorites on kasutegur tehtud (kasuliku) mehaanilise töö ja allikast saadava elektrienergia suhe. Soojusmasinates kasuliku mehaanilise töö suhe kulutatud soojushulgasse. Elektritrafodes suhe elektromagnetiline energia sekundaarmähises vastu võetud primaarmähise tarbitud energiale.

Tänu oma üldistusele võimaldab tõhususe mõiste võrrelda ja hinnata ühtsest vaatepunktist selliseid erinevaid süsteeme nagu tuumareaktorid, elektrigeneraatorid ja -mootorid, soojuselektrijaamad, pooljuhtseadmed, bioloogilised objektid jne.

Hõõrdumisest, ümbritsevate kehade kuumenemisest jms tingitud vältimatutest energiakadudest. Tõhusus on alati väiksem kui ühtsus. Vastavalt sellele väljendatakse efektiivsust kulutatud energia osades, see tähendab kujul õige murdosa või protsentides ja on mõõtmeteta suurus. Tõhusus iseloomustab seda, kui tõhusalt masin või mehhanism töötab. Soojuselektrijaamade kasutegur ulatub 35-40%, survestamise ja eeljahutusega sisepõlemismootorid - 40-50%, dünamo ja suure võimsusega generaatorid - 95%, trafod - 98%.

Ülesanne, mille puhul on vaja leida efektiivsus või see on teada, tuleb alustada loogilisest arutlusest – milline töö on kasulik ja mis kulub.

Mehaanilise energia jäävuse seadus

täis mehaaniline energia kineetilise energia (st liikumisenergia) ja potentsiaali (s.o kehade gravitatsiooni- ja elastsusjõudude vastasmõju energia) summat nimetatakse:

Kui mehaaniline energia ei lähe üle muudesse vormidesse, näiteks sisemiseks (soojus)energiaks, siis jääb kineetilise ja potentsiaalse energia summa muutumatuks. Kui mehaaniline energia muundatakse soojusenergiaks, siis mehaanilise energia muutus võrdub hõõrdejõu või energiakadude tööga või eralduva soojushulgaga jne ehk teisisõnu mehaanilise koguenergia muutus on võrdne välisjõudude tööga:

Nende kehade kineetilise ja potentsiaalse energia summa, mis moodustavad suletud süsteemi (st sellise, milles välised jõud ei toimi ja nende töö on vastavalt võrdne nulliga) ja mis interakteeruvad üksteisega gravitatsiooni- ja elastsusjõudude kaudu, jääb muutumatuks:

See väide väljendab energia jäävuse seadus (LSE) mehaanilistes protsessides. See on Newtoni seaduste tagajärg. Mehaanilise energia jäävuse seadus on täidetud ainult siis, kui suletud süsteemis olevad kehad interakteeruvad üksteisega elastsus- ja gravitatsioonijõudude mõjul. Kõigis energia jäävuse seaduse probleemides on kehade süsteemil alati vähemalt kaks olekut. Seadus ütleb, et esimese oleku koguenergia on võrdne teise oleku koguenergiaga.

Algoritm energia jäävuse seaduse probleemide lahendamiseks:

1. Leidke keha alg- ja lõppasendi punktid.
2. Kirjutage üles, millised või millised energiad on kehal nendes punktides.
3. Võrdlege keha alg- ja lõppenergia.
4. Lisa muud vajalikud võrrandid eelmistest füüsikateemadest.
5. Lahendage saadud võrrand või võrrandisüsteem matemaatilisi meetodeid kasutades.

Oluline on märkida, et mehaanilise energia jäävuse seadus võimaldas leida seose keha koordinaatide ja kiiruste vahel kahes erinevad punktid trajektoore ilma keha liikumisseadust kõigis vahepunktides analüüsimata. Mehaanilise energia jäävuse seaduse rakendamine võib paljude probleemide lahendamist oluliselt lihtsustada.

Reaalsetes tingimustes mõjutavad peaaegu alati liikuvaid kehasid koos gravitatsioonijõudude, elastsusjõudude ja muude jõududega keskkonna hõõrdejõud või takistusjõud. Hõõrdejõu töö sõltub tee pikkusest.

Kui suletud süsteemi moodustavate kehade vahel mõjuvad hõõrdejõud, siis mehaaniline energia ei säili. Osa mehaanilisest energiast muundatakse kehade siseenergiaks (kuumutamiseks). Seega energia tervikuna (st mitte ainult mehaaniline energia) säilib igal juhul.

Üheski füüsilises suhtluses energia ei teki ega kao. See muutub ainult ühest vormist teise. See eksperimentaalselt kindlaks tehtud fakt väljendab põhilist loodusseadust - energia jäävuse ja muundamise seadus.

Üks energia jäävuse ja muundamise seaduse tagajärgi on väide selle kohta, et on võimatu luua " igiliikur» (perpetuum mobile) - masin, mis võiks teha tööd lõputult ilma energiat kulutamata.

Mitmesugused tööülesanded

Kui ülesandeks on leida mehaaniline töö, seejärel valige esmalt viis selle leidmiseks:

1. Tööd leiate järgmise valemi abil: A = FS cos α . Leidke tööd tegev jõud ja keha nihke suurus selle jõu mõjul valitud võrdlusraamis. Pange tähele, et nurk tuleb valida jõu- ja nihkevektorite vahel.
2. tööd väline jõud võib leida mehaanilise energia erinevusena lõpp- ja lähteolukorras. Mehaaniline energia on võrdne keha kineetilise ja potentsiaalse energia summaga.
3. Konstantsel kiirusel keha tõstmiseks tehtud töö saab leida valemiga: A = mgh, kus h- kõrgus, milleni see tõuseb keha raskuskese.
4. Töö võib leida kui jõu ja aja korrutist, s.t. valemi järgi: A = Pt.
5. Töö võib leida figuuri pindalana jõu ja nihke või võimsuse ja aja graafiku all.

Energia jäävuse seadus ja pöörleva liikumise dünaamika

Selle teema ülesanded on matemaatiliselt üsna keerulised, kuid lähenemist tundes lahendatakse need täiesti standardse algoritmi järgi. Kõigi probleemide puhul peate arvestama keha pöörlemisega vertikaaltasandil. Lahendus taandatakse järgmisele toimingute jadale:

1. On vaja kindlaks määrata teile huvipakkuv punkt (punkt, kus on vaja määrata keha kiirus, niidi pinge jõud, kaal jne).
2. Kirjutage siinkohal üles Newtoni teine ​​seadus, arvestades, et keha pöörleb, see tähendab, et sellel on tsentripetaalne kiirendus.
3. Kirjutage üles mehaanilise energia jäävuse seadus nii, et see sisaldaks keha kiirust selles väga huvitavas punktis, samuti keha oleku tunnuseid mõnes olekus, mille kohta on midagi teada.
4. Olenevalt tingimusest väljendage kiirus ruudus ühest võrrandist ja asendage see teisega.
5. Tehke muu vajalik matemaatilised tehted lõpptulemuse saamiseks.

Probleemide lahendamisel pidage meeles, et:

• Ülemise punkti läbimise tingimus keermetel minimaalse kiirusega pöörlemise ajal on toe reaktsioonijõud Nülemises punktis on 0. Sama tingimus on täidetud surnud ahela ülemise punkti läbimisel.
• Vardal pöörlemisel on kogu ringi läbimise tingimus: minimaalne kiirus ülemises punktis on 0.
• Keha kera pinnast eraldumise tingimus on, et toe reaktsioonijõud eralduspunktis on null.

Ebaelastsed kokkupõrked

Mehaanilise energia jäävuse seadus ja impulsi jäävuse seadus võimaldavad leida lahendusi mehaanilistele probleemidele juhtudel, kui aktiivsed jõud. Selliste probleemide näide on kehade mõju vastastikmõju.

Kokkupõrge (või kokkupõrge) Tavapärane on nimetada kehade lühiajalist vastasmõju, mille tulemusena nende kiirused kogevad olulisi muutusi. Kehade kokkupõrke ajal mõjuvad nende vahel lühiajalised löögijõud, mille suurus on reeglina teadmata. Seetõttu on Newtoni seaduste abil võimatu mõju interaktsiooni otseselt käsitleda. Energia ja impulsi jäävuse seaduste rakendamine võimaldab paljudel juhtudel välistada kokkupõrkeprotsessi ja saada seose kehade kiiruste vahel enne ja pärast kokkupõrget, jättes mööda nende suuruste kõigist vaheväärtustest.

Tihti tuleb igapäevaelus, tehnoloogias ja füüsikas (eriti aatomi- ja füüsikas) tegeleda kehade mõju vastasmõjuga. elementaarosakesed). Mehaanikas kasutatakse sageli kahte löögi interaktsiooni mudelit - absoluutselt elastsed ja absoluutselt mitteelastsed löögid.

Absoluutselt mitteelastne mõju Nimetatakse sellist põrutusinteraktsiooni, kus kehad on omavahel ühendatud (kleepuvad kokku) ja liiguvad edasi ühe kehana.

Täiesti mitteelastse löögi korral mehaaniline energia ei säili. See läheb osaliselt või täielikult üle kehade siseenergiasse (kuumutamine). Mistahes mõjude kirjeldamiseks tuleb eralduvat soojust arvesse võttes üles kirjutada nii impulsi jäävuse seadus kui ka mehaanilise energia jäävuse seadus (väga soovitav on eelnevalt joonistada).

Absoluutselt elastne löök

Absoluutselt elastne löök nimetatakse kokkupõrkeks, mille käigus säilib kehade süsteemi mehaaniline energia. Paljudel juhtudel järgivad aatomite, molekulide ja elementaarosakeste kokkupõrked absoluutselt elastse löögi seadusi. Absoluutselt elastse löögiga koos impulsi jäävuse seadusega täidetakse mehaanilise energia jäävuse seadus. Lihtne näide Absoluutselt elastne kokkupõrge võib olla kahe piljardipalli keskne kokkupõrge, millest üks oli enne kokkupõrget puhkeasendis.

keskpunkt palle nimetatakse kokkupõrkeks, mille puhul pallide kiirused enne ja pärast kokkupõrget on suunatud piki tsentrite joont. Seega on mehaanilise energia ja impulsi jäävuse seadusi kasutades võimalik määrata kuulide kiirused pärast kokkupõrget, kui on teada nende kiirused enne kokkupõrget. Keskne mõju realiseerub praktikas väga harva, eriti kui tegemist on aatomite või molekulide kokkupõrgetega. Mittetsentraalse elastse kokkupõrke korral ei ole osakeste (pallide) kiirused enne ja pärast kokkupõrget suunatud samale sirgjoonele.

Mittetsentraalse elastse löögi erijuhtum on kahe sama massiga piljardikuuli kokkupõrge, millest üks oli enne kokkupõrget paigal ja teise kiirus ei olnud suunatud piki kuulide keskpunktide joont. Sel juhul on kuulide kiirusvektorid pärast elastset kokkupõrget alati suunatud üksteisega risti.

Looduskaitseseadused. Rasked ülesanded

Mitu keha

Mõnes energia jäävuse seaduse ülesandes võivad kaablid, mille abil teatud objektid liiguvad, omada massi (st mitte olla kaalutud, nagu olete juba harjunud). Sellisel juhul tuleb arvestada ka selliste kaablite liigutamise tööga (nimelt nende raskuskeskmetega).

Kui kaks kaaluta vardaga ühendatud keha pöörlevad vertikaalsel tasapinnal, siis:

1. valida potentsiaalse energia arvutamiseks nulltase, näiteks pöörlemistelje tasemel või madalaima punkti tasemel, kus üks koormustest asub, ja teha joonis;
2. on kirjas mehaanilise energia jäävuse seadus, mille vasakule küljele on kirjutatud mõlema keha kineetilise ja potentsiaalse energia summa lähteolukorras ning mõlema keha kineetilise ja potentsiaalse energia summa lõppolukorras. on kirjutatud paremale küljele;
3. sellega arvestama nurkkiirused kehad on samad, siis on kehade joonkiirused võrdelised pöörderaadiustega;
4. vajadusel kirjutage Newtoni teine ​​seadus iga keha jaoks eraldi.

Mürsu lõhkemine

Mürsu plahvatuse korral eraldub plahvatusohtlik energia. Selle energia leidmiseks on vaja plahvatuse järgsete kildude mehaaniliste energiate summast lahutada mürsu mehaaniline energia enne plahvatust. Kasutame ka impulsi jäävuse seadust, mis on kirjutatud koosinusteoreemi kujul (vektormeetod) või projektsioonide kujul valitud telgedele.

Kokkupõrked raske plaadiga

Lase raske plaadi poole, mis liigub kiirusega v, liigub kerge massipall m kiirusega u n. Kuna kuuli hoog on palju väiksem kui plaadi impulss, siis plaadi kiirus pärast kokkupõrget ei muutu ning see jätkab liikumist sama kiirusega ja samas suunas. Elastse löögi tagajärjel lendab pall plaadilt maha. Siin on oluline seda mõista palli kiirus plaadi suhtes ei muutu. Sel juhul saame palli lõppkiiruse jaoks:

Seega suureneb palli kiirus pärast kokkupõrget kaks korda seina kiirusest. Sarnane põhjendus juhuks, kui pall ja plaat liikusid enne kokkupõrget samas suunas, viib selleni, et kuuli kiirus väheneb kaks korda seina kiirusest:

Füüsikas ja matemaatikas peavad muu hulgas olema täidetud kolm olulist tingimust:

1. Uurige kõiki teemasid ja täitke kõik selle saidi õppematerjalides antud testid ja ülesanded. Selleks pole vaja midagi, nimelt: pühendada iga päev kolm kuni neli tundi füüsika ja matemaatika CT-ks valmistumisele, teooria õppimisele ja ülesannete lahendamisele. Fakt on see, et CT on eksam, kus ei piisa ainult füüsika või matemaatika tundmisest, vaid tuleb osata ka kiiresti ja tõrgeteta lahendada suur hulkülesanded erinevaid teemasid ja erineva keerukusega. Viimast saab õppida vaid tuhandeid probleeme lahendades.
2. Õppige füüsikas kõiki valemeid ja seadusi ning matemaatikas valemeid ja meetodeid. Tegelikult on seda ka väga lihtne teha, füüsikas on ainult umbes 200 vajalikku valemit ja matemaatikas isegi veidi vähem. Kõigis neis õppeainetes on probleemide lahendamiseks kümmekond standardmeetodit. algtase raskusi, mida saab ka õppida ja seega täiesti automaatselt ja ilma raskusteta õigel ajal lahendada enamus CT. Pärast seda peate mõtlema ainult kõige raskematele ülesannetele.
3. Osalege füüsika ja matemaatika proovikatsete kõigis kolmes etapis. Mõlema võimaluse lahendamiseks saab iga RT-d külastada kaks korda. Jällegi, DT-l on lisaks oskusele kiiresti ja tõhusalt probleeme lahendada ning valemite ja meetodite tundmisele vaja osata õigesti aega planeerida, jõudu jaotada ja mis kõige tähtsam - vastusevorm õigesti täita. , ajamata segi ei vastuste ja ülesannete numbreid ega oma perekonnanime. Samuti on RT ajal oluline harjuda ülesannetes küsimuste esitamise stiiliga, mis võib DT-s ettevalmistamata inimesele tunduda väga harjumatu.

Nende kolme punkti edukas, hoolas ja vastutustundlik rakendamine võimaldab teil seda sõidukiüksuses näidata suurepärane tulemus, maksimum, milleks olete võimeline.

Kas leidsite vea?

Kui arvate, et olete leidnud vea koolitusmaterjalid, siis kirjuta sellest palun posti teel. Samuti saate teatada veast sotsiaalvõrgustik(). Kirjas märkige õppeaine (füüsika või matemaatika), teema või testi nimetus või number, ülesande number või koht tekstis (leheküljel), kus teie arvates on viga. Samuti kirjeldage, mis on väidetav viga. Teie kiri ei jää märkamata, viga kas parandatakse või teile selgitatakse, miks see viga pole.

Igal süsteemil või seadmel on teatud jõudluskoefitsient (COP). See näitaja iseloomustab nende töö efektiivsust mis tahes tüüpi energia tagastamisel või muundamisel. Tõhusus on oma väärtuse järgi mõõtmatu suurus, mis on esitatud kujul numbriline väärtus vahemikus 0 kuni 1 või protsentides. See omadus kehtib täielikult igat tüüpi elektrimootorite kohta.

Elektrimootorite kasutegur

Elektrimootorid kuuluvad seadmete kategooriasse, mis muudavad elektrienergia mehaaniliseks energiaks. Nende seadmete tõhusustegur määrab nende tõhususe põhifunktsiooni täitmisel.

Kuidas leida mootori efektiivsust? Elektrimootori efektiivsuse valem näeb välja selline: ƞ \u003d P2 / P1. Selles valemis on P1 tarnitav elektrienergia ja P2 on mootori poolt genereeritud kasutatav mehaaniline võimsus. Elektrivõimsuse (P) väärtus määratakse valemiga P \u003d UI ja mehaaniline - P \u003d A / t töö suhtena ajaühikusse.

Elektrimootori valikul tuleb arvestada kasuteguriga. Suur tähtsus neil on reaktiivvoolude, võimsuse vähendamise, mootori soojendamise ja muude negatiivsete teguritega seotud efektiivsuskaod.

Elektrienergia muundumisega mehaaniliseks energiaks kaasneb võimsuse järkjärguline kadumine. Tõhususe vähenemine on kõige sagedamini seotud soojuse eraldumisega, kui mootor soojeneb töötamise ajal. Kadude põhjused võivad olla magnetilised, elektrilised ja mehaanilised, mis tekivad hõõrdumise mõjul. Seetõttu sobib näitena kõige paremini olukord, kui elektrit tarbiti 1000 rubla eest ja kasulikku tööd toodeti ainult 700-800 rubla eest. Seega on efektiivsus sel juhul 70–80% ja kogu erinevus muutub soojusenergia mis soojendab mootorit.

Elektrimootorite jahutamiseks kasutatakse ventilaatoreid, mis juhivad õhku läbi spetsiaalsete vahede. Vastavalt kehtestatud standarditele võivad A-klassi mootorid soojendada kuni 85-90 0 С, B-klassi - kuni 110 0 С. Kui mootori temperatuur ületab kehtestatud norme, näitab see võimalikku peatset.

Sõltuvalt koormusest võib elektrimootori efektiivsus muuta selle väärtust:

• Sest tühikäik - 0;
• 25% koormusel - 0,83;
• 50% koormusel - 0,87;
• 75% koormusel - 0,88;
• 100% täiskoormusel on kasutegur 0,87.

Elektrimootori efektiivsuse vähenemise üheks põhjuseks võib olla voolude asümmeetria, kui igale kolmele faasile ilmub erinev pinge. Näiteks kui 1. faasis on 410 V, 2. 402 V ja 3. 288 V, siis on keskmine pinge (410 + 402 + 388) / 3 = 400 V. Pinge asümmeetria on väärtus: 410 - 388 = 22 volti. Seega on sellel põhjusel efektiivsuse kaotus 22/400 x 100 = 5%.

Elektrimootori efektiivsuse langus ja kogukaod

Elektrimootorite kogukadude suurust mõjutavad palju negatiivseid tegureid. Olemas spetsiaalsed tehnikad võimaldades need eelnevalt kindlaks määrata. Näiteks saate määrata tühimiku olemasolu, mille kaudu toide antakse osaliselt võrgust staatorile ja seejärel rootorile.

Starteris endas esinevad võimsuskaod koosnevad mitmest terminist. Esiteks on need kaod, mis on seotud staatori südamiku osalise ümbermagnetiseerimisega. Teraselementidel on vähe mõju ja neid praktiliselt ei võeta arvesse. Selle põhjuseks on staatori pöörlemiskiirus, mis ületab oluliselt magnetvoo kiirust. Sel juhul peab rootor pöörlema ​​rangelt vastavalt deklareeritud tehnilistele omadustele.

Tähendus mehaaniline jõud rootori võll on madalam kui elektromagnetiline võimsus. Erinevus on mähises tekkivate kadude suurus. Mehaaniliste kadude hulka kuuluvad hõõrdumine laagrites ja harjades, samuti õhutõkke mõju pöörlevatele osadele.

Asünkroonseid elektrimootoreid iseloomustab staatoris ja rootoris hammaste olemasolust tingitud lisakadude olemasolu. Lisaks võivad üksikutes mootorikomponentides tekkida keerised. Kõik need tegurid kokku vähendavad efektiivsust umbes 0,5% seadme nimivõimsusest.

Võimalike kahjude arvutamisel kasutatakse ka valemit Mootori efektiivsus, mis võimaldab arvutada selle parameetri vähendamise. Esiteks võetakse arvesse võimsuskadusid, mis on otseselt seotud mootori koormusega. Koormuse kasvades suurenevad proportsionaalselt kaod ja väheneb efektiivsus.

Asünkroonsete elektrimootorite projekteerimisel võetakse arvesse kõiki võimalikke kadusid maksimaalsed koormused. Seetõttu on nende seadmete tõhususe vahemik üsna lai ja jääb vahemikku 80–90%. Suure võimsusega mootorites võib see näitaja ulatuda kuni 90-96%.