Moteurs diesel et essence : comparaison des rendements. Qu’est-ce que l’efficacité ? Concept, définition, application

Aucune action effectuée ne se produit sans pertes - elles existent toujours. Le résultat obtenu est toujours inférieur à l’effort qu’il faut déployer pour y parvenir. Le coefficient de performance (efficacité) indique l'ampleur des pertes lors de l'exécution du travail.

Que se cache-t-il derrière cette abréviation ? Essentiellement, il s'agit du coefficient d'efficacité du mécanisme ou de l'indicateur utilisation rationnelleénergie. La valeur d'efficacité n'a pas d'unité de mesure ; elle est exprimée en pourcentage. Ce coefficient est déterminé comme le rapport entre le travail utile de l'appareil et le travail consacré à son fonctionnement. Pour calculer l'efficacité, la formule de calcul ressemblera à ceci :

Efficacité =100* (travail utile effectué/travail dépensé)

Divers appareils sont utilisés pour calculer ce rapport. différentes significations. Pour les moteurs électriques, l’efficacité ressemblera au rapport entre le travail utile effectué et énergie électrique reçu du réseau. Car sera défini comme le rapport entre le travail utile effectué et la quantité de chaleur dépensée.

Pour déterminer l’efficacité, il faut que chacun soit différent et que le travail soit exprimé dans les mêmes unités. Il sera alors possible de comparer n'importe quel objet, comme des générateurs électriques et des objets biologiques, en termes d'efficacité.

Comme déjà indiqué, en raison des pertes inévitables lors du fonctionnement des mécanismes, le facteur d'efficacité est toujours inférieur à 1. Ainsi, le rendement des centrales thermiques atteint 90 %, le rendement des moteurs à combustion interne est inférieur à 30 % et le rendement des un transformateur électrique c'est 98%. Le concept d’efficacité peut s’appliquer aussi bien au mécanisme dans son ensemble qu’à ses composants individuels. Lors d'une évaluation générale de l'efficacité du mécanisme dans son ensemble (son efficacité), le produit de l'efficacité des individus Composants cet appareil.

Problème utilisation efficace le carburant n'est pas apparu aujourd'hui. Avec l'augmentation continue du coût des ressources énergétiques, la question de l'augmentation de l'efficacité des mécanismes passe d'une question purement théorique à une question pratique. Si l'efficacité d'une voiture ordinaire ne dépasse pas 30 %, nous gaspillons simplement 70 % de notre argent dépensé pour faire le plein de la voiture.

La prise en compte de l'efficacité du moteur à combustion interne (ICE) montre que des pertes se produisent à toutes les étapes de son fonctionnement. Ainsi, seulement 75 % du carburant entrant est brûlé dans les cylindres du moteur et 25 % est rejeté dans l'atmosphère. De tout le carburant brûlé, seulement 30 à 35 % de la chaleur dégagée est utilisée pour effectuer un travail utile ; le reste de la chaleur est soit perdu dans les gaz d’échappement, soit reste dans le système de refroidissement de la voiture. Sur la puissance reçue, environ 80 % est utilisée pour un travail utile, le reste de la puissance est consacré à surmonter les forces de friction et est utilisé par les mécanismes auxiliaires de la voiture.

Même avec un exemple aussi simple, l'analyse de l'efficacité du mécanisme permet de déterminer les directions dans lesquelles les travaux doivent être effectués pour réduire les pertes. Oui, l'un des domaines prioritaires- assurer une combustion complète du carburant. Ceci est obtenu grâce à une atomisation supplémentaire du carburant et à une pression accrue, c'est pourquoi les moteurs à injection directe et turbocompresseur deviennent si populaires. La chaleur évacuée du moteur est utilisée pour chauffer le carburant pour une meilleure vaporisation, et les pertes mécaniques sont réduites grâce à l'utilisation de qualités modernes.

Ici, nous avons examiné un tel concept, tel qu'il est décrit, ce qu'il est et ce qu'il affecte. En utilisant l'exemple d'un moteur à combustion interne, l'efficacité de son fonctionnement est prise en compte et les orientations et moyens d'augmenter les capacités de cet appareil et, par conséquent, son efficacité sont déterminés.

Le facteur d'efficacité (efficacité) est une valeur qui, en pourcentage, exprime l'efficacité d'un mécanisme particulier (moteur, système) dans la conversion de l'énergie reçue en travail utile.

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Pourquoi le rendement du diesel est-il plus élevé ?

L'indicateur d'efficacité des différents moteurs peut varier considérablement et dépend d'un certain nombre de facteurs. avoir un rendement relativement faible en raison du grand nombre de pertes mécaniques et thermiques qui surviennent lors du fonctionnement d'une unité de puissance de ce type.

Le deuxième facteur est le frottement qui se produit lors de l’interaction des pièces en contact. La majeure partie de la consommation d’énergie utile est due au mouvement des pistons du moteur, ainsi qu’à la rotation des pièces à l’intérieur du moteur, qui sont structurellement fixées aux roulements. Environ 60 % de l'énergie de combustion de l'essence est dépensée uniquement pour assurer le fonctionnement de ces unités.

Des pertes supplémentaires sont causées par le fonctionnement d'autres mécanismes, systèmes et accessoires. Le pourcentage de pertes de résistance au moment de l'admission de la prochaine charge de carburant et d'air, puis du dégagement des gaz d'échappement du cylindre du moteur à combustion interne, est également pris en compte.

Si vous comparez un moteur diesel et un moteur à essence, moteur diesel a un rendement nettement supérieur à celui d'une unité à essence. Les groupes motopropulseurs à essence ont un rendement d'environ 25 à 30 % de nombre total reçu de l'énergie.

Autrement dit, sur 10 litres d'essence dépensés pour le fonctionnement du moteur, seuls 3 litres sont utilisés pour effectuer un travail utile. Le reste de l’énergie issue de la combustion du carburant a été perdu.

Avec la même cylindrée, la puissance d'un moteur à essence atmosphérique est plus élevée, mais est obtenue à des régimes plus élevés. Le moteur doit être « tourné », les pertes augmentent, la consommation de carburant augmente. Il faut également mentionner le couple, qui désigne littéralement la force qui est transmise du moteur aux roues et qui déplace la voiture. Les moteurs à combustion interne à essence atteignent un couple maximal à des régimes plus élevés.

Un moteur diesel atmosphérique similaire atteint son couple maximal à bas régime, tout en utilisant moins de carburant diesel pour effectuer un travail utile, ce qui signifie une efficacité et une économie de carburant plus élevées.

Le carburant diesel génère plus de chaleur que l'essence, la température de combustion du carburant diesel est plus élevée et l'indice de résistance à la détonation est plus élevé. Il s'avère qu'un moteur à combustion interne diesel produit un travail plus utile avec une certaine quantité de carburant.

Valeur énergétique du carburant diesel et de l'essence

Le carburant diesel est composé d'hydrocarbures plus lourds que l'essence. Le rendement moindre d'un groupe essence par rapport à un moteur diesel réside également dans la composante énergétique de l'essence et les caractéristiques de sa combustion. La combustion complète de quantités égales de carburant diesel et d’essence produira plus de chaleur dans le premier cas. La chaleur dans un moteur à combustion interne diesel est plus entièrement convertie en énergie mécanique utile. Il s'avère qu'en brûlant la même quantité de carburant par unité de temps, le diesel fera plus de travail.

Il convient également de prendre en compte les caractéristiques de l'injection et la création de conditions propices à une combustion complète du mélange. Dans un moteur diesel, le carburant est fourni séparément de l'air ; il n'est pas injecté dans le collecteur d'admission, mais directement dans le cylindre en toute fin de course de compression. Le résultat est plus chaleur et la combustion la plus complète d'une partie du mélange air-carburant de travail.

Résultats

Les concepteurs s'efforcent constamment d'améliorer l'efficacité des moteurs diesel et essence. Augmentation du nombre de soupapes d'admission et d'échappement par cylindre, utilisation active, contrôle électronique l'injection de carburant, le papillon des gaz et d'autres solutions peuvent augmenter considérablement l'efficacité. Cela s'applique dans une plus large mesure au moteur diesel.

Grâce à ces caractéristiques, un moteur diesel moderne est capable de brûler complètement une partie du carburant diesel saturé d'hydrocarbures dans le cylindre et de produire un couple élevé à bas régime. Un faible régime signifie moins de perte de friction et de traînée qui en résulte. Pour cette raison, le moteur diesel est aujourd'hui l'un des types de moteurs à combustion interne les plus productifs et les plus économiques, dont le rendement dépasse souvent 50 %.

Informations théoriques de base

Travail mécanique

Les caractéristiques énergétiques du mouvement sont introduites sur la base du concept travail mécanique ou travail forcé. Travail effectué par une force constante F, appelé quantité physique, égal au produit des modules de force et de déplacement multiplié par le cosinus de l'angle entre les vecteurs de force F et les mouvements S:

Le travail est une quantité scalaire. Il peut être soit positif (0° ≤ α < 90°), так и отрицательна (90° < α ≤ 180°). À α = 90° le travail effectué par la force est nul. Dans le système SI, le travail est mesuré en joules (J). Un joule est égal au travail effectué par une force de 1 newton pour se déplacer de 1 mètre dans la direction de la force.

Si la force change avec le temps, alors pour trouver le travail, construisez un graphique de la force en fonction du déplacement et trouvez l'aire de la figure sous le graphique - c'est le travail :

Un exemple de force dont le module dépend de la coordonnée (déplacement) est la force élastique d’un ressort, qui obéit à la loi de Hooke ( F contrôle = kx).

Pouvoir

Le travail effectué par une force par unité de temps est appelé pouvoir. Pouvoir P.(parfois désigné par la lettre N) – grandeur physique égale au rapport de travail UNà une période de temps t au cours de laquelle ces travaux ont été réalisés :

Cette formule calcule puissance moyenne, c'est à dire. puissance caractérisant généralement le processus. Ainsi, le travail peut aussi s’exprimer en termes de pouvoir : UN = Pt(si, bien sûr, la puissance et le temps d'exécution du travail sont connus). L'unité de puissance s'appelle le watt (W) ou 1 joule par seconde. Si le mouvement est uniforme, alors :

En utilisant cette formule, nous pouvons calculer puissance instantanée(Puissance dans ce moment temps), si à la place de la vitesse on substitue la valeur Vitesse instantanée. Comment savoir quelle puissance compter ? Si le problème demande de l’énergie à un moment donné ou à un moment donné dans l’espace, alors l’instantané est considéré. S'ils posent des questions sur la puissance sur une certaine période de temps ou sur une partie de l'itinéraire, recherchez la puissance moyenne.

Efficacité - facteur d'efficacité, est égal au rapport travail utile/dépensé, ou puissance utile/dépensée :

Quel travail est utile et lequel est gaspillé est déterminé à partir des conditions d'une tâche spécifique grâce à un raisonnement logique. Par exemple, si une grue effectue le travail de levage d'une charge à une certaine hauteur, alors le travail utile sera le travail de levage de la charge (puisque c'est dans ce but que la grue a été créée), et le travail dépensé sera le travail effectué par le moteur électrique de la grue.

Ainsi, le pouvoir utile et le pouvoir dépensé n’ont pas de définition stricte et sont trouvés par un raisonnement logique. Dans chaque tâche, nous devons nous-mêmes déterminer quel était le but du travail dans cette tâche (travail ou pouvoir utile) et quel était le mécanisme ou la manière de faire tout le travail (pouvoir ou travail dépensé).

En général, l’efficacité montre l’efficacité avec laquelle un mécanisme convertit un type d’énergie en un autre. Si la puissance change avec le temps, alors le travail est trouvé comme l'aire de la figure sous le graphique de la puissance en fonction du temps :

Énergie cinétique

Une quantité physique égale à la moitié du produit de la masse d’un corps par le carré de sa vitesse est appelée énergie cinétique du corps (énergie de mouvement):

Autrement dit, si une voiture pesant 2 000 kg se déplace à une vitesse de 10 m/s, alors elle a une énergie cinétique égale à E k = 100 kJ et est capable d'effectuer 100 kJ de travail. Cette énergie peut se transformer en chaleur (lorsqu'une voiture freine, les pneus des roues, la route et les disques de frein chauffent) ou peut être dépensée pour déformer la voiture et la carrosserie avec laquelle la voiture entre en collision (lors d'un accident). Lors du calcul énergie cinétique peu importe où se déplace la voiture, puisque l’énergie, comme le travail, est une quantité scalaire.

Un corps a de l’énergie s’il peut travailler. Par exemple, un corps en mouvement possède de l'énergie cinétique, c'est-à-dire énergie de mouvement et est capable d'effectuer un travail pour déformer des corps ou conférer une accélération aux corps avec lesquels une collision se produit.

Signification physiqueénergie cinétique : pour qu'un corps au repos avec une masse m a commencé à bouger à grande vitesse v il est nécessaire d'effectuer un travail égal à la valeur obtenue de l'énergie cinétique. Si le corps a une masse m se déplace à grande vitesse v, alors pour l'arrêter il faut faire un travail égal à son énergie cinétique initiale. Au freinage, l'énergie cinétique est principalement (sauf en cas de choc, où l'énergie va à la déformation) « emportée » par la force de frottement.

Théorème sur l'énergie cinétique : le travail de la force résultante est égal à la variation de l'énergie cinétique du corps :

Le théorème sur l'énergie cinétique est également valable dans le cas général, lorsqu'un corps se déplace sous l'influence d'une force changeante dont la direction ne coïncide pas avec la direction du mouvement. Il est pratique d’appliquer ce théorème aux problèmes impliquant l’accélération et la décélération d’un corps.

Énergie potentielle

Avec l'énergie cinétique ou énergie de mouvement, le concept joue un rôle important en physique énergie potentielle ou énergie d'interaction entre les corps.

L'énergie potentielle est déterminée par la position relative des corps (par exemple, la position du corps par rapport à la surface de la Terre). Le concept d'énergie potentielle ne peut être introduit que pour les forces dont le travail ne dépend pas de la trajectoire du corps et n'est déterminé que par les positions initiale et finale (dites forces conservatrices). Le travail effectué par de telles forces sur une trajectoire fermée est nul. Cette propriété est possédée par la gravité et la force élastique. Pour ces forces nous pouvons introduire la notion d’énergie potentielle.

Énergie potentielle d'un corps dans le champ de gravité terrestre calculé par la formule :

La signification physique de l'énergie potentielle d'un corps : l'énergie potentielle est égale au travail effectué par la gravité lors de l'abaissement du corps jusqu'au niveau zéro ( h– distance du centre de gravité du corps au niveau zéro). Si un corps a de l'énergie potentielle, alors il est capable d'effectuer un travail lorsque ce corps tombe d'une hauteur. h au niveau zéro. Le travail effectué par la gravité est égal à la variation de l'énergie potentielle du corps, prise avec le signe opposé :

Souvent, dans les problèmes énergétiques, il faut trouver le travail de soulever (retourner, sortir d'un trou) le corps. Dans tous ces cas, il faut considérer le mouvement non pas du corps lui-même, mais uniquement de son centre de gravité.

L'énergie potentielle Ep dépend du choix du niveau zéro, c'est-à-dire du choix de l'origine de l'axe OY. Dans chaque problème, le niveau zéro est choisi pour des raisons de commodité. Ce qui a une signification physique n’est pas l’énergie potentielle elle-même, mais son changement lorsqu’un corps passe d’une position à une autre. Ce changement est indépendant du choix du niveau zéro.

Énergie potentielle d'un ressort étiré calculé par la formule :

Où: k– la raideur du ressort. Un ressort étendu (ou comprimé) peut mettre en mouvement un corps qui lui est attaché, c'est-à-dire transmettre de l'énergie cinétique à ce corps. Par conséquent, un tel ressort dispose d’une réserve d’énergie. Tension ou compression X doit être calculé à partir de l’état non déformé du corps.

L'énergie potentielle d'un corps élastiquement déformé est égale au travail effectué par la force élastique lors du passage d'un état donné à un état de déformation nulle. Si dans l'état initial le ressort était déjà déformé et que son allongement était égal à X 1, puis lors du passage à un nouvel état avec allongement X 2, la force élastique fera un travail égal à la variation de l'énergie potentielle, prise avec le signe opposé (puisque la force élastique est toujours dirigée contre la déformation du corps) :

L'énergie potentielle lors de la déformation élastique est l'énergie d'interaction des parties individuelles du corps les unes avec les autres par des forces élastiques.

Le travail de la force de frottement dépend du chemin parcouru (ce type de force, dont le travail dépend de la trajectoire et du chemin parcouru s'appelle : forces dissipatives). La notion d’énergie potentielle pour la force de frottement ne peut être introduite.

Efficacité

Facteur d'efficacité (efficacité)– caractéristique de l'efficacité d'un système (appareil, machine) en matière de conversion ou de transmission d'énergie. Elle est déterminée par le rapport entre l'énergie utilement utilisée et la quantité totale d'énergie reçue par le système (la formule a déjà été donnée ci-dessus).

L'efficacité peut être calculée à la fois par le travail et par la puissance. Le travail utile et dépensé (puissance) est toujours déterminé par un simple raisonnement logique.

Dans les moteurs électriques, l'efficacité est le rapport entre le travail mécanique effectué (utile) et l'énergie électrique reçue de la source. Dans les moteurs thermiques, rapport entre le travail mécanique utile et la quantité de chaleur dépensée. Dans les transformateurs électriques - rapport énergie électromagnétique reçue dans l'enroulement secondaire à l'énergie consommée par l'enroulement primaire.

De par sa généralité, la notion d'efficacité permet de comparer et d'évaluer des systèmes aussi différents que réacteurs nucléaires, générateurs et moteurs électriques, centrales thermiques, dispositifs semi-conducteurs, objets biologiques, etc.

En raison des pertes d'énergie inévitables dues au frottement, à l'échauffement des corps environnants, etc. L'efficacité est toujours inférieure à l'unité. En conséquence, l'efficacité est exprimée en parts de l'énergie dépensée, c'est-à-dire sous la forme fraction propre ou en pourcentage, et est une quantité sans dimension. L'efficacité caractérise l'efficacité avec laquelle une machine ou un mécanisme fonctionne. Le rendement des centrales thermiques atteint 35 à 40 %, les moteurs à combustion interne avec suralimentation et prérefroidissement - 40 à 50 %, les dynamos et générateurs de haute puissance - 95 %, les transformateurs - 98 %.

Un problème pour lequel vous devez trouver l'efficacité ou qui est connu, vous devez commencer par un raisonnement logique - quel travail est utile et lequel est gaspillé.

Loi de conservation de l'énergie mécanique

Énergie mécanique totale est appelé la somme de l'énergie cinétique (c'est-à-dire l'énergie de mouvement) et potentielle (c'est-à-dire l'énergie d'interaction des corps par les forces de gravité et d'élasticité) :

Si l'énergie mécanique ne se transforme pas sous d'autres formes, par exemple en énergie interne (thermique), alors la somme de l'énergie cinétique et potentielle reste inchangée. Si l'énergie mécanique se transforme en énergie thermique, alors la variation de l'énergie mécanique est égale au travail de la force de frottement ou des pertes d'énergie, ou à la quantité de chaleur dégagée, et ainsi de suite, en d'autres termes, la variation de l'énergie mécanique totale est égale au travail des forces extérieures :

La somme de l'énergie cinétique et potentielle des corps qui composent un système fermé (c'est-à-dire un système dans lequel aucune force externe n'agit et leur travail est par conséquent nul) et des forces gravitationnelles et élastiques en interaction les unes avec les autres reste inchangée :

Cette déclaration exprime loi de conservation de l'énergie (LEC) dans les processus mécaniques. C'est une conséquence des lois de Newton. La loi de conservation de l'énergie mécanique n'est satisfaite que lorsque les corps d'un système fermé interagissent les uns avec les autres par les forces d'élasticité et de gravité. Dans tous les problèmes relatifs à la loi de conservation de l’énergie, il y aura toujours au moins deux états d’un système de corps. La loi stipule que l’énergie totale du premier état sera égale à l’énergie totale du deuxième état.

Algorithme de résolution de problèmes sur la loi de conservation de l'énergie :

Trouvez les points de la position initiale et finale du corps.
Notez quelles énergies le corps possède à ces points.
Associez l’énergie initiale et finale du corps.
Ajoutez d'autres équations nécessaires des sujets de physique précédents.
Résolvez l'équation ou le système d'équations résultant à l'aide de méthodes mathématiques.

Il est important de noter que la loi de conservation de l'énergie mécanique a permis d'obtenir une relation entre les coordonnées et les vitesses d'un corps dans deux différents points trajectoires sans analyser la loi du mouvement du corps à tous les points intermédiaires. L'application de la loi de conservation de l'énergie mécanique peut grandement simplifier la solution de nombreux problèmes.

Dans des conditions réelles, les corps en mouvement sont presque toujours soumis, aux côtés des forces gravitationnelles, des forces élastiques et d'autres forces, à des forces de friction ou à des forces de résistance environnementales. Le travail effectué par la force de frottement dépend de la longueur du trajet.

Si des forces de friction agissent entre les corps qui composent un système fermé, alors l'énergie mécanique n'est pas conservée. Une partie de l'énergie mécanique est convertie en énergie interne des corps (chauffage). Ainsi, l’énergie dans son ensemble (c’est-à-dire pas seulement mécanique) est conservée dans tous les cas.

Lors de toute interaction physique, l’énergie n’apparaît ni ne disparaît. Cela change simplement d’une forme à une autre. Ce fait établi expérimentalement exprime une loi fondamentale de la nature : loi de conservation et de transformation de l'énergie.

L'une des conséquences de la loi de conservation et de transformation de l'énergie est l'affirmation de l'impossibilité de créer « Machine à mouvement perpétuel"(perpetuum mobile) - une machine qui pourrait effectuer un travail indéfiniment sans consommer d'énergie.

Diverses tâches pour le travail

Si le problème nécessite de trouver travail mécanique, puis choisissez d'abord comment le trouver :

Un emploi peut être trouvé en utilisant la formule : UN = FS∙cos α . Trouvez la force qui fait le travail et l'ampleur du déplacement du corps sous l'influence de cette force dans le référentiel choisi. A noter que l'angle doit être choisi entre les vecteurs force et déplacement.
Emploi force externe peut être trouvé comme la différence d’énergie mécanique dans les situations finale et initiale. L'énergie mécanique est égale à la somme des énergies cinétiques et potentielles du corps.
Le travail effectué pour soulever un corps à vitesse constante peut être trouvé à l’aide de la formule : UN = mgh, Où h- la hauteur à laquelle il s'élève centre de gravité du corps.
Le travail peut être considéré comme le produit du pouvoir et du temps, c'est-à-dire selon la formule : UN = Pt.
Le travail peut être trouvé comme l'aire de la figure sous le graphique de la force en fonction du déplacement ou de la puissance en fonction du temps.

Loi de conservation de l'énergie et dynamique du mouvement de rotation

Les problèmes de ce sujet sont mathématiquement assez complexes, mais si vous connaissez l'approche, ils peuvent être résolus à l'aide d'un algorithme tout à fait standard. Dans tous les problèmes, vous devrez considérer la rotation du corps dans le plan vertical. La solution se résumera à la séquence d'actions suivante :

Vous devez déterminer le point qui vous intéresse (le point auquel vous devez déterminer la vitesse du corps, la force de tension du fil, le poids, etc.).
Notez à ce stade la deuxième loi de Newton, en tenant compte du fait que le corps tourne, c’est-à-dire qu’il a une accélération centripète.
Écrivez la loi de conservation de l'énergie mécanique afin qu'elle contienne la vitesse du corps à ce point très intéressant, ainsi que les caractéristiques de l'état du corps dans un état dont on sait quelque chose.
En fonction de la condition, exprimez le carré de la vitesse à partir d’une équation et remplacez-la par l’autre.
Effectuer le reste nécessaire opérations mathématiques pour obtenir le résultat final.

Lorsque vous résolvez des problèmes, vous devez vous rappeler que :

La condition pour passer le point haut lors d'une rotation sur un filetage à une vitesse minimale est la force de réaction du support N au point haut est 0. La même condition est remplie lors du passage du point haut de la boucle morte.
Lors d'une rotation sur une tige, la condition pour parcourir tout le cercle est : la vitesse minimale au point haut est de 0.
La condition pour la séparation d'un corps de la surface de la sphère est que la force de réaction du support au point de séparation soit nulle.

Collisions inélastiques

La loi de conservation de l'énergie mécanique et la loi de conservation de la quantité de mouvement permettent de trouver des solutions à des problèmes mécaniques dans les cas où l'on ignore forces actives. Un exemple de ce type de problème est l’interaction d’impact des corps.

Par impact (ou collision) Il est d'usage d'appeler une interaction à court terme des corps, à la suite de laquelle leurs vitesses subissent des changements importants. Lors d'une collision de corps, des forces d'impact à court terme agissent entre eux, dont l'ampleur est généralement inconnue. Il est donc impossible de considérer l’interaction d’impact directement en utilisant les lois de Newton. L'application des lois de conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement permet dans de nombreux cas d'exclure le processus de collision lui-même de la considération et d'obtenir un lien entre les vitesses des corps avant et après la collision, en contournant toutes les valeurs intermédiaires de ces quantités.

Nous sommes souvent confrontés à l'interaction d'impact des corps dans la vie quotidienne, en technologie et en physique (en particulier dans la physique de l'atome et particules élémentaires). En mécanique, deux modèles d'interaction d'impact sont souvent utilisés - impacts absolument élastiques et absolument inélastiques.

Impact absolument inélastique appelé une telle interaction d'impact dans laquelle les corps se connectent (collent ensemble) les uns aux autres et se déplacent plus loin comme un seul corps.

Dans une collision totalement inélastique, l’énergie mécanique n’est pas conservée. Elle se transforme partiellement ou totalement en énergie interne des corps (chauffage). Pour décrire d'éventuels impacts, il faut noter à la fois la loi de conservation de la quantité de mouvement et la loi de conservation de l'énergie mécanique, en tenant compte de la chaleur dégagée (il est fortement conseillé de faire au préalable un dessin).

Impact absolument élastique

Impact absolument élastique appelée collision dans laquelle l'énergie mécanique d'un système de corps est conservée. Dans de nombreux cas, les collisions d'atomes, de molécules et de particules élémentaires obéissent aux lois de l'impact absolument élastique. Avec un impact absolument élastique, ainsi que la loi de conservation de la quantité de mouvement, la loi de conservation de l'énergie mécanique est satisfaite. Un exemple simple Une collision parfaitement élastique peut être un impact central de deux boules de billard dont l'une était au repos avant la collision.

Grève centrale balles est appelée une collision dans laquelle les vitesses des balles avant et après l'impact sont dirigées le long de la ligne des centres. Ainsi, en utilisant les lois de conservation de l'énergie mécanique et de la quantité de mouvement, il est possible de déterminer les vitesses des billes après une collision si leurs vitesses avant la collision sont connues. L'impact central est très rarement mis en œuvre dans la pratique, notamment lorsqu'il s'agit de collisions d'atomes ou de molécules. Dans une collision élastique non centrale, les vitesses des particules (balles) avant et après la collision ne sont pas dirigées sur une ligne droite.

Un cas particulier d'impact élastique décentré peut être la collision de deux boules de billard de même masse, dont l'une était immobile avant la collision, et la vitesse de la seconde n'était pas dirigée le long de la ligne des centres des boules. . Dans ce cas, les vecteurs vitesse des balles après une collision élastique sont toujours dirigés perpendiculairement les uns aux autres.

Lois de conservation. Tâches complexes

Plusieurs corps

Dans certains problèmes sur la loi de conservation de l'énergie, les câbles avec lesquels certains objets sont déplacés peuvent avoir une masse (c'est-à-dire ne pas être en apesanteur, comme vous en avez peut-être déjà l'habitude). Dans ce cas, le travail de déplacement de ces câbles (c'est-à-dire leurs centres de gravité) doit également être pris en compte.

Si deux corps reliés par une tige en apesanteur tournent dans un plan vertical, alors :

choisissez un niveau zéro pour calculer l'énergie potentielle, par exemple au niveau de l'axe de rotation ou au niveau du point le plus bas d'un des poids et veillez à faire un dessin ;
notez la loi de conservation de l'énergie mécanique, dans laquelle sur le côté gauche nous écrivons la somme de l'énergie cinétique et potentielle des deux corps dans la situation initiale, et sur le côté droit nous écrivons la somme de l'énergie cinétique et potentielle de les deux corps dans la situation finale ;
prendre en compte que vitesses angulaires les corps sont identiques, alors les vitesses linéaires des corps sont proportionnelles aux rayons de rotation ;
si nécessaire, écrivez séparément la deuxième loi de Newton pour chacun des corps.

L'obus a éclaté

Lorsqu'un projectile explose, une énergie explosive est libérée. Pour retrouver cette énergie, il faut soustraire l'énergie mécanique du projectile avant l'explosion de la somme des énergies mécaniques des fragments après l'explosion. Nous utiliserons également la loi de conservation de la quantité de mouvement, écrite sous la forme du théorème du cosinus (méthode vectorielle) ou sous forme de projections sur des axes sélectionnés.

Collisions avec une plaque lourde

Rencontrons une plaque lourde qui se déplace à grande vitesse v, une légère boule de masse se déplace m avec rapidité toi n. Puisque l’élan de la balle est bien inférieur à l’élan de la plaque, après l’impact, la vitesse de la plaque ne changera pas et elle continuera à se déplacer à la même vitesse et dans la même direction. À la suite de l’impact élastique, la balle s’éloignera de la plaque. Il est important de comprendre ici que la vitesse de la balle par rapport à la plaque ne changera pas. Dans ce cas, pour la vitesse finale de la balle on obtient :

Ainsi, la vitesse de la balle après l'impact augmente de deux fois la vitesse du mur. Un raisonnement similaire pour le cas où avant l'impact la balle et la plaque se déplaçaient dans la même direction conduit au résultat que la vitesse de la balle diminue de deux fois la vitesse du mur :

En physique et en mathématiques, entre autres, trois conditions les plus importantes doivent être remplies :

Étudiez tous les sujets et complétez tous les tests et devoirs donnés dans le matériel pédagogique de ce site. Pour ce faire, vous n'avez besoin de rien du tout, à savoir : consacrer trois à quatre heures chaque jour à préparer le CT en physique et mathématiques, à étudier la théorie et à résoudre des problèmes. Le fait est que CT est un examen où il ne suffit pas de connaître la physique ou les mathématiques, il faut aussi être capable de résoudre rapidement et sans échec un grand nombre de tâches pour différents sujets et de complexité variable. Cette dernière ne peut être apprise qu’en résolvant des milliers de problèmes.
Apprenez toutes les formules et lois de la physique, ainsi que les formules et méthodes des mathématiques. En fait, c’est aussi très simple à faire ; il n’existe qu’environ 200 formules nécessaires en physique, et même un peu moins en mathématiques. Chacun de ces sujets dispose d'une douzaine de méthodes standards pour résoudre des problèmes. niveau de base des difficultés qui peuvent également être apprises, et donc résolues de manière totalement automatique et sans difficulté au bon moment la plupart CT. Après cela, vous n’aurez plus qu’à penser aux tâches les plus difficiles.
Assistez aux trois étapes des tests de répétition en physique et en mathématiques. Chaque RT peut être visité deux fois pour décider des deux options. Encore une fois, sur le CT, en plus de la capacité à résoudre rapidement et efficacement des problèmes et de la connaissance des formules et des méthodes, vous devez également être capable de bien planifier le temps, de répartir les forces et, surtout, de remplir correctement le formulaire de réponse, sans confondre les nombres de réponses et de problèmes, ou votre propre nom de famille. De plus, pendant la RT, il est important de s'habituer au style de pose de questions dans les problèmes, qui peut sembler très inhabituel à une personne non préparée au DT.

La mise en œuvre réussie, assidue et responsable de ces trois points vous permettra de vous présenter au CT excellent résultat, le maximum de ce dont vous êtes capable.

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Contenu:

Chaque système ou appareil a un certain coefficient de performance (efficacité). Cet indicateur caractérise l'efficacité de leur travail dans la libération ou la conversion de tout type d'énergie. En termes de valeur, l’efficacité est une quantité incommensurable, représentée sous la forme valeur numérique allant de 0 à 1, ou en pourcentage. Cette caractéristique s'applique pleinement à tous les types de moteurs électriques.

Caractéristiques de rendement des moteurs électriques

Les moteurs électriques appartiennent à la catégorie des appareils qui convertissent l'énergie électrique en énergie mécanique. L'efficacité de ces appareils détermine leur efficacité à remplir la fonction principale.

Comment trouver l’efficacité du moteur ? La formule du rendement du moteur électrique ressemble à ceci : ƞ = P2/P1. Dans cette formule, P1 est la puissance électrique fournie et P2 est la puissance mécanique utile produite par le moteur. La valeur de la puissance électrique (P) est déterminée par la formule P = UI et la puissance mécanique - P = A/t, comme le rapport du travail par unité de temps.

Le facteur d'efficacité doit être pris en compte lors du choix d'un moteur électrique. Grande importance présentent des pertes d'efficacité associées aux courants réactifs, à la réduction de puissance, à l'échauffement du moteur et à d'autres facteurs négatifs.

La conversion de l'énergie électrique en énergie mécanique s'accompagne d'une perte progressive de puissance. La perte d'efficacité est le plus souvent associée au dégagement de chaleur lorsque le moteur électrique chauffe pendant le fonctionnement. Les causes des pertes peuvent être magnétiques, électriques et mécaniques, survenant sous l'influence du frottement. Par conséquent, le meilleur exemple est une situation dans laquelle 1 000 roubles d’énergie électrique ont été consommés, mais seulement 700 à 800 roubles de travail utile ont été produits. Ainsi, l'efficacité dans ce cas sera de 70 à 80 % et toute la différence se transformera en l'énérgie thermique, qui chauffe le moteur.

Pour refroidir les moteurs électriques, des ventilateurs sont utilisés pour chasser l'air à travers des espaces spéciaux. Conformément aux normes établies, les moteurs de classe A peuvent chauffer jusqu'à 85-90 0 C, la classe B - jusqu'à 110 0 C. Si la température du moteur dépasse normes établies, cela indique un possible bientôt.

En fonction de la charge, le rendement du moteur électrique peut changer de valeur :

Pour mouvement inactif - 0;
À 25 % de charge - 0,83 ;
À 50 % de charge - 0,87 ;
À 75 % de charge - 0,88 ;
À pleine charge de 100 %, le rendement est de 0,87.

L'une des raisons d'une diminution du rendement d'un moteur électrique peut être l'asymétrie du courant, lorsqu'une tension différente apparaît sur chacune des trois phases. Par exemple, si dans la 1ère phase il y a 410 V, dans la 2ème - 402 V, dans la 3ème - 288 V, alors la valeur moyenne de la tension sera (410 + 402 + 388) / 3 = 400 V. L'asymétrie de tension sera avoir une valeur : 410 - 388 = 22 volts. Ainsi, la perte d'efficacité pour cette raison sera de 22/400 x 100 = 5 %.

Diminution du rendement et pertes totales dans le moteur électrique

De nombreux facteurs négatifs influencent le montant des pertes totales dans les moteurs électriques. Exister techniques spéciales, ce qui permet de les déterminer à l'avance. Par exemple, vous pouvez déterminer la présence d'un espace à travers lequel l'énergie est partiellement fournie du réseau au stator, puis au rotor.

Les pertes de puissance qui se produisent dans le démarreur lui-même sont constituées de plusieurs éléments. Il s'agit tout d'abord des pertes liées à l'inversion partielle de l'aimantation du noyau du stator. Les éléments en acier ont un impact négligeable et ne sont pratiquement pas pris en compte. Cela est dû à la vitesse de rotation du stator, qui dépasse largement la vitesse du flux magnétique. Dans ce cas, le rotor doit tourner en stricte conformité avec les caractéristiques techniques déclarées.

Signification puissance mécanique l'arbre du rotor est inférieure à la puissance électromagnétique. La différence est le montant des pertes se produisant dans le bobinage. Les pertes mécaniques comprennent la friction dans les roulements et les balais, ainsi que l'effet des pare-air sur les pièces en rotation.

Les moteurs électriques asynchrones se caractérisent par la présence de pertes supplémentaires dues à la présence de dents dans le stator et le rotor. De plus, des flux vortex peuvent apparaître dans certains composants du moteur. Tous ces facteurs réunis réduisent le rendement d'environ 0,5 % de la puissance nominale de l'unité.

Lors du calcul des pertes possibles, la formule est utilisée Efficacité du moteur, ce qui permet de calculer la diminution de ce paramètre. Tout d'abord, les pertes de puissance totales, directement liées à la charge du moteur, sont prises en compte. À mesure que la charge augmente, les pertes augmentent proportionnellement et l'efficacité diminue.

Les conceptions des moteurs électriques asynchrones prennent en compte toutes les pertes possibles en présence de charges maximales. Par conséquent, la plage d'efficacité de ces appareils est assez large et va de 80 à 90 %. Dans les moteurs de grande puissance, ce chiffre peut atteindre 90 à 96 %.