Definicija

Snaga je fizička veličina koja se koristi kao glavna karakteristika svakog uređaja koji se koristi za obavljanje posla. Neto snaga može se koristiti za završetak zadatka.

Odnos rada ($\Delta A$) i vremenskog perioda tokom kojeg je završen ($\Delta t$) naziva se prosječna snaga ($\left\langle P\right\ranngle $) za ovo vrijeme:

\[\left\langle P\right\ranngle =\frac(\Delta A)(\Delta t)\left(1\right).\]

Trenutna snaga, ili češće jednostavno snaga, je granica relacije (1) na $\Delta t\do 0$:

Uzimajući u obzir da:

\[\Delta A=\overline(F)\cdot \Delta \overline(r\ )\left(3\right),\]

gdje je $\Delta \overline(r\ )$ kretanje tijela pod djelovanjem sile $\overline(F)$, u izrazu (2) imamo:

gdje je $\ \overline(v)-$ trenutna brzina.

Efikasnost

Prilikom obavljanja potrebnog (korisnog) rada, na primjer mehaničkog rada, potrebno je izvršiti veću količinu rada, jer u stvarnosti postoje sile otpora i dio energije podliježe disipaciji (disipaciji). Efikasnost rada se određuje pomoću faktora efikasnosti ($\eta $), dok je:

\[\eta =\frac(P_p)(P)\lijevo(5\desno),\]

gdje je $P_p$ korisna snaga; $P$ - potrošena snaga. Iz izraza (5) slijedi da se korisna snaga može naći kao:

Formula za korisnu snagu izvora struje

Neka se električni krug sastoji od izvora struje koji ima otpor $r$ i opterećenja (otpor $R$). Snagu izvora nalazimo kao:

gdje je $?$ EMF trenutnog izvora; $I$ - jačina struje. U ovom slučaju, $P$ je ukupna snaga kola.

Označimo $U$ - napon na vanjskom dijelu kola, tada će formula (7) biti predstavljena u obliku:

gdje je $P_p=UI=I^2R=\frac(U^2)(R)(9)$ - korisna snaga; $P_0=I^2r$ - gubitak snage. U ovom slučaju, efikasnost izvora se određuje kao:

\[\eta =\frac(P_p)(P_p+P_0)\levo(9\desno).\]

Maksimalnu korisnu snagu (snagu na opterećenju) proizvodi električna struja ako je vanjski otpor kola jednak unutrašnjem otporu izvora struje. Pod ovim uslovom korisna snaga je jednaka 50\% ukupne snage.

Tokom kratkog spoja (kada je $R\to 0;;U\to 0$) ili u stanju mirovanja $(R\to \infty ;;I\to 0$) korisna snaga je nula.

Primjeri problema sa rješenjima

Primjer 1

Vježbajte. Efikasnost elektromotora je $\eta $ =42%. Kolika će biti njegova korisna snaga ako pri naponu od $U=$110 V kroz motor teče struja od $I=$10 A?

Rješenje. Kao osnovu za rješavanje problema uzimamo formulu:

Ukupnu snagu nalazimo koristeći izraz:

Zamjenom desne strane izraza (1.2) u (1.1) nalazimo da:

Izračunajmo potrebnu snagu:

Odgovori.$P_p=462$ W

Primjer 2

Vježbajte. Kolika je maksimalna korisna snaga izvora struje ako je njegova struja kratkog spoja jednaka $I_k$? Kada je spojen na izvor struje otpora $R$, struja sile $I$ teče kroz kolo (slika 1).

Rješenje. Prema Ohmovom zakonu, za kolo sa izvorom struje imamo:

gdje je $\varepsilon$ EMF trenutnog izvora; $r$ je njegov unutrašnji otpor.

U slučaju kratkog spoja, pretpostavljamo da je otpor vanjskog opterećenja nula ($R=0$), tada je struja kratkog spoja jednaka:

Maksimalna korisna snaga u kolu na slici 1 će dati električnu struju, pod uslovom:

Tada je struja u kolu jednaka:

Maksimalnu korisnu snagu pronalazimo pomoću formule:

Dobili smo sistem od tri jednačine sa tri nepoznanice:

\[\left\( \begin(array)(c) I"=\frac(\varepsilon)(2r), \\ I_k=\frac(\varepsilon)(r), \\ P_(p\ max)= (\left(I"\right))^2r \end(niz) \left(2.6\right).\right.\]

Koristeći prvu i drugu jednačinu sistema (2.6) nalazimo $I"$:

\[\frac(I")(I_k)=\frac(\varepsilon)(2r)\cdot \frac(r)(\varepsilon)=\frac(1)(2)\to I"=\frac(1 )(2)I_k\lijevo(2.7\desno).\]

Koristimo jednadžbe (2.1) i (2.2) da izrazimo unutrašnji otpor izvora struje:

\[\varepsilon=I\levo(R+r\desno);;\ I_kr=\varepsilon \to I\left(R+r\desno)=I_kr\to r\levo(I_k+I\desno)=IR \to r=\frac(IR)(I_k-I)\left(2.8\right).\]

Zamenimo rezultate iz (2.7) i (2.8) u treću formulu sistema (2.6), tražena snaga će biti jednaka:

Odgovori.$P_(p\ max)=(\levo(\frac(1)(2)I_k\desno))^2\frac(IR)(I_k-I)$

Cilj rada: odrediti EMF izvora jednosmjerne struje koristeći kompenzacijski metod, korisnu snagu i efikasnost ovisno o otporu opterećenja.

Oprema: izvor struje koji se proučava, stabilizirani izvor napona, skladište otpora, miliampermetar, galvanometar.

TEORIJSKI UVOD

Izvori struje su uređaji u kojima se različite vrste energije (mehanička, hemijska, toplotna) pretvaraju u električnu energiju. U izvorima struje razdvojeni su električni naboji različitih predznaka. Stoga, ako je izvor kratko spojen na opterećenje, na primjer na provodnik, tada će kroz vodič teći električna struja uzrokovana kretanjem naboja pod utjecajem elektrostatičkog polja. Za smjer struje se uzima smjer kretanja pozitivnih naboja. Odnosno, struja će teći od pozitivnog pola izvora kroz provodnik do negativnog. Ali kroz izvor, naelektrisanja se kreću protiv sila elektrostatičkog polja. To se može dogoditi samo pod utjecajem sila neelektrostatičke prirode, takozvanih sila treće strane. Na primjer, Lorentz magnetska sila u generatorima elektrane, difuzijske sile u hemijskim izvorima struje.

Karakteristika izvora struje je elektromotorna sila - EMF. Ona je jednaka omjeru rada vanjskih sila i količine prenesenog naboja:

Razmotrimo električni krug iz izvora struje sa unutrašnjim otporom r, zatvoren za opterećenje otporom R. Prema zakonu održanja energije, rad vanjskih sila sa stacionarnim provodnicima, pretvara se u toplinu koju stvara opterećenje i unutarnji otpor samog izvora. Prema Joule-Lenzovom zakonu, toplina koja se oslobađa u vodiču jednaka je umnošku kvadrata jačine struje i otpora i vremena tečenja struje. Onda . Nakon smanjenja za Jt nalazimo da je jačina struje u kolu jednaka omjeru emf i ukupnog otpora električnog kola:

. (2)

Ovo je Ohmov zakon za kompletno kolo. U nedostatku struje kroz izvor, nema pada napona na unutrašnjem otporu i emf je jednak naponu između polova izvora. Jedinica mjerenja za EMF, kao i napon, je volt (V).

EMF se može mjeriti različitim metodama. Ako je, u najjednostavnijem slučaju, voltmetar sa otporom R spojite na polove izvora sa unutrašnjim otporom r, tada će, prema Ohmovom zakonu, očitanja voltmetra biti . Ovo je manje od EMF-a za količinu pada napona na unutrašnjem otporu.

Kod kompenzacijske metode mjerenja EMF, struja ne teče kroz izvor (slika 1). Ako koristite regulator napajanja za odabir napona u spremištu otpora R tačno jednak emf izvora, zatim struji kroz izvor i kroz galvanometar G neće curiti. Tada će izvorna emf biti jednaka padu napona na spremištu otpora

E = J R. (3)

Korisna snaga izvora struje sa stacionarnim provodnicima je toplinska snaga koja se oslobađa pri opterećenju. Prema Joule–Lenzovom zakonu P = J 2 R. Zamjenom jačine struje, prema Ohmovom zakonu (2), dobijamo formulu za ovisnost korisne snage od otpora opterećenja:

. (4)

U režimu kratkog spoja kada nema opterećenja, kada R= 0, sva toplota se oslobađa na unutrašnjem otporu i korisna snaga je nula (slika 2). Sa povećanjem otpora opterećenja, do R<<r, korisna snaga raste gotovo direktno proporcionalno otporu R. S daljnjim povećanjem otpora opterećenja, struja postaje ograničena, a snaga, dosegnuvši maksimum, počinje opadati. Za velike vrijednosti otpora opterećenja ( R>>r), snaga se smanjuje obrnuto proporcionalno otporu, težeći nuli kada je strujni krug prekinut.

Maksimalna snaga odgovara uslovu da je prvi izvod toplotne snage u odnosu na otpor jednak nuli. Diferencirajući (4), dobijamo . Iz toga slijedi da je korisna snaga maksimalna ako R = r. Zamjenom u (4) dobijamo .

Rad izvora struje karakteriše efikasnost. Ovo je, po definiciji, omjer korisnog rada i ukupnog rada trenutnog izvora: . Nakon smanjenja, formula efikasnosti će poprimiti oblik

.(5)

U režimu kratkog spoja R= 0, efikasnost je nula, pošto je korisna snaga nula. Kako raste otpor opterećenja, efikasnost raste i teži do 100% pri visokim vrijednostima otpora ( R>>r).

ZAVRŠETAK RADOVA

1. Postavite prekidač načina rada u položaj “EMF”. Postavite otpor na spremniku na 500 Ohma, granica mjerenja miliampermetra je 3 mA. Kratko pritisnite dugme TO i primijetite kako se igla galvanometra skreće kada struja teče iz izvora koji se proučava.

Priključite napajanje na mrežu od 220 V.

2. Pritisnite dugme TO uključivanje struje kroz galvanometar. Ako igla galvanometra odstupa na isti način kao kada je uključen samo izvor struje, povećajte struju iz napajanja, prateći je miliampermetrom. Ako strelica odstupi u suprotnom smjeru, smanjite trenutnu snagu napajanja. Zabilježite vrijednost otpora i struju u tablicu. 1 .

Ponovite mjerenja najmanje pet puta, mijenjajući otpor unutar 500 - 3000 Ohma. Zapišite rezultate u tabelu. 1

3. Postavite prekidač načina mjerenja u položaj “Power”. Postavite otpor magazina na 500 oma. Izmjerite struju pomoću miliampermetra. Rezultat upišite u tabelu. 2.

Ponovite mjerenja najmanje pet puta, mijenjajući otpor u rasponu od 500 - 3000 Ohma. Zapišite rezultate u tabelu. 2.

Isključite napajanje iz mreže.

tabela 2

5. Procijenite slučajnu grešku mjerenja EMF koristeći formulu za grešku direktnih mjerenja , Gdje n– broj mjerenja.

9. Nacrtajte grafikone zavisnosti korisne snage i efikasnosti od otpora opterećenja. Veličina grafikona je najmanje pola stranice. Odredite uniformnu skalu na koordinatnim osama. Nacrtajte glatke krive oko tačaka tako da odstupanja tačaka od linija budu minimalna.

10. Izvucite zaključke. Zabilježite rezultat E = ± d E, P = 90%.

KONTROLNA PITANJA

1. Objasnite ulogu izvora struje u električnom kolu. Definirajte elektromotornu silu izvora struje (EMF).

2. Izvedite koristeći zakon održanja energije i navedite Ohmov zakon za kompletno kolo.

3. Objasniti suštinu metode kompenzacije za mjerenje EMF. Da li je moguće izmjeriti EMF izvora struje voltmetrom?

4. Izvedite formulu za korisnu snagu izvora struje. Nacrtajte graf ovisnosti korisne snage od vrijednosti otpora opterećenja, objasnite ovu ovisnost.

5. Izvedite uvjet za maksimalnu snagu izvora struje.

6. Izvedite formulu za efikasnost izvora struje. Nacrtajte grafik efikasnosti u odnosu na otpor opterećenja izvora struje. Objasnite ovu zavisnost.

Snaga tehničke opreme ili elektrana (uređaja, jedinica) koje oni isporučuju za obavljanje radova navedena je u njihovim tehničkim karakteristikama. Ali to ne znači da se sve koristi za namjeravanu svrhu za postizanje rezultata. Za obavljanje posla koristi se samo korisna snaga.

Definicija i formula korisne snage

Vrijedi razmotriti koncept korisne snage i formulu na primjeru električnog kruga. Snaga koju izvor napajanja (PS), posebno struja, razvija u zatvorenom kolu bit će ukupna snaga.

Kolo uključuje: izvor struje sa EMF (E), eksterno kolo sa opterećenjem R i unutrašnje kolo izvora napajanja čiji je otpor R0. Formula za ukupnu (ukupnu) snagu je:

Ovdje je I vrijednost struje koja prolazi kroz kolo (A), a E je vrijednost emf (B).

Pažnja! Pad napona u svakoj sekciji će biti jednak U i U0, respektivno.

Dakle, formula će poprimiti oblik:

Ptotal = E*I = (U + U0) *I = U*I + U0*I.

Može se vidjeti da je vrijednost proizvoda U*I jednaka snazi ​​koju izvor dovodi do opterećenja i odgovara korisnoj snazi ​​Ppol.

Vrijednost jednaka proizvodu U0*I odgovara snazi ​​koja se gubi unutar izvora napajanja za grijanje i savladavanje unutrašnjeg otpora R0. Ovo je gubitak snage P0.

Vrijednosti koje su zamijenjene u formulu pokazuju da zbir korisne i izgubljene snage čini ukupnu snagu IP-a:

Ptotal=Pkat+P0.

Bitan! Prilikom rada bilo kojeg aparata (mehaničkog ili električnog), korisna snaga će biti ona koja ostaje za obavljanje potrebnog rada nakon savladavanja faktora koji uzrokuju gubitke (zagrijavanje, trenje, sile suprotstavljanja).

Parametri napajanja

U praksi često morate razmišljati kolika bi trebala biti snaga izvora struje, koliko wata (W) ili kilovata (kW) je potrebno da bi se osigurao nesmetan rad uređaja. Da biste razumjeli suštinu, morate razumjeti koncepte koji se koriste u fizici kao što su:

• ukupna energija kola;
• EMF i napon;
• unutrašnji otpor napajanja;
• gubici kod individualnog preduzetnika;
• korisna snaga.

Bez obzira koju vrstu energije izvor proizvodi (mehaničku, električnu, toplinsku), njegovu snagu treba odabrati s malom marginom (5-10%).

Ukupna energija kola

Kada je opterećenje priključeno na kolo, koje će trošiti energiju iz izvora struje (IT), struja će obaviti posao. Energija koju oslobađaju svi potrošači i elementi kola uključeni u kolo (žice, elektronske komponente, itd.) naziva se ukupna energija. Izvor energije može biti bilo koji: generator, baterija, termo kotao. Ukupna energetska vrijednost bit će zbir energije koju izvor potroši na gubitke i količine utrošene na obavljanje određenog posla.

EMF i napon

Koja je razlika između ova dva koncepta?

EMF je elektromotorna sila, to je napon koji vanjske sile (hemijska reakcija, elektromagnetna indukcija) stvaraju unutar izvora struje (IT). EMF je sila kretanja električnih naboja u IT.

Za tvoju informaciju.Čini se da je moguće izmjeriti vrijednost E (EMF) samo u stanju mirovanja (idle). Spajanje bilo kojeg opterećenja uzrokuje gubitak napona unutar napajanja.

Napon (U) je fizička veličina koja predstavlja razliku potencijala ϕ1 i ϕ2 na izlazu izvora napona (VS).

Neto snaga

Definicija koncepta ukupne snage koristi se ne samo u odnosu na električna kola. Primjenjivo je i na elektromotore, transformatore i druge uređaje koji mogu trošiti i aktivne i reaktivne komponente energije.

Gubici unutar napajanja

Slični gubici se javljaju na unutrašnjem otporu mreže sa dva terminala. Za bateriju, ovo je otpor elektrolita; za generator, ovo je otpor namotaja, čije vodne žice izlaze iz kućišta.

Unutrašnji otpor napajanja

Nećete moći jednostavno izmjeriti R0 pomoću testera; svakako ga morate znati da biste izračunali gubitke P0. Stoga se koriste indirektne metode.

Indirektna metoda za određivanje R0 je sljedeća:

• u x.x modu mjera E (B);
• kada je opterećenje Rn (Ohm) uključeno, mjere se Uout (V) i struja I (A);
• Pad napona unutar izvora izračunava se pomoću formule:

U posljednjoj fazi, R0=U0/I je pronađen.

Odnos korisne snage i efikasnosti

Faktor efikasnosti (efikasnost) je bezdimenzionalna veličina, izražena numerički u procentima. Efikasnost je označena slovom η.

Formula izgleda ovako:

• A – koristan rad (energija);
• Q – potrošena energija.

Kako se efikasnost povećava u različitim motorima, dozvoljeno je izgraditi sljedeću liniju:

• elektromotor – do 98%;
• ICE – do 40%;
• parna turbina – do 30%.

U smislu snage, efikasnost je jednaka omjeru korisne snage i ukupne snage koju isporučuje izvor. U svakom slučaju, η ≤ 1.

Bitan! Efikasnost i Ppol nisu ista stvar. U različitim procesima rada postižu maksimum jednog ili drugog.

Dobivanje maksimalne energije na izlazu IP

Za tvoju informaciju. Da bi se povećala efikasnost dizalica, pumpi za ubrizgavanje ili motora aviona, potrebno je smanjiti sile trenja mehanizama ili otpor zraka. To se postiže upotrebom raznih maziva, ugradnjom ležajeva više klase (zamjena kliznih kotrljajućim), promjenom geometrije krila itd.

Maksimalna energija ili snaga na izlazu IP može se postići usklađivanjem otpora opterećenja Rn i unutrašnjeg otpora R0 IP. To znači da je Rn = R0. U ovom slučaju, efikasnost je 50%. Ovo je sasvim prihvatljivo za niskostrujna kola i radio uređaje.

Međutim, ova opcija nije prikladna za električne instalacije. Kako bi se izbjeglo trošenje velikih količina energije, način rada generatora, ispravljača, transformatora i elektromotora je takav da je efikasnost približava se 95% i više.

Postizanje maksimalne efikasnosti

Formula za efikasnost izvora struje je:

η = Pn/Ptotal = R/Rn+r,

• Pn – snaga opterećenja;
• Ptotal – ukupna snaga;
• R je ukupni otpor kola;
• Rn – otpor opterećenja;
• r – unutrašnji otpor IT-a.

Kao što se može videti iz grafikona prikazanog na Sl. veća, snaga Pn teži nuli kako se struja u kolu smanjuje. Efikasnost će, zauzvrat, dostići svoju maksimalnu vrijednost kada je krug otvoren i struja je nula; ako postoji kratki spoj u krugu, postat će nula.

Ako pogledamo elementarni toplinski stroj koji se sastoji od klipa i cilindra, tada je njegov omjer kompresije jednak omjeru ekspanzije. Povećanje efikasnosti takvog motora moguće je ako:

• inicijalno visoki parametri: pritisak i temperatura radnog fluida prije početka ekspanzije;
• približavanje njihovih vrijednosti parametrima okoliša na kraju ekspanzije.

Postizanje ηmax moguće je samo uz najefikasniju promjenu pritiska radne komponente u rotacionom kretanju osovine.

Za tvoju informaciju. Toplotna efikasnost se povećava sa povećanjem udjela topline dovedene u radni fluid, koji se pretvara u rad. Isporučena toplota se deli na dve vrste energije: unutrašnju u obliku temperature i energiju pritiska.

Mehanički rad, zapravo, obavlja samo druga vrsta energije. To dovodi do niza nedostataka koji usporavaju proces povećanja efikasnosti:

• dio pritiska ide u vanjsko okruženje;
• postizanje maksimalne efikasnosti je nemoguće bez povećanja procenta energije pritiska koja se koristi za pretvaranje u rad;
• nemoguće je povećati efikasnost toplotnih motora bez promene S površine primene pritiska i bez uklanjanja ove površine sa tačke rotacije;
• upotreba samo gasovitog radnog fluida ne doprinosi povećanju η toplotnih motora.

Da biste postigli visoku efikasnost toplotnog motora, potrebno je donijeti niz odluka. Tome doprinose sljedeći modeli uređaja:

• uvesti drugi radni fluid sa različitim fizičkim svojstvima u ciklus ekspanzije;
• maksimalno iskoristiti obje vrste energije radnog fluida prije ekspanzije;
• stvaraju dodatni radni fluid direktno tokom ekspanzije gasa.

Informacije. Sve modifikacije motora sa unutrašnjim sagorevanjem u vidu: turbopunjača, organizacije višestrukog ili distribuiranog ubrizgavanja, kao i povećanja vlažnosti vazduha, dovođenja goriva u stanje pare tokom ubrizgavanja, nisu dale opipljive rezultate u naglom povećanju efikasnost.

Efikasnost opterećenja

Bez obzira na snagu izvora, efikasnost električnih uređaja nikada neće biti 100%.

Izuzetak. Princip toplotne pumpe koji se koristi u radu frižidera i klima uređaja približava njihovu efikasnost 100%. Tu grijanje jednog radijatora dovodi do hlađenja drugog.

U suprotnom, energija se troši na vanjske efekte. Da biste smanjili ovaj trošak, morate obratiti pažnju na sljedeće faktore:

• pri uređenju rasvjete - o dizajnu svjetiljki, dizajnu reflektora i boji prostorija (reflektirajuća ili apsorbirajuća svjetlost);
• pri organizaciji grijanja - za toplinsku izolaciju toplinskih cijevi, ugradnju ispušnih uređaja za povrat topline, izolaciju zidova, stropova i podova, ugradnju visokokvalitetnih prozora s dvostrukim staklom;
• prilikom organiziranja električnih instalacija odaberite ispravnu marku i poprečni presjek vodiča prema budućem priključenom opterećenju;
• kod ugradnje elektromotora, transformatora i drugih AC potrošača - po vrijednosti cosϕ.

Smanjenje troškova gubitaka jasno dovodi do povećanja efikasnosti kada izvor energije obavlja rad na opterećenju.

Smanjenje uticaja faktora koji uzrokuju gubitak snage povećava procenat korisne snage potrebne za obavljanje posla. To je moguće identificiranjem uzroka gubitaka i njihovim otklanjanjem.

Video

Imajte predstavu o snazi ​​tokom pravolinijskih i zakrivljenih pokreta, korisnoj i potrošenoj snazi ​​i efikasnosti.

Poznavati zavisnosti za određivanje snage tokom translacionih i rotacionih pokreta, efikasnost.

Snaga

Za karakterizaciju performansi i brzine rada uveden je koncept snage.

Snaga - rad obavljen u jedinici vremena:

Jedinice snage: vati, kilovati,

Naprijed snaga(Sl. 16.1)

S obzirom na to S/t = vcp, dobijamo

Gdje F- modul sile koja djeluje na tijelo; v avg- prosječna brzina kretanja tijela.

Prosječna snaga pri translacijskom kretanju jednaka je proizvodu modula sile na prosječnu brzinu kretanja i kosinus ugla između smjerova sile i brzine.

Snaga rotacije (Sl. 16.2)

Telo se kreće duž luka poluprečnika r od tačke M 1 do tačke M 2

Rad sile:

Gdje M vr- obrtni moment.

S obzirom na to

Dobijamo

Gdje ω k.č- prosječna ugaona brzina.

Snaga sile tokom rotacije jednaka je proizvodu obrtnog momenta i prosečne ugaone brzine.

Ako se tokom obavljanja posla mijenjaju sila mašine i brzina kretanja, možete odrediti snagu u bilo kojem trenutku, znajući vrijednosti sile i brzine u datom trenutku.

Efikasnost

Svaka mašina i mehanizam pri obavljanju posla troši dio svoje energije na savladavanje štetnih otpora. Dakle, mašina (mehanizam), pored korisnog rada, obavlja i dodatne poslove.

Omjer korisnog rada prema ukupnom radu ili korisne snage prema cijeloj utrošenoj snazi ​​naziva se faktor efikasnosti (efikasnost):

Korisni rad (snaga) se troši na kretanje pri datoj brzini i određuje se formulama:

Potrošena snaga je veća od korisne snage za količinu snage koja se koristi za prevladavanje trenja u karikama strojeva, curenja i sličnih gubitaka.

Što je veća efikasnost, to je mašina savršenija.

Primjeri rješavanja problema

Primjer 1. Odredite potrebnu snagu motora vitla za podizanje tereta težine 3 kN na visinu od 10 m za 2,5 s (slika 16.3). Efikasnost mehanizma vitla je 0,75.

Rješenje

1. Snaga motora se koristi za podizanje tereta određenom brzinom i savladavanje štetnog otpora mehanizma vitla.

Korisna snaga određena je formulom

P = Fv cos α.

U ovom slučaju α = 0; teret se kreće naprijed.

2. Brzina podizanja tereta

3. Potrebna sila je jednaka težini tereta (ujednačeno podizanje).

6. Korisna snaga P = 3000 4 = 12 000 W.

7. Puna snaga. troši motor,

Primjer 2. Brod se kreće brzinom od 56 km/h (slika 16.4). Motor razvija snagu od 1200 kW. Odrediti silu otpora vode na kretanje plovila. Efikasnost mašine je 0,4.

Rješenje

1. Odredite korisnu snagu koja se koristi za kretanje datom brzinom:

2. Koristeći formulu za korisnu snagu, možete odrediti pogonsku silu plovila, uzimajući u obzir uvjet α = 0. Kod ravnomjernog kretanja, pokretačka sila je jednaka sili otpora vode:

Fdv = Fcopr.

3. Brzina plovila v = 36 * 1000/3600 = 10 m/s

4. Sila vodootpornosti

Sila otpora vode na kretanje plovila

Fcopr. = 48 kN

Primjer 3. Brusni kamen se pritisne na radni predmet sa silom od 1,5 kN (Sl. 16.5). Koliko se snage troši na obradu dijela ako je koeficijent trenja kamenog materijala na dijelu 0,28; dio se okreće brzinom od 100 o/min, prečnik dijela je 60 mm.

Rješenje

1. Rezanje se vrši zbog trenja između brusnog kamena i obratka:

Primjer 4. Da bi se vukao duž nagnute ravni do visine H= 10 m težina kreveta T== 500 kg, koristili smo električno vitlo (slika 1.64). Moment na izlaznom bubnju vitla M= 250 Nm. Bubanj se ravnomjerno rotira na frekvenciji P= 30 o/min. Za podizanje okvira radilo je vitlo t = 2 min. Odrediti efikasnost nagnute ravni.

Rješenje

kao što je poznato,

Gdje A p.s. - koristan rad; A dv - rad pokretačkih snaga.

U primjeru koji se razmatra, koristan rad je rad gravitacije

Izračunajmo rad pogonskih sila, tj. rad momenta na izlaznom vratilu vitla:

Ugao rotacije bubnja vitla određen je jednadžbom ujednačene rotacije:

Zamjena numeričkih vrijednosti momenta u izraz za rad pogonskih sila M i ugao rotacije φ , dobijamo:

Efikasnost nagnute ravni će biti

Test pitanja i zadaci

1. Zapišite formule za izračunavanje rada u translacijskim i rotacijskim kretanjima.

2. Automobil težine 1000 kg kreće se po horizontalnoj stazi 5 m, koeficijent trenja je 0,15. Odredite rad gravitacije.

3. Papuča kočnice zaustavlja bubanj nakon gašenja motora (Sl. 16.6). Odrediti rad kočenja za 3 okretaja ako je sila pritiska papuče na bubanj 1 kN, koeficijent trenja 0,3.

4. Zategnutost grana pogona remena S 1 = 700 N, S 2 = 300 N (Sl. 16.7). Odredite prenosni moment.

5. Zapišite formule za izračunavanje snage za translacijske i rotacijske pokrete.

6. Odredite snagu potrebnu za podizanje tereta težine 0,5 kN na visinu od 10 m za 1 min.

7. Odrediti ukupnu efikasnost mehanizma ako je sa snagom motora od 12,5 kW i ukupnom silom otpora kretanju od 2 kN brzina kretanja 5 m/s.

8. Odgovorite na pitanja testa.

Tema 1.14. Dynamics. Rad i moć

Snaga koju razvija strujni izvor u cijelom kolu naziva se puna moć.

Određuje se formulom

Dakle, efikasnost zavisi od odnosa između unutrašnjeg otpora izvora i otpora potrošača.

Obično se električna efikasnost izražava u postocima.

Za praktičnu elektrotehniku, dva su pitanja od posebnog interesa:

1. Uslov za dobijanje najveće korisne snage

2. Uslov za postizanje najveće efikasnosti.

Uslov za dobijanje najveće korisne snage (snaga u opterećenju)

Električna struja razvija najveću korisnu snagu (snagu na opterećenju) ako je otpor opterećenja jednak otporu izvora struje.

Ova maksimalna snaga jednaka je polovini ukupne snage (50%) koju razvija strujni izvor u cijelom krugu.

Polovina snage se razvija na opterećenju, a polovina se razvija na unutrašnjem otporu izvora struje.

Ako smanjimo otpor opterećenja, tada će se snaga razvijena na opterećenju smanjiti, a snaga razvijena na unutrašnjem otporu izvora struje će se povećati.

Ako je otpor opterećenja nula, tada će struja u krugu biti maksimalna, to jest način kratkog spoja (kratki spoj) . Gotovo sva snaga će se razviti na unutrašnjem otporu izvora struje. Ovaj način rada je opasan za izvor struje, a također i za cijeli krug.

Ako povećamo otpor opterećenja, struja u krugu će se smanjiti, a snaga na opterećenju će se također smanjiti. Ako je otpor opterećenja vrlo visok, u strujnom krugu uopće neće biti struje. Ovaj otpor se naziva beskonačno velikim. Ako je strujni krug otvoren, njegov otpor je beskonačno velik. Ovaj način rada se zove režim mirovanja.

Dakle, u režimima blizu kratkog spoja i praznog hoda korisna snaga je u prvom slučaju mala zbog niskog napona, au drugom zbog male struje.

Uslov za postizanje najveće efikasnosti

Faktor efikasnosti (efikasnost) je 100% u praznom hodu (u ovom slučaju se ne oslobađa korisna snaga, ali se u isto vrijeme izvorna snaga ne troši).

Kako se struja opterećenja povećava, efikasnost se smanjuje prema linearnom zakonu.

U režimu kratkog spoja, efikasnost je nula (nema korisne snage, a snaga koju razvija izvor u potpunosti se troši unutar nje).

Sumirajući gore navedeno, možemo izvući zaključke.

Uslov za postizanje maksimalne korisne snage (R = R 0) i uslov za postizanje maksimalne efikasnosti (R = ∞) se ne poklapaju. Štaviše, kada dobijete maksimalnu korisnu snagu iz izvora (režim usklađenog opterećenja), efikasnost je 50%, tj. polovina snage koju razvija izvor troši se unutar njega.

U snažnim električnim instalacijama, usklađeni način opterećenja je neprihvatljiv, jer to rezultira rasipnim trošenjem velikih snaga. Stoga su za električne stanice i trafostanice načini rada generatora, transformatora i ispravljača proračunati tako da se osigura visoka efikasnost (90% ili više).

Situacija je drugačija kod slabe trenutne tehnologije. Uzmimo, na primjer, telefonski aparat. Kada govorite ispred mikrofona, u strujnom kolu uređaja stvara se električni signal snage oko 2 mW. Očigledno, da bi se postigao najveći komunikacijski domet, potrebno je prenijeti što je moguće više snage u liniju, a za to je potreban koordiniran režim prebacivanja opterećenja. Da li je efikasnost bitna u ovom slučaju? Naravno da ne, jer se gubici energije računaju u frakcijama ili jedinicama milivata.

Način usklađenog opterećenja se koristi u radio opremi. U slučaju kada nije osiguran koordiniran način rada kada su generator i opterećenje direktno povezani, poduzimaju se mjere za usklađivanje njihovih otpora.