Электромеханическое преобразование энергии. Материалы, применяемые в электромашиностроение. Электродвигатели. Преобразование энергии
Электрические машины разделяют по назначению на два основных вида: электрические генераторы и электрические двигатели . Генераторы предназначены для выработки электрической энергии, а электродвигатели - для приведения в движение колесных пар локомотивов, вращения валов вентиляторов, компрессоров и т. п.
В электрических машинах происходит процесс преобразования энергии. Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую. Это означает, что для работы генератора надо вращать его вал каким-либо двигателем. На тепловозе, например, генератор приводят во вращение дизелем, на тепловой электростанции - паровой турбиной, на гидроэлектростанции - водяной турбиной. Электрические двигатели, наоборот, преобразуют электрическую энергию в механическую. Поэтому для работы двигателя его надо соединить проводами с источником электрической энергии, или, как говорят, включить в электрическую сеть.
Принцип действия любой электрической машины основан на использовании явлений электромагнитной индукции и возникновения электромагнитных сил при взаимодействии проводников с током и магнитного поля. Эти явления имеют место при работе как генератора, так и электродвигателя. Поэтому часто говорят о генераторном и двигательном режимах работы электрических машин
.
Во вращающихся электрических машинах в процессе преобразования энергии участвуют две основные части: якорь и индуктор со своими обмотками, которые перемещаются относительно друг друга. Индуктор создает в машине магнитное поле; в обмотке якоря индуцируется э. д. с. и возникает ток. При взаимодействии тока в обмотке якоря с магнитным полем создаются электромагнитные силы, посредством которых реализуется процесс преобразования энергии в машине.
Все, что им нужно, это вода, чтобы реакция могла произойти. Вот шаги, которые вы должны выполнить. Наденьте защитные очки! Имейте бумажное полотенце - этот опыт довольно грязный! Заполните одну из упаковок пленки до половины свежей водой. Если колпачок выслан, быстро замените его и посмотрите, снова ли он «взрывается». Что случилось с крышкой упаковочной пленки? Какую энергию приобрела кепка? Какая энергия содержалась в планшете? Включена ли мощность от одного типа к другому?
Алка-Зельцер подвергается химической реакции с водой. Он показывает химию, что скорость обработки химических реакций зависит от температуры, с которой они происходят. Как вы могли это проверить? Проведите эксперимент, чтобы определить, быстрее ли происходит химическая реакция в горячей или холодной воде. Выполните эксперимент, который вы разработали, и запишите свои результаты.
Принцип действия электрического генератора. Простейшим электрическим генератором является виток, вращающийся в магнитном поле (рис. 67, а). В этом генераторе виток 1 представляет собой обмотку якоря. Индуктором служат постоянные магниты 2, между которыми вращается якорь 3. При вращении витка с некоторой частотой вращения п его стороны (проводники) пересекают магнитные силовые линии потока Фив каждом проводнике индуцируется э. д. с. е . При принятом на рис. 67, а направлении вращения якоря э. д. с. в проводнике, расположенном под южным полюсом, согласно правилу правой руки направлена от нас, а э.д.с. в проводнике, расположенном под северным полюсом,- к нам. Если подключить к обмотке якоря приемник электрической энергии 4, то по замкнутой цепи пойдет электрический ток i. В проводниках обмотки якоря ток I будет направлен так же, как и э. д. с. е .
Является ли химическая реакция быстрее в горячей или холодной воде? Некоторые книги говорят о двух типах «электричества»: статическом электричестве и движущемся электричестве. Но они обмануты; сначала, используя слово «электричество» неоправданно, а во-вторых, потому что таких «двух типов» нет. Мы собираемся показать это, а также проиллюстрировать два обмена энергией, чтобы получить третью светящуюся энергию. Для этого эксперимента вам понадобятся следующие материалы.
Ковровое покрытие. Неоновая лампа представляет собой небольшую стеклянную лампу с двумя электродами, заполненными датчиком неона. Вы можете легко получить его из магазинов электроники; Это небольшая лампа, встроенная в ручку некоторых отверток для проверки полярности электрической розетки. Возьмите эту неоновую лампу и аккуратно сложите клеммы, как показано на рисунке.
Выясним, почему для вращения якоря в магнитном поле приходится затрачивать механическую энергию, получаемую от дизеля или турбины (первичного двигателя). Как было установлено в главе II, при прохождении тока I по расположенным в магнитном поле проводникам на каждый проводник действует электромагнитная сила F. При указанном на рис. 67, а направлении тока согласно правилу левой руки на проводник, расположенный под южным полюсом, будет действовать сила F, направленная влево, а на проводник, расположенный под северным полюсом,- сила F, направленная вправо. Указанные силы создают совместно электромагнитный момент М, направленный по часовой стрелке.
Из рассмотрения рис. 67, а видно, что электромагнитный момент М, возникающий при отдаче генератором электрической энергии, направлен в сторону, противоположную вращению проводников, поэтому он является тормозным моментом
, стремящимся замедлить вращение якоря генератора. Для того чтобы предотвратить остановку якоря, требуется к валу якоря приложить внешний вращающий момент М вн, противоположный моменту М и равный ему по величине. С учетом же трения и других внутренних потерь в машине внешний вращающий момент должен быть больше электро-
Теперь работайте с коллегой и следуйте приведенным ниже инструкциям. Для достижения наилучших результатов вы должны погасить свет в комнате. Удерживайте один конец лампы и втирайте ноги в коврик. Наконец, попробуйте зажечь лампу без всякой помощи. Мигает ли индикатор, когда вы прикасаетесь к чему-то? Где начальная энергия процесса?
Для этого эксперимента вам понадобится следующее оборудование. Предупреждение: пьезоэлектрический искровой зажигатель производит очень высокое напряжение при нажатии кнопки триггера! Это происходит, когда происходит быстрое сжатие в очень специальном типе кристалла, называемом «пьезоэлектрический кристалл». Интенсивность электрического тока процесса очень мала, не причиняет вреда никому, кто получает эту ошибку, но он дает, и это пугает! Не прикасайтесь к металлическому концу воспламенителя или к концу прилагаемого провода!
магнитного момента М, созданного током нагрузки генератора. Следовательно, для продолжения нормальной работы генератора к нему необходимо подводить извне механическую энергию - вращать его якорь каким-либо двигателем 5.
При отсутствии нагрузки (при разомнутой внешней цепи генератора) имеет место режим холостого хода генератора. В этом случае от дизеля или турбины требуется только такое количество механической энергии, которое необходимо для преодоления трения и компенсации других внутренних потерь энергии в генераторе. При увеличении нагрузки генератора, т. е. отдаваемой им электрической мощности Р эл, увеличиваются ток i, проходящий по проводникам обмотки якоря, и создаваемый им тормозящий момент М. Следовательно, должна быть соответственно увеличена и механическая мощность Р мх, которую генератор должен получить от дизеля или турбины, для продолжения нормальной работы.
С другой стороны, провод воспламенителя довольно хрупкий; будьте очень осторожны с этим. Фаискадор - это воспламенитель газовой плиты. Когда вы нажимаете кнопку на конце, это создает высокое напряжение, которое приведет к сбою в неисправности между соседними электродами, которые существуют в конце зажигалки. Если у вас есть этот фаискадор, который уже удален из пластикового корпуса воспламенителя, это облегчит соединения.
Теперь нажмите кнопку зажигания и посмотрите, что произойдет. Опишите, что происходит. Какие энергетические разговоры происходят? Хорошо, что вы знаете, что когда вы нажимаете кнопку зажигания, вы сжимаете пружину изнутри. Когда эта сжатая пружина достигает своего конечного хода, она отпускает, нажимая своего рода «молоток», который попадает в пьезоэлектрический кристалл.
Таким образом, чем больше электрической энергии потребляется, например, электродвигателями тепловоза от тепловозного генератора, тем больше механической энергии забирает он от вращающего его дизеля и тем больше топлива необходимо подавать дизелю.
Из рассмотренных выше условий работы электрического генератора следует, что характерным для него является:
Этот опыт не опасен, если он правильно маршрутизирован, но очень важно следовать всем инструкциям! Первое, что вам понадобится для этого эксперимента, - это надевать защитные перчатки или что-то еще, что защищает ваши глаза. Крышка для упаковки пленки будет перевернута, а также часть ее содержимого, поэтому вам нужно защитить себя. Второе, что вам понадобится, это несколько капель изопропилового спирта. Этот алкоголь, в классе, должен обрабатываться учителем. Вам понадобится только одна или две капли!
Больше алкоголя не заставит эксперимент работать лучше, и это может вызвать проблемы. Вот остальное оборудование, которое вам нужно. Пластиковая упаковка 35-миллиметровой пленки Два маленьких гвоздя Два общих провода с зажимами для крокодилов на концах Пьезоэлектрический воспламенитель для газовой плиты.
совпадение по направлению тока i и э. д. с е в проводниках обмотки якоря; это указывает на то, что машина отдает электрическую энергию;
возникновение электромагнитного тормозного момента М, направленного против вращения якоря; из этого вытекает необходимость получения машиной извне механической энергии.
Принцип действия электрического двигателя. Принципиально электродвигатель выполнен так же, как генератор. Простейший электродвигатель представляет собой виток 1 (рис. 67,6), расположенный на якоре 3, который вращается в магнитном поле полюсов 2. Проводники витка образуют обмотку якоря. Если подключить виток к источнику электрической энергии, например к электрической сети 6, то по каждому его проводнику начнет проходить электрический ток i. Этот ток, взаимодействуя с магнитным полем полюсов, создает электромагнитные силы F. При указанном на рис. 67, б направлении тока на проводник, расположенный под южным полюсом, будет действовать сила F, направленная вправо, а на проводник, лежащий под северным полюсом,- сила F, направленная влево. В результате совместного действия этих сил создается электромагнитный вращающий момент М, направленный против часовой стрелки, приводящий якорь с проводником во вращение с некоторой частотой п. Если соединить вал якоря с каким-либо механизмом или устройством 7 (колесной парой тепловоза или электровоза, станком и пр.), то электродвигатель будет приводить это устройство во вращение, т. е. отдавать ему механическую энергию. При этом внешний момент М вн, создаваемый этим устройством, будет направлен против электромагнитного момента М.
Возьмите два гвоздя и проталкивайте их через сторону пленки, диаметрально противоположную, чтобы они почти касались друг друга, но они не должны касаться друг друга. Подключите концы зажигалки через два провода на этих гвоздях, как показано ниже. С упаковкой без крышки и без касания ногтей нажмите кнопку на зажигалке. Убедитесь, что гвоздь отскакивает между кончиками ногтей. Отрегулируйте расстояние между наконечниками гвоздя, чтобы каждый раз, когда вы нажимаете кнопку на свече зажигания, вы будете вызывать искру между этими советами.
Отсоедините воспламенитель. Положите одну или две капли спирта внутри упаковки для пленки и быстро и надежно положите крышку. Для этого важно, чтобы спирт испарялся и смешивался с воздухом, содержащимся в упаковке. Алкоголь - это то, что горит в этом эксперименте, а не в жидкости! Держите упаковку в руке, чтобы немного ее согреть; При необходимости потяните ладонь за нижнюю часть упаковки.
Выясним, почему при вращении якоря электродвигателя, работающего под нагрузкой, расходуется электрическая энергия. Как было установлено, при вращении проводников якоря в магнитном поле в каждом проводнике индуцируется э. д. с, направление которой определяется по правилу правой руки; следовательно, при указанном на рис. 67, б направлении вращение э. д. с. е, индуцированная в проводнике, расположенном под южным полюсом, будет направлена от нас, а э. д. с. е, индуцированная в проводнике, расположенном под северным полюсом, будет направлена к нам. Из рис. 67, б видно, что э. д. с. е, индуцированные в каждом проводнике, направлены против тока i, т. е. они препятствуют его прохождению по проводникам.
Опишите, что вы видите, и что вы думаете, что происходит. Даже когда крышка выключена, какие виды энергии находятся в игре? Существует не менее трех различных видов энергии; попытайтесь определить всех! Откуда взялась исходная энергия этого опыта? Каким она себя представляет? Почему важно, чтобы алкоголь испарялся внутри упаковки?
В последнем эксперименте у вас была возможность преобразовать химическую энергию в другие виды энергии. Теперь мы собираемся преобразовать электрическую энергию в химическую энергию; Давайте немного топлива! Топливом, которое мы собираемся сделать, является водородный газ. Как известно, вода состоит из водорода и кислорода. Если мы сможем разложить воду, мы получим больше водорода и больше кислорода.
Для того чтобы ток i продолжал проходить по проводникам якоря в прежнем направлении, т. е. чтобы электродвигатель продолжал нормально работать и развивать требуемый вращающий момент, необходимо приложить к этим проводникам внешнее напряжение U, направленное навстречу э. д. с. и большее по величине чем суммарная э. д. с. E, индуцированная во всех последовательно соединенных проводниках обмотки якоря. Следовательно, необходимо подводить к электродвигателю из сети электрическую энергию.
Этот метод получения химической энергии через электрическую энергию называется электролизом. Вот материал, который нам понадобится для этого эксперимента. Пластиковая пленка с двумя гвоздями, застрявшими на ней. Холодная вода. Алка-Зельцер. Таблетка. Заполните упаковку для пленки холодной водой, даже накройте ногти. Добавьте к воде мелкие кусочки Алка-Зельцер, медленно, чтобы пена не по бокам. Подождите, пока все перестанет пузыриться.
Теперь мы добавим немного «электричества». Убедитесь, что гвозди находятся под водой внутри упаковки. Посмотрите внимательно на внутреннюю часть упаковки. Вы заметили какую-либо разницу между тем, что происходит с одним гвоздем и другим? Как вы думаете, что произойдет вскоре после того, как вы подключите аккумулятор в гвоздях?
При отсутствии нагрузки (внешнего тормозного момента, приложенного к валу двигателя) электродвигатель потребляет от внешнего источника (сети) небольшое количество электрической энергии и по нему проходит небольшой ток холостого хода. Эта энергия расходуется на покрытие внутренних потерь мощности в машине.
При возрастании нагрузки увеличивается потребляемый электродвигателем ток и развиваемый им электромагнитный вращающий момент. Следовательно, увеличение механической энергии, отдаваемой электродвигателем при возрастании нагрузки, вызывает автоматически увеличение электроэнергии, забираемой им от источника.
Пузыри, которые вы видите, имеют водород и больший кислород. Гидрирование водорода; на самом деле, вы даже можете использовать его, чтобы совершить поездку на автомобиле! Давайте соберем часть этой взрывчатой смеси. Снимите колпачок с упаковочной пленки и используйте гвоздь, чтобы сделать небольшое отверстие в центре. Положите крышку на упаковку. Прикоснитесь к сторонам упаковочной пленки; Что вы чувствуете в своих руках?
Теперь отключите провода и оставите вещи такими, какие они есть. С какой энергией начинается этот эксперимент? Какая энергия передается по проводам? Давайте собираем газ для проверки. Мы сделаем это, поставив немного раствора моющего средства на отверстие в верхней части упаковочной пленки, и пусть выпускаемый газ сделает мыльные пузыри.
Из рассмотренных выше условий работы электрического двигателя следует, что характерным для него является:
совпадение по направлению электромагнитного момента М и частоты вращения п; это характеризует отдачу машиной механической энергии;
возникновение в проводниках обмотки якоря э. д. с. е, направленной против тока i и внешнего напряжения U. Из этого вытекает необходимость получения машиной извне электрической энергии.
Поместите немного раствора моющего средства поверх отверстия в верхней части упаковочной пленки. Теперь подключите аккумулятор. Вы смотрите на пузырьки газа, образующиеся в растворе моющего средства? Сейчас идет захватывающая часть эксперимента; дайте большую форму пузыря и будьте готовы со спичечной коробкой. Как только появится хороший пузырь, зажгите палочку и подходите к пузырю.
Можете ли вы объяснить все, что произошло? Можете ли вы даже перечислить последовательность цепочек энергии, которые произошли? С какой энергией это начинается и какой тип это заканчивается? Заключительные наблюдения. Большой урок, который вы узнали из этих экспериментов, заключается в следующем: мы не можем создавать или уничтожать энергию, мы можем преобразовать ее только из одного режима в другой. И есть еще, мы можем вести такие разговоры по-разному. Думали ли вы о том, как много способов загореться?
Принцип обратимости электрических машин. Рассматривая принцип действия генератора и электродвигателя, мы установили, что устроены они одинаково и что в основе работы этих машин много общего. Процесс преобразования механической энергии в электрическую в генераторе и электрической энергии в механическую в двигателе связан с индуцированием э. д. с. во вращающихся в магнитном поле проводниках обмотки якоря и возникновением электромагнитных сил в результате взаимодействия магнитного поля и проводников с током. Отличие генератора от электродвигателя заключается только во взаимном направлении э. д. с, тока, электромагнитного момента и частоты вращения.
Назовите четыре разных способа сделать огонь. Мы можем преобразовать электрическую энергию в тепловую и световую; мы можем превратить кинетическую энергию в электричество; мы можем превращать химическую энергию в тепловую, кинетическую и звуковую; и так далее. Поскольку вы провели серию экспериментов, мы уверены, что вы все это узнали.
Вот одна вещь, о которой нужно подумать: поскольку количество энергии во Вселенной фиксировано, значит ли это, что мы никогда не исчердим всю энергию? Оказывается, что некоторые формы энергии более полезны, чем другие. В океанах очень много тепловой энергии, но довольно сложно использовать его для управления автомобилем. Таким образом, на самом деле мы не истощаем энергию, но истощаем наиболее легко используемые источники. Тот факт, что некоторые формы энергии лучше других, является следствием того, что называется вторым законом термодинамики.
Обобщая рассмотренные процессы работы генератора и электродвигателя, можно установить принцип обратимости электрических машин. Согласно этому принципу любая электрическая машина может работать и генератором и электродвигателем и переходить из генераторного режима в двигательный и наоборот.
Это очень, очень интересный предмет. Тепло, в частности, не является одной из этих хороших форм энергии. Легко преобразовать другие формы энергии в тепло, но преобразовать тепло в другие виды энергии, такие как электрические и химические, непросто. Мы, граждане мира, используем формы энергии, которые легче потреблять с относительно высокой скоростью, и можно поспорить, что одной из основных проблем следующего века будет то, что делать, когда большинство источников энергии полностью исчерпаны. Считаете ли вы, что бензин, который поступает из нефти, будет длиться вечно?
Для выяснения этого положения рассмотрим работу электрической машины постоянного тока при различных условиях. Если внешнее напряжение U больше суммарной э. д. с. Г. во всех последовательно соединенных проводниках обмотки якоря, то ток I будет проходить в указанном на рис. 68, а направлении и машина будет работать электродвигателем, потребляя из сети электрическую энергию и отдавая механическую. Однако если по какой-либо причине э. д. с. Е станет больше внешнего напряжения U, то ток I в обмотке якоря изменит свое направление (рис. 68, б) и будет совпадать с э. д. с. Е. При этом изменится и направление электромагнитного момента М, который будет направлен против частоты вращения п. Совпадение по направлению э. д. с. E и тока Iозначает, что машина стала отдавать в сеть электрическую энергию, а появление тормозного электромагнитного момента М говорит о том, что она должна потреблять извне механическую энергию. Следовательно, когда э. д. с. Е, индуцированная в проводниках обмотки якоря, становится больше напряжения сети U, машина переходит из двигательного режима работы в генераторный, т. е. при E < U машина работает двигателем, при Е > U - генератором.
Бензин не является возобновляемым продуктом! Еще одна проблема, связанная с энергией, которая в последнее время много выделяется в прессе, - это парниковый эффект. Земля получает лучистую энергию от Солнца и возвращает эту лучистую энергию обратно в Космос. Если те же суммы, которые поступают, уходят, проблем нет. Ну, в этом случае избыток превращается в тепловую энергию, и планета нагревается. Ключом является углекислый газ: чем больше углекислого газа в атмосфере, тем труднее для него уйти. И углекислый газ - это то, что производится при сжигании таких продуктов, как уголь и нефть.
Перевод электрической машины из двигательного режима в генераторный можно осуществить различными способами: уменьшая напряжение U источника, к которому подключена обмотка якоря, или увеличивая э. д. с. E в обмотке якоря.
Vadimzarovskiilfik / 11 дек. 2014 г., 22:05:03
1)Как на опыте можно показать превращение одного вида механической энегрии в другую?2)Какие превращения происходят при падении води с плотины?
3)Какие превращения энергии происходят при ударе стального шарика и стальную плотину?
Помогите... если сможете то ответьте на все:*
Qenga / 16 апр. 2015 г., 5:57:53
Какие превращения энергии происходят в то время, когда вы скользите по льду: а) механическая энергия превращается в химическую; б)тепловая энергия превращается в механическую;
в) механическая энергия превращается в электромагнитную;
г) механическая энергия превращается в тепловую.
Tipapipazuzu / 01 мая 2015 г., 17:16:22
1) При каких условиях от предмета получается лишь полутень? 2) В чем различиемежду излучением , создаваемым радиатором центрального отопления , и излучением горящей свечи?
3) какие превращения энергии происходят при свечении лампы карманного фонаря?
4) В какой материальной среде свет распространяется с наибольшей скоростью?
5) Почему тени даже при одном источнике света никогда не бывают совершенно темными?
6) Почему в комнате светло и тогда, когда прямые солнечные лучи в ее окна не попадают?
7) почему пучки света автомобильных фар видны в тумане, в пыльном воздухе?
8) Почему лица спортсмена-фехтовальщика, смотрящего через частую сетку,мы не видим, а фехтовальщик все предметы через сетку видит хорошо?
10) Для чего стекло для изготовления зеркала шлифуется и полируется с особой тщательностью?
11) угол падения луча=60. Каков угол отражения луча?
12) Угол падения луча-25. Чему равен угол между падающим и отраженными лучами?
13) Угол между падающим и отраженным лучами составляет 50. Под каким углом к зеркалу падает свет?
Ребят, помогите пожалуйста)
Valya3 / 23 дек. 2013 г., 17:17:37
1. Медную, железную, и никелиновую проволлоки одинаковой длины и площади поперечного сечения спаяли (последовательно) и включили в цепь. Какаяпроволока будет выделять большее количество теплоты? Почему? (удельное сопротивление меди 0,017 Ом х мм2/м, железная 0,10 Ом х мм2/м, никелина 0,40 Ом х мм2/м.)
2. Нихромовая спираль длиной 5 м и площадью поперечного сечения 0,5 мм2 включена в сеть напряжения 110 В. Найдите мощность тока в спирали. (Удельное сопротивление нихрома 1,1 Ом х мм2/м.)
3. Электроплитка мощностью 800 Вт включена на 5 ч. Определите расход энергии (в ватт-часах и киловатт-часах).
4. Какое превращение энергии происходит при работе генератора электрического тока?
Lenkakonkina / 14 апр. 2013 г., 17:58:13
Стальной шарик падает на металлическую плиту и отскакивает от нее. Какие превращения энергии происходят при падении шарика во время его соприкосновения сплитой,при подъеме? Считайте,что механическая энергия сохраняется.
