1. Работа в термодинамике. Внутренняя энергия и способы ее измерения. Первый з-н термодинамики.
2. Генератор переменного тока. Трансформатор. Производство, передача и использование электрической энергии.
3. (Закон на применение закона сохранения импульса)
Работа в термодинамике
или работа при изменении объема газа: Работа при изобарном расширении газа. А=F * l = p* S* l = p* V, где р – давление газа, V – изменение
его объема.
Изохорический: V=0 => A=0, U =Q.
Изотермический Т=0 => U=0 Q=A
Изобарический Q= U+A
Адиабатический Q=0 (быстро) - U=A (работая остываю).
Первый закон термодинамики
утверждает. Что всякое тело обладает внутренней энергией U,
причем внутренняя энергия может уменьшаться, если тело совершает работу А, и
увеличиваться, если ему сообщают теплоту Q. U
= Q-A, где А –
это работа совершаемая самой термодинамической системой над внешними телами.
В неизолированной термодинамической системе изменение внутренней энергии дельта U равно разности между полученным количеством теплоты Q и работой А, совершаемой самой системой
Или
В неизолированной термодинамической системе изменение внутренней энергии дельта U равно сумме количества теплоты Q ,переданной системе, и работы А внешних сил: дельта U=Q+A1; А1=-А.
Первый закон термодинамики – это всеобщий закон сохранения и превращения энергии. Из него следует, что если внутренняя энергия постоянна и тело не поучает и не отдает тепла, то оно не может совершить работу равную 0. Таким образом, нельзя получить работу из ничего или превратить ее ни во что.
С позиции молекулярно – кинетической теории внутренняя энергия- это сумма потенциальной энергии взаимодействия частиц, составляющих тело, и кинетической энергии их беспорядочного теплового движения. Внутренняя энергия – это еще один вид энергии, причем эта энергия существует всегда, она не зависит от механического движения тела, ни от положения этого тела относительно других тел. Она зависит от температуры, давления и объема. Молекулы – это сложные частицы, состоящие из взаимодействующих и колеблющихся атомом, которые тоже обладают энергией. Эйнштейн доказал, что полную энергию тела можно вычислить по формуле Е=m*с^2, где с=300000 км/с. Изменить ее можно совершением механической работы или теплопередачей. Внутренняя энергия идеального газа: если потенциальная энергия взаимодействия молекул равна 0, внутренняя энергия идеального газа равна сумме кинетических энергий хаотического теплового движения всех молекул U=N*E=v*Na=3/2m/M RT, где v – количество вещества в молях, к – постоянная Больцмана, Т – абсолютная температура, m – масса газа, М – молярная масса газа, R – универсальная газовая постоянная. P*V=m/M RT => U =3/2Pv.
2. Генератор переменного тока. Трансформатор. Производство, передача и использование электрической энергии.
Современная техника немыслима без индукционных генераторов переменного тока. В этих генераторах механическая энергия превращается в электрическую, а их действие основано на электромагнитной индукции. Поток магнитной индукции Ф, пронизывающий проволочную рамку площадью S, пропорционален магнитной индукции В, площади рамки и косинуса угла альфа между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции В:
Ф=В*S*cos(альфа). При вращении рамки с постоянной угловой скоростью, угол альфа увеличивается прямопропорционально времени альфа=wt. По закону электромагнитной индукции ЭДС индукции в рамке равна скорости изменения потока магнитной индукции, взятой со знаком минус, т.е. производной потока магнитной индукции по времени: е=-dФ/dt = -BwSsinwt=e1sinwt, где е1=BSw – амплитуда ЭДС индукции. Так как угловая скорость w=2Пv=2П/Т? то получаем е=е1*sin(2П/Т)*t. Чтобы получить большой магнитный поток, в генераторах применяют почти замкнутую магнитную систему, состоящую из двух сердечников, сделанных из специальной электротехнической стали. Обмотки, создающие магнитное поле, расположены в пазах одного из сердечников, а обмотки, в которых индуцируется ЭДС, - в пазах другого. Один из сердечников вместе со своей обмоткой вращается вокруг горизонтальной или вертикальной оси. Поэтому его называют ротором, другой статором. Ток к ротору подводят с помощью скользящих контактов. Для этого его снабжают контактными кольцами, присоединенными к концам обмотки. Неподвижные пластины – щетки – прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью. Сила тока в обмотках электромагнита, создающего магнитное поле, значительно меньше силы тока, отдаваемого генератором во внешнюю цепь. Поэтому генерируемый ток удобнее снимать с неподвижных обмоток, а через скользящие ко7такты подводить сравнительно слабый ток к вращающемуся электромагниту. Этот ток вырабатывается отдельным генератором постоянного тока (возбудителем), расположенным на том же валу. Если генератор приводится в действие паровой или газовой турбиной, то он называется турбогенератором. Если ротор вращается от ДВС, то дизель – генератор.
Выгодное отличие переменного тока от постоянного, в том, что можно сравнительно легко изменять его силу. Аппараты, преобразующие переменный ток одного напряжения в другое – называются электрическими трансформаторами. Состоит из нескольких катушек изолированного провода, размещенных на магнитопроводе из тонких пластин специально электротехнической стали. Переменный ток, текущий по одной из обмоток (первичной). Создает вокруг нее и в магнитопроводе переменной магнитное поле, пересекающее витки другой (вторичной), возбуждает в ней переменную электродвижущую силу. Если обе обмотки имеют равное количество витков, то в ней наведется такое же напряжение, какое в первичной. Если не равное количество, то трансформатор может быть повышающим (во вторичной обмотке больше витков), понижающим – наоборот. Действие основано на явлении электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке. Сердечник из трансформаторной стали концентрирует магнитное поле, так что магнитный поток практически существует только внутри сердечника и одинаков во всех его сечениях.
U1/U2 = I2/I1, U1/U2 = E1/E2 = n1/n2 = К, где К – коэффициент трансформации, при к>0 –понижающий…. Пир разомкнутой вторичной обмотки трансформатор с малым активным сопротивлением первичной обмотки почти не потребляет энергию из сети, так как велико индуктивное сопротивление ненагруженной обмотки трансформатора. Если к концам вторичной обмотки присоединить цепь, то сила тока во вторичной обмотке уже не будет равна 0. Появившийся ток создает в сердечнике свой переменный магнитный поток, который по правилу Ленца должен уменьшить изменения магнитного потока в сердечнике. Но уменьшение амплитуды потока должно уменьшить ЭДС. Однако это невозможно, так как модули U1=e1. Поэтому при замыкании цепи вторичной обмотки автоматически