Реферат на тему коэффициент полезного действия

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 22 июля 2019;
проверки требуют 7 правок.

ФИЛИАЛ ГОУ ВПО «РГУТИС» в г. Смоленске

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ : «ФИЗИКА»

ТЕМА: ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ И ИЗОПРОЦЕССЫ.

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ.

Работу выполнил студент Севостьянов Д.Н.

Факультет 100101 «Сервис»

Специализация «Автосервис»

Группы 1.2. П.з.

Проверил : Коцур А.А.

Смоленск 2007

ТЕРМОДИНАМИКА (от термо… и динамика), раздел физики, изучающий наиболее общие свойства макроскопических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и процессы перехода между этими состояниями. (Неравновесные процессы изучает термодинамика неравновесных процессов.) Термодинамика строится на основе фундаментальных принципов — начал термодинамики, которые являются обобщением многочисленных наблюдений и результатов экспериментов (см. Первое начало термодинамики, Второе начало термодинамики, Третье начало термодинамики). Термодинамика возникла в 1-й пол. 19 в. в связи с развитием теории тепловых машин (С. Карно) и установлением закона сохранения энергии (Ю. Р. Майер, Дж. Джоуль, Г. Гельмгольц). Основные этапы развития термодинамики связаны с именами Р. Клаузиуса и У. Томсона (формулировки второго начала термодинамики), Дж. Гиббса (метод термодинамических потенциалов), В. Нернста (третье начало термодинамики) и др. Различают химическую термодинамику, техническую термодинамику и термодинамику различных физических явлений.

Основные понятия термодинамики:

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, макроскопическое тело, выделенное из окружающей среды при помощи перегородок или оболочек (они могут быть также и мысленными, условными) и характеризующееся макроскопическими параметрами: объемом, температурой, давлением и др. Для этого термодинамическая система должна состоять из достаточно большого числа частиц.

РАВНОВЕСНЫЙ ПРОЦЕСС, бесконечно медленный процесс, в котором термодинамическая система проходит через ряд бесконечно близких друг к другу равновесных состояний. Равновесный процесс является обратимым.

РАВНОВЕСИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ системы, характеризуется равенством температуры, давления и других макроскопических параметров всех ее частей и максимумом энтропии системы в целом (в условиях, если система не вращается и на нее не действуют внешние поля — гравитационные и др.). Любая изолированная система с течением времени достигает состояния равновесия термодинамического.

ТЕРМОДИНАМИКА НЕРАВНОВЕСНЫХ ПРОЦЕССОВ, раздел физики, изучающий неравновесные процессы (диффузию, вязкость, термоэлектрические явления и др.) на основе общих законов термодинамики. Для количественного изучения неравновесных процессов, в частности определения их скоростей в зависимости от внешних условий, составляются уравнения баланса массы, импульса, энергии, а также энтропии для элементарных объемов системы, и эти уравнения исследуются совместно с уравнениями рассматриваемых процессов. Термодинамика неравновесных процессов — теоретическая основа исследования открытых систем, в т. ч. живых существ.

Первое начало термодинамики — теплота, передаваемая системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии и на совершению работы против внешних сил

Q= A + ∆ U.

Работа, совершаемая газом при изменении его объема, равна

∆ А = p∆ Vв случае, когда давление не меняется, и равна. А = {pdVв произвольном случае. Отсюда видно, что численно работа равна площади под кривой, представляющей график процесса в координатах (р, V)

Для различных изопроцессов первое начало термодинамики имеет вид:

Q= А при изотермическом процессе;

Q = p∆ V + ∆ Uпри изобарическом процессе;

Q = AUпри изохорном процессе. Еще одна формулировка первого начала термодинамики гласит: вечный двигатель первого рода, который бы совершал бы большую работу, чем сообщенная ему извне энергия, — невозможен

Адиабатный процесс — процесс, при котором отсутствует теплообмен между системой и окружающей средой (Q = 0). Адиабата — график этого процесса. Уравнением адиабатного процесса является уравнение Пуассона: рV= const.

Первое начало термодинамики для этого процесса имеет вид ∆ U = -А, т. е. внутренняя энергия системы может быть из­менена только за счет совершения работы.

Первый закон термодинамики: ∆U = А + Q

A’ = -A ∆U = -A’ + Q, где A’-работа самой системы Q = A’ + ∆U

Если система изолирована:

A = 0 Q = 0 => ∆U = 0, но ∆U = U2 – U1 = 0 U1 = U2 = const

Q = 0 A’ + ∆U = 0 A’ = -∆U Вечный двигатель не может работать вечно.

Газовые законы (изопроцессы).

PV = m/M * RT т.д – параметры: P, V, T.

Закон Дальтона для смеси газов.

Давление смеси газов равно сумме их парциональных давлений, то есть давлении, которые имел бы каждый из газов в отдельности, если бы он при данной температуре один занимал весь объём. Если в сосуде имеется смесь газов, то по закону Дальтона:

Смесь из N газов : P1, P2,…, PN

P = P’ + P” + P”’ + …

P = P1 + P2 + … + PN

Поскольку PNV = mn/ MN*RT

P1V = m1/ M1*RT

P2V = m2/ M2*RT

PNV = Mn/ MN*RT

V (P1 + P2 + … + PN) = RT (m1/ M1 + m2/ M2 + …+ mN/ MN)

1 ЗАКОН

1662 г. Закон Бойля – Мариотта, процесс при T = const– изотермический:

PV = m/M * RT, m = const

1) P1V1 = m/ M* RT P1V1 = P2V2

2) P2V2 = m/ M* RT

При m = const, T = const, PV = const

Q = A’ + ∆U, Q = A’ T = const, ∆U = i/2 * m/ M* R ∆T, ∆T = 0; ∆U = 0

2 ЗАКОН

Закон Гей – Люссака процесс P = const – изобарный m = const

1) P V1 = m/ M* R T1 : P V1/ P V2 = (m/ M* R T1) / (m/ M* R T2)

2) P V2 = m/ M* R T2 V1/ V2 = T1/ T2

Общий вид

PV = m/M * RT / : P => V = m R / M P * T, m R / M P = const. V = const * T или V/T = const

Q = A’ + ∆U

3 ЗАКОН

1787 г. Закон Шарля. Процесс при V = const – изохорный, m = const

1) P1V = m/ M*R T1

2) P2V = m/ M* RT2 Разделим одно на другое получим: P1/ P2 = T1/ T2

Общий вид:

PV = m/M * RT / : V => P = m R/ M V * T, m R/ M V = const. P = const * T или P/T = const

V = const, Q = A’ + ∆U, Q = ∆U, A’ = P∆V, A’ = 0; ∆V = V2 – V1

Адиабатный процесс – в теплоизолированной системе:

Q = 0, 0 = A’ + ∆U, ∆U = — A’ или A = -A’ => ∆U = A

Графики: вставить

Вопрос №2

Коэффициент полезного действия.

Принципы действия тепловых двигателей. Коэффициент полезного действия (КПД) тепловых двигателей. Тепловые двигатели – это устройства где часть внутренней энергии переходит в работу.

U => A’.

Тепловая машина (двигатель) —

периодически действующий двигатель, совершающий работу за счет получен­ной извне теплоты. Принцип действия двигателя приведен на рисунке.

Нагреватель -T1 Холодильник -T2 Рабочее тело- А

? = А/ Q1 = (Q1 — Q2)/ Q1

От термостата с более высокой тем­пературой Т), называемого нагревателем, а цикл отнимается количество теплоты Qv
а термостату с более низко температурой Т2
, называемому холодильником, за цикл передается количество теплоты Q2
, при этом совершается работа Л = Qj — Q2
. Коэффициент полезного действия, в общем случае равный отношению полезной работы к затраченной, для тепловой машины. Циклом называется процесс, при котором система, пройдя рад состояний, возвращается в исходное. Прямым циклом называется цикл, при котором совершается положительная работа (он протекает по часовой стрелке), обратным — при котором совершается отрицательная работа.

Теорема Карно: из всех периодически действующих тепловых машин, имеющих одинаковые температуры нагревателей (Т,) и холодильников (Т2
), наибольшим к. п. д. обладают обратимые машины; при этом к. п. д. обратимых машин работающих при одинаковых температурах W/ и Т2
) одинаковы.

Максимальным к. п. д. обладает обратимый цикл — цикл Карно, состоящий из двух изотерм и двух адиабат. Для него к. п. д. равен:

? = (T1 – T2)/ T1

Цикл Карно обратим. Обратимым процессом называется термодинамический процесс, который может проходить как в прямом, так и в обратном направлении, причем если такой процесс происходит вначале в прямом, а затем в обратном направлении и система возвращается в исходное состояние, то в окружающей среде и в этой системе не происходит ника­ких изменений. Процесс, не удовлетворяющий этим условиям, является необратимым.

Термодинамическая шкала температур — шкала Кельвина.

Т = (t +273) K

В силу соотношения Q1/ Q2 = T1/ T2, следующего из сравнения к. п. д., можно определить температуру данного тела, ис­пользуя его в качестве холодильника (нагревателя), если на температурной шкале уже выбрана одна постоянная точка с температурой Т в качестве нагревателя (холодильника), и измерив количества теплоты по их ме­ханическому эквиваленту (например, термическому расширению). Таким образом построенная шкала называется термоди­намической.

Основные виды:

а) Турбинные (паровые, газовые).

б) Поршневые (карбюраторные – ДВЗ; дизельный).

Реактивные, турбореактивные, любое огнестрельное оружие.

Основные элементы.

1824 г. Сади Карно (Франция) – идеальная тепловая машина.

Коэффициент полезного действия цикла обратимого процесса всегда больше коэффициента полезного действия цикла основанного на обратимость процессов при тех же условиях. Оптимальный идеальный цикл теплового двигателя.

T = const PV = const Q = 0

1-2; Q1 полученная от нагревателя P1T1, A совершаемую телом над внешними телами

3-4; Внешние тела совершают А под сжатием двигателя. T2< T1

4-1; А совершается над этим телом.

2-3 процесс адиабатный и 4-1

Полная А совершаемая двигателем равна численно площади S ограниченной кривой цикла. Независимо от концентрации выбор рабочего тела и типов процесса в тепловом двигателе. Его коэффициент полезного действия (КПД) не может быть больше коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя работающего по обратимому циклу, температуры одинаковые.

Министерство образования Российской Федерации

Реферат

КПД трансформатора. Устройство и работа

Выполнил:

Группа:

Нижний Новгород 2004 год

Введение

Трансформаторы — один из основных видов электротехнического оборудования. Благодаря им можно получать электрическую энергию, при наиболее удобном напряжении, передавать ее с минимальными потерями напряжения и использовать при напрядении, рассчитанном на любого возможного потребителя. Передача электрической энергии от места производства до потребителя требует создания многих повышающих и понижающих напряжение трансформаторов. В зависимости от параметров электроэнергии, необходимой тем или иным потребителям, трансформаторы изготавливают на различные мощности и напряжения. Существуют трансформаторы мощностью от нескольких вотльт-ампер до 1 200 000 кВ*А и более.

Для транспортировки электроэнергии построены десятки и сотни тысяч километров высоковольтных линий электропередачи напряжением 110, 220, 330, 500, 700, 1150 и 1500 кВ.

Для обеспечения этих линий элетропередачи, разработанны и освоены мощные трансформаторы и автотрансформаторы; создане крупные серии распределительных трансформаторов общего назначения различной мощности и назначения; специальные трансформаторы для электротермических преобразовательных и других установок; пусковые, передвижные, регулировочные, испытательные и другие специальные трансформаторы.

Устройство

Трансформатор состоит из замкнутого железного сердечника, на который надеты две (иногда и более) катушки с проволочны­ми обмотками (рис. 1). Одна из обмоток, называемая первич­ной, подключается к источнику переменного напряжения. Вторая обмотка, к которой присоединяют «нагрузку», т. е. приборы и устройства, потребляющие электроэнергию, называется вторич­ной. Схема устройства трансформатора с двумя обмотками при­ведена на рисунке 2,

Трансформаторы бывают: повышающие, понижающие однофазные, трех и многофазные. Силовые, измерительные, испытательные.

Номинальные данные щитка: SH
, квт, U1H
/U2H
, I1H
/I2H
, l/l, ?.

Активными элементами трансформатора являются

1. магнитопровод

2. обмотки

Магнитопроводы
бывают:

1. Броневые

2. Стержневые

Рис.1 Рис.2

Обмотки

а) дисковые у броневого трансформатора

б) цилиндрические

в) винтовые

г) непрерывные

Однослойные и многослойные

Магнитопровод с обмоткой помещается в бак с трансформатором маслом, которое служит для изоляции и охлаждения

Основные параметры трансформаторов

Генераторы электрического тока по техническим причинам, нельзя изготовлять на очеь большие напряжени, даже крупные из них имеют напряжения не более 24 кВ, а такое напряжение можно использовать только на малых расстояниях от электростанции.

Чтобы передача электрической энергии(электроэнергии) на многие сотни и тысячи километров стали выгодной, необходимо значительно большее напряжение 500, 750 кВ и более. Для этой цели и служит трансформатор — электомагнитное устройство с двумя или более обмотками, предназначенное для преобразования с помощью элетромагнитной индукции переменного тока одного напряжения в переменный ток другого(или других) напряжений. Обмотка трансформатора, к которой подводиться энергия преобразуемого перемнного тока, называется первичной, а обмотка от которой отводится энергия преобразованного переменного тока — вторичной.Существут трансформаторы у которых помимо первичной и вторичной обмоток, существует третья обмотка с промежуточным напряжением.

Обмотки трансформаторов, к которым подводится энергия преобразуемого или отводится энергия преобразованного переменного тока, нахывают основными, напрмер, первичная и вторичная обмотки трансформатора. Кроме основных, у трансформатора могут быть и другие обмотки, не связанные непосредственно с приемом или отдачей энергии преобразованного переменного тока, которые называют вспомогательными. Различают Различают основные обмотки трансформатора высшего(ВН), низшего(НН) и среднего (СН) напряжений.

Обмотка ВН имеет наибольшее номинальное напаряжение по сравнению с другими основными обмотками трансформатора, Обмотка НН — наименьшее номинальное напряжение, а обмотка СН — номинальное напряжение, являющееся промежуточным между ВН и НН.

Трансформатор у которого первичной обмоткой называется НН — называют повышающим. В конце линии передач, где начинаеться распределение энергии, устанавливают трансформаторы, снижающие напряжение линнии до напряжений, необходимых потребителю. Первичной в таких трансформаторах служит обмотка ВН, а трансформаторы называются понижающими. Таким образом, в зависимости от назначения повышать или понижать, напряжение первичной обмотки одного и того же трансформатора может быть обмотка НН или ВН.

Коэффициент полезного действия трансформатора

Преобразование электрической энергии в трансформаторе сопровождается потерями энергии на нагрев сердечника и обмоток. Уравнение баланса мощностей трансформатора имеет вид:

где — активная мощность, потребляемая от сети,

j — мощность, отдаваемая в нагрузку,

— потери в меди первичной обмотки,

— потери в стали трансформатора,

— потери в меди вторичной обмотки.

Процесс преобразования энергии в трансформаторе иллюстрирует энергетическая диаграмма, приведенная на рис. 5

Величина

носит названия коэффициента полезного действия трансформатора.

Если обозначить сумму

и назвать ее потерями в меди трансформатора, то КПД трансформатора можно выразить так

Потери в стали определяются величиной и частотой изменения магнитного потока в сердечнике трансформатора, а так как поток почти не зависит от нагрузки, то потери в стали остаются почти постоянными и равными потерям в режиме ХХ

Поскольку потери в меди обмотки пропорциональны квадрату действующего значения тока, через нее протекающего, последние могут быть определены из упрощенной схемы замещения трансформатора (рис 2-) в режиме КЗ.

— потери в меди при номинальном токе первичной обмотки,

— потери в меди при токе, отличном от номинального,

.

Активную мощность в нагрузке трансформатора можно вычислить по формуле:

где — — полная мощность в нагрузке трансформатора в номинальном

режиме. Теперь выражение, определяющее КПД трансформатора можно записать в виде:

Эта формула рекомендована ГОСТом для определения КПД трансформатора.

Анализ полученного выражения показывает, что КПД неоднозначно зависит от коэффициента нагрузки b и является функцией характера нагрузки что иллюстрируется кривыми, приведенными на рис. 6

Рис. 6

При b =0, h =0. С ростом отдаваемой мощности h увеличивается, т.к. в энергетическом балансе уменьшается удельное значение потерь в стали, имеющих приблизительно постоянное значение. При некотором значении КПД достигает максимума, после чего начинает уменьшаться с ростом тока нагрузки. Причиной этого является увеличение потерь в меди, возрастающих пропорционально квадрату тока (или ), в то время как полезная мощность растет пропорционально b. Значение можно получить из условия.

при этом

Следовательно КПД имеет максимум при такой нагрузке, при которой потери в меди трансформатора равны потерям в стали. Для трансформаторов большей мощности

=0,5 — 0,7, при этом =0,995. Трансформаторы малой мощности рассчитывается как, чтобы =1, тогда =0,7 – 0,9. При уменьшении величины КПД уменьшается, т.к. возрастают токи и , при которых трансформатор имеет заданную мощность .

Трансформатор состоит из замкнутого железного сердечника, на который надеты две (иногда и более) катушки с проволочны­ми обмотками (рис. 1). Одна из обмоток, называемая первич­ной, подключается к источнику переменного напряжения. Вторая обмотка, к которой присоединяют «нагрузку», т. е. приборы и устройства, потребляющие электроэнергию, называется вторич­ной. Схема устройства трансформатора с двумя обмотками при­ведена на рисунке 2,

Список используемой литературы.

1. Китунович Ф.Г.

Электротехника.

3-е изд., переработанное и дополненное.

Минск. «Высш. Школа», 1991.

2. Евдокимов Ф. Е.

Теоретические основы электротехники.

Изд. 4-е, перераб. и доп. Учебник для энергетич.

и электротехнич. специальностей техникумов.

М. «Высш. Школа», 1975.

3. Касаткин А.С.

Основы электротехники.

М.-Л., изд-во «Энергия», 1966.

4. Касаткин А.С. Немцов М.В.

Электротехника: Учеб. пособие для вузов.-

4-е изд., перераб.- М.: Энергоатомиздат, 1983.-