Beim Bewegen von Ladungen in einem geschlossenen Stromkreis wird von der Stromquelle eine gewisse Arbeit geleistet. Es kann nützlich und vollständig sein. Im ersten Fall bewegt die Stromquelle Ladungen im externen Stromkreis, während sie Arbeit verrichtet, und im zweiten Fall bewegen sich die Ladungen durch den gesamten Stromkreis. Dabei ist der Wirkungsgrad der Stromquelle, definiert als das Verhältnis von Außen- und Gesamtwiderstand des Stromkreises, von großer Bedeutung. Wenn der Innenwiderstand der Quelle und der Außenwiderstand der Last gleich sind, geht die Hälfte der Gesamtleistung in der Quelle selbst verloren und die andere Hälfte wird an der Last abgegeben. In diesem Fall beträgt der Wirkungsgrad 0,5 oder 50 %.
Effizienz des Stromkreises
Der betrachtete Effizienzfaktor ist in erster Linie mit physikalischen Größen verbunden, die die Geschwindigkeit der Umwandlung oder Übertragung von Elektrizität charakterisieren. Dabei steht die Leistung, gemessen in Watt, an erster Stelle. Zur Bestimmung gibt es mehrere Formeln: P = U x I = U2/R = I2 x R.
Stromkreise können unterschiedliche Spannungen und Ladungsmengen aufweisen und dementsprechend ist auch die jeweils verrichtete Arbeit unterschiedlich. Sehr oft besteht die Notwendigkeit, die Geschwindigkeit abzuschätzen, mit der Strom übertragen oder umgewandelt wird. Diese Geschwindigkeit stellt die elektrische Leistung dar, die der in einer bestimmten Zeiteinheit geleisteten Arbeit entspricht. In Form einer Formel sieht dieser Parameter folgendermaßen aus: P=A/∆t. Daher wird die Arbeit als Produkt aus Leistung und Zeit dargestellt: A=P∙∆t. Die verwendete Arbeitseinheit ist .
Um festzustellen, wie effizient ein Gerät, eine Maschine, ein Stromkreis oder ein ähnliches System im Verhältnis zu Leistung und Betrieb ist, wird der Wirkungsgrad herangezogen. Dieser Wert ist definiert als das Verhältnis der sinnvoll aufgewendeten Energie zur Gesamtenergiemenge, die in das System gelangt. Der Wirkungsgrad wird mit dem Symbol η bezeichnet und mathematisch durch die Formel η = A/Q x 100 % = [J]/[J] x 100 % = [%] definiert, wobei A die vom Verbraucher geleistete Arbeit ist , Q ist die von der Quelle gegebene Energie. Gemäß dem Energieerhaltungssatz ist der Wirkungsgradwert immer gleich oder kleiner als eins. Das bedeutet, dass die nutzbare Arbeit den dafür aufgewendeten Energieaufwand nicht überschreiten darf.
Auf diese Weise werden die Leistungsverluste in einem System oder Gerät sowie der Grad ihrer Nützlichkeit ermittelt. Beispielsweise kommt es in Leitern zu Leistungsverlusten, wenn elektrischer Strom teilweise in Wärmeenergie umgewandelt wird. Die Höhe dieser Verluste hängt vom Widerstand des Leiters ab; sie sind nicht Teil der Nutzarbeit.
Es gibt einen Unterschied, der durch die Formel ∆Q=A-Q ausgedrückt wird, die den Leistungsverlust deutlich zeigt. Hier ist der Zusammenhang zwischen der Zunahme der Verlustleistung und dem Widerstand des Leiters sehr deutlich zu erkennen. Das auffälligste Beispiel ist eine Glühlampe, deren Wirkungsgrad 15 % nicht überschreitet. Die restlichen 85 % der Leistung werden in thermische, also infrarote Strahlung umgewandelt.
Wie hoch ist der Wirkungsgrad einer Stromquelle?
Der betrachtete Wirkungsgrad des gesamten Stromkreises ermöglicht es uns, das physikalische Wesen des Wirkungsgrades der Stromquelle besser zu verstehen, dessen Formel ebenfalls aus verschiedenen Größen besteht.
Bei der Bewegung elektrischer Ladungen entlang eines geschlossenen Stromkreises verrichtet die Stromquelle eine gewisse Arbeit, die als nützlich und vollständig bezeichnet wird. Während sie nützliche Arbeit verrichtet, bewegt die Stromquelle Ladungen im externen Stromkreis. Bei vollem Betrieb bewegen sich Ladungen unter dem Einfluss einer Stromquelle durch den gesamten Stromkreis.
Sie werden als Formeln wie folgt angezeigt:
- Nützliche Arbeit - Apolez = qU = IUt = I2Rt.
- Gesamtarbeit - Atotal = qε = Iεt = I2(R +r)t.
Auf dieser Grundlage können wir Formeln für die Nutz- und Gesamtleistung der Stromquelle ableiten:
- Nutzleistung - Puse = Apole /t = IU = I2R.
- Gesamtleistung - Pfull = Afull/t = Iε = I2(R + r).
Daraus ergibt sich die Formel für den Wirkungsgrad der Stromquelle wie folgt:
- η = Apoles/Atoll = Puse/Ptot = U/ε = R/(R + r).
Die maximale Nutzleistung wird bei einem bestimmten Wert des externen Stromkreiswiderstands erreicht, abhängig von den Eigenschaften der Stromquelle und der Last. Allerdings sollte auf die Unvereinbarkeit von maximaler Nettoleistung und maximalem Wirkungsgrad geachtet werden.
Untersuchung der Leistung und Effizienz der Stromquelle
Die Effizienz einer Stromquelle hängt von vielen Faktoren ab, die in einer bestimmten Reihenfolge berücksichtigt werden sollten.
Zur Bestimmung gemäß dem Ohmschen Gesetz gibt es die folgende Gleichung: i = E/(R + r), wobei E die elektromotorische Kraft der Stromquelle und r ihr Innenwiderstand ist. Dies sind konstante Werte, die nicht vom variablen Widerstand R abhängen. Mit ihnen können Sie die vom Stromkreis verbrauchte Nutzleistung ermitteln:
- W1 = i x U = i2 x R. Dabei ist R der Widerstand des Stromverbrauchers, i der Strom im Stromkreis, bestimmt durch die vorherige Gleichung.
Daher wird der Leistungswert unter Verwendung der endgültigen Variablen wie folgt angezeigt: W1 = (E2 x R)/(R + r).
Da es sich um eine Zwischenvariable handelt, kann in diesem Fall die Funktion W1(R) auf ihr Extremum hin analysiert werden. Zu diesem Zweck ist es notwendig, den Wert von R zu bestimmen, bei dem der Wert der ersten Ableitung der mit dem variablen Widerstand (R) verbundenen Nutzleistung gleich Null ist: dW1/dR = E2 x [(R + r )2 - 2 x R x (R + r) ] = E2 x (Ri + r) x (R + r - 2 x R) = E2(r - R) = 0 (R + r)4 (R + r )4 (R + r)3
Aus dieser Formel können wir schließen, dass der Wert der Ableitung nur unter einer Bedingung Null sein kann: Der Widerstand des Stromempfängers (R) von der Stromquelle muss den Wert des Innenwiderstands der Quelle selbst erreichen (R => r ). Unter diesen Bedingungen wird der Wert des Effizienzfaktors η als Verhältnis der Nutz- und Gesamtleistung der Stromquelle – W1/W2 – bestimmt. Da im Maximum der Nutzleistung der Widerstand des Energieverbrauchers der Stromquelle gleich dem Innenwiderstand der Stromquelle selbst ist, beträgt der Wirkungsgrad in diesem Fall 0,5 bzw. 50 %.
Aktuelle Leistungs- und Effizienzprobleme
Bekanntlich sind derzeit noch keine Mechanismen geschaffen, die eine Energieart vollständig in eine andere umwandeln würden. Während des Betriebs verbraucht jedes von Menschenhand geschaffene Gerät einen Teil der Energie für Widerstandskräfte oder gibt sie an die Umwelt ab. Das Gleiche passiert in einem geschlossenen Stromkreis. Wenn Ladungen durch Leiter fließen, wird die volle und nutzbare Elektrizitätslast widerstanden. Um ihre Verhältnisse zu vergleichen, müssen Sie den Leistungskoeffizienten (Wirkungsgrad) berechnen.
Warum muss die Effizienz berechnet werden?
Der Wirkungsgrad eines Stromkreises ist das Verhältnis von Nutzwärme zur Gesamtwärme.
Zur Verdeutlichung geben wir ein Beispiel. Indem man den Wirkungsgrad eines Motors ermittelt, kann man feststellen, ob seine primäre Betriebsfunktion die Kosten für den Stromverbrauch rechtfertigt. Das heißt, die Berechnung liefert ein klares Bild davon, wie gut das Gerät die empfangene Energie umwandelt.
Beachten Sie! Der Wirkungsgrad hat in der Regel keinen Wert, sondern ist ein Prozentsatz oder ein Zahlenäquivalent von 0 bis 1.
Der Wirkungsgrad wird anhand einer allgemeinen Berechnungsformel für alle Geräte insgesamt ermittelt. Aber um das Ergebnis in einem Stromkreis zu erhalten, muss man zunächst die Kraft der Elektrizität ermitteln.
Ermitteln des Stroms in einem vollständigen Stromkreis
Aus der Physik ist bekannt, dass jeder Stromgenerator einen eigenen Widerstand hat, der auch innere Leistung genannt wird. Abgesehen von dieser Bedeutung hat die Stromquelle auch eine eigene Kraft.
Geben wir jedem Element der Kette Werte:
- Widerstand – r;
- aktuelle Stärke – E;
Um also die Stromstärke zu ermitteln, deren Bezeichnung - I sein wird, und die Spannung am Widerstand - U, wird es Zeit dauern - t, mit dem Ladungsdurchgang q = lt.
Aufgrund der Tatsache, dass die Stromleistung konstant ist, wird die Arbeit des Generators vollständig in Wärme umgewandelt, die an R und r abgegeben wird. Dieser Betrag kann mit dem Joule-Lenz-Gesetz berechnet werden:
Q = I2 + I2 rt = I2 (R + r) t.
Dann werden die rechten Seiten der Formel gleichgesetzt:
EIt = I2 (R + r) t.
Nach Durchführung der Reduzierung ergibt sich die Berechnung:
Durch Umstellen der Formel ergibt sich:
Dieser Endwert ist die elektrische Kraft in diesem Gerät.
Nach einer auf diese Weise vorläufigen Berechnung kann nun der Wirkungsgrad ermittelt werden.
Berechnung der Effizienz des Stromkreises
Die von der Stromquelle empfangene Leistung wird als verbraucht bezeichnet, ihre Definition lautet P1. Wenn diese physikalische Größe vom Generator in den gesamten Stromkreis gelangt, gilt sie als nützlich und wird mit P2 geschrieben.
Um den Wirkungsgrad eines Stromkreises zu bestimmen, muss man sich das Gesetz der Energieerhaltung merken. Demnach wird die Leistung des Empfängers P2 immer geringer sein als die Leistungsaufnahme von P1. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass während des Betriebs im Empfänger immer eine unvermeidliche Verschwendung umgewandelter Energie entsteht, die für die Erwärmung der Drähte, ihrer Ummantelung, Wirbelströme usw. aufgewendet wird.
Um die Eigenschaften der Energieumwandlung beurteilen zu können, ist ein Wirkungsgrad erforderlich, der dem Verhältnis der Leistungen P2 und P1 entspricht.
Wenn wir also alle Werte der Indikatoren kennen, aus denen der Stromkreis besteht, finden wir seinen nützlichen und vollständigen Betrieb:
- Und nützlich. = qU = IUt =I2Rt;
- Und total = qE = IEt = I2(R+r)t.
In Übereinstimmung mit diesen Werten ermitteln wir die Leistung der Stromquelle:
- P2 = A nützlich /t = IU = I2 R;
- P1 = A insgesamt /t = IE = I2 (R + r).
Nachdem wir alle Schritte durchgeführt haben, erhalten wir die Effizienzformel:
n = A nützlich / A insgesamt = P2 / P1 =U / E = R / (R +r).
Diese Formel ergibt, dass R über Unendlich und n über 1 liegt, aber trotz alledem bleibt der Strom im Stromkreis niedrig und seine Nutzleistung ist gering.
Jeder möchte mehr Effizienz erreichen. Dazu müssen Bedingungen gefunden werden, unter denen P2 maximal ist. Die optimalen Werte sind:
- P2 = I2 R = (E / R + r)2 R;
- dP2 / dR = (E2 (R + r)2 - 2 (r + R) E2 R) / (R + r)4 = 0;
- E2 ((R + r) -2R) = 0.
In diesem Ausdruck sind E und (R + r) ungleich 0, daher ist der Ausdruck in Klammern gleich, d. h. (r = R). Dann stellt sich heraus, dass die Leistung einen Maximalwert hat und der Wirkungsgrad 50 % beträgt.
Wie Sie sehen, können Sie die Effizienz eines Stromkreises selbst ermitteln, ohne auf die Dienste eines Spezialisten zurückgreifen zu müssen. Das Wichtigste ist, die Konsistenz der Berechnungen zu wahren und nicht über die vorgegebenen Formeln hinauszugehen.
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Es ist bekannt, dass elektrische Energie über weite Strecken mit Spannungen übertragen wird, die über dem Niveau der Verbraucher liegen. Der Einsatz von Transformatoren ist notwendig, um Spannungen auf die erforderlichen Werte umzuwandeln, die Qualität des Stromübertragungsprozesses zu erhöhen und auch die daraus resultierenden Verluste zu reduzieren.
Beschreibung und Funktionsprinzip des Transformators
Ein Transformator ist ein Gerät, mit dem die Spannung gesenkt oder erhöht, die Anzahl der Phasen und in seltenen Fällen die Frequenz von Wechselstrom geändert werden kann.
Es gibt folgende Gerätetypen:
- Leistung;
- Messung;
- geringer Strom;
- Impuls;
- Spitzentransformatoren.
Ein statisches Gerät besteht aus den folgenden Hauptstrukturelementen: zwei (oder mehr) Wicklungen und einem Magnetkreis, der auch Kern genannt wird. Bei Transformatoren wird Spannung der Primärwicklung zugeführt und in umgewandelter Form von der Sekundärwicklung abgeführt. Die Wicklungen werden durch ein Magnetfeld im Kern induktiv verbunden.
Wie andere Wandler haben auch Transformatoren einen Wirkungsgrad (abgekürzt: Effizienz), mit einem Symbol. Dieser Koeffizient stellt das Verhältnis der effektiv genutzten Energie zur vom System verbrauchten Energie dar. Es kann auch als Verhältnis der von der Last verbrauchten Leistung zur Leistung ausgedrückt werden, die das Gerät aus dem Netzwerk verbraucht. Der Wirkungsgrad ist einer der Hauptparameter, der die Effizienz der von einem Transformator geleisteten Arbeit charakterisiert.
Arten von Verlusten in einem Transformator
Der Prozess der Stromübertragung von der Primärwicklung zur Sekundärwicklung ist mit Verlusten verbunden. Aus diesem Grund wird nicht die gesamte Energie übertragen, aber der größte Teil.
Das Design des Geräts umfasst im Gegensatz zu anderen elektrischen Maschinen keine rotierenden Teile. Dies erklärt das Fehlen mechanischer Verluste.
Das Gerät enthält also folgende Verluste:
- elektrisch, in Kupferwicklungen;
- magnetisch, im Stahlkern.
Energiediagramm und Energieerhaltungssatz
Das Funktionsprinzip des Geräts lässt sich schematisch in Form eines Energiediagramms darstellen, wie in Bild 1 dargestellt. Das Diagramm spiegelt den Prozess der Energieübertragung wider, bei dem elektrische und magnetische Verluste entstehen .
Laut Diagramm lautet die Formel zur Bestimmung der Wirkleistung P 2 wie folgt:
P 2 =P 1 -ΔP el1 -ΔP el2 -ΔP m (1)
wobei P 2 nützlich ist und P 1 die vom Gerät aus dem Netzwerk verbrauchte Leistung ist.
Unter Angabe der Gesamtverluste ΔP sieht das Energieerhaltungsgesetz wie folgt aus: P 1 =ΔP+P 2 (2)
Aus dieser Formel geht hervor, dass P 1 für P 2 sowie für die Gesamtverluste ΔP aufgewendet wird. Der Wirkungsgrad des Transformators ergibt sich somit aus dem Verhältnis der zugeführten (Nutz-)Leistung zur verbrauchten Leistung (das Verhältnis von P 2 und P 1).
Bestimmung der Effizienz
Mit der erforderlichen Genauigkeit zur Berechnung des Gerätes können die zuvor abgeleiteten Effizienzwerte der Tabelle Nr. 1 entnommen werden:
Wie in der Tabelle dargestellt, hängt der Wert des Parameters direkt von der Gesamtleistung ab.
Bestimmung der Effizienz durch direkte Messungen
Die Formel zur Effizienzberechnung kann in mehreren Versionen dargestellt werden:
Dieser Ausdruck spiegelt deutlich wider, dass der Effizienzwert des Transformators nicht größer als eins ist und auch nicht diesem entspricht.
Der folgende Ausdruck bestimmt den Nettoleistungswert:
P 2 =U 2 *J 2 *cosφ 2 , (4)
Dabei sind U 2 und J 2 die Sekundärspannung und der Sekundärstrom der Last und cosφ 2 der Leistungsfaktor, dessen Wert von der Art der Last abhängt.
Da P 1 =ΔP+P 2, nimmt Formel (3) die folgende Form an:
Die elektrischen Verluste der Primärwicklung ΔP el1n hängen vom Quadrat des darin fließenden Stroms ab. Daher sollten sie folgendermaßen definiert werden:
(6)
Wiederum:
(7)
wobei r mp der aktive Wicklungswiderstand ist.
Da der Betrieb eines elektromagnetischen Geräts nicht auf den Nennmodus beschränkt ist, erfordert die Bestimmung des Grads der Strombelastung die Verwendung eines Lastfaktors, der gleich ist:
β=J 2 /J 2н, (8)
wobei J 2n der Nennstrom der Sekundärwicklung ist.
Von hier aus schreiben wir Ausdrücke zur Bestimmung des Sekundärwicklungsstroms auf:
J 2 =β*J 2n (9)
Wenn wir diese Gleichheit in Formel (5) einsetzen, erhalten wir den folgenden Ausdruck:
Beachten Sie, dass GOST die Bestimmung des Effizienzwerts mithilfe des letzten Ausdrucks empfiehlt.
Zusammenfassend stellen wir fest, dass der Wirkungsgrad eines Transformators durch die Leistungswerte der Primär- und Sekundärwicklungen des Geräts im Nennmodus bestimmt werden kann.
Bestimmung der Effizienz durch indirekte Methode
Aufgrund der großen Wirkungsgradwerte, die 96 % oder mehr betragen können, sowie der Unwirtschaftlichkeit der direkten Messmethode ist eine Berechnung des Parameters mit hoher Genauigkeit nicht möglich. Daher erfolgt seine Bestimmung üblicherweise durch eine indirekte Methode.
Wenn wir alle erhaltenen Ausdrücke zusammenfassen, erhalten wir die folgende Formel zur Berechnung der Effizienz:
η=(P 2 /P 1)+ΔP m +ΔP el1 +ΔP el2, (11)
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass ein Indikator für hohe Effizienz den effizienten Betrieb des elektromagnetischen Geräts anzeigt. Verluste in den Wicklungen und im Kernstahl werden laut GOST durch Erfahrung oder einen Kurzschluss bestimmt und Maßnahmen zur Reduzierung dieser Verluste tragen dazu bei, die höchstmöglichen Effizienzwerte zu erreichen, die wir anstreben müssen.
Energie, die dem Mechanismus in Form von Arbeit durch Antriebskräfte zugeführt wird Ein dv.s. und Momente pro Zyklus stetiger Bewegung werden für die Ausführung nützlicher Arbeit aufgewendet Und p.s.. , sowie für die Ausführung von Arbeiten Ein Ftr verbunden mit der Überwindung von Reibungskräften in kinematischen Paaren und Umweltwiderstandskräften.
Betrachten wir eine gleichmäßige Bewegung. Der Zuwachs der kinetischen Energie ist Null, d.h.
In diesem Fall ist die von den Trägheits- und Schwerkraftkräften geleistete Arbeit gleich Null Ein Ri = 0, A G = 0. Dann ist für eine stetige Bewegung die Arbeit der Antriebskräfte gleich
Und der Motor =A p.s. + A Ftr.
Folglich ist für einen vollständigen Zyklus stetiger Bewegung die Arbeit aller Antriebskräfte gleich der Summe der Arbeit der Kräfte des Produktionswiderstands und des Nichtproduktionswiderstands (Reibungskräfte).
Mechanischer Wirkungsgrad η (Wirkungsgrad)– das Verhältnis der Arbeit der Produktionswiderstandskräfte zur Arbeit aller Antriebskräfte bei stetiger Bewegung:
η = . (3.61)
Wie aus Formel (3.61) ersichtlich ist, zeigt der Wirkungsgrad, welcher Anteil der der Maschine zugeführten mechanischen Energie sinnvoll für die Ausführung der Arbeit aufgewendet wird, für die die Maschine geschaffen wurde.
Das Verhältnis der Arbeit der nichtproduktiven Widerstandskräfte zur Arbeit der treibenden Kräfte wird genannt Verlustfaktor :
ψ = . (3.62)
Der mechanische Verlustkoeffizient gibt an, welcher Anteil der der Maschine zugeführten mechanischen Energie letztendlich in Wärme umgewandelt wird und nutzlos im umgebenden Raum verloren geht.
Daher besteht ein Zusammenhang zwischen Effizienz und Verlustfaktor
η =1- ψ.
Aus dieser Formel folgt, dass in keinem Mechanismus die Arbeit nichtproduktiver Widerstandskräfte gleich Null sein kann, daher ist der Wirkungsgrad immer kleiner als eins ( η <1 ). Aus derselben Formel folgt, dass der Wirkungsgrad Null sein kann, wenn A dv.s = A Ftr. Die Bewegung, bei der A dv.s = A Ftr ist, heißt einzel . Der Wirkungsgrad kann nicht kleiner als Null sein, weil dazu ist es notwendig Ein dv.s<А Fтр . Ein Phänomen, bei dem der Mechanismus ruht und die Bedingung A dv.s erfüllt ist<А Fтр, называется selbstbremsendes Phänomen Mechanismus. Ein Mechanismus, für den η = 1 ist, heißt Perpetuum Mobile .
Somit liegt der Wirkungsgrad im Rahmen
0 £ η < 1 .
Betrachten wir die Bestimmung der Effizienz für verschiedene Methoden zum Verbinden von Mechanismen.
3.2.2.1. Bestimmung des Wirkungsgrades bei Reihenschaltung
Es seien n in Reihe geschaltete Mechanismen vorhanden (Abbildung 3.16).
Und der Motor 1 A 1 2 A 2 3 A 3 A n-1 n A n
Abbildung 3.16 – Diagramm in Reihe geschalteter Mechanismen
Der erste Mechanismus wird durch Antriebskräfte angetrieben, die funktionieren Ein dv.s. Da die Nutzarbeit jedes vorherigen Mechanismus, die für den Produktionswiderstand aufgewendet wird, die Arbeit der Antriebskräfte für jeden nachfolgenden Mechanismus ist, ist die Effizienz des ersten Mechanismus gleich:
η 1 =A 1 /Ein dv.s ..
Für den zweiten Mechanismus ist die Effizienz gleich:
η 2 =A 2 /Eine 1 .
Und schließlich beträgt die Effizienz für den n-ten Mechanismus:
η n =A n /Ein n-1
Der Gesamtwirkungsgrad beträgt:
η 1 n =À n /Und der Motor
Der Wert der Gesamteffizienz kann durch Multiplikation der Effizienz jedes einzelnen Mechanismus ermittelt werden, nämlich:
η 1 n = η 1 η 2 η 3 …η n= 
.
Somit, allgemeine mechanische Effizienz in Serie der verbundenen Mechanismen gleich arbeiten mechanische Effizienz einzelner Mechanismen, die ein Gesamtsystem bilden:
η 1 n = η 1 η 2 η 3 …η n .(3.63)
3.2.2.2 Bestimmung des Wirkungsgrades bei gemischter Verbindung
In der Praxis erweisen sich die Verbindungsmechanismen als komplexer. Häufiger wird eine serielle Verbindung mit einer parallelen kombiniert. Eine solche Verbindung wird als gemischt bezeichnet. Schauen wir uns ein Beispiel einer komplexen Verbindung an (Abbildung 3.17).
Der Energiefluss von Mechanismus 2 verteilt sich in zwei Richtungen. Ab Mechanismus 3 ¢¢ wird der Energiefluss wiederum in zwei Richtungen verteilt. Die Gesamtarbeit der Produktionswiderstandskräfte ist gleich:
Und p.s. = A¢n + A¢¢n + A¢¢¢n.
Die Gesamteffizienz des gesamten Systems beträgt:
η =A p.s. /Ein dv.s =(A¢n + A¢¢n + A¢¢¢n)/Ein dv.s . (3.64)
Um den Gesamtwirkungsgrad zu bestimmen, ist es notwendig, Energieflüsse zu identifizieren, in denen die Mechanismen in Reihe geschaltet sind, und den Wirkungsgrad jedes Flusses zu berechnen. Abbildung 3.17 zeigt mit der durchgezogenen Linie I-I, der gestrichelten Linie II-II und der strichpunktierten Linie III-III drei Energieflüsse aus einer gemeinsamen Quelle.
Und der Motor A 1 A ¢ 2 A ¢ 3 … A ¢ n-1 A ¢ n
II A ¢¢ 2 II
A ¢¢ 3 4 ¢¢ A ¢¢ 4 A ¢¢ n-1 n ¢¢ A ¢¢ n
Anweisungen
Bestimmung des Wirkungsgrades eines Verbrennungsmotors. Finden Sie die Leistung dieses Verbrennungsmotors in der technischen Dokumentation. Füllen Sie es mit Kraftstoff, es kann Dieselkraftstoff sein, und lassen Sie es einige Zeit lang mit Höchstgeschwindigkeit laufen, was Sie mit einer Stoppuhr messen. Lassen Sie den Kraftstoff ab und bestimmen Sie das Kraftstoffvolumen, indem Sie das Endvolumen vom Anfangsvolumen abziehen. Ermitteln Sie seine Masse, indem Sie das in m³ umgerechnete Volumen mit seiner Dichte in kg/m³ multiplizieren.
Um den Wirkungsgrad zu bestimmen, multiplizieren Sie die Motorleistung mit der Zeit und dividieren Sie durch das Produkt aus der Masse des verbrauchten Kraftstoffs und seinem Wirkungsgrad der spezifischen Verbrennungswärme = P t/(q m). Um das Ergebnis als Prozentsatz zu erhalten, multiplizieren Sie die resultierende Zahl mit 100.
Wenn Sie den Wirkungsgrad eines Automotors messen müssen und seine Leistung unbekannt ist, aber seine Masse bekannt ist, beschleunigen Sie ihn zur Bestimmung der Nutzarbeit aus dem Ruhezustand auf eine Geschwindigkeit von 30 m/s (wenn möglich) und messen Sie dabei die Masse Treibstoffverbrauch. Dann multiplizieren Sie die Masse des Autos mit dem Quadrat seiner Geschwindigkeit und dividieren Sie durch das Doppelte des Produkts aus der Masse des verbrauchten Kraftstoffs und der spezifischen Wärme seiner Verbrennung, Wirkungsgrad = M v²/(2 q m).
Bestimmen des Wirkungsgrades eines Elektromotors Wenn die Leistung des Elektromotors bekannt ist, schließen Sie ihn an eine Stromquelle mit bekannter Spannung an, erreichen Sie die maximale Drehzahl und messen Sie mit einem Tester den Strom im Stromkreis. Teilen Sie dann die Leistung durch das Produkt aus Strom und Spannung, Wirkungsgrad = P/(I U).
Wenn die Motorleistung unbekannt ist, befestigen Sie eine Riemenscheibe an der Welle und heben Sie eine Last bekannter Masse auf eine bekannte Höhe. Messen Sie mit einem Tester die Spannung und den Strom am Motor sowie die Zeit, die zum Anheben der Last benötigt wird. Teilen Sie dann das Produkt aus der Masse der Last und der Hubhöhe und die Zahl 9,81 durch das Produkt aus Spannung, Strom und Hubzeit in Sekunden. Effizienz = m g h/(I U t).
beachten Sie
In allen Fällen muss der Wirkungsgrad kleiner als 1 in Bruchzahlen oder 100 % sein.
Um den Wirkungsgrad eines Motors zu ermitteln, müssen Sie die Nutzarbeit durch die aufgewendete Arbeit dividieren und mit 100 Prozent multiplizieren. Ermitteln Sie diesen Wert für eine Wärmekraftmaschine anhand des Verhältnisses der Leistung multipliziert mit der Betriebsdauer und der bei der Kraftstoffverbrennung freigesetzten Wärme. Theoretisch wird der Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine durch das Verhältnis der Temperaturen von Kühlschrank und Heizung bestimmt. Ermitteln Sie bei Elektromotoren das Verhältnis seiner Leistung zur Leistung des verbrauchten Stroms.
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Anweisungen
Bestimmung des Wirkungsgrades eines Verbrennungsmotors. Finden Sie seine Leistung in der technischen Dokumentation dieses bestimmten Motors. Füllen Sie etwas Kraftstoff in den Tank und starten Sie den Motor, damit er eine Weile mit voller Geschwindigkeit läuft, der im Reisepass angegebenen Höchstleistung. Notieren Sie mit einer Stoppuhr die Betriebszeit des Motors und geben Sie diese in Sekunden an. Stellen Sie nach einer Weile den Motor ab und lassen Sie den restlichen Kraftstoff ab. Subtrahieren Sie das Endvolumen vom anfänglichen eingefüllten Kraftstoffvolumen und ermitteln Sie das verbrauchte Kraftstoffvolumen. Finden Sie es mit , multiplizieren Sie es mit dem Volumen und erhalten Sie den verbrauchten Kraftstoff m=ρ V. Geben Sie die Masse in Kilogramm an. Ermitteln Sie je nach Kraftstoffart (Benzin oder Dieselkraftstoff) dessen spezifische Verbrennungswärme anhand der Tabelle. Um den Wirkungsgrad zu ermitteln, multiplizieren Sie die maximale Leistung mit der Motorbetriebszeit und mit 100 % und dividieren das Ergebnis sukzessive durch seine Masse und die spezifische Verbrennungswärme. Wirkungsgrad = P t 100 % / (q m).