Загальна інформація
Застосування
Гідроелектростанція
Електрична енергія має для нас особливе значення. Без цієї форми енергії не обійтися в роботі багатьох приладів і установок. Її можна дістати з багатьох інших форм енергії, її можна передавати у великих кількостях на далекі відстані, і вона добре перетворюється на інші форми енергії та навпаки. Перетворення механічної енергії на електричну відіграє істотну роль у відновлюваних джерелах енергії. Як вітрові, так і гідроелектростанції використовують природні рухи, щоб виробляти електричний струм. Багато велосипедних ліхтарів теж працюють від динамо-машини, бо ці маленькі генератори можуть постійно живити велосипедні ліхтарі струмом, і не треба перейматися, що сядуть батарейки.
Інша інформація (1/3)
Попередні знання
Електричною енергією називають енергію, яку передають за допомогою електрики або зберігають в електричних полях.
Потенціальна енергія описує енергію тіла у фізичній системі, яку визначає його положення в силовому полі або його теперішня конфігурація.
Принцип
За допомогою електродвигуна, який спершу працює як двигун, а потім як генератор, якісно демонструють і кількісно вимірюють перетворення електричної енергії на механічну (потенціальну) і навпаки. Далі на прикладі кожного з цих перетворень енергії визначають ККД.
Інша інформація (2/3)
Навчальна мета
Електричну енергію можна перетворити на механічну і навпаки. Однак ККД показує, скільки енергії при цьому знецінюється у формі теплоти.
Завдання
Продемонструй за допомогою електродвигуна перетворення електричної енергії на механічну і навпаки. І визнач ККД.
Інша інформація (3/3)
Радимо перед повтореннями 2-го досліду опускати тіло (тримач для важків із прорізами разом із важками) рукою, щоб воно не вдарялося. Оскільки кілька вимірювань доводиться робити майже одночасно, можна працювати, наприклад, так: за кількох повторень дослідів 2 і 3 спершу визначити середні значення та , а потім - середнє значення окремо. Для 1-го досліду прилади для вимірювання напруги й сили струму не потрібні. Тому вольтметр спочатку можна ще не під'єднувати, а гнізда, призначені для під'єднання амперметра, замкнути коротким з'єднувальним провідником.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Теорія
Енергія - це здатність тіла виконувати механічну роботу, віддавати теплоту або випромінювати світло. Майже в усіх процесах у природі й техніці відбуваються перетворення енергії. Закон збереження енергії каже нам, що при цьому енергія не втрачається. Однак часто буває так, що частина наявної енергії не переходить повністю в бажану форму енергії. Через тертя та подібні процеси майже завжди відбувається нагрівання задіяних тіл. Теплова енергія, що при цьому виникає, здебільшого вже не доступна для подальших перетворень енергії. Отже, стає зрозуміло, що кожен із цих процесів перетворення має лише певний ККД , а тому кожне перетворення спричиняє втрати.
( : корисна енергія, : затрачена енергія)
Приклад:
Обладнання
Складання та виконання
Складання (1/2)
- Склади дослід за рисунком ліворуч.
- Присунь демонстраційну дошку до краю столу.
- Прикрути тримач із затискачем угорі біля правого краю дошки і закріпи на ньому стрижень із блоком.
- Закріпи волосінь на шківі двигуна й намотай на шків достатньо волосіні, щоб жолобок був заповнений. Потім проведи волосінь через блок до підлоги й відріж її.
Складання (2/2)
- Навантаж тримач для важків із прорізами важками (загальна маса тіла = ), причепи його до волосіні й постав на підлогу.
- Поверни блок зі стрижнем так, щоб волосінь ішла паралельно до дошки.
- Встанови діапазони вимірювання та .
Виконання (1/3)
Дослід 1
- Переведи перемикач у положення G, увімкни блок живлення і встанови напругу приблизно .
- Переведи перемикач у положення M і спостерігай за тілом на волосіні.
- Щойно тіло опиниться безпосередньо під нерухомим блоком, переведи перемикач у положення G і водночас притримай тіло.
- Потім відпусти тіло й спостерігай за лампою розжарювання.
- Зупини тіло на висоті стільниці й постав його.
- Вимкни блок живлення й запиши свої спостереження (1).
Виконання (2/3)
Дослід 2
- Збільш масу тіла до ( + 4 рази по на тримачі для важків), постав тіло на підлогу й трохи натягни волосінь.
- Увімкни блок живлення й встанови напругу приблизно .
- Переведи перемикач у положення M і водночас запусти секундомір, виміряй напругу й силу струму.
- Переведи перемикач у положення G, щойно тіло досягне потрібної висоти підіймання (наприклад, торкнеться нерухомого блока), і водночас зупини секундомір. Постав тіло на стіл.
- За потреби повтори дослід кілька разів і запиши середні значення вимірювань у таблицю.
Виконання (3/3)
Дослід 3
- Зменш масу тіла до ( + на тримачі для важків), постав тіло на підлогу й натягни волосінь.
- Увімкни блок живлення, встанови напругу приблизно і переведи перемикач у положення M.
- Перемкни перемикач у положення G, щойно тіло торкнеться блока, і втримай тіло на цій висоті ( ). Переполюсуй вольтметр.
- Відпусти тіло й водночас увімкни секундомір. Виміряй та і визнач час до удару тіла об підлогу.
- За потреби повтори дослід кілька разів і запиши середні значення вимірювань у таблицю.
Опрацювання результатів
Опрацювання результатів (1/2)
Спостереження до досліду 1:Двигун піднімає тіло. Під час руху тіла вниз лампа розжарювання світиться.
Можлива таблиця:
Двигунові потрібна електрична енергія, щоб підняти тіло. За допомогою двигуна електричну енергію можна перетворити на механічну. Як доводить світіння лампи розжарювання, за допомогою генератора механічну енергію можна перетворити на електричну. Оскільки в усіх цих процесах через тертя у двигуні, а також через нагрівання котушок двигуна виділяється теплота і тим самим частина підведеної енергії знецінюється, ККД цих процесів подекуди значно нижчий за 100%.
Опрацювання результатів (2/2)
Для досліду 2 справджується:
.
Для досліду 3 справджується:
.