Загальна інформація
Застосування
Джерело: wikipedia: електростанція Оттенштайн
Перетворення електричної енергії на механічну і навпаки
Перетворення енергії відіграє роль у дуже багатьох сферах життя - наприклад, перетворення механічної енергії на електричну на електростанції. Стає зрозуміло, що кожен із цих процесів перетворення має лише певний ККД, а отже, кожне перетворення спричиняє втрати.
Дослід «Двигун - генератор» слугує для унаочнення роботи гідроакумулювальної електростанції, адже електричну енергію можна запасти у вигляді механічної, а потім, залежно від потреби, знову перетворити на електричну - саме тоді, коли це потрібно.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Електричною енергією називають енергію, яку передають за допомогою електрики або запасають в електричних полях.
Потенціальна енергія описує енергію тіла у фізичній системі, яка визначається його положенням у силовому полі або його поточною конфігурацією.
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 треба визначити ККД кожного з цих перетворень енергії.
Інша інформація (2/2)
Вказівка
Слід стежити за тим, щоб волосінь акуратно намотувалася на шків генератора.
У цих дослідах до двигуна прикладають напругу лише 4...6 В, бо інакше тримач для тягарців підтягується вгору надто швидко. Через це 12-вольтовий двигун працює лише з малим ККД.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Щодо H- і P-формулювань звертайся до паспорта безпеки відповідної хімічної речовини.
Теорія
- Потенціальна енергія:
m = маса
g = прискорення вільного падіння
h = висота над підлогою - Кінетична енергія:
v= швидкість
Джерело: YouTube - EVN
Обладнання
Складання та виконання
Складання (1/3)
- На дошці з модулями скласти електричне коло за рисунком.
- Вимикач замикає коло з лампою. Шків двигуна має бути приблизно на 80 см над стільницею.
- Масштабну лінійку закріпити так, щоб вона показувала від стола прямовисно вгору до двигуна.
Складання (2/3)
- Закріпити волосінь на шківі двигуна; намотати на шків достатньо волосіні, щоб жолобок був заповнений.
- Навантажити тримач прорізними тягарцями (загальна маса тіла = 100 г), зачепити на волосінь і поставити на стільницю.
- Приєднати вихід постійної напруги блока живлення до кола і встановити напругу 4...6 В-.
Складання (3/3)
- Мультиметри ADM3 увімкнути паралельно - для вимірювання напруги, і послідовно - для вимірювання струму.
Вказівка: вимірювальні прилади використовують лише для якісної перевірки. Через дуже короткі наростання напруги чи струму записати точні дані вимірювань майже неможливо. Для цього використовуй датчики Cobra SMARTsense! - Повстяну пластину покласти на стіл так, щоб вона захистила стіл від удару тримача з тягарцями.
Виконання (1/2)
- Увімкнути блок живлення.
- Перемкнути вимикач так, щоб двигун тягнув тримач із тягарцями вгору.
- За заданого налаштування напруги тримач із тягарцями має рухатися у прийнятному темпі. Якщо це не так, збільш або зменш напругу і струм.
Виконання (2/2)
- Привести тягарець у верхнє положення і перевести вимикач у те положення, у якому замкнене коло з лампою.
- Дати тягарцю впасти на повстяну пластину і при цьому спостерігати за лампою.
Опрацювання результатів
Двигун піднімає тримач із прорізними тягарцями. Під час руху вниз лампа розжарювання світиться. Що відбувається при цьому з енергією? Перетягни слова у правильні поля! Двигун потребує ____ енергії, щоб підняти тіло. За допомогою двигуна електричну енергію можна перетворити на ____ енергію. Як доводить світіння лампи розжарювання, за допомогою ____ механічну енергію можна перетворити на електричну. Під час усіх цих процесів через тертя в ____, а також через нагрівання ____ двигуна виділяється теплота. Тому вони мають ККД, який подекуди значно нижчий за 100%.