БИЛЕТ 3

Q=qm, где

Тепловым двигателем называется устройство, которое совершает механическую работу за счёт подводимой к нему теплоты (теплоты сгорания топлива).

Любой тепловой двигатель состоит из трёх основных частей: рабочего тела (газ или пар), нагревателя и холодильника.

Работа тепловых двигателей состоит из повторяющихся циклических или круговых процессов. После каждого цикла система возвращается в исходное состояние.

Каждый цикл включает в себя следующие процессы:

1. Рабочее тело получает некоторое количество теплоты q1 от нагревателя, температура т1 которого поддерживается высокой;

2. Внутренняя энергия газа увеличивается и газ, расширяясь, совершает работу а1;

3. для возвращения рабочего тела в исходное состояние необходимо сжать газ, т.е. совершить работу А₂ над газом. Чтобы эта работа была меньше той, которую при расширении совершил газ, необходимо газ охладить, т.е. передать часть энергии Q₂ холодильнику.

Рабочему телу передаётся в результате теплообмена количество теплоты Q₁ и совершается над ним работа А_2. Рабочее тело, расширяясь, совершает работу А₁ и передаёт количество теплоты Q₂ холодильнику. На основании первого начала термодинамики, можно записать Q₁+А₂=Q₂+А_1. Следовательно, полезная работа теплового двигателя А=А₁-А₂=Q₁-Q_2.

О тношение полезной работы к количеству теплоту, которое получило рабочее тело от нагревателя, называется коэффициентом теплового двигателя.

Н аибольший КПД можно получить, если двигатель работает по циклу Карно, который состоит из двух изотермических процессов и двух адиабатных процессов (без теплообмена с окружающей средой).

Вредные воздействия тепловых двигателей на окружающую среду происходят вследствие следующих причин:

1. Кпд двигателей меньше 50%, поэтому большая часть энергии рассеивается в окружающее пространство;

2. При сгорании топлива в атмосферу выбрасываются вредные вещества;

3. Увеличение количества углекислого газа в атмосфере усиливает «парниковый эффект» Билет 14

Свободные электромагнитные колебания. Амплитуда, частота и период колебаний. Фаза калебания. Энергетические преобразования при колебаниях.

Колебанием называется процесс, при котором физические величины принимает одинаковые значения через равные промежутки времени.

Колебания характеризуются периодом и частотой.

Период Т – длительность одного колебания.

Частота  - число колебаний в единицу времени.

Гармоническими колебаниями называются колебания, при которых изменение физических величин происходит по закону синуса или косинуса.

х(t)=Аcos(t+₀) или х(t)=Аsin(t+₀), где х(t) – отклонение колеблющейся величины от положения равновесия; А – максимальное отклонение от положения равновесия или амплитуда;  - циклическая или круговая частота, которая связана с периодом и частотой соотношениями =2, =2; =(t+₀) – фаза колебания, показывающая, какая часть периода прошла от начала колебаний; ₀ - начальная фаза.

Единицы измерения =с^-1, =рад/с, =рад.

Электрическая цепь, состоящая из катушки индуктивности и ёмкости, называется колебательным контуром, так как в ней могут происходить свободные электромагнитные колебания.

Свободные электромагнитные колебания в контуре – это периодические изменения заряда на конденсаторе, силы тока в контуре и напряжения на обоих элементах контура, происходящие без потребления энергии от внешних источников.

Период свободных электромагнитных колебаний определяется формулой Томсона

Т=2LC.

Заряд на конденсаторе, ток в цепи, напряжение на обоих элементах контура изменяются по гармоническому закону.

q=q₀cost; U=U₀cost; I=-I₀sint

Поскольку тепловые потери отсутствуют, то полная энергия идеального контура, равная сумме энергий электрического поля в конденсаторе и магнитного поля в катушке, остаётся постоянной.

W=W_эл+W_маг=CU²/2 + LI²/2

В моменты, когда ток в цепи отсутствует, вся энергия сосредоточена в конденсаторе и равна CU²_max/2.

Когда конденсатор разряжен, вся энергия сосредоточена в катушке и равна LI²_max/2.

В результате свободных электромагнитных колебаний в контуре происходит постоянный переход электрической энергии в магнитную и обратно, при этом полная энергия остаётся постоянной.

Возникновение свободных колебаний в контуре обусловлено явлением самоиндукции.

БИЛЕТ 15

Преобразования переменного тока. Повышающие и понижающие трансформаторы, их устройство и принцип действия. Передача электрической энергии на расстояние.

Трансформатор – это электротехническое устройство, служащее для преобразования (повышения или понижения) переменного напряжения.

Состоит трансформатор из двух обмоток – первичной и вторичной, которые намотаны на общий сердечник.

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции.

На первичную обмотку подаётся преобразуемое переменное напряжение. Переменный магнитный поток индуцирует в каждом витке первичной обмотки ЭДС самоиндукции _si. Если этот магнитный поток, благодаря наличию сердечника, практически не рассеивается и пронизывает вторичную обмотку, то в каждом витке вторичной обмотки возникает ЭДС индукции _i= _si. Значения ЭДС, возникающей в первичной и вторичной обмотках, равны Е₁=n₁_si и Е₂=n₂_i соответственно. Следовательно, отношение ЭДС в обмотках равно отношению числа витков n₁/n₂.

Отношение числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной называется коэффициентом трансформации k. Если k1, то трансформатор понижающий; если k1, то – повышающий.

Режимом холостого хода трансформатора называется режим с разомкнутой вторичной обмоткой. Тогда напряжение на вторичной обмотке U₂= n₂_i., а на первичной U₁=Е₁.

Отношения напряжений на первичной и вторичной обмотках равно отношению числа витков этих обмоток U₁/U₂=n₁/n₂.

Рабочим режимом трансформатора называется режим, при котором в цепь его вторичной обмотки включена нагрузка. Тогда U₂=Ei- I₂R_обмот., где I₂ - ток, протекающий во вторичной обмотке.

КПД современных трансформаторов 95-99,5%. Потери энергии происходят из-за выделения тепла в обмотках трансформатора, рассеяния магнитного потока и при перемагничивании сердечника.

Трансформаторы широко используются при передаче электроэнергии на большие расстояния, так как тепловые потери пропорциональны квадрату силы тока, то более выгодно передавать электроэнергию при малом токе.

На электростанции устанавливается повышающий трансформатор, уменьшающий силу тока, а на подстанции, от которой идёт энергия к потребителю, понижающий трансформатор.

.