3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

В чём принцип действия

Принцип действия генератора

Генераторами называются машины, преобразующие механическую энергию в электрическую. Принцип действия генератора основан на явлении электромагнитной индукции, когда в проводнике, двигающемся в магнитном поле и пересекающем его магнитные силовые линии, индуктируется ЭДС. Следовательно, такой проводник может нами рассматриваться как источник электрической энергии.

Способ получения индуктированной ЭДС, при котором проводник перемещается в магнитном поле, двигаясь вверх или вниз, очень неудобен при практическом его использовании. Поэтому в генераторах применяется не прямолинейное, а вращательное движение проводника.

Основными частями всякого генератора являются: система магнитов или чаще всего электромагнитов, создающих магнитное поле, и система проводников, пересекающих это магнитное поле.

Возьмем проводник в виде изогнутой петли, которую в дальнейшем будем называть рамкой (рис. 1), и поместим ее в магнитное поле, создаваемое полюсами магнита. Если такой рамке сообщить вращательное движение относительно оси 00, то стороны ее, обращенные к полюсам, будут пересекать магнитные силовые линии и в них будет индуктироваться ЭДС.

Рис. 1. Индуктирование ЭДС в пелеобразном проводнике (рамке), вращающемся в магнитном поле

Присоединив к рамке при помощи мягких проводников электрическую лампочку, мы этим самым замкнем цепь, и лампочка загорится. Горение лампочки будет продолжаться до тех пор, пока рамка будет вращаться в магнитном поле. Подобное устройство представляет собой простейший генератор, преобразующий механическую энергию, затрачиваемую на вращение рамки, в электрическую энергию.

Такой простейший генератор имеет довольно существенный недостаток. Через небольшой промежуток времени мягкие проводника, соединяющие лампочку с вращающейся рамкой, скрутятся и разорвутся. Для того чтобы избежать подобных разрывов в цепи, концы рамки (рис.2) присоединяются к двум медные кольцам 1 и 2, вращающимся вместе с рамкой.

Эти кольца получили название контактных колец. Отведение электрического тока с контактных колец во внешнюю цепь (к лампочке) осуществляется упругими пластинками 3 и 4, прилегающими к кольцам. Эти пластинки называются щетками.

Рис. 2. Направление индуктированной ЭДС (и тока) в проводниках А и Б рамки, вращающейся в магнитном поле: 1 и 2 — контактные кольца, 3 и 4 — щетки.

При таком соединении вращающейся рамки с внешней цепью разрыва соединительных проводов не произойдет, и генератор будет работать нормально.

Рассмотрим теперь направление индуктирующейся в проводниках рамки ЭДС или, что то же самое, направление индуктированного в рамке тока при замкнутой внешней цепи.

При направлении вращения рамки, которое показано на рис. 2, в левом проводнике АА ЭДС будет индуктироваться в направлении от нас за плоскость чертежа, а в правом ВВ — из-за плоскости чертежа на нас.

Так как обе половины проводника рамки соединены между собой последовательно, то индуктированные ЭДС в них будут складываться, и на щетке 4 будет положительный полюс генератора, а на щетке 3 отрицательный.

Проследим за изменением индуктированной ЭДС за полный оборот рамки. Если рамка, вращаясь в направлении часовой стрелки, повернется на 90° от положения, изображенного на рис. 2, то половинки ее проводника в этот момент будут двигаться вдоль магнитных силовых линий, и индуктирование ЭДС в них прекратится.

Дальнейший поворот рамки еще на 90° приведет к тому, что проводники рамки снова будут пересекать силовые линии магнитного поля (рис. 3), но проводник АА будет при этом по отношению к силовым линиям двигаться не снизу вверх, а сверху вниз, проводник же ВВ, наоборот, будет пересекать силовые линии, двигаясь снизу вверх.

Рис. 3. Изменение направления индуктированной э. д. с. (и тока) при повороте рамки на 180° по отношению к положению, приведенному на рис. 2.

При новом положении рамки направление индуктированной ЭДС в проводниках АЛ и ВВ изменится на обратное. Это следует из того, что самое направление, в котором каждый из этих проводников пересекает в этом случае магнитные силовые линии, изменилось. В результате полярность щеток генератора также изменится: щетка 3 станет теперь положительной, а щетка 4 отрицательной.

Вращая рамку дальше, снова будем иметь движение проводников АА и ВВ вдоль магнитных силовых линий, а в дальнейшем — повторение всех процессов сначала.

Таким образом, за один полный оборот рамки индуктированная ЭДС дважды меняла свое направление, причем величина ее за это же время также дважды достигала наибольших значений (когда проводники рамки проходили под полюсами) и дважды равнялась нулю (в моменты движения проводников вдоль магнитных силовых линий).

Вполне понятно, что изменяющаяся по направлению и величине ЭДС вызовет в замкнутой внешней цепи изменяющийся по направлению и величине электрический ток.

Так, например, если к зажимам данного простейшего генератора присоединить электрическую лампочку, то за первую половину оборота рамки электрический ток через лампочку будет идти в одном направлении, а за вторую .половину оборота — в другом.

Рис. 4. Кривая изменения индуктированного тока за один оборот рамки

Представление о характере изменения тока при повороте рамки на 360°, т. е. за один полный оборот, дает кривая на рис. 4. Электрический ток, непрерывно изменяющийся по величине и направлению, носит название переменного тока.

Принцип действия генератора постоянного напряжения

Когда-то генераторы постоянного тока, преобразующие механическую энергию в электрическую, были единственными источниками электроэнергии. На сегодня чаще всего используются надежные трехфазные преобразователи переменного тока. Но в некоторых отраслях постоянный ток был регулярно востребован, поэтому устройства для выработки последнего неизменно совершенствовались.

Как работает

Функционирование генератора основывается на свойствах, которые следуют из известного закона электромагнитной индукции. Когда замкнутый контур разместить между полюсами магнита (постоянного), то в условиях вращения он будет проходить через магнитный поток. Во время перехода вырабатывается электродвижущая сила, возрастающая при приближении к полюсу. В случае, если присоединить нагрузку, то образуется поток тока. Когда витки рамки будут выходить из области воздействия магнита, то ЭДС будет уменьшаться и достигнет нуля при горизонтальном положении рамки. При дальнейшем вращении противолежащие контурные части изменят магнитную полярность.

Значения ЭДС в активных обмотках контура вычисляются по формулах: е1= В I v sin wt, е2= — В I v sin wt, где I — длинна одной стороны рамки, В — магнитная индукция, v — скорость вращения (линейная) контура, t — время, wt — угол пересечения магнитного потока рамкой.

Направление тока меняется в период смены полюсов. Поскольку вращение коллектора происходит одновременно с рамой, то электроток на нагрузке имеет одинаковое направление. Такая схема лежит в основе выработки постоянного электричества. Суммарная ЭДС будет иметь следующий вид: е= 2В I v sin wt.

Такой ток почти непригоден для применения, поскольку присутствуют пульсации ЭДС. Последние надо уменьшать к допустимому уровню. Для этой цели применяют много магнитных полюсов, рамки заменяют якорями, у которых намного больше обмоток и коллекторов. К тому же, соединение обмоток выполняется разными методами.

Ротор производится из стали. В пазы на сердечниках укладываются витки провода, которые составляют рабочую обмотку якоря. Проводники соединяют последовательно. Они образуют секции, создающие замкнутую цепь.

Интересно! Для процесса генерации неважно: вращаются обмотки контура или магнит. По этой причине роторы для маломощных альтернаторов изготавливают из постоянных магнитов, а переменный ток выпрямляют при помощи диодных мостов или иными схемами.

Узнать, из чего состоит генератор постоянного тока, поможет картинка 4.

Установка состоит из главных узлов:

  • неподвижная часть — главные и дополнительные полюса, станина;
  • вращающаяся часть (якорь) — стальной сердечник, коллектор.

В процессе работы установки ток проводится сквозь обмотку и образуется магнитный поток полюсов. Специальные неподвижные щетки (из сплава графита) способствуют объединению обеих частей генератора в единую цепь.

Устройство и принцип действия генератора постоянного тока за долгий период применения остались прежними, несмотря на некоторые совершенствования.

Классификация

Существуют генераторы постоянного тока с независимым возбуждением обмоток, с самовозбуждением. Последние модели используют электричество, которое ими же вырабатывается. По способу объединения обмоток якорей альтернаторы делят на устройства с возбуждением следующих типов:

Схема генератора постоянного тока представлена на картинке 5.

С параллельным возбуждением

Чтобы электроприборы работали в нормальном режиме, необходимо стабильное напряжение, которое не зависит от изменений в общей нагрузке. Эта проблема решается методом настройки параметров возбуждения. В таких генераторах катушка подключена (через реостат) параллельно обмотке якоря. Реостат может замыкают обмотку. В противном случае при разъединении цепи возбуждения внезапно повысится ЭДС самоиндукции, что может повредить изоляционный материал. В состоянии непродолжительного замыкания энергия превращается в тепловую, чем предотвращается разрушение устройства.

Электромашины с возбуждением такого вида не требуют внешнего источника питания. Самовозбуждение обмоток происходит под действием остаточного магнетизма в сердечнике магнита. Последние, для улучшения описанного процесса, производят из стали. Самовозбуждение длится до тех пор, пока ток не станет максимальным, а электродвижущая сила не покажет номинальное значение.

Преимущество вышеописанных электрогенераторов в том, что на них почти не влияют электротоки при коротком замыкании.

С независимым возбуждением

Источниками питания для обмоток нередко стают аккумуляторы или же иные устройства. В машинах с малой мощностью применяются постоянные магниты, обеспечивающие присутствие главного магнитного потока. На валу альтернатора располагают микрогенератор (возбудитель), который вырабатывает электроток для возбуждения якорных обмоток. Для этой цели необходимо от 1 до 3 % номинального тока якоря. Изменение электродвижущей силы выполняется регулирующим реостатом.

Читать еще:  Как избавиться цирроза печени

Достоинство: на возбуждающий ток не имеет воздействия напряжение на зажимах.

С последовательным возбуждением

Последовательными обмотками вырабатывается ток, который равняется электротоку альтернатора. В случае холостого хода отсутствует нагрузка, поэтому возбуждение нулевое. Это обозначает, что регулировочные свойства не существуют.

В агрегате с последовательным возбуждением почти нет тока, если ротор вращается на холостых оборотах. Чтобы запустить возбуждение, требуется подключение нагрузки к зажимам устройства. Явная связанность напряжения с нагрузкой считается огромным минусом последовательных обмоток. Подобные агрегаты используются лишь для питания электрических приборов, у которых нагрузка постоянная.

Со смешанным возбуждением

Самые лучшие свойства собраны в конструкции агрегатов со смешанным возбуждением. Особенность устройств в том, что они состоят из двух катушек:

  • основная — подключена параллельным способом к обмоткам якоря;
  • вспомогательная — подключена последовательным способом.

В цепи основной присутствует реостат, который регулирует ток возбуждения. Процедура самовозбуждения генератора со смешанным типом такая же, как у агрегата с параллельными обмотками (в самовозбуждении не принимает участия последовательная обмотка, так как отсутствует исходный ток). А свойства холостого хода идентичны характеристикам генератору с параллельной обмоткой. Такие особенности разрешают настраивать напряжение на зажимах устройства.

Технические параметры

Работа генератора определяется зависимостью между основными величинами, которые являются его главными характеристиками:

  • отношения между величинами на холостом ходу;
  • внешние параметры;
  • регулировочные значения.

Внешняя характеристика генератора постоянного тока крайне важна, так как раскрывает взаимосвязь напряжения и нагрузки. Она отображена на графике. Согласно последнего наблюдается незначительное уменьшение напряжения, но оно почти не зависит от нагрузочного тока (если сохраняется скорость оборотов двигателя).

В устройствах с параллельным возбуждением больше выражено влияние нагрузки на напряжение. Это объясняется уменьшением тока в обмотках. Чем выше ток нагрузки, тем быстрее будет уменьшаться напряжение на зажимах агрегата.

Если увеличить величину тока при последовательном возбуждении, то вырастет ЭДС. Но напряжение не достигнет высокого значения электродвижущей силы, так как часть энергии уйдет на потери от вихревых токов.

При достижении напряжением максимального значения и одновременным увеличением нагрузки, первое начинает стремительно снижаться в то время, как кривая электродвижущей силы продолжает подниматься. Это считается большим недостатком, ограничивающим использование генератора такого типа.

В устройствах со смешанным возбуждением предвиденные встречные подключения обеих катушек. Конечная сила при однонаправленном подключении равняется сумме векторов намагничивающих сил, при встречном — их разнице.

При равномерном увеличении нагрузки напряжение на зажимах почти не меняется. Оно будет расти лишь тогда, если число проводов последовательной обмотки превышает число витков, которое соответствует номинальному возбуждению якоря.

Генераторы со встречным включением применяются в том случае, если нужно ограничить токи короткого замыкания. К примеру, при подсоединении аппаратов для сварки.

Важной характеристикой генератора считается его КПД — соотношение полезной и полной мощности: η = P 2 / P1. При холостом ходе такое отношение равно нулю (η=0). При номинальных нагрузках КПД достигнет максимального значения. Мощные агрегаты имеют коэффициент полезного действия около 90 %.

Электродвижущая сила (ее значение) пропорциональна магнитному потоку, числу проводников (активных) в обмотках, частоте вращения якоря. Если менять последние параметры, то можно легко управлять значением ЭДС. Последнее относится и к напряжению. Нужный результат достигается методом изменения частоты вращения якоря.

Мощность

Выделяют полезную и полную мощности устройства. При постоянной электродвижущей силе полная мощность находится в прямо пропорциональной зависимости от тока: P=EIa. Полезная, которая отдается в цепь, Р1=UI.

Реакция якоря

Если к альтернатору подключить внешнюю нагрузку, то электротоки его обмотки создадут магнитное поле. Тогда возникнет сопротивление полей якоря и статора. Поле будет самым сильным в тех местах, где ротор приближается к магнитным полюсам, очень слабым — в точках максимального удаления. Ротор чувствует магнитное насыщение стальных катушечных сердечников. Сила реакции напрямую зависит от насыщенности в проводах. В результате на пластинках коллекторов будет происходить искрение щеток.

Уменьшение реакции достигается при использовании восполняющих магнитных полюсов или передвижением щеток с линии оси.

Где используются

Еще совсем недавно генераторы постоянного тока устанавливались на транспорте для железных дорог. Но сейчас их вытесняют синхронные трехфазные устройства. Переменный ток синхронных агрегатов выпрямляют полупроводниковыми установками. Некоторые новые локомотивы используют асинхронные двигатели, которые работают на переменном токе.

Такие же обстоятельства и с автогенераторами, которые постепенно замещают асинхронными устройствами с дальнейшим выпрямлением.

Стоит заметить, что передвижное оборудование для сварки (имеющие автономное питание) обычно находится в паре с таким генератором. Отдельные отрасли промышленности продолжают применять мощные агрегаты описанного типа.

В чем заключается принцип действия конденсаторной взрывной машинки?

Взрывная машинка (подрывная машинка) — переносной источник электрического тока для взрывания электродетонаторов. Широко применяется для промышленных взрывных работ

Наибольшее распространение получили конденсаторные. Принцип её работы основан на том, что при вращении приводной ручки генератора, происходит накопление электрического заряда в электролитическом конденсаторе большой ёмкости, а при нажиме на кнопку взрыва в таких машинках как КПМ-1А У1 электрический заряд напряжением 1500 вольт и силой тока около 6-8 ампер подаётся на выходные клеммы машинки. Такого электрического заряда достаточно, чтобы взорвать до 100 электродетонаторов, соединённых последовательно или до 5 электродетонаторов, соединённых параллельно, при условии что общее сопротивление электровзрывной сети не должно превышать 350 ом.

69) Из какого места можно проводить замеры проводимости и сопротивления электровзрывной сети?

Назовите показатели, от которых зависит величина сопротивления электровзрывной сети?

Электровзрывная сеть состоит из магистральной и распределительных сетей и электродетонаторов. Распределительная сеть включает концевые, участковые и соединительные провода.

Расчет электровзрывной сети сводится к определению общего сопротивления сети R и расчету силы тока, проходящего через электродетонатор, который не может быть меньше гарантийного тока при групповом взрывании. После этого определяют необходимое напряжение и подбирают источник тока

В электровзрывных сетях .применяют три типа соединений проводов: последовательное, параллельное и смешанное.

Последовательное соединение.Достоинством такой схемы является простота ее расчета, монтажа и контроля. Недостатки последовательной схемы сводятся к ограниченности числа одновременно взрываемых электродетонаторов и возможности отказа цепи в случае неисправности хотя бы одного электродетонатора (или повышенной его чувствительности) или разрыва какого-либо провода в сети.

Общее сопротивление электровзрывной сети (Ом) при последовательном соединении определяется как сумма сопротивлений проводов — магистральных Rм, соединительных участковых Rу, концевых Rк и сопротивлений электродетонаторов Rд:

где n — общее число электродетонаторов, включенных в сеть.
Сила тока, проходящего через каждый электродетонатор при последовательном соединении,

где U — напряжение на зажимах источника тока, В; Rп — внутреннее сопротивление источника тока, Ом.
Параллельное соединение применяют при взрывании большого числа электродетонаторов, расположенных в одном месте. При этом требуется мощный источник тока с таким расчетом, чтобы на каждый электродетонатор подавать ток силой в 0,5—1 А.

Недостатком параллельного соединения является невозможность контроля за проводимостью всех электродетонаторов, сложность расчета электровзрывных сетей, большой расход проводов.

В схемах параллельного соединения различают два их вида: пучковое и параллельно-ступенчатое.
Пучковое соединение — это соединение, когда все электродетонаторы присоединяют к магистральным проводам в двух точках, т. е. один концевой провод каждого электродетонатора присоединяют к одному магистральному приводу, а другой — к другому (рис. 8.6, а).

Величина тока в сети Iобщ при этом равна сумме токов, проходящих по разветвлениям:

где I1, I2. In — сила тока в отдельных ветвях, А.

Общее сопротивление сети R0бт (Ом) при пучковом соединении определяют по выражению

где R1, R2. Rn — сопротивления отдельных ветвей, Ом.

Если сопротивление ветвей одинаково, то общее сопротивление

где Rв — сопротивление отдельной ветви, Ом; N — число параллельных ветвей.

При параллельно-ступенчатом соединении электродетонаторы присоединяются к магистрали в разных точках сети (рис. 8.6,б).
Такое соединение применяют лишь в тех случаях, когда сопротивления участковых проводов очень малы и сопротивления электродетонаторов одинаковы. Расчет таких сетей весьма сложен.

71) Какую макс. Силу может иметь ток, подаваемый измерительными приборами в электровзрывную сеть.

Дата добавления: 2018-08-06 ; просмотров: 270 ; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ

Принцип работы реактивного двигателя. Описание и устройство

Реактивное движение – это такой процесс, при котором от определенного тела с некоторой скоростью отделяется одна из его частей. Сила, которая возникает при этом, работает сама по себе, без малейшего контакта с внешними телами. Реактивное движение стало толчком к созданию реактивного двигателя. Принцип работы его основан именно на этой силе. Как же действует такой двигатель? Попробуем разобраться.

Исторические факты

Идею использования реактивной тяги, которая позволила бы преодолеть силу притяжения Земли, выдвинул в 1903 году феномен российской науки – Циолковский. Он опубликовал целое исследование на данную тему, но оно не было воспринято серьезно. Константин Эдуардович, пережив смену политического строя, потратил годы трудов, чтобы доказать всем свою правоту.

Сегодня очень много слухов о том, что первым в данном вопросе был революционер Кибальчич. Но завещание этого человека к моменту публикации трудов Циолковского было погребено вместе с Кибальчичем. Кроме того, это был не полноценный труд, а лишь эскизы и наброски – революционер не смог подвести надежную базу под теоретические выкладки в своих работах.

Как действует реактивная сила?

Чтобы понять принцип работы реактивного двигателя, нужно понимать, как действует эта сила.

Читать еще:  Гепатит с статистика

Итак, представим выстрел из любого огнестрельного оружия. Это наглядный пример действия реактивной силы. Струя раскаленного газа, который образовался в процессе сгорания заряда в патроне, отталкивает оружие назад. Чем мощнее заряд, тем сильнее будет отдача.

А теперь представим процесс зажигания горючей смеси: он проходит постепенно и непрерывно. Именно так выглядит принцип работы прямоточного реактивного двигателя. Подобным образом работает ракета с твердотопливным реактивным двигателем – это наиболее простая из его вариаций. С ней знакомы даже начинающие ракетомоделисты.

В качестве горючего для реактивных двигателей вначале применяли дымный порох. Реактивные двигатели, принцип работы которых был уже более совершенен, требовали топлива с основой из нитроцеллюлозы, которая растворялась в нитроглицерине. В больших агрегатах, запускающих ракеты, выводящие шаттлы на орбиту, сегодня используют специальную смесь полимерного горючего с перхлоратом аммония в качестве окислителя.

Принцип действия РД

Теперь стоит разобраться с принципом работы реактивного двигателя. Для этого можно рассмотреть классику – жидкостные двигатели, которые практически не изменились со времен Циолковского. В этих агрегатах применяется топливо и окислитель.

В качестве последнего используется жидкий кислород либо же азотная кислота. В качестве горючего применяют керосин. Современные жидкостные двигатели криогенного типа потребляют жидкий водород. Он при окислении кислородом увеличивает удельный импульс (на целых 30 процентов). Идея о том, что можно использовать водород, также родилась в голове Циолковского. Однако на тот момент по причине чрезвычайной взрывоопасности пришлось искать другое горючее.

Принцип работы состоит в следующем. Компоненты поступают в камеру сгорания из двух отдельных баков. После смешивания они превращаются в массу, которая при сгорании выделяет огромное количество тепла и десятки тысяч атмосфер давления. Окислитель подается в камеру сгорания. Топливная смесь по мере прохождения между сдвоенными стенками камеры и сопла охлаждает эти элементы. Далее горючее, подогретое стенками, попадет через огромное количество форсунок в зону воспламенения. Струя, которая формируется при помощи сопла, вырывается наружу. За счет этого и обеспечивается толкающий момент.

Кратко принцип работы реактивного двигателя можно сравнить с паяльной лампой. Однако последняя устроена значительно проще. В схеме ее работы нет различных вспомогательных систем двигателя. А это компрессоры, нужные для создания давления впрыска, турбины, клапана, а также прочие элементы, без которых реактивный двигатель просто невозможен.

Несмотря на то что жидкостные двигатели потребляют очень много горючего (расход топлива составляет примерно 1000 грамм на 200 килограммов груза), их до сих пор используют в качестве маршевых агрегатов для ракеты-носителей и маневровых для орбитальных станций, а также других аппаратов космического назначения.

Устройство

Устроен типичный реактивный двигатель следующим образом. Основные его узлы — это:

— камера для сгорания;

Рассмотрим данные элементы более подробно. Компрессор представляет собой несколько турбин. Их задача – всасывать и сжимать воздух по мере того, как он проходит через лопасти. В процессе сжатия повышается температура и давление воздуха. Часть такого сжатого воздуха подается в камеру сгорания. В ней воздух смешивается с топливом и происходит воспламенение. Этот процесс еще больше увеличивает тепловую энергию.

Смесь выходит из камеры сгорания на высокой скорости, а затем расширяется. Далее она следует еще через одну турбину, лопасти которой вращаются за счет воздействия газов. Эта турбина, соединяясь с компрессором, находящимся в передней части агрегата, и приводит его в движение. Воздух, нагретый до высоких температур, выходит через выпускную систему. Температура, уже достаточно высокая, продолжает расти за счет эффекта дросселирования. Затем воздух выходит окончательно.

Мотор самолета

В самолетах также используются эти двигатели. Так, например, в огромных пассажирских лайнерах устанавливают турбореактивные агрегаты. Они отличаются от обычных наличием двух баков. В одном находится горючее, а в другом – окислитель. В то время как турбореактивный мотор несет только топливо, а в качестве окислителя используется воздух, нагнетаемый из атмосферы.

Турбореактивный мотор

Принцип работы реактивного двигателя самолета основан на той же реактивной силе и тех же законах физики. Самая важная часть – это лопасти турбины. От размеров лопасти зависит итоговая мощность.

Именно благодаря турбинам вырабатывается тяга, которая нужная для ускорения самолетов. Каждая из лопастей в десять раз мощнее обыкновенного автомобильного ДВС. Турбины установлены после камеры сгорания там, где наиболее высокое давление. А температура здесь может достигать полутора тысяч градусов.

Двухконтурный РД

Эти агрегаты имеют массу преимуществ перед турбореактивными. Например, значительно меньший расход топлива при той же мощности.

Но сам двигатель имеет более сложную конструкцию и больший вес.

Да и принцип работы двухконтурного реактивного двигателя немного другой. Воздух, захватываемый турбиной, частично сжимается и подается в первый контур на компрессор и на второй – к неподвижным лопастям. Турбина при этом работает в качестве компрессора низкого давления. В первом контуре двигателя воздух сжимается и подогревается, а затем посредством компрессора высокого давления подается в камеру сгорания. Здесь происходит смесь с топливом и воспламенение. Образуются газы, которые подаются на турбину высокого давления, за счет чего и вращаются лопасти турбины, подающие, в свою очередь, вращательное движение на компрессор высокого давления. Затем газы проходят через турбину низкого давления. Последняя приводит в действие вентилятор и, наконец, газы попадают наружу, создавая тягу.

Синхронные РД

Это электрические моторы. Принцип работы синхронного реактивного двигателя аналогичен работе шагового агрегата. Переменный ток подается на статор и создает магнитное поле вокруг ротора. Последний вращается за счет того, что пытается минимизировать магнитное сопротивление. Эти моторы не имеют отношения к освоению космоса и запуску шаттлов.

Принцип наименьшего действия

Принцип наименьшего действия, точнее, принцип стационарности действия — способ получения уравнений движения физической системы при помощи поиска стационарного (часто — экстремального, обычно, в связи со сложившейся традицией определения знака действия, наименьшего) значения специального функционала — действия.

Принцип стационарности действия — наиболее важный среди семейства экстремальных принципов. Не все физические системы имеют уравнения движения, которые можно получить из этого принципа, однако все фундаментальные взаимодействия ему подчиняются, в связи с чем этот принцип является одним из ключевых положений современной физики. Получаемые с его помощью уравнения движения имеют название уравнений Эйлера — Лагранжа.

Первую формулировку принципа дал П. Мопертюи (P. Maupertuis) в 1744 году, сразу же указав на его универсальную природу, считая его приложимым к оптике и механике. Из данного принципа он вывел законы отражения и преломления света.

В классической механике

Необходимо вначале, на примере физической системы с одной степенью свободы, напомнить, что действие, о котором идёт речь — это функционал, то есть правило, которое каждой функции $ q(t) $ сопоставляет некоторое число. Действие имеет вид: $ S[q] = int mathcal(q(t),dot(t),t) dt $ , где $ mathcal(q(t),dot(t),t) $ есть лагранжиан системы, зависящий от обобщённой координаты $ q $ , её первой производной по времени $ dot $ , а также, возможно, и явным образом от времени $ t $ . Если система имеет большее число степеней свободы $ n $ , то лагранжиан зависит от большего числа обобщённых координат $ q_i(t), i=1,2,dots,n $ и их первых производных по времени. Таким образом, действие является функционалом, зависящим от траектории тела.

Действие можно вычислить для совершенно произвольной траектории $ q(t) $ , какой бы «дикой» и «неестественной» она бы ни была. Однако в классической механике среди всего набора возможных траекторий существует одна-единственная, по которой тело действительно пойдёт. Принцип стационарности действия как раз и даёт ответ на вопрос, как действительно будет двигаться тело:

между двумя заданными точками тело движется так, чтобы действие было стационарным.

Это значит, что если задан лагранжиан системы, то мы с помощью вариационного исчисления можем установить, как именно будет двигаться тело, сначала получив уравнения движения — уравнения Эйлера — Лагранжа, а затем решив их.

Необходимо заметить, что если из условий задачи принципиально можно найти закон движения, то это автоматически не означает, что можно построить функционал, принимающий стационарное значение при истинном движении. Примером может служить совместное движение электрических зарядов и монополей — магнитных зарядов — в электромагнитном поле. Их уравнения движения невозможно вывести из принципа стационарности действия. Аналогично некоторые гамильтоновы системы имеют уравнения движения, не выводимые из этого принципа.

В механике сплошных сред и классической теории поля

Аналогично вводится понятие действия в механике сплошной среды и классической теории поля. В них действие включает в себя интеграл от лагранжевой плотности, зависящей от параметров среды (поля) в каждой точке пространства и их производных по пространственным координатам и времени. Получаемые варьированием действия уравнения движения становятся уравнениями в частных производных.

Принцип стационарности действия оказался одним из самых простых способов обеспечить релятивистскую инвариантность уравнений движения — для этого достаточно, чтобы лагранжева плотность была скаляром (инвариантом) при преобразованиях системы референции, например, преобразованиях Лоренца. Из-за этого роль принципа существенно возросла в релятивистской физике.

Надо заметить, что применение принципа стационарности действия к теории поля (например, к электродинамике) иногда сталкивается с некоторыми специфическими проблемами, впрочем, разрешимыми.

В квантовой механике

В квантовой механике уже никто не требует от частицы двигаться одним образом и не двигаться другим. Мы просто честно говорим то, что диктуется законами квантовой механики. А именно:

Читать еще:  Виды и признаки желтушки у новорождённых

частица движется из начального состояния в конечное сразу по всем мыслимым траекториям (которых, очевидно, бесконечное число). Волновая функция частицы является суммой волновых функций всех этих траекторий и записывается в виде функционального интеграла $ psi=int [Dx] e ^ <(/)>,. $

Здесь $ int [Dx] $ — это условная запись бесконечнократного функционального интегрирования по всем траекториям x(t), а $ hbar $ — постоянная Планка. Подчеркнём, что в принципе действие в экспоненте появляется (или может появляться) само, при изучении оператора эволюции в квантовой механике, однако для систем, имеющих точный классический (неквантовый) аналог, оно в точности равно обычному классическому действию.

Математический анализ этого выражения в классическом пределе — при достаточно больших $ S/hbar $ , то есть при очень быстрых осцилляциях мнимой экспоненты — показывает, что подавляющее большинство всевозможных траекторий в этом интеграле взаимосокращаются при в этом пределе (формально при $ S/hbar rightarrow infty $ ). Для почти любого пути найдется такой путь, на котором набег фазы будет в точности противоположным, и они в сумме дадут нулевой вклад. Не сокращаются лишь те траектории, для которых действие близко к экстремальному значению (для большинства систем — минимуму). Это — чисто математический факт из теории функций комплексного переменного; на нём, например, основан метод стационарной фазы.

В результате частица в полном согласии с законами квантовой механики движется одновременно по всем траекториям, но в обычных условиях в наблюдаемые значения дают вклад только траектории, близкие к стационарным (то есть классическим). Поскольку квантовая механика переходит в классическую в пределе больших энергий, то можно считать, что это — квантовомеханический вывод классического принципа стационарности действия.

Открытие формулировки квантования в терминах функциональных интегралов (часто также говорят: «интегралы по путям», «интегралы по траекториям» или «суммирование историй») принадлежит Ричарду Фейнману, как и установления ее связи с классическим пределом.

В квантовой теории поля

В квантовой теории поля принцип стационарности действия также успешно применяется. В лагранжеву плотность здесь входят операторы соответствующих квантовых полей. Хотя правильнее тут в сущности (за исключением классического предела и отчасти квазиклассики) говорить не о принципе стационарности действия, а о фейнмановском интегрировании — описанном в предыдущем параграфе — по траекториям в конфигурационном или фазовом пространстве этих полей — с использованием упомянутой только что лагранжевой плотности.

Литература

  • Вариационные принципы механики. Сб. статей классиков науки. Под редакцией Полака Л.С. М.: Физматгиз. 1959.
  • Бердичевский В. Л. Вариационные принципы механики сплошной среды. М.: Наука, 1983. — 448 с.
  • Веретенников В. Г., Синицын В. А. Метод переменного действия. 2-ое издание. М.: Физматлит, 2005.
  • Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М. Механика. — Издание 4-е, исправленное. — М .: Наука, 1988. — 215 с. — («Теоретическая физика», том I). — ISBN 5-02-013850-9
  • Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М. Теория поля. — Издание 7-е, исправленное. — М .: Наука, 1988. — 512 с. — («Теоретическая физика», том II). — ISBN 5-02-014420-7
  • Ланцош К. Вариационные принципы механики. М.: Физматгиз. 1965. — 408 с.
  • Полак Л. С. «В. Р. Гамильтон и принцип стационарности действия» Изд-во АН СССР, 1936. — 272 с.
  • Фейнман Р., Хибс А. Квантовая механика и интегралы по траекториям. Пер с англ. — М .: Мир, 1968. 384 с.
  • Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Том 6: Электродинамика. Перевод с английского (издание 3). — Эдиториал УРСС. — ISBN 5-354-00704-6

— глава 19: Принцип наименьшего действия. (Это простое введение).

См. также

Ссылки

Эта страница использует содержимое раздела Википедии на русском языке. Оригинальная статья находится по адресу: Принцип наименьшего действия. Список первоначальных авторов статьи можно посмотреть в истории правок. Эта статья так же, как и статья, размещённая в Википедии, доступна на условиях CC-BY-SA .

Все статьи с тегом — Принцип действия

Миограф: классификация и принцип действия устройства

Принцип действия миографа. Процедура производится натощак, прием лекарств прекращается за день до исследования. Сеанс в среднем занимает час — полчаса.

Миограф — портативный, стационарный прибор, с помощью которого можно выявить причины спазмов, параличей, парезов. Оборудование позволяет диагностировать полимиозиты, миелопатию, атрофию мышц. Существуют модификации для спортивной медицины, диагностические модификации, компьютерные модели, электромиографы. Самый точный результат дают игольчатые электроды, накожные модели дают общее представление о течении болезни. Принцип действия миографа Процедура производится натощак, прием лекарств прекращается за день до исследования.

Принцип действия и устройство ловушек Mosquito Magnet

Ваш двор без комаров с Mosquito Magnet. Оглавление: Принцип действия и устройство ловушек Mosquito Magnet. Каждого хозяина частного дома хотя бы раз в жизни настигала проблема.

Каждого хозяина частного дома хотя бы раз в жизни настигала проблема борьбы с кровососущими насекомыми в помещении и во дворе. С первым весенним потеплением мошки и комары навязчиво и бесцеремонно заполняют жилое пространство и не стремятся его покидать. Однако, с установками Mosquito Magnet о проблемах с кровопийцами можно забыть навсегда. Универсальная и невероятно мощная электронная ловушка для москитов была разработана на основе более чем двадцатилетних исследований, которые поэтапно подводили к созданию наиболее эффективной технологии борьбы с насекомыми.

Принцип действия новых насосов Sololift2

Принцип работы все насосов общий: сточная вода из подключенных разнообразных сантехнических устройств поступает в насосную установку, при этом повышается уровень воды.

Сегодня практически везде можно достать приборы предыдущего поколения Sololift , предназначенные для практически чистых стоков от душевых кабин, унитазов, раковин, ванн и т.д. Их особенность в том, что они не могут применяться в агрессивных условиях эксплуатации, к которым относятся химические среды жидкости, высокая их температура (порядка 90 градусов), а также большое количество твердых фракций (кроме туалетной бумаги). Многие модели, хотя и были снабжены режущим механизмом, не были способны справляться с пластиком, бумагой, тканью и т.

Использование керамических обогревателей в быту | Техника для.

Принцип действия заключается в использовании принудительной конвекции.

Керамический обогреватель. Преимущества использования Система отопления не всегда справляется с функцией обогрева помещений, поэтому приходится прибегать к помощи дополнительных элементов. Один из вариантов — применение керамических нагревателей, которые обладают рядом плюсов и особенностей. К преимуществам керамических обогревателей относят: Низкая степень осушения воздуха; Возможность дистанционного управления; Низкий уровень шума при работе; Низкий уровень потребления энергии.

Основной принцип действия звукоизоляции автомобиля.

Как звучит тишина при звукоизоляции автомобиля. Основной принцип действия звукоизоляции автомобиля. Ощутить комфорт езды в тишине можно в любой марке авто.

Ощутить комфорт езды в тишине можно в любой марке авто, будь то машина отечественного или иностранного производства. Для защиты от посторонних звуков достаточно провести частичную или полную шумоизоляцию специальными материалами. Как звучит тишина при звукоизоляции автомобиля. Профессиональный опыт замера звуков эксплуатации разных марок позволяет рассмотреть в деталях разницу в посторонних шумах, вызванных разными источниками и факторами. Обесшумка авто – это целая наука, поэтому лучше обратиться за помощью в специализированную компанию.

Особенности применения и принцип действия пирометра

На чем же основан принцип действия пирометра? На том, что любое тело, имеющее любую температуру выше или ниже нуля, излучает в окружающее пространство собственную.

Устали рисковать ежедневно, близко подходя к горячему объекту, у которого необходимо измерить температуру? Тогда именно для Вас были разработаны и выпущены в продажу пирометры бесконтактные. Для промышленности этот прибор – незаменим, и не только потому, что позволяет устранить возможность получения персоналом травм (ожогов), но и потому, что позволяет в сравнительно небольшие временные сроки с отменной точностью определить температуру объекта. Наиболее популярной моделью, которая широко используется на большинстве заводов РФ, является пирометр «ADA TemPro 550», который представляет собой достаточно компактный прибор в виде пистолета.

Принцип действия гирудотерапии

Принцип действия гирудотерапии. Во-первых, лечение пиявками можно назвать одним из вариантов рефлексотерапии, так как сам укус в определенных биологически активных точках на.

Все мы помним, пожалуй, самого знаменитого адепта гирудотерапии Дуремара из мультфильма «Приключения Буратино». А ведь его песенка о лечебных свойствах пиявок совсем не далека от истины! Сегодня этот древнейший метод врачевания вновь набирает популярность, являя собой одно из наиболее эффективных немедикаментозных направлений медицины. О пиявках В гирудотерапии используют только один вид пиявок, которые называются Hirudo medicinalis и выращиваются на специальных фермах. Визуально они отличаются от своих обитающих в болотах родственниц меньшими размерами.

Принцип действия термоусадочной муфты

Принцип действия термоусадочной муфты. Для герметизации швов на теплотрассах используются полиэтиленовые муфты, диаметр которых должен превышать диаметр ППУ.

Для того чтобы соединить отдельные участки различных трубопроводов широко используются специальные термоусадочные муфты, которые прекрасно справляются с задачей герметизации и заделки швов теплотрасс и отопительных систем. Большая часть современных теплотрасс строится с однородной ППУ изоляцией, которая позволяет эффективно сберегать тепло транспортируемого по ней теплоносителя. Конечно, теплотрассы не могут изготавливаться целиком, они состоят из секций соединенных между собой, и основной процент потери тепла приходится именно на стыки.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector