Как найти кпд двигателя холодильника

Коэффициент полезного действия – очень важная характеристика, которая одной из первых учитывается при приобретении оборудования. Это параметр работы любого устройства, для которого особое значение имеет эффективность преобразования энергии.

По определению, полезность оборудования определяется формулой соотношения полезно используемой энергии к максимальной и выражается в виде коэффициента η (эта).

Это в упрощенном понимании и есть искомый коэффициент, КПД холодильника и нагревателя, который можно найти в любой технической инструкции.

Коэффициент полезного действия холодильника

При этом нужно знать некоторые технические моменты

Условно можно сказать, что ее внутренний объем представляет собой резервуар с холодным воздухом, а окружающая среда имеет более высокую температуру. Для отведения теплоты из внутреннего пространства во внешнюю среду используется электрическая энергия. Коэффициент полезного действия будет зависеть от протекающих процессов. Поэтому КПД холодильной машины – это отношение выработанного холода к затраченной работе.

Коэффициент полезного действия устройства и комплектующих

Коэффициент полезного действия холодильника рассматривается как КПД установленного компрессора или двигателя.

КПД двигателя вашего холодильного устройства связан с мощностью и энергопотреблением. Очевидно, что чем меньше коэффициент, тем больше количество электричества модель потребляет, тем менее оно эффективно. То есть максимальный коэффициент можно косвенно определить по классу энергопотребления – А+++.

Рабочее тело холодильной машины называют хладагентом. Мы условно будем считать его газом, который поглощает теплоту при расширении и отдаёт при сжатии (в реальных холодильных установках хладагент – это летучий раствор с низкой температурой кипения, который забирает теплоту в процессе испарения и отдаёт при конденсации). Холодильник в холодильной машине – это тело, от которого отводится теплота. Холодильник передаёт рабочему телу (газу) количество теплоты, в результате чего газ расширяется. В ходе сжатия газ отдаёт теплоту более нагретому телу – нагревателю.

Чтобы такая теплопередача осуществлялась, надо сжимать газ при более высоких температурах, чем были при расширении. Это возможно лишь за счёт работы, совершаемой внешним источником (например, электродвигателем (в реальных холодильных агрегатах электродвигатель создаёт в испарителе низкое давление, в результате чего хладагент вскипает и забирает тепло; наоборот, в конденсаторе электродвигатель создаёт высокое давление, под которым хладагент конденсируется и отдаёт тепло)).

Поэтому количество теплоты, передаваемое нагревателю, оказывается больше количества теплоты, забираемого от холодильника. Основное назначение холодильной машины – охлаждение некоторого резервуара (например, морозильной камеры). В таком случае данный резервуар играет роль холодильника, а нагревателем служит окружающая среда – в неё рассеивается отводимое от резервуара тепло.

ПРИМЕР: холодильник Ariston MB40D2NFE (2003), в котором установлен фирменный компрессор Danfoss NLE13KK.3 R600a, с мощностью 219W при рабочих температурных условиях -23.3°C. В случае с холодильными компрессорами может зависеть от параметра RC (рабочий конденсатор, run capacitor), в нашем случае равен 1.51 (без RC, -23.3°C) и 1.60 (с RC, -23.3°C). Эти данные можно найти в технических параметрах. Влияние конденсатора на работу устройства в том, что он позволяет быстрее достигнуть рабочей скорости и, таким образом, повысить его полезное действие.

Показателем эффективности работы

холодильной машины является холодильный коэффициент, равный отношению отведённого от холодильника тепла к работе внешнего источника. Часто люди путают два совершенно разных понятия – коэффициент полезного действия и холодильный коэффициент. Эти параметры можно легко отличить. КПД не может быть выше 100% или единицы. Он измеряется в процентах или дробных величинах. Значение холодильного коэффициента никогда не измеряется только в безразмерных величинах и чаще всего составляет больше единицы – эффективные агрегаты могут похвастаться показателем около трех.

Среднее значение КПД большинства современных компрессоров составляет порядка 60-70%. Чем выше, тем лучше.  С вентиляторами вопрос с КПД также остается актуальным. Специалисты рекомендуют по возможности останавливать выбор с ЕС-двигателем, так как они считаются самыми эффективными из всего предлагаемого ассортимента. В реальных холодильниках холодильный коэффициент принимает значения приблизительно от 1 до 3.

Имеется ещё одно интересное применение: холодильная машина может работать как тепловой насос. Тогда её назначение – нагревание некоторого резервуара (например, обогрев помещения) за счёт тепла, отводимого от окружающей среды. В данном случае этот резервуар будет нагревателем, а окружающая среда – холодильником. Показателем эффективности работы теплового насоса служит отопительный коэффициент, равный отношению количества теплоты, переданного обогреваемому резервуару, к работе внешнего источника. Значения отопительного коэффициента реальных тепловых насосов находятся обычно в диапазоне от 3 до 5.

НЕМНОГО ФИЗИКИ

Работа холодильника не опровергает второй закон термодинамики, а протекает в полном соответствии с ним. Холодильник и воздух комнаты не составляют замкнутой системы. Холодильник необходимо подключить к электрической сети. Электрическая энергия с помощью электродвигателя превращается в механическую энергию, затем механическая энергия в результате работы компрессора холодильника превращается, в конечном счете, в энергию теплового движения молекул деталей холодильника и окружающих его тел. Следовательно, переход тепла от холодного тела к горячему не является единственным результатом работы холодильника, так как этот процесс сопровождается превращением энергии электрического тока в энергию теплового движения КПД холодильной машины.

В реальных холодильных машинах в качестве холодного резервуара выступает морозильная камера, в качестве «горячего» резервуара – воздух в помещении, в качестве рабочего тела – хладагент который циркулирует в закольцованной системе трубок, в качестве источника внешней работы – электродвигатель, подключенный к электрической сети, из которой и черпается энергия для работы холодильника. Чтобы поддерживать постоянной температуру в морозильной камере, нужно отнимать у нее тепло, которое просачивается извне в результате необратимого теплообмена. Избыток энтропии рабочего вещества выбрасывается в окружающую среду вместе с теплом.

В любом случае задачу подбора оборудования, расчетов коэффициента полезного действия и холодопроизводительности лучше оставить специалистам. Так как самостоятельно просчитать все необходимые параметры не имея специального образования будет крайне тяжело.

Одним из важных параметров работы любого устройства, для которого особое значение имеет эффективность преобразования энергии, является коэффициент полезного действия. По определению, полезность оборудования определяется формулой соотношения полезно используемой энергии к максимальной и выражается в виде коэффициента η. Это в упрощенном понимании и есть искомый коэффициент, КПД холодильника и нагревателя, который можно найти в любой технической инструкции. При этом нужно знать некоторые технические моменты.

Коэффициент полезного действия устройства и комплектующих

Коэффициент полезного действия, который интересует чаще читателей, будет касаться не всего холодильного устройства. Чаще всего – установленного компрессора, который обеспечивает нужные параметры охлаждения, или двигателя. Именно поэтому, задаваясь вопросом, какой КПД холодильника, рекомендуем поинтересоваться установленным компрессором и количеством процентов.

Лучше этот вопрос рассмотреть на примере. Например, имеется в наличии холодильник Ariston MB40D2NFE (2003), в котором установлен фирменный компрессор Danfoss NLE13KK.3 R600a, с мощностью 219W при рабочих температурных условиях -23.3°C. В случае с холодильными компрессорами может зависеть от параметра RC (рабочий конденсатор, run capacitor), в нашем случае равен 1.51 (без RC, -23.3°C) и 1.60 (с RC, -23.3°C). Эти данные можно найти в технических параметрах. Влияние конденсатора на работу устройства в том, что он позволяет быстрее достигнуть рабочей скорости и, таким образом, повысить его полезное действие.

КПД двигателя вашего холодильного устройства связан с мощностью и энергопотреблением. Очевидно, что чем меньше коэффициент, тем больше количество электричества модель потребляет, тем менее оно эффективно. То есть максимальный коэффициент можно косвенно определить по классу энергопотребления – А+++.

Коэффициент полезности компрессора выше 1 – как и почему?

Часто вопрос полезного коэффициента действия волнует людей, которые немного помнят школьный курс физики, и не могут понять, почему полезное действие больше 100%. Этот вопрос требует небольшого экскурса в физику. Вопрос касается, может ли коэффициент полезности теплового генератора быть больше 1?

Этот вопрос среди профессионалов явно был поднят в 2006 году, когда в «Аргументах и фактах» номер 8 было опубликовано, что вихревые теплогенераторы способны давать 172%. Несмотря на отголоски знаний по курсу физики, где КПД всегда меньше 1, такой параметр возможен, но при определенных условиях. Речь идет именно о свойствах цикла Карно.

В 1824 году французским инженером С. Карно был рассмотрен и описан один круговой процесс, который впоследствии сыграл решающую роль в развитии термодинамики и использовании тепловых процессов в технике. Цикл Карно состоит из двух изотерм и двух адиабат.

Он совершается газом в цилиндре с поршнем, а коэффициент полезности выражается через параметры нагревателя и холодильника и составляет соотношение. Особенностью является тот факт, что тепло может переходить между теплообменниками и без совершения работы поршнем, по этой причине цикл Карно считается самым эффективным процессом, который можно смоделировать в условиях необходимого теплообмена. Иными словами полезное действие холодильной установки при реализованном цикле Карно будет самым высоким или точнее сказать максимальным.

Если эту часть теории помнят многие из школьного курса, то остальное часто теряется за кадром. Основной смысл в том, что данный цикл может быть пройден в любом направлении. Тепловой двигатель обычно работает по прямому циклу, а холодильные установки – по обратному, когда теплота уменьшается в холодном резервуаре и передается горячему за счет внешнего источника работы – компрессора.

Ситуация, когда коэффициент полезности больше 1, возникает, если он вычисляется из другого коэффициента полезности, а именно соотношением W(полученной)/W(затраченной) при одном условии. Оно состоит в том, что под затраченной энергией понимается только полезная энергия, которая используется на реальные затраты. В итоге, в термодинамических циклах тепловых насосов можно определить затраты энергии, которые будут меньше объема производимой теплоты. Таким образом, при полезном оборудования меньше 1, КПД теплового насоса может быть больше.

Термодинамический коэффициент полезного действия всегда меньше 1

В холодильных (тепловых) машинах по формуле обычно рассматривается термодинамический КПД и холодильный коэффициент. В холодильных агрегатах этот коэффициент подразумевает эффективность цикла получения полезной работы при подводе к рабочему устройству теплоты от внешнего источника (теплоотдатчика) и отводе на другом участке цепи тепла с целью передачи другому внешнему приемнику.

В совокупности рабочее тело совершает два процесса – расширения и сжатия, которым соответствует параметр работы. Наиболее эффективным устройством считается, когда подведенная теплота меньше отведенной – тем будет более выраженной эффективность цикла.

Степень совершенства термодинамического прибора, преобразовывающим теплоту в механическую работу, оценивается термическим коэффициентом в процентах, который может интересовать в данном случае. Термический КПД обычно составляет и показывает, какое количество тепла нагревателя и холодильника машина преобразует в работу в конкретных условиях, которые считаются идеальными. Значение термического параметра всегда меньше 1 и не может быть выше, как это в случае с компрессорами. При 40° температуре устройство будет работать с минимальной эффективностью.

В итоге

В современных бытовых холодильных установках применяется именно обратный процесс Карно, при этом температура холодильника можно определить в зависимости от количества теплоты, переданного от нагревающего элемента. Параметры охлаждающей камеры и нагревателей могут быть на практике совершенно разными, а также зависящими от внешней работы двигателя с компрессором, имеющим свой параметр полезности действия. Соответственно, данные параметры (КПД холодильника в процентах) при принципиально одинаковом термодинамическом процессе, будут зависеть от технологии, реализованной производителем.

Так как по формуле коэффициент полезности зависит от  температур теплообменников, то в технических параметрах указывается, какой процент полезности можно получить при некоторых идеальных условиях. Именно эти данные можно использовать для сравнения моделей разных марок не только по фото, в том числе, работающих в нормальных условиях или при жаре до 40°.

Рис. 1. Холодильная машина

Отдельным подвидом тепловых машин являются, так называемые, холодильные машины. Холодильная машина — тепловая машина, работающая по обратному циклу, т.е. круговому циклу, в котором рабочее тело совершает отрицательную работу. Визуализации таких машин условно одинакова (рис. 1).

Классически, холодильная машина состоит нагревательного элемента, рабочего тела и холодильной установки. Каждый из этих элементов может инженерно выглядит как угодно, рабочее тело чаще всего газ. Рабочее тело, совершая работу (), забирает энергию у холодильника () и передаёт её нагревателю (). Нагревателем в данной системе также может быть окружающее пространство. Примером такой холодильной машины может служить обычных домашний холодильник. Электрический ток совершает работу по охлаждению внутренней камеры холодильника, передавая избыток теплоты на внешний радиатор (ребристая стенка из прутьев на задней стенке холодильника).

Тогда, исходя из закона сохранения энергии:

(1)

Аналогом КПД (коэффициента полезного действия) для холодильной установки является холодильный коэффициент. Логика у него точно такая же: отношение полезной работы к затраченной. Полезной теплотой в нашей системе является  (т.к. нам необходимо охладить тело), тратим вы внешнюю работу (). Тогда:

(2)

• где
  • — холодильный коэффициент машины.

Вывод: задачи на холодильную машину вводятся именной этой фразой. Единственное соотношение, которое может помочь в решении таких задач, это соотношение (1). Поиск соответствующих энергий чаще всего вопрос первого начала термодинамики и анализа процессов.

У нас уже была внутренняя энергия и первое начало термодинамики, а сегодня разберемся с задачами на КПД теплового двигателя. Что поделать: праздники праздниками, но сессию ведь никто не отменял.

Присоединяйтесь к нам в телеграме и получайте полезную рассылку каждый день. А приступая к практике, не забывайте держать под рукой памятку по задачам и полезные формулы.

Задачи по физике на КПД теплового двигателя

Задача на вычисление КПД теплового двигателя №1

Условие 

Вода массой 175 г подогревается на спиртовке. Пока вода нагрелась от t1=15 до t2=75 градусов Цельсия, масса спиртовки уменьшилась с 163 до 157 г Вычислите КПД установки.

Решение

Коэффициент полезного действия можно вычислить как отношение полезной работы и полного количества теплоты, выделенного спиртовкой:

Полезная работа в данном случае – это эквивалент количества теплоты, которое пошло исключительно на нагрев. Его можно вычислить по известной формуле:

Полное количество теплоты вычисляем, зная массу сгоревшего спирта и его удельную теплоту сгорания.

Подставляем значения и вычисляем:

Ответ: 27%

Задача на вычисление КПД теплового двигателя №2

Условие

Старый двигатель совершил работу 220,8 МДж, при этом израсходовав 16 килограмм бензина. Вычислите КПД двигателя.

Решение

Найдем общее количество теплоты, которое произвел двигатель:

Теперь можно рассчитать КПД:

Или, умножая на 100, получаем значение КПД в процентах:

Ответ: 30%.

Задача на вычисление КПД теплового двигателя №3

Условие

Тепловая машина работает по циклу Карно, при этом 80% теплоты, полученной от нагревателя, передается холодильнику. За один цикл рабочее тело получает от нагревателя 6,3 Дж теплоты. Найдите работу и КПД цикла.

Решение

КПД идеальной тепловой машины:

По условию:

Вычислим сначала работу, а затем КПД:

Ответ: 20%; 1,26 Дж.

Задача на вычисление КПД теплового двигателя №4

Условие

На диаграмме изображен цикл дизельного двигателя, состоящий из адиабат 1–2 и 3–4, изобары 2–3 и изохоры 4–1. Температуры газа в точках 1, 2, 3, 4 равны T1 , T2 , T3 , T4 соответственно. Найдите КПД цикла.

Решение

Проанализируем цикл, а КПД будем вычислять через подведенное и отведенное количество теплоты. На адиабатах тепло не подводится и не отводится. На изобаре 2 – 3 тепло подводится, объем растет и, соответственно, растет температура. На изохоре 4 – 1 тепло отводится, а давление и температура падают.

Аналогично:

Получим результат:

Ответ: См. выше.

Задача на вычисление КПД теплового двигателя №5

Условие

Тепловая машина, работающая по циклу Карно, совершает за один цикл работу А = 2,94 кДж и отдаёт за один цикл охладителю количество теплоты Q2 = 13,4 кДж. Найдите КПД цикла.

Решение

Запишем формулу для КПД:

Отсюда:

Ответ: 18%

Вопросы на тему тепловые двигатели

Вопрос 1. Что такое тепловой двигатель?

Ответ. Тепловой двигатель – это машина, которая совершает работу за счет энергии, поступающей к ней в процессе теплопередачи. Основные части теплового двигателя: нагреватель, холодильник и рабочее тело.

Вопрос 2. Приведите примеры тепловых двигателей.

Ответ. Первыми тепловыми двигателями, получившими широкое распространение, были паровые машины. Примерами современного теплового двигателя могут служить:

• ракетный двигатель;
• авиационный двигатель;
• газовая турбина.

Вопрос 3. Может ли КПД двигателя быть равен единице?

Ответ. Нет. КПД всегда меньше единицы (или меньше 100%). Существование двигателя с КПД равным единице противоречит первому началу термодинамики.

КПД реальных двигателей редко превышает 30%.

Вопрос 4. Что такое КПД?

Ответ. КПД (коэффициент полезного действия) – отношение работы, которую совершает двигатель, к количеству теплоты, полученному от нагревателя.

Вопрос 5. Что такое удельная теплота сгорания топлива?

Ответ. Удельная теплота сгорания q – физическая величина, которая показывает, какое количество теплоты выделяется при сгорании топлива массой 1 кг. При решении задач КПД можно определять по мощности двигателя N и сжигаемому за единицу времени количеству топлива.

Задачи и вопросы на цикл Карно

Затрагивая тему тепловых двигателей, невозможно оставить в стороне цикл Карно – пожалуй, самый знаменитый цикл работы тепловой машины в физике. Приведем дополнительно несколько задач и вопросов на цикл Карно с решением.

Цикл (или процесс) Карно – это идеальный круговой цикл, состоящий из двух адиабат и двух изотерм. Назван так в честь французского инженера Сади Карно, который описал данный цикл в своем научном труде «О движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» (1894).

Задача на цикл Карно №1

Условие

Идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, совершает за один цикл работу А = 73,5 кДж. Температура нагревателя t1 =100° С, температура холодильника t2 = 0° С. Найти КПД цикла, количество теплоты, получаемое машиной за один цикл от нагревателя, и количество теплоты, отдаваемое за один цикл холодильнику.

Решение

Рассчитаем КПД цикла: 

С другой стороны, чтобы найти количество теплоты, получаемое машиной, используем соотношение:

Количество теплоты, отданное холодильнику, будет равно разности общего количества теплоты и полезной работы:

Ответ: 0,36; 204,1 кДж; 130,6 кДж.

Задача на цикл Карно №2

Условие

Идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, совершает за один цикл работу А=2,94 кДж и отдает за один цикл холодильнику количество теплоты Q2=13,4 кДж. Найти КПД цикла.

Решение

Формула для КПД цикла Карно:

Здесь A – совершенная работа, а Q1 – количество теплоты, которое понадобилось, чтобы ее совершить. Количество теплоты, которое идеальная машина отдает холодильнику, равно разности двух этих величин. Зная это, найдем:

Ответ: 17%.

Задача на цикл Карно №3

Условие

Изобразите цикл Карно на диаграмме и опишите его

Решение

Цикл Карно на диаграмме PV выглядит следующим образом:

• 1-2. Изотермическое расширение, рабочее тело получает от нагревателя количество теплоты q1;
• 2-3. Адиабатическое расширение, тепло не подводится;
• 3-4. Изотермическое сжатие, в ходе которого тепло передается холодильнику;
• 4-1. Адиабатическое сжатие.

Ответ: см. выше.

Вопрос на цикл Карно №1

Сформулируйте первую теорему Карно

Ответ. Первая теорема Карно гласит: КПД тепловой машины, работающей по циклу Карно, зависит только от температур нагревателя и холодильника, но не зависит ни от устройства машины, ни от вида или свойств её рабочего тела.

Вопрос на цикл Карно №2

Может ли коэффициент полезного действия в цикле Карно быть равным 100%?

Ответ. Нет. КПД цикла карно будет равен 100% только в случае, если температура холодильника будет равна абсолютному нулю, а это невозможно.

Если у вас остались вопросы по теме тепловых двигателей и цикла Карно, вы можете смело задавать их в комментариях. А если нужна помощь в решении задач или других примеров и заданий, обращайтесь в профессиональный студенческий сервис.

Введение

Двигатель может работать как холодильник.
Пусть теплота, которая вырабатывается
Q₂, а теплота, которая
передается воде, на охлаждениеQ₁.
Так как теплота передается от холодильника
к более нагретому телу (воде), то есть в
противоположном направлении спонтанной
передачи тепла, то определенное количество
механической работы W должно поставляться
из вне за один оборот. Холодильник, таким
образом, это тепловая машина, которая
работает в обратном направлении. Если
нет никаких потерь, то следующее
соотношение между величинами должно
соблюдаться:

Q₁ = Q₂
+ W (1)

Коэффициент полезного действия
холодильника определяется соотношением:

Эффективность холодильника определяется
выражением:

.

(3)

Коэффициент полезного действия
определяется экспериментально при
движении маховика двигателя на горячем
воздухе (двигатель Стирлинга) с
электродвигателем с частотой fи определяется способностью
электродвигателя нагревать, что
поддерживает цилиндры при комнатной
температуре для компенсации изменений.
Электродвигатель поставляет за оборот
теплотуQ₂, которая
определяется выражением:

,
(4)

где U – напряжение, а I – сила тока.

Увеличение температуры холодной воды
требует дополнительной энергии в единицу
времени, которая равна:

,
(5)

с = 4,185 Дж/ (гK) –
удельная теплоемкость воды,= 1 г/см^-3– плотность воды,– объем вытекающей воды, который может
быть измерен. Исходя из этих соотношений,
можно рассчитать теплотуQ₁,
которая передается охлаждающей воде
за один цикл, как:

,
(6)

где f– частота
вращения. Разность междуW’= Q₁
– Q₂позволяет рассчитать
механическую работу, которая поставляется
за один оборот. Она также содержит
механическую работуW_R,
которая требуется для преодоления
трения поршня и вызывает дополнительное
нагревание охлаждающей воды (см. работу
2421).Механическая работа, которая будет
необходима для термодинамического
цикла, то есть для передачи тепла от
более холодного к более нагретому телу
определяется выражением:

W = Q₁ – Q₂ – W_R(7)

Цель работы

Знакомство с законами тепловых машин,
работающих по замкнутым циклам

Решаемые задачи

• Определение потерь на трение в воздушном
  двигателе, по нагреванию воды охлаждающего
  цикла.

• Вычисление коэффициента
  полезного действия холодильника

Экспериментальная
установка

Приборы и
принадлежности

• Sensor-CASSY 524013

• CASSY Lab2 524220

• Источник тока 524031

• датчик вращательного движения S 524082

• Vbox524038

• датчиком давления и 529038

• Двигатель на горячем воздухе 388182

• Кордовая нить

• Винтовая пружина из 35208ET2

• U-сердечник с вилкой 56211

• Зажимное устройство с пружинным зажимом
  562121

• катушка индуктивности, 500 витков 56221

• низковольтная катушка индуктивности,
  50 витков 56218

• ПВХ трубки, ø 8 мм 307 70

• Водяной насос 12 В388181

• Низковольтный источник питания 521231

• Соединительные провода, 100 см, черный
  50133

• Резервуар для воды 10 л

Порядок выполнения
работы

Подготовка
эксперимента. Сборка установки

Рис.1

1. Снимите завинчивающей
   колпачок на выходе из головки цилиндра
   с трубок, по которым течет охлаждающая
   вода. Вставьте термометр в температурную
   вставку, и зажмите его с помощью гайки
   GL18.

Охлаждение
двигателя:

1. Заполните канистру
   примерно 10 л воды.

2. Подключите выход
   насоса к трубке, по которой втекает в
   двигатель поток охлаждающей воды, и
   опустите насос в воду, направьте слив
   воды из двигателя в канистру.

3. Подключите насос
   к источнику питания низкого напряжения
   диапазон 12В. При необходимости, ослабьте
   шайбу GL я на короткое время, позволяя
   воде подняться немного в стеклянную
   трубку, потом закрепите шайбу GL.

Настройка
двигателя на горячем воздухе:

1. Поставьте
   электродвигатель, и подключить его к
   блоку управления.

2. Установите
   приводной ремень на маховик диска, и
   присоедините его к поворотному колесу
   электрического двигателя.

Измерение частоты:

7. Приложите
диск с отверстиями от аксессуаров для
двигателя горячего воздуха к коленчатому
валу.

8. Консоль для
измерения частоты включить в розетку,
с помощью кнопки «mode»
установить измерение частоты, горит
индикатор «Hz», вход «Е».

9. Направление
луча света приведите в соответствие с
отверстием, расположенным на диске.

Установка
термометра и нагревателя.

10. Удалите нить
“термометр с подогревом” из контакта
штифтов.

11. Отвинтите
винт прокладки из “головки цилиндра,
и установите “термометр с нагревателем»
на головку цилиндра.

12. Положите
нить обратно на контактные штырьки, а
также следите за тем, чтобы нить не
касалась стекла термометра.

13. Осторожно
прикрепите колпачок головки цилиндра
на цилиндр двигателя горячего воздуха.

14. Поверните
маховик двигателя горячего воздуха, и
убедиться, что нить не касается
перемещающегося поршня в любом положении
поршня.

15.Подключите
переменное сверхнизкое напряжение
через трансформатор S на нагреватель
вместе с вольтметром и амперметром
(диапазон измерений 10А).

.

Рис.2. Определение объема вытекающей
воды ΔV за время Δt.

Требования
безопасности

• До проведения каждого эксперимента,
  убедитесь, что горячая пластина помещена
  в пазы и нагретая нить не касается
  перемещающегося поршня.

• Нагретая часть двигателя может стать
  очень горячей, шатуны при движении и
  перемещения поршней могут вызвать
  травмы при работе двигателя. По этой
  причине всегда используйте защитный
  чехол от прикосновений, когда двигатель
  работает.

• Никогда не используйте двигатель без
  охлаждающего потока воды. Вы можете
  соединить двигатель с краном с
  водопроводной водой или использовать
  циркуляционный насос с резервуаром; в
  этом случае рекомендовано использование
  дистиллированной или кипячёной (без
  окалины) воды. Если поток уменьшился
  при использовании водопроводной воды,
  промойте всю систему теплой (без окалины)
  водой. Циркуляция
  воды должна быть безупречна. Не
  допускайте перегрева.
  Когда вода попадает
  в контур охлаждения, температура
  охлаждающей воды не должна превышать
  30⁰ С.

• Смазывайте два цилиндра двигателя
  силиконовым маслом регулярно. Самый
  простой способ сделать это – убрать
  горячую пластину, подвинуть перемещающийся
  поршень к нижней мёртвой точке, с помощью
  соломинки накапать силиконового масла
  из сжатой бутыли, так чтобы оно потекло
  вниз по стенке цилиндра на вершину
  поршневого кольца. Так как перегородка
  не полностью непроницаема, необходимое
  масло достигнет нижнего поршневого
  кольца за короткое время.

• Никогда не подключайте сетевую обмотку
  (56221) без сердечника трансформатора.

Выполнение
эксперимента

1. Включите охлаждающую
   воду (для этого, установить, низковольтный
   блок питания в положение 12В), проверьте
   циркуляцию, и ждите, пока вода не побежит
   обратно через выпускающую трубу.

2. Положите конец
   выходной трубы в пластмассовый стаканчик,
   и определите объем вытекающей воды ΔV
   за интервал времени Δt(см. рис 2.).

3. Измерить температуру
   θ₁в головке цилиндра.

4. Установите
   переключатель (а) в среднее положение
   (режим ожидания), установите ручку
   настройки скорости (b) в
   среднюю позицию, и включите блок
   управления.

5. Измеряйте
   температуру θ охлаждающей воды через
   каждые 2 минуты, и ждите до тех пор, пока
   температура не стабилизируется

6. Поверните
   переключатель (a) влево
   ( вращение по часовой стрелке) и измерьте
   частоту вращения двигателя на горячем
   воздухе. Скорость вращения двигателя
   получается из измеренной частоты
   деленной на количество отверстий диска.

7. Включите
   трансформатор сверхнизкого напряжения
   S, а также выберите U напряжение нагрева
   так, чтобы температура θ₁оставалось
   постоянной, несмотря на работу двигателя.

8. При необходимости,
   отрегулируйте U напряжение нагрева, а
   также измените ток нагрева.

9. Измерение
   температуры воды проводить через каждые
   2 минуты, и ждать, пока температура не
   достигнет максимального значения.

10. Остановите
    электродвигатель, переведя регулятор
    «а» в среднее положение, и продолжайте
    измерять температуру охлаждающей
    воды.

11. Определите
    изменение температуры Δθ охлаждающей
    воды. Если объем доступной воды охлаждения
    слишком мал, температура Дьюара будет
    также расти. Измерьте температуру Δθ,
    а потом внесите исправления, соответственно.

12. Измените скорость
    вращения электродвигателя с помощью
    ручки настройки скорости (b),
    и повторите измерения для пяти значений
    частоты.

Обработка и представление
результатов

1. Результаты
   измерений занесите в таблицу 1,

Таблица 1.

Частота (Гц)	Напряжение (В)	Сила тока (А)	Изменение температуры (С)

1. Рассчитайте Q₁,Q₂,W_R,Wи результаты занесите
   в таблицу 2.

Таблица 2.

Частота (Гц)	Q1(Дж)	Q2(Дж)	WR(Дж)	W(Дж)

1. Определите
   коэффициент полезного действия двигателя по формуле (3), и результаты
   расчета представить в виде графика
   зависимости коэффициента полезного
   действия от частоты вращения двигателя.

Замечание. Мощность двигателя
составляет P = W f, где f частота холостого
хода или скорость. Вы можете определить
частоту f с помощью светового барьера
и счетчика. Другим способом является
использование изображения частотного
спектра Frequency Spectrum (нажмите на эту вкладку
с помощью мыши). Однако, лучшее частотное
разрешение требует больших измеренных
значений, чем записано в примере
(увеличьте число от 125 до, например, 2000
в диалоговом окне Параметры измерения
Measuring Parameters dialog).

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #