1.2Физический принцип действия

Охлаждением
называют процесс понижения темпера­туры
охлаждаемого тела. Понизить температуру
вещест­ва
можно путем уменьшения его внутренней
энергии. Поэтому
для искусственного охлаждения создают
такие условия,
при которых тепловая энергия (тепло)
отводит­ся
от охлаждаемого тела (охлаждаемой среды)
и вос­принимается
другим, более холодным телом. Для
дли­тельного
охлаждения необходимо, чтобы восприятие
теп­ла
охлаждающим телом происходило без
повышения его температуры,
так как иначе температуры обоих тел
(ох­лаждаемого
и охладителя) станут одинаковыми и
охлаж­дение прекратится. Таким
свойством обладают тела при некоторых
изменениях своего состояния, например,
твер­дые
тела могут воспринимать внешнее тепло
без повы­шения
своей температуры при плавлении или
таянии; жидкие
— в процессе испарения или кипения.

В
основе современных промышленных способов
ох­лаждения
лежат процессы испарения или кипения,
плав­ления
или таяния и сублимации. Все эти процессы
про­текают
с поглощением тепла из окружающей среды.

При
переходе тела из твердого состояния в
жидкое (плавление
или таяние) тепло, воспринимаемое им
из­вне,
затрачивается на изменение связей между
молекула­ми
вещества, на ослабление сил его
молекулярного сцеп­ления. Когда тело
переходит из жидкого состояния в
па­рообразное (испарение или кипение),
тепло расходуется также
на преодоление сил молекулярного
сцепления жидкого
тела и работу его расширения. В случае
перехо­да
тела из твердого состояния непосредственно
в газо­образное
(сублимация), тепло расходуется на
преодоле­ние
сил сцепления молекул вещества и внешнего
давле­ния, препятствующего этому
процессу.

На
свойстве тел поглощать внешнее тепло
при плав­лении или таянии основано
охлаждение льдом и льдосоляными смесями.

Охлаждение
посредством поглощения внешнего теп­ла
при кипении летучих жидкостей
осуществляется холо­дильными машинами.
Свойство тел поглощать внешнее тепло
при их сублимации используется для
охлаждения
так называемым сухим льдом. Наиболее
распространен­ным в настоящее время
является охлаждение холодиль­ными
машинами.

Более
широкое применение получили различные
способы машинного охлаждения.

Простейшим
из таких способов является способ
дросселирования сжатых газов. Если газ
при температуре окружающей среды
подвергнуть сильному сжатию, а затем
обеспечить процесс адиабатического
расширения при резком понижении давления,
то температура газа понизится и его
можно использовать в качестве охладителя

Однако
получение низких температур таким
способом связано с большими энергетическими
затратами.

Одним
из способов машинного охлаждения
является охлаждение вихревым эффектом.
Этот способ осуществляется в вихревой
трубке Ранка, представляющей собой
цилиндрическую трубку небольшой длины,
внутренняя полость которой разделена
на две полости диафрагмой с центральным
отверстием. Через сопло, расположенное
в непосредственной близости от диафрагмы
и направленное по касательной к
внутреннему диаметру, в трубу подается
сжатый воздух температуры окружающей
среды. При завихрении воздуха в центре
трубы создается разряжение и соответственно
понижается температура. Холодный воздух
с tх через отверстие диафрагмы выходит
в охлаждаемую среду. Значительная часть
кинетической энергии завихрения воздуха
расходуется на трение в его внешних
слоях, вследствие чего воздух в этих
слоях нагревается.

Нагретый
до температуры воздух выходит в
окружающую среду через регулировочный
дроссельный вентиль.

Температура
холодного и горячего потоков воздуха
зависит от конструкции и параметров
трубки, от начальных параметров
поступающего воздуха (его влажности,
температуры и давления), от соотношения
масс потоков, регулируемых дроссельным
вентилем. При работе вихревой трубки
на сухом воздухе с начальным давлением
0,5 мН/м2,
температурой 20°С
и массовой доле холодного потока 0,3-0,35
температура холодного потока может
достигать 50°С.

Однако,
низкая экономичность термодинамических
процессов, происходящих в вихревой
трубке, вследствие их необратимости и
значительных потерь на трение, ограничивает
практическую возможность использования
вихревого эффекта в бытовых холодильниках.

В
настоящее время наибольшее распространение
в бытовой холодильной технике получили
так называемые паровые холодильные
машины (агрегаты) компрессионного и
абсорбционного действия. В качестве
рабочего вещества в них используют
жидкости, кипящие при отрицательных
температурах.

Принцип
действия основан на том, что теплота
охлаждаемой жидкости передается жидкому
хладагенту и расходуется на его
парообразование при отрицательной
температуре. Пары хладагента подаются
в теплообменный аппарат, расположенный
в окружающей среде, где они отдают
поглощенное тепло и превращаются в
жидкость.

Жидкий
хладагент вновь возвращается в охлаждаемую
среду и этот круговой процесс повторяется.

Таким
образом, в этих холодильных машинах
рабочее вещество не расходуется, а
только циркулирует в герметичной
системе, изменяя свое агрегатное
состояние. Это позволяет получать
необходимое охлаждение в течение
длительного времени при небольшом
количестве рабочего вещества.

Принципиальное
отличие компрессионных паровых
холодильных машин от абсорбционных
машин заключается в том, что во-первых
циркуляция рабочего вещества осуществляется
при работе компрессора, а во вторых
вследствие процесса абсорбции и работы
термонасоса.

Все
более широкое применение получает
термоэлектрическое охлаждение, основанное
на явлении Пельтье.

Сущность
явления заключается в том, что при
пропускании постоянного тока через
цепь, состоящую из термоэлементов, одни
спаи охлаждаются, поглощая тепло из
окружающей среды, а другие нагреваются,
отдавая тепло окружающей среде.

Таким
образом, роль хладагента в термоэлектрическом
холодильнике выполняет электрический
ток, который переносит тепло от холодных
спаев к горячим.

Простота
процесса охлаждения, а соответственно,
и конструкции термоэлектрических
холодильников делают термоэлектрическое
охлаждение весьма перспективным для
применения в быту.

Кроме
перечисленных способов искусственного
охлаждения имеются и другие способы,
но они не имеют практического применения
в холодильниках бытового назначения.

Физический принцип — frwiki.wiki

Мы называем физический принцип очевидно физический закон , что ни один эксперимент не до сих пор признан недействительным , хотя это не было доказано, и играет ту же роль, что из постулата в математике .

Физика основана на нескольких из этих принципов, таких как принцип инерции , с принципами термодинамики , или принципа Паули . Постоянство скорости света, что бы ни считал галилеев наблюдатель, никогда не опровергнутое опытом, является принципом специальной теории относительности, а не одним из его следствий.

Принцип может иметь ограниченную область действия: например, принцип сохранения массы действует в классической физике , но недействителен в ОТО , где мы встречаем формулу Эйнштейна на массы — энергия эквивалентности , E = MC 2  ; в этом случае преобладает принцип сохранения энергии . Напротив, постулат сохранения электрического заряда кажется верным как в классической физике, так и в релятивистской физике.

Иногда принцип может быть продемонстрирован одним или несколькими другими, вплоть до выбора физиком основного принципа для своих рассуждений: например, принцип наименьшего действия эквивалентен фундаментальному принципу динамики, связанному с принципом Д’Аламбера .

Резюме

  • 1 Примеры научных принципов

    • 1.1 Философия
    • 1.2 Термодинамика
    • 1.3 Механика
    • 1.4 Космология
    • 1.5 Математика
  • 2 Примечания и ссылки
  • 3 См. Также

Примеры научных принципов

Философия

Термодинамика

  • Первый принцип термодинамики
  • Второй принцип термодинамики

Механический

  • Основной принцип динамики
  • Принцип действия и противодействия
  • Принцип инерции
  • Принцип Даламбера
  • Принцип реактивности и селективности
  • Принцип соответствия

Космология

  • Принцип относительности Галилея и общий принцип ковариантности
  • Принцип локальной эквивалентности гравитации и ускоренной системы отсчета
  • Принцип наименьшего действия
  • Принцип Коперника
  • Космологический принцип
  • Совершенный космологический принцип
  • Принцип посредственности

Математика

  • Принцип причинности
  • Принцип Ферма
  • Принцип Кюри

Примечания и ссылки

  1. ↑ Жан Пердижон, Есть ли у природы принципы? , Париж, Вюбер ,

Смотрите также

Космологические модели

Теории
  • Примитивный атом
  • Классификация Бьянки
  • Космология Бранара
  • Кордистская космология
  • Дополнительные размеры
  • Анти-ситтер-пространство
  • Няня
  • Тауб-НУТ пробел
  • Расширение Вселенной

    • Ускорение расширения Вселенной
  • Квантовая гравитация
  • Космическая инфляция
  • Струнная теория
  • Вселенная Милна
Принципы
  • Антропный принцип
  • Космологический принцип
  • Совершенный космологический принцип
  • Принцип Коперника
  • Принцип посредственности
  • Принцип причинности
История и
судьба Вселенной
  • До Большого Взрыва
  • большой взрыв
  • Изначальная вселенная
  • Хронология Большого взрыва
  • Планковская эпоха
  • Большой отскок, он же Вселенная Феникса
  • Большой холод, он же термическая смерть Вселенной
  • Большой хруст
  • Большая слеза
Стандартная модель
  • Модель ΛCDM
Нестандартная модель
  • Циклическая модель

    • Податливая циклическая космология
  • Модель OCDM
  • Модель SCDM
  • Би-метрическая космологическая модель
  • Теория стационарного состояния
Настройки
  • Возраст Вселенной
  • Космологическая постоянная
  • Постоянная Хаббла
  • Темная энергия
  • Спектральный индекс
  • Барионная материя
  • Черная материя
  • Параметр плотности
  • Реионизация
Типы
  • Вселенная Эйнштейна
  • Вселенная Фридмана-Лемэтра-Робертсона-Уокера
  • Вселенная Гёделя
  • Вселенная Милна
  • Вселенная де Ситтера
  • Экпиротическая вселенная
  • Двумерная торическая вселенная
  • Фрактальная вселенная
  • Неустойчивая вселенная
  • Вселенная Mixmaster
Проблемы
  • Проблема горизонта
  • Проблема формирования структур
  • Проблема плоскостности
Другие концепции
  • Пространственная кривизна
  • Критическая плотность
  • Форма Вселенной
  • Космологический горизонт
  • Горизонт событий
  • Горизонт частиц
  • Масса Вселенной
  • Наблюдаемая Вселенная
Ненаучный
  • Религиозная космология
  • Космогония
  • Креационизм
  • Умный дизайн

<img src=»//fr. wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1×1″ alt=»» title=»»>

8.5: Трансформаторы — принцип действия

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
  • Идентификатор страницы
    24302
    • Стивен В. Эллингсон
    • Политехнический институт и университет штата Вирджиния через Технологические библиотеки Вирджинии ‘ Инициатива открытого образования

    Трансформатор — это устройство, которое соединяет две электрические цепи через общее магнитное поле. Трансформаторы используются для преобразования импеданса, преобразования уровня напряжения, изоляции цепей, преобразования между несимметричными и дифференциальными режимами сигнала и других приложений. 1 В основе электромагнитного принципа лежит закон Фарадея, в частности, ЭДС трансформатора.

    Основные характеристики преобразователя можно вывести из простого эксперимента, показанного на рисунках \(\PageIndex{1}\) и \(\PageIndex{2}\). В этом опыте две катушки расположены вдоль общей оси. Шаг намотки мал, так что все силовые линии магнитного поля проходят по длине катушки, а между витками не проходят никакие линии. Для дальнейшего сдерживания магнитного поля мы предполагаем, что обе катушки намотаны на один и тот же сердечник, состоящий из материала, обладающего высокой магнитной проницаемостью. В верхней катушке \(N_1\) витков, а в нижней катушке \(N_2\) витков. 9{(1)}\), в котором нижний индекс относится к катушке, а верхний индекс относится к «Части I» этого эксперимента. Источник напряжения создает ток в катушке, который, в свою очередь, создает переменное во времени магнитное поле \({\bf B}\) в сердечнике.

    Нижняя катушка имеет \(N_2\) витков, намотанных в направлении, противоположном , и имеет разомкнутую цепь. {(1)}\) с опорной полярностью, указанной на рисунке. По закону Фарадея имеем 9{(1)} \end{align} \nonumber \]

    Мы обнаружили, что потенциал верхней катушки в части II простым образом связан с потенциалом нижней катушки в части I эксперимента. Если бы мы сначала выполнили Часть II, мы бы получили тот же результат, но с перестановкой верхних индексов. Таким образом, в целом должно быть верным, независимо от расположения выводов, что

    \[V_1 = -\frac{N_1}{N_2}V_2 \номер\]

    Это выражение должно быть знакомо из теории элементарных цепей, за исключением, возможно, знака минус. Знак минус является следствием того, что витки намотаны в противоположных направлениях. Мы можем сделать приведенное выше выражение немного более общим следующим образом: определяется как \(+1\), когда катушки намотаны в одном направлении, и \(-1\), когда катушки наматываются в противоположных направлениях. (Это отличное упражнение, чтобы подтвердить, что это верно, повторив приведенный выше анализ с изменением направления намотки либо для верхней, либо для нижней катушки, для которой тогда \(p\) окажется равным \(+1\). ) Это «закон трансформатора» базовой теории электрических цепей, из которого можно получить все остальные характеристики трансформаторов как устройств с двухполюсной схемой (дополнительную информацию см. в разделе 8.6). Итого:

    Отношение напряжений катушек в идеальном трансформаторе равно отношению витков со знаком, определяемым относительным направлением обмоток, согласно уравнению \ref{m0031_eTL}.

    На рисунке \(\PageIndex{3}\) показана более знакомая конструкция трансформатора – катушки намотаны на тороидальный сердечник, а не на цилиндрический. Зачем это делать? Такое расположение ограничивает магнитное поле, связывающее две катушки с сердечником, в отличие от того, что позволяет линиям поля выходить за пределы устройства. Это ограничение важно, чтобы поля, возникающие вне трансформатора, не мешали магнитному полю, связывающему катушки, что могло бы привести к электромагнитным помехам (EMI) и проблемам с электромагнитной совместимостью (EMC). Принцип работы во всем остальном тот же.

    Рисунок \(\PageIndex{3}\): Трансформатор, выполненный в виде катушек с общим тороидальным сердечником. Здесь \(р = +1\). (CC BY SA 3.0; BillC)


    1. Дополнительные сведения об этих приложениях см. в разделе «Дополнительная литература» в конце этого раздела.↩

    Эта страница под названием 8.5: Transformers — Principle of Operation доступна по лицензии CC BY-SA 4.0, автором, ремикшированием и/или куратором выступил Стивен У. Эллингсон (Инициатива открытого образования технических библиотек Вирджинии) .

    1. Наверх
      • Была ли эта статья полезной?
      1. Тип изделия
        Раздел или Страница
        Автор
        Стивен В. Эллингсон
        Лицензия
        CC BY-SA
        Версия лицензии
        4,0
        Показать оглавление
        нет
        Включено
        да
      2. Теги
        1. источник[1]-eng-3948
        2. Трансформатор

      Работа трансформатора: принцип, основы и типы

      Трансформатор преобразует электрическую энергию из одной электрической цепи в другую. В частности, повышающий трансформатор увеличивает напряжение при его передаче из первичной цепи во вторичную. С другой стороны, понижающий трансформатор снижает напряжение при его передаче из первичной цепи во вторичную. Для того, чтобы понять, как это делает трансформатор, нужно узнать о работе трансформатора.

      Работа трансформатора: Принцип

      Преобразование энергии осуществляется путем взаимной индукции между обмотками. Простейшая форма трансформатора показана на рисунке 1, на котором изображен трансформатор, состоящий из двух катушек индуктивности, первичной и вторичной обмоток. Две катушки соединены ламинированным стальным сердечником, который позволяет магнитному потоку проходить по ламинированному пути.

      Рисунок 1. Схема трансформатора. Источник: Джорджия Панаги, StudySmarter.

      При подключении первичной обмотки к внешнему источнику переменного напряжения в обмотках индуцируется магнитный поток по закону Фарадея.

      Закон Фарадея гласит, что переменное магнитное поле индуцирует электродвижущую силу, противодействующую изменениям магнитного поля.

      Когда переменный ток проходит через первичную обмотку, магнитное поле изменяется, вызывая электродвижущую силу. Возникающее магнитное поле разрезает обмотку вторичной катушки, что создает в этой обмотке переменное напряжение за счет электромагнитной индукции.

      Трансформаторы могут достигать своей цели только при подаче переменного тока. Это связано с тем, что постоянный ток не создает электромагнитной индукции.

      Большая часть магнитного потока связана со вторичной обмоткой, что называется «основным потоком», в то время как оставшийся поток не связан со вторичной обмоткой и известен как «поток рассеяния».

      Поток утечки — это небольшая часть потока, которая выходит за пределы пути магнитного потока.

      ЭДС индукции известна как ЭДС взаимной индукции, и ее частота равна подводимой электродвижущей силе.

      Когда вторичная обмотка представляет собой замкнутую цепь, по цепи протекает взаимно индуцированный ток, передавая электрическую энергию из первичной цепи во вторичную.

      Сердечник трансформатора

      Сердечник трансформатора состоит из ламинированных стальных листов, расположенных таким образом, что между каждым листом имеется минимальный воздушный зазор. Это делается для того, чтобы обеспечить непрерывный путь для магнитного потока. Тип используемой стали обеспечивает высокую проницаемость, снижает потери на вихревые токи и низкие потери на гистерезис.

      Гистерезисные потери возникают из-за намагничивания и размагничивания сердечника, когда ток подается в обоих направлениях.

      Сталь обладает высокой проницаемостью, что означает, что ее способность проводить магнитный поток намного выше, чем у воздуха, что позволяет возникать магнитному потоку.

      Вихревые токи циркулируют в проводниках подобно завихрениям в потоке, вызванном переменными магнитными полями, текущими по замкнутому контуру.

      Типы трансформаторов

      Существуют различные типы трансформаторов с различными геометрическими вариациями.

      Трансформатор с сердечником

      В трансформаторе с сердечником обмотки имеют цилиндрическую форму и расположены в сердечнике, как показано на рис. 2 ниже. Цилиндрические катушки имеют разные слои, причем каждый слой изолирован от другого. Трансформаторы стержневого типа существуют как в малом, так и в крупногабаритном исполнении. Эффективная площадь сердечника трансформатора может быть уменьшена за счет использования ламинирования и изоляции.

      Рис. 2. Трансформатор с сердечником. Источник: МайТек.

      Трансформатор с кожухом

      В трансформаторе с кожухом катушки монтируются слоями и укладываются друг на друга с изоляцией. Трансформатор оболочкового типа может иметь простую прямоугольную форму, как показано на рис. 3 (слева), или может иметь распределенную конфигурацию (справа).

      Рис. 3. Трансформатор прямоугольного сечения (слева) и распределенный трансформатор кожухового типа (справа). Источник: CircuitsToday.

      Зигзагообразный или соединительный трансформатор типа звезда

      Зигзагообразный трансформатор имеет зигзагообразное соединение, при котором токи в обмотках на сердечнике протекают в противоположных направлениях во избежание насыщения.

      Рис. 4. Конфигурация «Зигзаг-трансформер».

      Использование и назначение трансформатора

      Трансформаторы классифицируются в зависимости от их использования, назначения и поставки. Существуют две основные цели, для которых используются трансформаторы:

      • Повышающие трансформаторы используются для повышения напряжения на вторичной обмотке. У повышающего трансформатора на вторичной обмотке больше витков, чем на первичной.
      • Понижающие трансформаторы используются для снижения напряжения на вторичной обмотке. У понижающего трансформатора на вторичной обмотке меньше витков, чем на первичной.

      Уравнение коэффициента трансформации определяет соотношение между вторичным и первичным напряжениями В 1 и V 2 измеряются в Вольтах, токи I 1 и I 2 измеряются в Амперах, а количество витков в катушках n 1 и n 2 . Это соотношение можно использовать для уменьшения или увеличения количества пропорционально второй или первичной обмотке.

      \[a = \frac{n_1}{n_2} = \frac{V_1}{V_2} = \frac{I_2}{I_1}\]

      Уравнение идеального трансформатора

      Отношение напряжений равно отношение количества витков, как показано в предыдущих уравнениях. В идеальном трансформаторе без потерь электроэнергии, включая потери в сердечнике, потери на вихревые токи или потери на гистерезис, входная мощность равна выходной мощности.

      Таким образом, КПД трансформатора составляет 100 %, или отношение выходной мощности к входной мощности равно 1. Это также показано в приведенном ниже уравнении идеального трансформатора, где I 1 и В 1 — ток и напряжение первичной обмотки соответственно, а I 2 и V 2 — ток и напряжение вторичной обмотки соответственно.

      \[\text{Входная мощность = Выходная мощность} \qquad V_1 \cdot I_1 = V_2 \cdot I_2\]

      Входное напряжение 5 В подается на первичную обмотку трансформатора, а выходное напряжение 15 В индуцируется во вторичной обмотке. Если мы заменим первичное входное напряжение на 25 В, каково будет новое индуцированное выходное напряжение вторичной катушки?

      Мы используем уравнение трансформатора, чтобы определить соотношение между первичным и вторичным напряжениями. Затем мы используем это отношение для определения нового индуцированного напряжения во вторичной обмотке на основе нового первичного входного напряжения.

      \(a = \frac{V_1}{V_2} = \frac{5}{15} = 0,330 \qquad 0,33 = \frac{25V}{V_2′} \Rightarrow V_2′ = \frac{25V}{0,33} = 75 В\)

      Однофазные и трехфазные трансформаторы

      Трансформаторы также можно классифицировать по типу питания. Существует два типа питания:

      • Однофазные трансформаторы содержат один проводник и один нейтральный провод. Они работают с использованием цикла напряжения, работающего в фазе времени, и широко используются в современных технологиях для преобразования значений переменного тока в желаемые.
      • Трехфазные трансформаторы широко используются для распределения электроэнергии и сетей.