Электрический ток вырабатывается в генераторах — устройствах, преобразующих энергию того или иного вида в электрическую энергию. К генераторам относятся гальванические элементы, электростатические машины, термобатареи1, солнечные батареи и т. п. Исследуются возможности создания принципиально новых типов генераторов.
1 В термобатареях используется свойство двух контактов разнородных материалов создавать ЭДС за счет разности температур контактов.
Напримep, разрабатываются так называемые топливные элементы, в которых энергия, освобождающаяся в результате реакции водорода с кислородом, непосредственно прекращается в электрическую.
Область применения каждого из перечисленных типов генераторов электроэнергии определяется их характеристиками. Так, электростатические машины создают высокую разность потенциалов, но не создать в цепи сколько-нибудь значительную силу тока. Гальванические элементы могут дать большой ток, но продолжительность их действия невелика.
Основную роль в наше время выполняют электромеханические индукционные генераторы переменного тока. В этих генераторах механическая энергия превращается в электрическую. Их действие основано на явлении электромагнитной индукции. Такие генераторы имеют сравнительно простое устройство и позволяют получать большие токи при достаточно высоком напряжении.
В дальнейшем, говоря о генераторах, мы будем иметь в виду именно индукционные электромеханические генераторы.
Генератор переменного тока.
В настоящее время имеется много различных типов индукционных генераторов. Но все они состоят из одних и тех же основных частей. Это, во-первых, электромагнит или постоянный магнит, создающий магнитное поле, и, во-вторых, обмотка, в которой индуцируется переменная ЭДС (в рассмотренной модели генератора это вращающаяся рамка). Так как ЭДС, наводимые в последовательно соединенных витках, складываются, то амплитуда ЭДС индукции в рамке пропорциональна числу ее витков. Она пропорциональна также амплитуде переменного магнитного потока (Фm = BS) через каждый виток
ДАНО
S=100 см^2 =100*10^-4 м2
d=3 мм =3*10^-3 м
U=300 B
ε1=1 - относительная диэлектрическая проницаемость воздуха
ε2=5 - относительная диэлектрическая проницаемость фарфора
ε0 = 8.85*10^-12 Ф/м - электрическая постоянная
W1 - ? ω1 -?
W2 - ? ω2 -?
РЕШЕНИЕ
Энергия поля конденсатора
W=CU^2/2
где
U - разность потенциалов на пластинах конденсатора
С - электроемкость
Емкость конденсатора
C=εε0S/d
W=CU^2/2 = εε0S/d * U^2/2
W1=1*8.85*10^-12*100*10^-4/(3*10^-3) * 300^2/2 =1.3275*10^-6 Дж= 1.33 мкДж
W2=5*8.85*10^-12*100*10^-4/(3*10^-3) * 300^2/2 =6.6375*10^-6 Дж= 6.64 мкДж
Объемная плотность энергии поля конденсатора
ω=W/V
где
W - энергия поля конденсатора
V=Sd- объем, занимаемый полем (объем пространства между пластинами конденсатора )
ω=W/V =W/(Sd)
ω1=1.3275*10^-6 /(100*10^-4*3*10^-3)=0.044 Дж/м3
ω2=6.6375*10^-6 /(100*10^-4*3*10^-3)= 0.221 Дж/м3
ОТВЕТ
W1=1.3275*10^-6 Дж= 1.33 мкДж
W2=6.6375*10^-6 Дж= 6.64 мкДж
ω1=0.044 Дж/м3
ω2=0.221 Дж/м3
отсюда получаем a=-V0^2/2S=-100/2*1000=-0.05
Снова записываем эту же формулу но для предпоследнего участка пути 2aS=V^2-V0^2? где V=10 т.к. конец предыдущего участка начало последнего
получаем V0^2=V^2-2aS => V0=14
изменение скорости V0-V=4m/c