Σάββατο, 14 Φεβρουαρίου 2015

Ένα σύστημα μετατροπής της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική

Η ανάρτηση αυτή είναι η συνέχεια της ανάρτησης Ηλεκτρεγερτική δύναμη λόγω κίνησης και μέχρι τώρα τις είχα ενωμένες σε ένα κείμενο αλλά θέλησα να τις ξεχωρίσω. Έστω ότι έχουμε ένα μαγνητικό πεδίο Β και μέσα σε αυτό έχουμε έναν αγωγό σχήματος U (αντίστασης R) πάνω στον οποίο ολισθαίνει μία ράβδος με ταχύτητα u. Το σύστημα αυτό είναι ένα σύστημα μετατροπής της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική. Παρακάτω εξηγείται γιατί συμβαίνει αυτό.

σχήμα 1, ο αγωγός σχήματος U και η ράβδος που ολισθαίνει πάνω του. Επίσης
φαίνονται οι δυνάμεις που ασκούνται στον αγωγό όταν κινείται με σταθερή
ταχύτητα.

Στην ράβδο (μήκους L) εξαιτίας του ρεύματος (από επαγωγή) που την διαρρέει ασκείται μία δύναμη F που αντιτίθεται στην κίνηση της (σχήμα 1). Το μέτρο αυτής της δύναμης είναι
και η ισχύς της είναι
Η ισχύς αυτή παριστά τον ρυθμό με τον οποίο η μηχανική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική και είναι αρνητική καθώς η δύναμη F τείνει να μειώσει την μηχανική ενέργεια.

Οπότε για να μείνει σταθερή η ταχύτητα της ράβδου πρέπει να ασκείται σε αυτή μία δύναμη Ν που να έχει ίδια φορά με την ταχύτητα και το ίδιο μέτρο με την δύναμη F. Άρα η ισχύς που παράγει η δύναμη Ν είναι
και είναι θετική καθώς αποτελεί τον ρυθμό με τον οποίο προστίθεται μηχανική ενέργεια στο σύστημα. Συνεπώς
Επίσης, ο ρυθμός με τον οποίο η μηχανική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική μπορεί να υπολογισθεί ως
όπου ε η ΗΕΔ από επαγωγή. Η ισχύς αυτή παριστά τον ρυθμό παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και είναι θετική καθώς συνεχώς παράγεται ηλεκτρική ενέργεια. Η σχέση της με την ισχύς της δύναμης F είναι η
καθώς εκφράζουν και οι δύο την μετατροπή της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική. Το αρνητικό πρόσημο οφείλεται στο ότι η PEMF είναι ο ρυθμός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, ενώ η PF ο ρυθμός που τείνει να μειωθεί η μηχανική ενέργεια εξαιτίας της δύναμης F.

Η ηλεκτρική ενέργεια καταναλώνεται στην αντίσταση του κυκλώματος με ρυθμό
Οπότε ισχύει
Για το κύκλωμα δηλαδή ισχύει πως ο ρυθμός με τον οποίο ηλεκτρική ενέργεια παράγεται ισούται με τον ρυθμό κατανάλωσης της ενέργειας στην αντίσταση κάτι το οποίο επιβεβαιώνει την αρχή διατήρησης της ενέργειας.

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου