Задача и мощность источника

[Igrickiy(senior)]

wrest в сообщении #1392741 писал(а):

непонятно зачем было повторять это бесконечно.

У меня с соображением не все так благополучно. как хотелось бы.

wrest в сообщении #1392741 писал(а):

(именно на нем выделяется механическая мощность, т.е. это то сопротивление, которое не греется, а конвертирует электрическую мощность в механическую без потерь)

Вы меня извините за наивную прямоту, но на сопротивлении механическая мощность не выделяется.
И в догонку.
Если что-то имеет электрическое сопротивление и через это что-то протекает электрический ток, то это что-то ОБЯЗАТЕЛЬНО нагреется. В тех случаях, когда получение тепла от нагревания сопротивления не есть самоцель, нагревание - чистые потери, это нагревание Вселенной за свой счёт без всякой для себя выгоды.

wrest в сообщении #1392741 писал(а):

Короче, вся тема больше похожа не на ПРР(Ф), а на раздел с загадками и ребусами.

Есть предложение подождать. когда и модераторы придут к аналогичному заключению с естественными оргвыводами.

oleg_2
Если интересно.
Задача во многом аналогична первому закону термодинамики в применении к идеальному газу.
Идеальному газу передаётся определённое количество теплоты, то есть над ним совершается работа на микроуровне. У газа есть только две возможности использовать эту энергию: совершить работу и изменить температуру. Что он будет делать, получив энергию? Он сам не решает такие вопросы, его дальнейшее поведение полностью зависит от действий того, в чьих руках он находится. Говоря иначе, всё определяется тем процессом, который ему предписал совершать Хозяин: изотермический, изобарический, изохорический, адиабатический.... Газ подчиняется чужой воле и .... первому началу.
В этой задаче совершенно аналогично. Источник сообщает системе = двигатель + груз определённую энергию. Она по усмотрению владельца системы может быть использована по-разному. Возможностей и здесь только две - совершать работу и нагреваться. Всё полностью и однозначно зависит от соотношения момента внешних сил на валу ротора и результирующего момента сил Ампера. Результирующий момент сил Ампера пропорционален силе тока. Момент внешних сил зависит только от массы груза и при неизменной массе постоянен. Именно этот баланс и определяет силу тока через обмотку или, что равнозначно, угловую скорость вращения вала.
Вот и всё. Это и есть основная Физика этой задачи.

[wrest]

Igrickiy(senior) в сообщении #1392748 писал(а):

Если что-то имеет электрическое сопротивление и через это что-то протекает электрический ток, то это что-то ОБЯЗАТЕЛЬНО нагреется.

Бывают случаи когда нагревом можно пренебречь. Например, когда заряжаются NiMh (да и LiIon) аккумуляторы, то почти всё время заряда (кроме конечной стадии) ток течет, а нагрева нет. То есть: вы вставляете амперметр в разрыв, вольтметр параллельно. Получаете, скажем, 15 вольт на вольтметре (взяли сборку из 10 аккумуляторов) и 2 А на амперметре. Казалось бы, аккумуляторы должны нагреться как будто это 30-Ваттный нагреватель. Но нет, они остаются комнатной температуры пока почти не зарядятся. А потом да - греются (так зарядные устройства и определяют, что заряд завершился - по нагреву).

-- 13.05.2019, 14:54 --

Igrickiy(senior) в сообщении #1392748 писал(а):

Источник сообщает системе = двигатель + груз определённую энергию. Она по усмотрению владельца системы может быть использована по-разному. Возможностей и здесь только две - совершать работу и нагреваться.

Есть ещё пара возможностей: вернуть энергию источнику, преобразовать энергию электрическую во внутреннюю не связанную с нагревом, например в сжатие каких-нибудь пружин, зарядку аккумуляторов, электролизное разделение воды на водород и кислород и т.п.) ;)

-- 13.05.2019, 15:04 --

Igrickiy(senior) в сообщении #1392748 писал(а):

Вы меня извините за наивную прямоту, но на сопротивлении механическая мощность не выделяется.

Ну и написал в том конкретном месте не "выделяется", а "конвертирует электрическую мощность в механическую без потерь". В вашей задаче некуда приложить силы ампера и т.п., их нет в условии. Есть какой-то идеальный электродвигатель с ненулевым сопротивлением обмотки, о конструкции его ничего в задаче неизвестно, кроме того, что крутится вал который поднимает груз посредством наматывания троса, и что сопротивление обмотки постоянно. Далее вы уточняете, что если поделить напряжение на электродвигателе на ток который через него идёт, получится 9,5 (Ом). Тогда совершенно однозначно, зная напряжение из условий задачи равное 380 В, получаем ответ к задаче, 40 А. Не понимаю куда тут вставить момент на валу, силы Ампера и тому подобное. Да некуда.
Но если вы забираете своё уточнение

Igrickiy(senior) в сообщении #1392654 писал(а):

wrest в сообщении #1392634 писал(а):

Когда двигатель поднимает груз, и если поделить напряжение в вольтах на двигателе на ток в амперах через него в этот момент, 9,5 же не получится?

Обязательно получится! Закон Ома работает именно в изложенном Вами виде.

взад, то можно попробовать расхлебать остальное. А так, пока "Закон Ома работает именно в изложенном Вами виде", ответ к задаче однозначен, это 40 ампер, и ответ не зависит от части условий задачи (какой груз на какую высоту и за какое время поднимается).

[shaxel]

Igrickiy(senior) в сообщении #1392748 писал(а):

Вы меня извините за наивную прямоту, но на сопротивлении механическая мощность не выделяется.
И в догонку.
Если что-то имеет электрическое сопротивление и через это что-то протекает электрический ток, то это что-то ОБЯЗАТЕЛЬНО нагреется. В тех случаях, когда получение тепла от нагревания сопротивления не есть самоцель, нагревание - чистые потери, это нагревание Вселенной за свой счёт без всякой для себя выгоды.

Падон, раз уж пошла такая петрушка, я Вас поправлю... Не электрическое, а омическое, или "фрикционное", как называл его, например, Тесла. Сопротивление может быть еще и реактивным, но никакого нагрева в таком случае не будет. Именно поэтому в импульсных преобразователях напряжения, да и других устройствах для ограничения тока используют катушку индуктивности, а не резистор...для того чтобы устройство не превращалось в кипятильник.
На самом деле мне не важно как Вы что называете. Просто неплохо иногда человеку, который указывает другим на их ошибки, или непонимание, указать и на его ошибки тоже.
Кстати в предыдущем сообщении в последнем абзаце на счет закона Ома Вы тоже ошибаетесь. К двигателю подведено 380 В и на нем падает эти же 380 В. Просто сопротивление двигателя разделено на омическое и, как кто-то там называл "механическое", я же назвал его еще раньше "реактивным", так вот на них, на каждом в отдельности, например падает 180+200 В, но в сумме всегда 380.

Так, перечитал еще раз. Ну теперь вообще все понятно. 200 В в моем случае падает на "реактивном сопротивлении", я это вижу так. В Вашем случае, этого сопротивления вообще нет, но есть ЭДС индукции, которая дает эти же 200 В с обратным знаком. Не вижу никакой разницы как представлять себе модель.
Но я так от Вас и не дождался объяснения почему ток будет 10 А, хотя мы имеем 2 корня. На счет некоего неустойчивого состояния из объяснений Олега тоже смысл так и не понял. Может предложите свое объяснение, или объясните тогда еще раз, но как-нибудь по-своему?

[profrotter]

Igrickiy(senior), предупреждение за невыполнение требований модератора. Ещё раз: изобразите схему к вашей задаче. Выберите условно-положительные направления токов и напряжений, обозначьте их и отметьте на схеме. Обозначьте все резистивные элементы, приведите их сопротивления. Резистивные элементы с нулевым сопротивлением на схеме извображать не надо.

[Igrickiy(senior)]

profrotter
Я Вас понял.
Обязательно выполню требования модератора.
Прошу дать мне для этого время.
Вношу необходимые изменения и уточнения. Привожу принципиальные схемы электрической и механической частей установки.

profrotter:
$\mathscr E$ - ЭДС источника напряжения;
$r$ - внутреннее сопротивление источника ЭДС
$\mathscr E_i=\alpha\omega$ - ЭДС индукции, возникающая в двигателе при вращении ротора с угловой скоростью $\omega$.
$R$ - сопротивление обмотки двигателя;
$\mathscr E , r, \alpha , R$ - постоянные величины.

Указаны все принципиальные элементы схемы, составляющие электрическую часть установки.
Указаны полярности источников напряжения и направления тока в схеме.
Показано. что электрический двигатель является сложным элементом, состоящим из активного сопротивления постоянной величины, а также источника ЭДС индукции, возникающей в обмотке ротора при его вращении в магнитном поле статора.

profrotter:
$M_{\text{эл}}$ - момент (результирующ) сил Ампера на валу.

Приведена механическая схема двигателя. Показано, что при протекании тока через ротор, возникает вращающий момент сил Ампера, который и обеспечивает подъем груза.

[profrotter]

Тема перемещена из форума «Помогите решить / разобраться (Ф)» в форум «Карантин»
Причина переноса: требуется уточнение условий задачи.

[profrotter]

Тема перемещена из форума «Карантин» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»
Причина переноса: вернул.

[shaxel]

Igrickiy(senior) в сообщении #1392261 писал(а):

2. Двигатель подключен к источнику постоянного известного напряжения с пренебрежимо малым внутренним сопротивлением. Ни одна характеристика источника не изменяется в процессе работы установки.

r уберите из рисунка.

[Igrickiy(senior)]

shaxel в сообщении #1392920 писал(а):

r уберите из рисунка.

Нет.
Категорически не уберу.
На моём рисунке $r$ останется из уважения к тем людям, которые во время обсуждения решили учесть и внутреннее сопротивление источника напряжения. Я как автор задачи ничего не имею против такого рассмотрения в общем случае. Именно по этой причине на моих схемах указаны все элементы, какие в принципе могут быть учтены. Можно ещё учесть и силы трения в подъемном механизме, и потери в магнетике и много чего ещё. На моих схемах приведено всё то, что мне кажется интересным.
Если Вам мешает внутреннее сопротивление, перерисуйте для себя схему без него.
Я тоже нигде его не учитываю, но оставить считаю правильным.

[wrest]

Igrickiy(senior)
Хотел бы задать, если позволите, глупый вопрос.
Если отвлечься от конструкции двигателя, то чем ЭДС индукции $\mathscr E_i=\alpha\omega$ отличается от сопротивления? На зажимах этой ЭДС индукции имеем напряжение (равное $\mathscr E_i$), и через него течет какой-то ток (тот же что течет и через остальные элементы). То есть мы же можем просто заменить $\mathscr E_i$ на, скажем, какое-то $R_i$, которое будет как-то зависеть от $\omega$
С $\mathscr E_i$, конечно, легче увидеть что при каких-то оборотах $\omega$ ток будет вообще нулевой (при $\mathscr E=\mathscr E_i$), а потом при увеличении оборотов ток пойдет в обратную сторону (при $\mathscr E_i > \mathscr E$), но труднее увидеть где же потребляется/выделяется/конвертируется механическая мощность (которая равна $I\mathscr E_i$)

[Igrickiy(senior)]

wrest
Освобожусь и отвечу.

[Snegovik]

wrest в сообщении #1392926 писал(а):

Если отвлечься от конструкции двигателя, то чем ЭДС индукции $\mathscr E_i=\alpha\omega$ отличается от сопротивления? На зажимах этой ЭДС индукции имеем напряжение (равное $\mathscr E_i$), и через него течет какой-то ток (тот же что течет и через остальные элементы). То есть мы же можем просто заменить $\mathscr E_i$ на, скажем, какое-то $R_i$, которое будет как-то зависеть от $\omega$

Здесь на самом деле все очень просто, главное уравнение электродвигателя

$U = E + IR$

где $U$ - напряжение сети
$I$ - сила тока
$R$ - сопротивление якоря
$E$ - ЭДС

В этом случае вполне можно посчитать напряжение ЭДС.

отсюда же выводится формула

$I = \dfrac{U-E}{R}$

Если каждое слагаемое этой формулы разделить на ток якоря, то получим формулу

$Rd = \operatorname{Re} + R$

где
$Rd$ - эквивалентное сопротивление двигателя с учетом КПД
В том случае, если КПД равен 100% мы считаем ток из условия мощности, находим $E$ и из него находим "виртуальное" $ \operatorname{Re} $, ораничивающее ток до того значерия при котором КПД принимает значение равноe 100 %. Но это скажем так, модель. При меньшем ЭДС "виртуальное" $\operatorname{Re}$ падает, увеличивается ток. Это самое виртуальное $\operatorname{Re}$ я назвал прежде эквивалентным полезным сопротивлением.

[rascas]

Уважаемый Igrickiy(senior), $\mathscr E_i=\alpha\omega$, Вот какую характеристику двигателя постоянного тока Вы не включили в условие своей задачи.
Двигатели постоянного тока бывают очень разные, например, с последовательным возбуждением, параллельным, с постоянными магнитами и т.п.
И у всех этих двигателях различные характеристики.

Ответ 10А или 30А

[wrest]

Snegovik в сообщении #1392947 писал(а):

отсюда же выводится формула

$I = \dfrac{U-E}{R}$

Если каждое слагаемое этой формулы разделить на ток якоря, то получим формулу

$Rd = \operatorname{Re} + R$

Вот это чисто технически я не понял что на что делить, но да, сопротивление двигателя равно сопротивлению обмотки плюс какое-то ещё (у вас обозначено $Re$).
Далее, как я писал ранее, сопротивление обмотки $R$ мы переносим к источнику напряжения, называем его "внутреннее сопротивление источника напряжения", а $Re$ называем "сопротивление нагрузки", после чего приходим к стандартной схеме источника напряжения с ненулевым внутренним сопротивлением, и подключенной к нему нагрузкой, вот об этом я и писал тут:

(Оффтоп)

wrest в сообщении #1392524 писал(а):

Я представляю себе эквивалентную схему так. Имеем источник напряжения $U=380$В внутренним сопротивлением $r=9,5$ Ом. Имеем нагрузку неизвестного сопротивления $R$, на которой выделяется мощность $P_R=\dfrac{mgh}{t}=\dfrac{750 \cdot 10 \cdot 19}{50}= 2850$ Ватт.
Как известно, максимальная мощность выделяется в нагрузке при равенстве внутреннего сопротивления источника напряжения $r$ и сопротивления нагрузки $R$. В нашем случае $P_{maxR }=\dfrac{U^2}{2(r+R)}=7600$ Ватт
Мощность $P_R=2850<P_{maxR}$, так что
1. Да, такой двигатель может поднять данный груз на данную высоту за данное время.
2. Удовлетворяющих значений силы тока две, одно из которых можно выбрать только имея какие-то дополнительные исходные данные.

-- 14.05.2019, 14:49 --

Snegovik в сообщении #1392947 писал(а):

В том случае, если КПД равен 100%

КПД может быть 100% только в одном случае: $Re= \infty; I=0$. Т.е. двигатель либо отключен и не вращается (порвана обмотка), либо потерь в двигателе нет, он вращается так, что ЭДС индукции равна ЭДС источника напряжения и ток не идёт (но это уже зависит от конструкции - может ли он так работать). То есть полезная работа при КПД=100% не совершается.

-- 14.05.2019, 14:53 --

Snegovik в сообщении #1392947 писал(а):

находим $E$ и из него находим "виртуальное" $ \operatorname{Re} $,

Я не понимаю почему его все хотят назвать виртуальным. Оно вполне реальное, именно это сопротивление $Re$ конвертирует электрическую энергию в механическую.

[Igrickiy(senior)]

wrest в сообщении #1392752 писал(а):

Бывают случаи когда нагревом можно пренебречь.

Бывают случаи, когда с этим начинают спорить. Это не мой случай. Я утверждаю лишь, что на активное сопротивление при протекании через него тока греется ВСЕГДА.

wrest в сообщении #1392752 писал(а):

Есть ещё пара возможностей: вернуть энергию источнику, преобразовать энергию электрическую во внутреннюю не связанную с нагревом, например в сжатие каких-нибудь пружин, зарядку аккумуляторов, электролизное разделение воды на водород и кислород и т.п.) ;)

Интересная мысль! Почти "рацуха": сжать пружину, не совершая работы. Остальное аналогично...

wrest в сообщении #1392752 писал(а):

В вашей задаче некуда приложить силы ампера и т.п., их нет в условии.

Вопрос: а сами-то силы Ампера в этой задаче есть?

wrest в сообщении #1392752 писал(а):

Далее вы уточняете, что если поделить напряжение на электродвигателе на ток который через него идёт, получится 9,5 (Ом).

Именно.
Именно так и есть!!
Но сдаётся мне, что напряжение на электродвигателе совсем не 380 вольт.

wrest в сообщении #1392752 писал(а):

Не понимаю куда тут вставить момент на валу, силы Ампера и тому подобное. Да некуда.

На нет и суда нет!

wrest в сообщении #1392752 писал(а):

Но если вы забираете своё уточнение....

Никогда! Даже не думайте об этом.

wrest в сообщении #1392752 писал(а):

ответ к задаче однозначен, это 40 ампер

Нет. Не 40 А.
40 А будет при неподвижном роторе.

Продолжу позже.