فیزیک کلی

 ساختمان ماده

ساختمان ماده

 

 اصولا ماده از پروتون ها، نوترون ها و الکترون ها تشکیل شده است. با این وجود ساختار های واحد دیگری نیز وجود دارد که با ثبات نیستند. این ذرات با چهار ویژگی: بار الکترونیکی، جرم ساکن، اندازه حرکت مکانیکی و حرکت مغناطیسی ایشان شناخته می شود. تعداد پروتون ها در هسته اتم با عدد اتمی مساوی و مجموع تعداد پروتون ها و نوترون ها تقریبا با با جرم کلی اتم مساوی است، داده هایی که می توان آن ها را از جدول تناوبی مندلیف استفاده نمود.

فیزیکدان دانمارکی نیلز بوهر در اوایل سال ۱۹۱۳ از میان دیگران، نظری های ارایه داد که نشان داد با واقعیت مطابقت دارد. نشان داد که اتم ها فقط در یک حالت ساکن و با انرژی معینی می توانند ظاهر شوداگر اتم از یک حالت انرژی به حالت دیگری از انرژی تغییر شکل دهد مقدار تشعشعی به اندازه یک فوتون از خود ساطع می کند.

 این همان گودار های گوناگونی است که خودشان را به شکل نور با طول موج های مختلف نشان می دهند. این نور ها در یک طیف نگار به صورت خطوط رنگی مریی اتم ظاهر می شود. در تمام درجه حرارت های بالای صفر مطلق، مولکول ها مقدار معینی جنبش دارند.

 مولکول ها و حالت مختلف ماده

 

 ماده و حالت های آن

مولکول ها اتم هایی است که به وسیله پیوند شیمیایی در کنار یکدیگر نگه داشته می شود. مولکول ها به اندازه کوچک هستند که یک میلی متر مکعب هوا در فشار اتمسفری تقریبا2 / 55 * 10مولکول را در بر دارد.

وقتی به ماده ای در حالت جامد آنقدر گرما داده شود که ساختار صلب شبکه نتواند از جنبش مولکول ها ممانعت کند مولکول ها شل شده، ماده ذوب میگردد و به مایع تبدیل می شود.

اگر به مایع بیشتر گرما داده شود پیوند مولکول ها شکسته شده، در هنگام انبساط به تمام جهت حرکت می کنند، تبدیل میشود و با گاز های دیگر در اتاق مخلوط می گردد. وقتی مولکول های گاز سرد شوند، سرعتشان کاهش مییابد دوباره به یکدیگر متصل می شوند و میعان شروع میشود. با وجود این اگر مولکول های گاز بیشتر گرم شوند به ذرات مجزایی شکسته میشود و پلاسمایی از الکترون ها و ذرات اتمی تشکیل می دهند. پوسته الکترونی، ویژگی های شیمیایی به عناصر می دهد اینجا چند مثال ساده وجود دارد. هیدروژن دارای یک الکترون در پوسته الکترونی، هلیوم دارای دو الکترون در یک پوسته الکترونی و لیتیوم دارای الکترون سوم در پوسته دوم الکترونی است.

واحد های فیزیکی

فشار

نیروی وارد بر سطح یک سانتی متر مربع ستون ای از هوا، که از سطح دریا به مرز اتمسفر حرکت میکند حدود 10 / 13n است بنابراین فشار مطلق اتمسفر در سطح دریا حدودا 10 / 13 * 10در هر متر مربع است این مقدار یک پاسکال در واحد SI، برای فشار نامیده می شود. هر میزان ارتفاع از سطح دریا باشد فشار اتمسفر پایین تر خواهد بود و برعکس.

دما

تعریف شفاف از دمای یک گاز سختتر از فشار آن است. تمام یاری از انرژی جنبشی در مولکول ها می باشد. آن ها درجه حرارت های بالاتر سریعتر حرکت می کند و جنبش در صفر مطلق متوقف می شود مقیاس کلوین، بر این اساس قرار دارد در غیر این صورت ما همانند مقیاس سلسیوس درجه بندی می شود.

ظرفیت گرمایی

ظرفیت گرمایی دلالت بر مقدار گرمای مورد نیاز جهت افزایش دمای Kg 1 از یک ماده تا K دارد بدین ترتیب اندازه ظرفیت حرارتی j / kg * K خواهد بود در نتیجه ظرفیت حرارت مولکولی به صورت mol * K اندازه گیری می شود.

 کار

کار مکانیکی عبارت است از حاصل ضرب یک نیرو در مسافتی که جسم تحت تاثیر آن نیرو پیموده، درست همانند گرما. کار یک انرژی است که از جسم به جسم دیگر منتقل می شود با این تفاوت که کار یک نیرو است نه دما.

 

برای مثال، فشردگی گاز را در سیلندر توسط یک پیستون محرک در نظر بگیرید. فشردگی از طریق نیروی ایجاد می شود که پیستون را حرکت می دهد. به طور همزمان، انرژی از پیستون به گازی که در محیط بسته قرار دارد، انتقال می یابد.

 

این انتقال انرژی در معنی ترمودینامیک کار محسوب می شود مجموع انرژی اعمال شده و منتقل شده همیشه ثابت است. کار می تواند نتایج متفاوتی داشته باشد مثلا به انرژی پتانسیل، جنبشی یا حرکتی یا حرارتی تبدیل شود.

 

کار مکانیکی که باعث ایجاد تغییراتی در حجم گاز یا ترکیب گاز شود از مهم ترین فرایند های ترمودینامیکی محسوب می گردد. واحد اندازه گیری بین المللی برای کار، که ژول است.

توان

توان، کاری است که در واحد زمان انجام می شود. واحد اندازه گیری بین المللی برای توان وات است.

 

به عنوان مثال، مقدار توان یا انرژی وارد بر یک محور چرخان را می توان در یک کمپرسور به لحاظ کمی به گرمای خارج شده از سیستم و گرمای به کار گرفته شده در فشردن گاز شباهت داد.

مقدار حجم جاری

واحد اندازه گیری سیستم بین المللی برای مقدار حجم در حرکت m3 / s است. با وجود این وقتی صحبت درباره مقدار حجم در حال حرکت به میان می آید برای مثال در یک کمپرسور، از واحد لیتر بر ثانیه استفاده می شود.

 

این مقدار حجم در حال حرکت ظرفیت کمپرسور نامیده می شود که یا به صورت نرمال لیتر ثانیه و یا به عنوان مقدار هوای خروجی آزاد بیان می گردد.

 

با استفاده از واحد نرمال لیتر در ثانیه مقدار هوای در حال حرکت را می توان دوباره به حالت نرمال محاسبه کرد. این واحد، زمانی که میخواهید مقدار جرم را تعیین کنید مورد استفاده قرار میگیرد.

 

با استفاده از مقدار هوای خروجی آزاد میتوان مقدار هوای خروجی کمپرسور را دوباره به حالت ورودی استانداردش محاسبه کرد بدین ترتیب اگر بخواهیم محیط را از هوا پر کنیم، می توانیم محاسبه کنیم که محیط مورد نظر برای پر شدن به چند لیتر هوا نیاز دارد.

 اصول عمده

 

اولین قانون اصلی علم ترمودینامیک، قانون طبیعت است که نمیتوان آن را اثبات کرد ولی بدون هیچ قید و شرطی به پذیرفتن نیست این قانون بیان می کند نمی توان انرژی را به وجود آورد و نمیتوان آن را از بین برد، از این رو میگوییم که انرژی کلی در یک سیستم بسته، ثابت است.

 

دومین قانون اصلی علم ترمودینامیک بیان میکندگر ما هیچ گاه نمی تواند به خودی خود از یک منبع به منبع گرم تر منتقل شود. این اصل بدین معناست که انرژی فقط زمانی میتواند برای انجام کار در دسترس باشد که بتوان آن را از سطح درجه حرارت بالاتربسته حرارت پایین تری تبدیل کرد بنابراین در یک موتور حرارتی، تبدیل مقداری گرما به کار مکانیکی فقط زمانی می تواند روی دهد که قسمتی از این مقدار گرما بدون تبدیل شدن به کار به طور همزمان به وجود آید.

 انتقال حرارت

 تفاوت گرمایی درون هر جسمی یا بین اجسام مختلف، همیشه با انتقال حرارت منجر می شود. به طوری که تعادل حرارتی بهدست آید. این انتقال حرارت به سه روش: رسانایی، کنوانسیون یا تشعشع میتواند صورت گیرد در واقع انتقال حرارت در هر سه روش به صورت موازی روی می دهد.

 

رسانایی بین جسم های جامد یا بین لایه های نازک مایع و گاز روی می دهد. مولکول هایی که در حال جنبش هستند انرژی جنبشی خودشان را به مولکول های مجاور منتقل می کنند.

انتقال گرما می تواند به صورت انتقال آزاد با حرکت طبیعی در سیال و یا انتقال اجباری روی دهد. برای مثال حرکت در انتقال اجباری گرما توسط پمپ یا پنکه ایجاد می شود.

انتقال اجباری گرما به طرز چشمگیری گرما را بیشتر انتقال می دهد. تمامی اجسامی که دارای درجه حرارتی بالاتر از 0K هستند از خود تشعشعات حرارتی ساطع می کنند.

وقتی تشعشات حرارتی به جسمی برخورد میکند مقداری از آن انرژی جذب ان جسم شده و به گرما تبدیل می شود. 

تشعشعاتی که جذب نمی شوند از این جسم عبور می کنند و یا منعکس می گردنند. فقط جسمی که کاملا سیاه است میتواند به طور تیوریکی تمامی انرژی تابیده شده را جذب کند.

در عمل انتقال حرارت، مجموع انتقالات حرارتی است که از طریق رسانایی، کنواکسیون و تشعشع صورت می پذیرد. معمولا رابطه زیر به کار گرفته می شود.

تفاوت لگاریتمی دمای متوسط یه عنوان رابطه بین اختلاف دما در دو طرف اتصال مبدل حرارتی تعریف می شود. این رایطه به صورت زیر بیان می شود.

 می توانید تغییرات ایجاد شده در حالت گاز را از یک نقطه تا نقطه دیگر در نمودار دنبال کنید.

تفاوت لگاریتمی دمای متوسط به عنوان رابطه بین اختلاف دما و در دو طرف اتصال مبدل حرارتی تعریف می شود، این رابطه به صورت زیر بیان می گردد.

می توانیم تغییرات ایجاد شده در حالت گاز را از یک. تا نقطه دیگر در نمودار P / V دنبال کنید.

 اگرچه شما تصویر منحنی را روی یکی از صفت در نظر می گیرید روی سطح P / V تمایز بین پنج حالت زیر ایجاد می گردد.

 فرایند هم حجمی، فرایند هم فشار فرایند هم دما، فرایند هم دما ای بدون تبادل گرما با محیط اطراف و فرآیند چند سانی تبادل گرما با محیط اطراف از طریق یک عملکرد ریاضی ساده بیان می شود.

 فرایند هم حجمی

 حرارت به یک گاز در فضای بسته مثالی از فرایند هم حجمی است رابطه مقدار گرمای به کار گرفته شده به صورت زیر است

 فرایند هم فشاری

 گرمایش گاز در سیلندری که دارای پیستون با بارگذاری ثابت میباشد نمونه ای از فرایند هم فشاری محسوب میشود. رابطه مقدار گرمای به کار گرفته شده به صورت زیر است

 فرایند هم دمایی

اگر کاز موجود در یک استوانه به طوری فشرده شود که دمای آن تغییر نکند، مقدار گرمایی که با کار اعمال شده مساوی است باید بتدریج بیرون فرستاده شود. این امر در عمل غیر ممکن است چنین فرایندی آهسته ایی نمی تواند صورت پذیرد.

رابطه مقدار گرمای بیرون فرستاده شده به صورت زیر است:

فرایند هم دمایی بدون تعادل گرمایی با محیط

 نمونه ای از فرایند هم دمایی (بدون تبادل گرمایی با محیط) این است که در استوانه ای با عایق بندی کامل، گاز بدون هیچ تبادل گرمایی با محیط تحت فشار قرار گیرد، یا گاز آن قدر سریع گرما داده شود که فرصت کافی برای تبادل با محیط اطراف ایجاد نشود رابطه این فرآیند به صورت زیر است.

 فرایند چند سانی

فرایند هم دما ای شامل تبادل کامل دما با محیط اطراف است و در فرآیند های نیز هیچ تبادل گرمایی صورت نمی گیرد. در واقع همه فرایند ها که چبزی بین این دو حد هستند فرایند کلی چند سانی نامیده میشوند رایطه چنین فرایندی به صورت زیر است.

عبور جریان گاز از یک مجرا

جریان را به نسبت فشاری در طرفین مجرا بستگی دارد. اگر فشار بعد از مجرا پایین آورده شود جریان افزایش می یابد. با توجه به اینکه، جریان فقط تا زمانی آنقدر بالاست که فشار در قبل از من را تقریبا دو برابر شود، کاهش بیشتر فشار بعد از مجرا باعث افزایش جریان نمی شود.

این نسبت، فشار بحرانی است که به توان فرآیند عدم تعادل گرمایی با محیط بستگی دارد نسبت به فشار بحرانی وقتی روی میدهد که سرعت جریان با سرعت صوتی موجود در باریک ترین قسمت من را مساوی باشد. جریان وقتی فوق بحرانی می شود که فشار بعد از مجرا، تحت مقادیر بحرانی بیشتر کاهش داده شود. رابطه عبور جریان یک مجرا به صورت زیر است.

عبور جریان از درون لوله ها

عدد رینولد بی بعدی است که بین اینرسی و اصطکاک در یک سیال جاری وجود دارد. این عدد به صورت زیر تعریف میشود:

در اصل در یک لوله دو نوع جریان میتواند وجود داشته باشد اگر Re توزیع سرعت در سراسر این لایه های آرام اغلب سهمی شکل است اگرre> 4000 باشد نیروی گرانروی بر سیال جاری مسلط شده جریان متلاطم می گردد و ذرات به صورت تصادفی حرکت می کند. توزیع سرعت در سطح لایه ای که جریان متقاطع میدارد پراکنده می شود. در منطقه بحرانی که بین Re 4000 قرار دارد حالت جریان نامشخص هستند جریان آرام یا متلاطم و یا ترکیبی از هر دو می باشد. این حالات جریان با فاکتور هایی نظیر صیقلی بودن سطح لوله یا توابع دیگر کنترل می شود. برای راهاندازی یک جریان در لوله لازم است اختلاف فشار یا افت فشار مشخصی وجود داشته باشد تا برای اصطکاک موجود در لوله ها و اتصالات غلبه کند.

 

میزان افت فشار به: قطر، طول، شکل و نیز میزان صیقلی بودن سطح لوله و عدد رینولد بستگی دارد.

تنظیم مجرا

وقتی از میان مجرای باریکی که فشار قبل و بعد از آن ماجرا ثابت است، گاز مورد نظر کند، درجه حرارت ثابت خواهد ماند. با وجود این، افت فشاری که در سراسر این مجرای باریک ایجاد می شود زیر بود به علت تبدیل انرژی درونی به انرژی جنبشی است و باعث می شود درجه حرارت پایین آید. بدین منظور برای گاز های واقعی حتی اگر از میزان انرژی گاز ثابت باشد این تغییر دما پایدار می ماند. این پدیده اثر ژول تامسون نامیده می شود تغییر دما با افت فشار ایجاد شده در سراسر مرا ضربدر ضریب ژول توماسون مساوی است.

اگر دمای یک سیال جاری به اندازه کافی پایین باشد در سراسر مجرای باریک، افت دما مشاهده می شود، اما اگر سیالدارید گرم تر باشد، افزایش دما رخ می دهد این شرایط در بسیاری از موارد تکنیکی نظیر فناوری های تبرید و جداسازی گاز ها مورد استفاده قرار می گیرد.

هوا

بررسی کلی هوا

هوا ترکیب گازی بیرنگ، بی بو، بی مزه است. هوا از گاز های بسیاری تشکیل شده اما گاز های تشکیل دهنده آن عمدتا اکسیژن و نیتروژن هستند. در بیشتر شرایط محاسباتی می توان هوا را به عنوان یک ترکیب گازی کامل در نظر گرفت.

ترکیب هوا از سطح دریا تا ارتفاع ۲5 کیلومتری نسبتا ثابت است کم و بیش با ذرات جامدی مثل گرد و غبار، شن، بوده و کریستال های نمک آلوده میشود. میزان آلودگی در نواحی پرجمعیت، بالاتر و در روستا ها و ارتفاعات بالاتر کمتر است. هوا ماده ای استکه به طور مکانیکی ترکیب شده است و یک ماده شیمیایی نیست به همین علت می توان اجزای سازنده آن را برای مثال با سرد کردن، از یکدیگر جدا کرد

هوای مرطوب

را می توان به عنوان ترکیب از هوای خشک و بخار آب در نظر گرفتن نقطه هوایی که حاوی بخار آب است هوای مرطوب نامیده می شود و می تواند در حدود گسترده تغییر نماید. هوا می تواند کاملا خشک یا مرطوب اشباع شده باشد، حداکثر فشار بخار آبی که می تواند در خود نگه دارد با ازدیاد دما افزایش می یابد. حداکثر فشار بخار آب با دما ارتباط دارد. زمانی که هوا به حداکثر فشار خود می رسد معمولا حاوی بخار آب نیست فشار بخار نسبی حالتی بین فشار بخار واقعی و فشار بخار اشباع شده است که در همان درجه حرارت وجود دارد. نقطه شبنم دمایی است که در آن هوا از بخار آب اشباع شده است بدین ترتیب با کاهش دما میعان آب صورت می گیرد. نقطه شبنم اتمسفری، درجه حرارت است که در آن بخار آب در فشار اتمسفری به میعان تبدیل می شود. نقطه شبنم فشاردمای متعادل به همراه افزایش فشار است رابطه زیر به کار برده می شود:

انواع کمپرسورها

دو اصل اساسی

  • ۲ اصل اساسی برای فشردگی هوا، فشردگی داینامیک و اصل جابه جایی است. از جمله کمپرسور های جابجایی کمپرسور های پیستونی و انواع متفاوت کمپرسور های چرخشی می باشند که رایج ترین کمپرسور ها در بیشتر کشور ها هستند. برای مثال در یک کمپرسور پیستونی، هوا را وارد محفظه تراکم می شود، این محفظه از مجرای ورودی اش بسته می شود کمپرسور کاهش مییابد و هوا متراکم میشود. وقتی فشار به اندازه فشار موجود در مانیفولد رسید سوپاپ خروجی باز می شود هوا در فشار ثابت جهت کاهش مستمر حجم از محفظه کمپرسور خارج می شود.
  • در کمپرسور های داینامیکی، هوا وارد محفظه ای می شود که دارای پروانه تراکم ساز سریعی است که با سرعت بالایی میچرخد. سپس گاز از طریق پخش کننده هاخارج می شود که در آن صورت انرژی جنبشی به فشار استاتیک تبدیل می شود کمپرسور های دینامیکی در دو نوع با جریان محوری و شعاعی می باشند که همه آن ها برای مقادیر جریان حجم زیاد هستند.

کمپرسور های جابجایی

کمپرسور های جابجایی

پمپ دوچرخه ساده ترین نوع یک اپراتور جابه جایی است که در این نوع پمپ هوا وارد سیلندر می شود و توسط پیستون متحرک ای فشرده می شود. کمپرسور پیستونی دارای اصل عملکرد مشابهی با یک پیستون است، پیستونی که در آن یک میله اتصال و یک میل لنگ چرخشی باعث عقب و جلو رفتن میشود اگر برای فشردن هوا فقط یک طرف پیستون استفاده شود پیستوله یک طرفه و اگر در دو طرف بالا و پایین مورد استفاده قرار گیرد پیستون دو طرف نامیده می شود. تفاوت بین فشار در دو قسمت ورودی و خروجی به عنوان اندازه ای از کار کمپرسور است. نسبت فشار رابطه بین فشار مطلق در قسمت های ورودی و خروجی است بنابراین ماشینی که هوا تحت فشار اتمسفر را تا هفت بار فشرده می سازد دارای کاری با نسبت فشار (7 + 1) / 1 = 8 است.

نمودار کمپرسور برای کمپرسور های جابجایی

حجم کورس پیستون با حجم استوانه ای که پیستون در مرحله کورس مکش از آن عبور می کند برابر است ضریب مجاز حجمی، منطقه ای است که باید به دلایل مکانیکی در نقطه عطف پیستون باقی بماند و شامل منطقه مورد نیاز سوپاپ ها نیز می شود. تفاوت بین حجم کورس پیستون و حجم مکش به انبساط هوایی بستگی دارد که قبل از شروع مکش در ضریب مجاز حجمی باقی می ماند تفاوت بین نمودار تیوریکی و نمودار واقعی به طرح عملی کمپرسور بستگی دارد. به عنوان مثال در یک کمپرسور پیستونی دریچه ها هیچگاه به طور کامل آب بندی نمی شوند و همیشه نشت بین پیستون و دیوار و سیلندر وجود دارد. نکته دیگر اینکه سوپاپ ها نمی توانم بدون تاخیر باز و بسته شود، زیرا این تاخیر وقتی گاز از میان کانال ها عبور می کند باعث افت فشار می شود. بنابراین دلایل وقتی گاز به داخل سیلندر جاری می شود گرما داده می شود کار تراکم با تراکم هم دمایی یا به صورت زیر بیان می شود.

کمپرسور های داینامیکی

کمپرسور های داینامیکی موتور جریانی است که در آن افزایش فشار به طور همزمان با عبور جریان گاز صورت میگیرد. گاز جاری به واسطه پروانه چرخنده ایی سرعت بالایی به خود می گیرد و بعد از این وقتی تحت نیرو، مورد کاهش سرعت واقع میشود به فشار تبدیل میگردد. این کمپرسور ها بنا بر جهت اصلی جریان کمپرسور های شعاعی یا محوری نامیده می شوند.

در مقایسه با کمپرسور های جا به جایی کپچرسور های داینامیکی دارای ویژگی های به خصوصی هستند، در این کمپرسور ها تغییر کوچکی در فشار کار باعث ایجاد تغییر بزرگی در ظرفیت می شود. هر سرعتی دارای یک حد ظرفیت بالاتر است. حد بالاتر به معنی است که سرعت جریان گاز به سرعت صوت می رسد. حد پایین تر به این معنی است که فشار مقابل بزرگتر از فشار تراکم کمپرسور بوده و با بازگشت جریان در کمپرسور ایجاد تکان، ظربه و خسارت مکانیکی در کمپرسور می شود.

تراکم در چندین مرحله

به لحاظ تیوریکی گاز را میتوان به صورت فرایند هم دمایی و یا عدم تعادل گرمایی فشرده ساخت. این کار می تواند به عنوان قسمتی از یک فرآیند بازگشت پذیر انجام شود. اگر گاز فشرده شده را بتوان سریعا در درجه حرارت نهایی اش بعد از تراکم مورد استفاده قرار داد فرایند عدم تعادل گرمایی حتما سودمند خواهد بود. در واقع به نوبت می توان گاز را مستقیما و بدون سرد کردن مورد استفاده قرار داد بنابراین از آنجا که این فرآیند نیاز به کار کمتری دارد فرایند هم دما ای ترجیح داده می شود.

در عمل تلاش می کنیم این فرآیند را با سرد کردن گاز در طول مدت فشرده سازی محقق کنیم.

یک روش علمی برای کاهش گرمایش کار این است که تراکم را به چندین مرحله تقسیم کنیم. گاز بعد از هر مرحله سرد می شود تا بیشتر فشرده گردد کاهش نسبت فشار در مرحله اول باعث افزایش کارایی می شود اگر نسبت فشار در هر مرحله یکسان باشد میزان انرژی مورد نیاز نیست به پایین ترین سطح می رسد.

هرچه تعداد مراحل یکسان باشد میزان انرژی مورد نیاز به پایین ترین سطح می رسد.

 هرچه تعداد مراحل فشرده سازی بیشتر باشد کل فرآیند به تراکم هم نمایی نزدیک تر می شود با وجود این یک حد اقتصادی برای تعداد مراحل تراکم در طراحی یک دستگاه واقعی وجود دارد.

مقایسه بین کمپرسور های جابجایی و گریز از مرکز

کمپرسور های جابجایی و گریز از مرکز

 

منحنی ظرفیت کمپرسور سانتریفیوژ تفاوت قابل ملاحظه با منحنی ظرفیت کمپرسور جابه جایی دارد کمپرسور گریز از مرکز ماشینی است که دارای ظرفیت متغیر و فشار ثابتی است. در عوض کمپرسور جابجایی ماشینی با ظرفیت ثابت و فشار متغیر است.

از تفاوت های موجود دیگر بین دو کمپرسور این است که کمپرسور جابجایی برخلاف بیشتر کمپرسور های گریز از مرکز خط در سرعت پایین نسبت به فشار بالاتری دارد. کمپرسور های گریز از مرکز به قوت و مقادیر زیاد جریان هوا متناسب هستند.

الکتریسیته

مجموعه اصطلاحات و تعاریف پایه ای

جریان متناوبی که به عنوان مثال برای بکارگیری روشنایی و عملکرد های موتور مورد استفاده قرار می گیرد به طور پیوسته شدت و جهت جریان را تغییر می دهد. جریان است سفر به حداکثر مقدارش می رسد، سپس به صفر کاهش می یابد، جهت را تغییر میدهد در جهت مخالف به حداکثر می رسد و سپس دوباره صفر می شود.

 

بدین ترتیب جریان یک دوره را به اتمام می رساند. دوره T زمان را بر حسب ثانیه حساب میکند که جریان در طی آن مقادیر خود را کسب می نماید. فرکانس تعداد دوره های کامل را در هر ثانیه بیان می کند.

وقتی درباره جریان یا ولتاژ صحبت می کنیم اغلب منظور ما ارزش موثر جریان است اگر جریان سینوسی باشد محاسبه ارزش موثر ولتاژ جریان مربوط به صورت زیر است.

اختلاف پتانسیل زیرv 50 ولتاژ فوق العاده پایین نامیده می شود اختلاف پتانسیلی که زیرv 1000 قرار گیرد ولتاژ پایین نامیده می شود اختلاف پتانسیل بیش ازv 1000 ولتاژ بالا نامیده می شود اختلاف پتانسیل های استاندارد در حد 5۰ hz شامل230 / 400v و 400 / 690v هستند.

قانون اهم برای جریان متناوب

جریان متناوب ای که از یک سیم پیچ برق عبور می کند باعث ایجاد یک جریان مغناطیسی می شود این جریان مغناطیسی به همان صورت جریان متناوب شدت و جریان ها تغییر می دهد. وقتی جریان تغییر می کند بر طبق قوانین القایی ۱ نیروی محرکه الکتریکی در سیم پیچ برق به وجود می آید این نیروی محرکه الکتریکی در جهت مخالف به سمت ولتاژ قطب الکتریکی بسته هدایت می شود این پدیده خود القایی نامیده می شود.

خود القایی در یک واحد جریان متناوب تا آن اندازه ای باعث جابجایی فاز بین جریان و ولتاژ می شود و تا حدودی باعث افت ولتاژ القایی می شود. مقاومت دستگاه با احتساب جریان متناوب از مقاومت محاسبه شده یا اندازه گیری با جریان مستقیم بزرگتر است.

جابجایی فاز بین جریان و ولتاژ توسط زاویهq و مقاومت القایی توسط ایکس نشان داده میشود مقاومت به وسیله R و مقاومت ظاهری در یک دستگاه یا هادی توسط Z نشان داده می شود.

سیستم سه فاز

جریان متناوب سه فاز در ژنراتور ای که دارای سه سیم پیچ جداگانه است تولید می شود تمام مقادیر اختلاف پتانسیل سینوسی در رابطه با یکدیگر ۱۲۰ درجه جابجا می شود.

دستگاه های مختلف را می توان به یک سیستم سه فاز متصل ساخت یک دستگاه تک فاز می تواند به یکی از فاز های زمین متصل شود دستگاه سه فاز می تواند به دو طریق ستاره یا مثلث به هم اتصال یابد در اتصال ستاره یک ولتاژ فاز بین خروجی ها قرار دارد در اتصال مثلث یک ولتاژ اصلی بین خروجی ها قرار دارد.

توان

توان کنشیP توان مفیدی است که می توان برای کار مورد استفاده قرار گیرد توان واکنشی توان بیهوده ای است و نمی تواند برای کار مورد استفاده قرار گیرد توان ظاهری توانی است که باید از ذخیره جریان برق مصرف شود تا بتواند دست یابد رابطه بین توان کنشی و واکنشی و ظاهری معمولا توسط مثلث توان نشان داده می شود.

موتور الکتریکی

موتور الکتریکی موتور سه فاز القایی است. این نوع موتور که می توان آن را در تمام صنایع پیدا کرد. بی صدا قابل اتکا و قسمتی از بیشتر سیستم ها برای مثال، کمپرسور ها است. موتور الکتریکی شامل دو قسمت اصلی اسناتور ساکن و روتور گردنده است. اسناتور میدان مغناطیسی چرخشی به وجود می آورد و رو نور انرژی را به حرکت برای مثال انرژی مکانیکی تبدیل می کند.

 اسناتور به منبع جریان برق سه فاز متصل می شود. جریان در سیم پیچ های اسناتور باعث ایجاد میدان مغناطیسی چرخشی می شود که این میدان شامل جریان های موجود در رو نور و باعث ایجاد میدان مغناطیسی در آنجا نیز می شود رابطه متقابل بین میدان های روتور اسناتور گشتاور چرخشی به وجود می آورد که باعث چرخیدن محور روتور می شود.

سرعت چرخش

اگر محور گردنده موتور با سرعتی مشابه با سرعت میدان مغناطیسی بچرخد جریان القا شده در روتور به طور همزمان باید صفر باشد. با وجود این به علت ایتلاف های انرژی برای مثال در محل اصطحکاک، این امر غیر ممکن است سرعت همیشه تقریبا - 5% از سرعت همزمان میدان مغناطیسی پایین تر است برای این مثال همزمان رابطه زیر به کار برده می شود.

راندمان

تبدیل 2 انرژی در موتور بدون ایجاد ایتلاف صورت نمی گیرد. این ایجاد ایتلاف شامل تلفات مقاومتی، تهویهی، مغناطیسی و اصطکاکی می باشد رابطه زیر برای میزان کارآیی به کار میرود.

همیشه توان حقیقی p2 بر روی بر روی پلاک مشخصات فنی موتور نوشته می شود.

طبقه بندی عایق

مواد عایق در سیم پیچی های موتور طبق IEC 85 کمیته الکترونیکی بین المللی به دو کلاس عایق تقسیم می شوند یک حرف که معرف درجه حرارت از حد بالای بهکارگیری را مشخص میکند مربوط به حد بالای عایق محاسبه شده در منطقه مورد مصرف است. اگر حد بالای دما از ۱۰ درجه سلسیوس تجاوز کند طول عمر عایق نصف می شود.

کلاس های محافظت

کلاس های محافظت بر طبق IEC 34 - 5 بیان می کند که موتور چگونه در مقابل آب و تماس محافظت می شود. این کلاس ها با استفاده از حروف IP و به همراه دو رقم بیان می شوند. اولین رقم محافظت در مقابل تماس و نفوذ یک شی جامه و دوم این رقم محافظت در مقابل آب را بیان میکند برای مثال در:

  • IP 23: رقم دو محافظت در مقابل اشیا جامعه بزرگتر از ۱۲ میلیمتر را بیان میکند و رفع مثه محافظت در مقابل پاشش آب ها تا 6۰ درجه سانتیگراد به صورت عمودی را بیان می کند .
  • IP 54: رقم 5 مقاومت در مقابل گرد و خاک a4 محافظت در مقابل آبی که از تمام جهات پاشیده می شود را بیان میکند. IP 55 رقم 5 محافظت در مقابل گرد و خاک و رقم 5 محافظت در مقابل جریان های آب کم فشار از تمام جهات را بیان می کند.

روش های خنک کاری

روش های خنک کاری بر طبق IEC 34 - 6 بیان می کند که موتور چگونه باید خنک شود این روش به وسیله حروف I C به همراه دو رقم بیان می شود به عنوان مثال IC 01 نشان دهنده گردش آزاد و تهویه خاص خود وI C 41 خنک کاری جدارهی و تهویه ای خاص خود است

روش نصب تجهیزات

روش نصب تجهیزات بر طبق IEC 34 - 7 بیان می کند که موتور چگونه باید نصب شود این روش به وسیله حروف IM به همراه چهار رقم بیان می شودبرای مثال IM 1001 نشان دهنده دو یاتاقان، میله گردنده، به همراه یاتاقان گرد با انت های آزاد است.

برای مثال IM3001 نشان دهنده دو یاتاقان، میله گرد به همراه یاتاقان گرد با انت های آزاد، بدنه استاتور بدون پایه و درپوش بزرگ به همراه سوراخ های محفوظ است.

اتصالات ستاره و مثلث

موتور الکتریکی سه فاز به لحاظ سیم پیچی به دو روش ستاره و یا مثلث میتواند بسته شود فاز های سیم پیچی در موتور سه فاز به صورت (U1 - U2 -، V1 - V2، W1 - W2) مشخص می شوند با اتصال ستاره ایY قسمت های انت هایی فاز های سیم پیچی موتور به یکدیگر متصل می شود تا. سفری به وجود آورند که شبیه یک ستاره است.

برای مثال بر روی پلاک موتور V 690 / 400 درج می شود این نشان میدهد برای اتصال ستاره نیاز به ولتاژ بالاتر و در اتصال مثلث نیاز به ولتاژ پایین تری است جریان نیز بر روی پلاک درج میگردد که بیانگر مقدار پایین تری برای اتصال ستاره به مقدار وای فای برای اتصال مثلث است.

گشتاور

گشتاور چرخش یک موتور الکتریکی، اصطلاحی است که برای ظرفیت چرخش روتور به کار میرود. هر موتور دارای یک گشتاور حداکثر است. اگر باروا رده بالای این گشتاور باشد به این معنی است که موتور توان چرخشی را ندارد با یک بار وارده معمولی موتور به طرز چشمگیری زیر حداکثر گشتاور کار می کند، با وجود این، در لحظه شروع بار زیادی به موتور وارد می شود. مشخصات موتور اغلب در یک منحنی گشتاور توضیح داده می شود