Дополнительные вопросы.

1. Механическая энергия.

   1. Рассчитать экономию энергии от применения частотного регулирования скорости вращения вентилятора по сравнению с регулированием давления задвижкой при постоянной частоте вращения вентилятора. Принять давление , гдеn – частота вращения турбины. Диапазон регулирования давления ,.

   2. Подсчитать степень снижения массы топлива ракеты, стартующей на широте Байконура (40˚) на восток и на запад. Орбита круговая. Космическая скорость 7 км/с. Диаметр земли 12750км.

   3. Подсчитать дополнительный расход энергии и степень увеличения мощности двигателя автомобиля при увеличении его лобового сопротивления за счёт багажника на крыше. Поперечное сечение багажника 1м², скорость 60км/ч, путь 100км. Считать, что коэффициент лобового сопротивления автомобиля при установке багажника увеличится с 0.45 до 1.1

2. Тепловая энергия.

1. Подсчитать энергию, поступающую в тепловой коллектор в течение всего солнечного дня. Коллектор ориентирован перпендикулярно солнечным лучам на земле и не меняет положение. ,, долгота светового дня 15часов.

2. Рассчитать температуры скафандра и экрана в космосе, если человек в скафандре с тепловым экраном находится в далёком космосе и не освещается. Мощность, выделяемая человеком ,. Экран покрывает 100% поверхности скафандра. Теплопроводность скафандра и экрана высокая.

3. Рассчитать потери энергии за 1 сутки и мощность потерь через окно площадью 3м². Температура в комнате +18ºС, температура за окном -20ºС. Толщина стекла 2мм. Остекление двойное, расстояние между стёклами 10см. Коэффициент теплопроводности воздуха .

3. Электрическая энергия.

1) КПД ламп накаливания составляет 0.1. Компактная люминесцентная лампа при той же яркости потребляет энергию на 83% меньше. 1) Подсчитать КПД компактной люминесцентной лампы. 2) Подсчитать мощность излучения компактной люминесцентной лампы при электрической мощности 49Вт. 3) Подсчитать экономию электроэнергии за год при замене ламп накаливания на люминесцентные лампы, если потребление ламп накаливания составляет 359тыс.кВт*ч.

2) Для однократного запуска М-412 с помощью стартёра в течении 5сек надо потратить 1926Дж механической энергии стартёра. Вместо аккумулятора используется батарея конденсаторов. КПД стартёра 0.8. 1) Рассчитать требуемую ёмкость конденсаторов для обеспечения шести запусков (без подзарядки) при условии допустимого снижения напряжения на конденсаторе и, соответственно, на стартёре с 14В до 8В. 2) Рассчитать мощность стартёра [Вт].

3) Длинный проводник с током I и П-образный проводник с подведённой перемычкой, сохраняющей электрический контакт с шинами при движении, находятся в одной плоскости. Перемычку, длиной L и сопротивление R, перемещают с постоянной скоростью V. Найти индукционный ток в контуре как функцию расстояния X между перемычкой и прямым проводом. Индуктивностью П-образного проводника и перемычки пренебречь. Сечение и материал П-образного проводника и перемычки одинаковы. Какую внешнюю силу надо приложить к перемычке, чтобы обеспечить движение с постоянной скоростью? Какую энергию надо затратить, чтобы перенести перемычку на 100см. Сопротивлением П-образного проводника не пренебрегать.

4. Электромагнитная энергия.

1) Кремниевые солнечные элементы в точке ВАХ, соответствующей максимальной мощности, имеют напряжение 0.45В и удельный ток 49мкА/см². Подсчитать площадь солнечной батареи для выходной мощности 4000Вт для двух режимов работы солнечной батареи. 1) На геостационарной орбите батарея постоянно освещена солнцем и имеет солнечную ориентацию. 2) На земной орбите батарея 50 минут освещена и 40 минут в тени. При освещённом режиме поверхность солнечной батареи перпендикулярна лучам Солнца.

2. Подсчитать безопасную дистанцию до источника электромагнитного излучения мощностью 1кВт по нормам 1982 года и по нормам 1996 года. Для диапазона излучаемых волн: ультракороткие волны, частота 30-300МГц. Предельно допустимая норма для человека – 10Вт/м² (1982); 100Вт/м² (1996). Какая мощность будет приходиться на площадь 1 м², находящуюся на расстоянии 10м от источника.

3. Дистанционно пилотируемый самолёт ВВС США PathfinderPlusна солнечных батареях, размещённых на крыльях, начиная взлетать через два часа после восхода Солнца, поднялся на высоту 25 км за 8 часов. Размах крыльев 40м, ширина крыла 0.4м. КПД солнечных элементов 0.19. Число двигателей 2. Рассчитать энергию [Дж], полученную от солнечных батарей за время взлёта, считая, что максимальная удельная мощность солнечного излучения за световой день составляет 1300Вт/м². Длительность светового дня 12 часов.

5. Химическая энергия.

1) Ежедневно космонавту требуется 3.5-13.6кг воды. При выработке 1кВт*ч электроэнергии в ЭлектроХимическом Генераторе (ЭХГ) выделяется 0.35-0.45кг воды. Обеспечимость водой достигается при выработке в сутки 8-10кВт*ч или при непрерывной работе ЭХГ его мощность должна быть 0.3-1.6кВт. Рассчитайте среднее значение запасов водорода и кислорода для экипажа из 7 космонавтов для экспедиции 7 суток и полученное при этом количество электроэнергии(кВт*ч).

2) Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) приводит во вращение электромеханический генератор с нагрузкой 30кВт в течение одного года. Подсчитать экономию средств, выделяемых на топливо при замене бензинового ДВС на дизельный ДВС. Подсчитать массу сжиженного воздуха за это время, при . Расход топлива Цена топлива Бензиновый ДВС 0.4кг/кВт*ч 7.0руб/кг Дизельный ДВС 0.25кг/кВт*ч 3.5руб/кг

3) Для теплоэлектростанции, передающей потребителям кроме электрической энергии, производимой электромеханическим генератором с приводом от паровой турбины, еще и тепло через трубопроводы с горячей водой подсчитать общий КПД теплоэлектростанции в зависимости от значения тепловой энергии у потребителя, изменяющейся от максимального значения до нуля. Принять КПД турбины 0.4, КПД электрогенератора 0.95, КПД линии теплопередачи 0.8. Тепловую мощность теплоэлектростанции считать постоянной.

5. Атомная энергия.

1. Рассчитать массу тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ), имеющих на открытом воздухе температуру поверхности 250ºС. Удельная плотность урана 19.1гр/см³, в ТВЭЛ’ах уран содержится 1гр/см³. коэффициент удельной теплоотдачи воздуха 10Вт/м²К, удельное тепловыделение урана 10000Вт/кг=10Вт/гр, Удельная масса графита 2.2гр/см³ (вторая составляющая ТВЭЛ’ов).

2. Космическое излучение представляет поток частиц (нейтронов, протонов и ά-частиц) с энергией от доэВ. Максимально допустимый поток нейтронов для полупроводниковых приборов Ф=частиц/м². Приравняв энергию нейтронов и ά-частиц подсчитать энергию, проходящую через поверхность солнечной батареи площадью 20м². 1эВ=1.6*Дж.

3. Стоимость урана, добываемого шахтным способом 80$/кг. Теплопроизводительность уранаВт/кг. Срок службы урана на АЭС 10 лет. Цена электроэнергии 7цент/кВт*ч. КПД тепло турбины 0.4, КПД электрогенератора 0.95. Выделить в цене электроэнергии часть, которая затрачена на уран.