管内水的动能不变,发电机的电能来自哪里?
合集 · 古典物理 (8)
Description
本视频介绍了水力发电过程中的能量转化疑问,然后从力的传递、能流密度、压力势能三个方面做了解答。 注:视频底部进度条的小人像为流体力学先驱,丹尼尔·伯努利 (Daniel Bernoulli, 1700–1782)
本视频介绍了水力发电过程中的能量转化疑问,然后从力的传递、能流密度、压力势能三个方面做了解答。 注:视频底部进度条的小人像为流体力学先驱,丹尼尔·伯努利 (Daniel Bernoulli, 1700–1782)
Comments
因为水的作用是传递力,而不是承载能量。管道里的水可以类比成推动活塞的那个金属杆子。
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其实很好理解,先说结论:能量来源于势能而不是动能,动能甚至会导致能量浪费。 大家可以想象一瓶矿泉水,为了倒掉这瓶水,我们可以吧瓶口朝下,让水自然流出,不一会儿水就流完了。如果在瓶口安装一个涡轮机,相当于缩小了瓶口,水流速度就会变慢,于是就需要更长的时间流完这瓶水。如果我们继续安装涡轮机,装很多很多的涡轮机,相当于把瓶口缩的很小,它的水流就会变得很慢很慢,这时候水的动能就会非常小,但是许久之后水还是流完了。整个过程中水的动能非常小,因为大部分能量转换成了涡轮机的电能。 那我们假设一种极端情况,当串联很多个涡轮机,相当于瓶口缩的很小时,水的流速会慢到几乎静止,在等待了很长一段时间后,水终于流完了,我们实现了水的势能→电能的近乎100%转换,只不过这个过程会持续很久很久。如果你扩大瓶口增加水的流速,涡轮机会转的快一点,相同时间内的发电量会多一些,但是总能量由于抽走了一部分给水的动能,所以发电量会变少。 所以再考虑一种极端情况,当瓶口很大而涡轮机很小时,水会快速的流完,只能几乎全部变成了水的动能,只有很少一部分被涡轮机接住转换成电能,所以我才说过快的水流会导致能量浪费 终于写完了,能看懂长难句的点个赞[鼓掌]
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直流电:电路稳定时电荷的速度也是大约恒定的[吃瓜]那么电路的能量是哪里来的呢[吃瓜] 答案:电源
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这就像在问电阻两边的电流的大小为什么一样[星星眼]
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完全不懂为什么会有这个问题,讨论能量从哪里来第一件事就是确定系统没有与外界有能量交换,不然讨论个der? 现在假设一个环形水管,理想实验不考虑摩擦力,本来里面的水以恒定速度流动,现在加了个电机和蓄电池,你告诉我这个系统里面水流速不变???
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水流的机械能有重力势能、动能(动压能)以及静压能和内能[藏狐]
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压力差提供的能量,看下伯努利方程(流体版能量守恒):p+ρv²/2+ρgh=const就知道了,扇叶前后压力p下降提供了能量,功率pSv
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这种轴流式的发电机在管道内部本身就是对水流动的阻碍,两边压差固定的时候管子里有东西一定会导致流速降低,极端情况直接隔断速度就是0,压差依然存在,其中压力产生流速,而管道内的阻碍和管壁摩擦则阻碍流速。其中总压差直接导致产生了这个水流速,而水有流速才是发电的直接原因。视频里能流压强下降表述的并不严谨,因为按照这个说法如果后面再放一个水轮机,那么后面那个会发更少的电。但是实际上他会导致总水流速继续下降,两个发电机发点下降但是发电量相等(因为流速一致)。 这点类似电阻可以直接分走电能,前后电流不变,这并不是因为电子能量变化了,而是通过他这个过程本身就是电压驱动的,流过电阻这个过程本身就会让电阻发热,发热只和流过这个电阻的电流有关,即使你在后面加了个一样的电阻,只会导致电流降低,但是俩耗能是一致的,电子本身不会有任何区别。 因此物理书里说的:能量是先转换为动能这一点,在这个情况下并不能算是错误的。
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未加装水轮机:重力势能 转化为 水的动能 加装水轮机: 很多人认为:重力势能 转化为 水的动能 之后 水的动能 转化为 水轮机动能 up观点:重力势能 转化为 水的动能 和 水轮机的动能。其中并没有水的动能转化为水轮机动能这一步。势能借由水直接转化为水轮机动能 我认为up的说法没有问题
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不用那么复杂,如果用高中知识解答就是:虽然水管两个截面流进-流出的速度不变,但是我们知道,如果水管放平(只考虑水管),水是不可能流动,水管必须要有一定倾斜, 倾斜之后水才会流动,那这时候上入水,和下出水,虽然水的动能一样,但是水的重力势能减少了。
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我觉得这问题莫名其妙,有啥好纠结的?分析一个系统,只看局部,不看整体,你分析个啥?你只看这个管子,管子里面的水凭啥能有速度?虚空来的速度吗?好,你现在说平地0度的河流,河流里面水的速度又是哪里来的?本质不就是重力势能吗?现在假设平流的有初速度的说,遇到了一个管道,管道出入口水速肯定相同,但是管道内部由于有发电机,所以阻力很大,入水口会有水的堆积,使得入水口水的初速度变大,让水的流通量变大,从而形成某种平衡。入水口水的堆积,要么就是密度变大产生内部弹性势能,要么就是水平面上涨,产生动力势能,这股能量归根结底还是上游水的初速度产生的。
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流体力学表示,液面压力变了
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没太明白视频开头那个例子的矛盾在哪里,入口处水的重力势能不是比出口处高吗?还是up表达的是其他意思?
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高中生问我,我就会这么说,如果没有这个叶轮,在其余都保持不变的情况下,水在里面的速度会更快。少掉部分的动能就跑去给叶轮机做功去了。
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第一反应就是如果没有水轮机,那液体流速是不是比有水轮机的要快,那这部分速度的差就是水轮机获得的能量
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评论区是不是有什么误解,大家都知道这个过程中重力势能转化为了涡轮动能啊,这个视频说的是这中间的能量如何传递的具体过程。其实前面那个刚体的例子就说的很明白了,中间这一段的张力储存的静压能成为了转化的介质。顺便说一下,任何连续分布的东西里,能量一定存在“动”和“静”两个部分,哪怕电磁场也存在电磁场的场能和能流(也叫坡印挺矢量)
♥ 33 ↩ 29
这个问题就非常奇怪,就好像我用一根棍子推动一个箱子一样,棍子两端的速度相等,所以棍子就不能传递动能了?
♥ 25
[呆]人家这句话确实没说错: 水的重力势能转化为叶轮的动能,叶轮动能转化为电能。 但是这句话不完整,完整版如下: 水的重力势能有一部分转化为叶轮的动能,剩余部分转化为水的动能流走了。
♥ 24 ↩ 4
能量不减少不能说明能量不传递,维持运动本身需要能量时存在克服阻力做功,初高中本来就有这个概念,再高级点也能看成能量微元在传递。当时想不明白其实是高中物理没学好,根本不用那么超纲的知识和跳跃的思维
♥ 18 ↩ 7