Проверка закона сохранения энергии с помощью электродвигателя
На 'просторах' Интернета можно найти публикации инициативных исследователей, которые громогласно 'опровергают' закон сохранения энергии (ЗСЭ). Например, в работе Эксперимент_по_опровержению_ЗСЭ_имени_Лейбница на основании собственного эксперимента инж. Дубровский П. И. ставит под сомнение этот закон, сформулированный Лейбницем.
Автор утверждает, что при увеличении скорости подъема одного и того же груза, можно уменьшить затраты энергии. Он, например, увеличив скорость подъёма в 7 раз, получил экономию энергии более 30%. Назовем такой сомнительный результат 'эффектом Дубровсҡого'.
Для проверки ЗСЭ и 'эффекта Дубровсҡого' проведем опыт по преобразования электрической энергии в механическую с помощью коллекторного двигателя постоянного тока (Рис.1).
Рис.1. Электромеханическая схема эксперимента
В положении 1 ключа Кл конденсатор С заряжается от аккумулятора до напряжения Uc = 12, 6 В и тем самым запасает фиксированное значение электрической энергии W = С(Ucmax2 - Ucост2)/2, которая с помощью двигателя М (в положении 2 Кл) преобразуется в механическую (А = mgh) и выполняет работу А по подъёму груза массой m на высоту h. Где, Ucост - остаточное напряжение на конденсаторе в момент остановки двигателя.
Для изменение скорости подъема на вал двигателя последовательно устанавливаются лебедочные катушки (К1, К2 ...) с разными радиусами барабана.
Для правильности проведения измерений, получим характеристику преобразователя электрической энергии в механическую (зависимость высоты подъёма от мощности двигателя) путем изменения радиуса катушки лебедки (изменяется механический момент для двигателя и, следовательно, его мощность).
Установка (Рис.2)
Рис.2. Фото установки
позволила получить следующую зависимость (Рис.3)
Рис.3 Амплитудная характеристика двигателя- преобразователя электрической энергии в механическую
Из графика видно, что амплитудная характеристика достаточно линейна в интервале значений r= 2 ...5 мм. При r = 1мм - падает кпд двигателя, а при r = 6мм - уменьшается, используемая двигателем энергия конденсатора.
Для проверки ЗСЭ был выбран барабан лебёдки с радиусом 2 мм.
При постоянной энергии, подводимой к моторчику, груз весом 45 гр был поднят на высоту 837 мм, а груз в 90 гр поднялся на высоту 425 мм. В соответствии с ЗСЭ он должен был бы подняться на высоту 837/2 = 418,5 мм.
Таким образом, в нашем опыте закон сохранения энергии выполняется с погрешностью всего 1, 5%.
Поверим и 'эффект Дубровского' при r=2 и 4 мм.
Если r=2 мм, скорость V = 0,25 м/с, h1 = 945 мм (10 отсчётов), Ucост = 2,8В.
Если r=4 мм, скорость V = 0,5м/с, h2 = 916 мм, (10 отсчётов), Ucост = 3,8В.
С учётом поправки на остаток энергии конденсатора в момент остановки двигателя (синяя линия на рис.3) высота подъёма груза в обоих случаях практически совпадает.
"Эффекта Дубровского" нет. И не должно было быть.
Выводы
1. Закон сохранения энергии, сформулированный Лейбницем - верен.
2. Эксперимент по проверке закона сохранения энергии, выполненный по предложенной схеме, можно легко повторить.
