A. PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Trong sự nghiệp đổi mới toàn diện đất nước hiện nay, gắn liền với sự
phát triển kinh tế, khoa học, công nghệ là việc xây dựng nền văn hóa mới
vừa tiến bộ vừa mang đậm bản sắc văn hóa dân tộc. Trước những biến đổi
sâu sắc của vấn đề hội nhập, việc bồi dưỡng, đào tạo về tư tưởng đạo đức
cho mỗi cá nhân và toàn xã hội là vấn đề được quan tâm, chú trọng hàng
đầu.
Cùng với chiến lược phát triển đất nước trong lĩnh vực kinh tế –
chính trị – xã hội, Đảng và Nhà nước luôn coi giáo dục thẩm mỹ là một
trong những nội dung quan trọng, cơ bản về chiến lược con người. Giáo
dục thẩm mỹ là một môi trường tốt để tạo ra các cá nhân phát triển hài hòa
toàn diện. Ở môi trường ấy, con người được quan tâm phát triển trên tất cả
các mặt, đặc biệt là khoa học thẩm mỹ. Khoa học thẩm mỹ không chỉ giúp
con người trau dồi những khái niệm chung về cái xấu – cái đẹp, cái bi – cái
hài và cái cao cả… mà còn giúp mỗi cá nhân nhận thức được giá trị đạo
đức được kết tinh trong thẩm mỹ.
Trên thực tế, mỹ học là một khoa học mới mẻ và ngày càng đóng vai
trò quan trọng trong đời sống xã hội. Việc nghiên cứu và nắm vững những
tư tưởng, nguyên lý mỹ học khoa học, đúng đắn giúp con người có khả
năng thưởng thức, hiểu biết, đánh giá và sáng tạo ra cái đẹp cho cuộc sống,
bản thân và xã hội càng trở nên cấp thiết. Trong tiến trình hội nhập quốc tế
hiện nay, vai trò giáo dục thẩm mỹ rất quan trọng. Nhưng để công tác giáo
dục thẩm mỹ thực hiện tốt chức năng của mình là vấn đề không hề đơn
giản. Nó không phải là trách nhiệm của riêng một cá nhân hay một ngành
giáo dục nghệ thuật nào mà đòi hỏi sự toàn tâm, toàn ý chung tay góp sức
của gia đình, cộng đồng và toàn xã hội.
I.Kant (1724 – 1804) là một trong những nhà tư tưởng lỗi lạc của triết
5
học cổ điển Đức nói riêng và hệ thống triết học nói chung. Với những cống
hiến vô cùng quan trọng, ông không chỉ là nhà triết học lớn mà còn là nhà
mỹ học lớn của nhân loại. Trong lĩnh vực mỹ học, I.Kant được suy tôn là
ông tổ của chủ nghĩa lãng mạn. Những tư tưởng của ông không chỉ có giá
trị nhân văn sâu sắc mà còn để lại nhiều ảnh hưởng cho nhiều khuynh
hướng nghệ thuật sau này, đặc biệt là khuynh hướng lãng mạn.
Trong mỗi thời đại, sự phát triển của mỗi quốc gia luôn gắn liền với
dòng chảy của các nền văn hóa lớn trên thế giới. Với phương châm “hòa
nhập nhưng không hòa tan”, Việt Nam luôn chú trọng tới việc gìn giữ và
phát huy những giá trị truyền thống tốt đẹp của dân tộc. Để làm được điều
đó, mỗi cá nhân phải có lập trường vững vàng và nhận thức thẩm mỹ sâu
sắc, không dễ dàng dao động bởi những trào lưu mới, tiêu cực. Vì vậy,
những giá trị tư tưởng mỹ học mà I.Kant để lại là tài sản quý giá để chúng
ta rèn luyện và tiếp thu trong quá trình hội nhập hiện nay.
Với cách tiếp cận vô cùng mới mẻ và đưa ra được những kiến giải hết
sức thú vị. I.Kant và những tư tưởng mỹ học của ông luôn là một đề tài
nhận được nhiều sự quan tâm, chú ý của nhiều học giả. Cho tới nay đã và
đang có rất nhiều tác giả và những công trình khoa học nghiên cứu về
I.Kant, những công trình ấy ngày càng được các học giả bổ sung và hoàn
thiện hơn nữa.
Từ những lí do nêu trên, tôi chọn vấn đề “Những tư tưởng mỹ học cơ
bản của I.Kant” làm đề tài khóa luận tốt nghiệp của mình.
2. Tình hình nghiên cứu đề tài
Mỹ học của I.Kant cũng như triết học của ông là đối tượng nghiên cứu
của rất nhiều tác giả và nhiều công trình khoa học. Tuy nhiên, những
nghiên cứu đó phần lớn chỉ dừng lại ở mức độ khái quát, nghiên cứu những
nội dung cơ bản của mỹ học và được trình bày trong các giáo trình triết học
lịch sử, lịch sử mỹ học nói chung hoặc trong các tập bài giảng dùng cho
6
sinh viên chuyên ngành mỹ học nói riêng mà chưa có công trình nào nghiên
cứu chuyên sâu về mỹ học. Có thể nêu lên một số tác giả cùng với công
trình nghiên cứu về mỹ học I.Kant như:
– Tìm hiểu Mỹ học Mác – Lênin, NXB Văn hóa, Hà Nội, 1979.
– Lê Ngọc Trà, Nguyên lý mỹ học Mác – Lênin, NXB Văn hóa thông
tin, Hà Nội, 1984.
– Đỗ Văn Khang, Mỹ học Mác – Lênin, NXB Đại học và Trung
học chuyên nghiệp, Hà Nội, 1985.
– Như Thiết, Đưa cái đẹp vào cuộc sống, NXB Sự thật, Hà Nội,
1986.
– Lê Văn Dương, Lê Đình Lục, Lê Hồng Văn, Giáo trình mỹ học đại
cương, NXB Chính trị quốc gia, Hà Nội, 1995.
– Đỗ Văn Khang, Chính luận về I.Kant và nhận thức luận hiện đại,
NXB Chính trị quốc gia, TP Hồ Chí Minh, 2004.
– Trần Thái Đỉnh, Triết học I.Kant, NXB Văn hóa thông tin, Hà Nội, 2005.
Các công trình nghiên cứu trên đã có nhiều đóng góp to lớn trong việc
nghiên cứu tư tưởng mỹ học của I.Kant.
Trong quá trình thực hiện khóa luận này, tác giả đã có những tiếp thu, kế
thừa những thành tựu của những công trình nghiên cứu trên. Trên cơ sở đó,
tác giả muốn tiếp cận vấn đề những tư tưởng mỹ học cơ bản của I.Kant, đặc
biệt là tư tưởng của ông về phạm trù cái đẹp, cái cao cả và bản chất của nghệ
thuật.
3. Mục đích, nhiệm vụ của đề tài
Mục đích của đề tài:
– Làm rõ những tư tưởng mỹ học cơ bản của I.Kant và vị trí mỹ học
trong hệ thống triết học của ông.
7
Nhiệm vụ của đề tài:
– Làm sáng tỏ sự hình thành và phát triển những tư tưởng mỹ học của
I.Kant.
– Đi sâu vào phân tích những quan niệm của I.Kant về phán đoán
thẩm mỹ, về cái đẹp, cái cao cả và nghệ thuật.
4. Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu
Cơ sở lý luận của đề tài:
– Đề tài được thực hiện trên cơ sở lý luận của chủ nghĩa duy vật
biện chứng và chủ nghĩa duy vật lịch sử của chủ nghĩa Mác – Lênin.
Phương pháp nghiên cứu của đề tài:
– Phương pháp luận biện chứng duy vật với những nguyên tắc khách
quan, toàn diện, phát triển và lịch sử cụ thể. Ngoài ra, đề tài còn sử dụng
một số phương pháp nghiên cứu cụ thể sau: Quy nạp và diễn dịch, phân
tích và tổng hợp, thống nhất logic và lịch sử…
5. Đóng góp của khóa luận
Khóa luận góp một phần nhỏ vào việc nghiên cứu và làm sáng tỏ tư
tưởng của I.Kant về những phạm trù mỹ học cơ bản như cái đẹp, cái cao cả
và bản chất của nghệ thuật… Qua đây, khóa luận có thể sử dụng làm tư liệu
tham khảo cho sinh viên chuyên ngành triết học cũng như những người
quan tâm tới lĩnh vực này.
6. Kết cấu của khóa luận
Ngoài Phần mở đầu, Kết luận và Danh mục tài liệu tham khảo, khóa
luận gồm có 2 chương với 6 tiết và 67 trang.
Chương 1: Khái lược về sự hình thành và phát triển của mỹ học I.Kant.
1.1.Điều kiện kinh tế - chính trị, văn hóa – xã hội
1.2. Các giai đoạn phát triển của tư tưởng mỹ học I.Kant
8
Chương 2: Một số nội dung cơ bản trong mỹ học I.Kant
2.1. Phán đoán thẩm mỹ.
2.2. Quan niệm của I.Kant về cái đẹp.
2.3.Quan niệm của I.Kant về cái cao cả.
2.4. Quan niệm của I.Kant về thiên tài.
9
B. PHẦN NỘI DUNG
CHƯƠNG 1
KHÁI LƯỢC VỀ SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN MỸ
HỌC CỦA I.KANT
1.1 Điều kiện kinh tế, chính trị, văn hóa, xã hội
Vào những năm nửa cuối thế kỉ XVIII và đầu thế kỉ XIX, tình hình xã
hội Tây Âu có nhiều biến động dữ dội. Các cuộc cách mạng tư sản nổ ra liên
tiếp ở nhiều nơi, tiêu biểu nhất là cuộc cách mạng tư sản ở Anh và Pháp đã
gây nên những biến động vô cùng lớn lao trên tất cả các mặt của đời sống xã
hội.
Những biến đổi to lớn về các mặt kinh tế, chính trị và xã hội do cuộc
cách mạng tư sản đem lại ở Anh và Pháp đã ảnh hưởng rất mạnh mẽ đối
với toàn châu Âu. Tình hình ấy đã thúc đẩy chủ nghĩa tư bản phát triển, mở
ra xu thế mới của thời đại – xu thế Tư bản chủ nghĩa với những ưu thế đặc
biệt của nó mà loài người từ trước tới nay chưa từng biết đến.
Chủ nghĩa tư bản đã được thiết lập ở một số nước Tây Âu như Italia,
Anh, Pháp…, đem lại một nền sản xuất phát triển chưa từng có trong lịch
sử, tỏ ra ưu việt hơn hẳn so với tất cả các chế độ xã hội trước đó. Những
thành tựu kinh tế và văn hóa thời kì này mà đỉnh cao là Cách mạng công
nghiệp ở Anh càng khẳng định sức mạnh của con người trong nhận thức và
cải tạo thế giới. Cùng với Cách mạng tư sản Pháp làm rung chuyển cả châu
Âu, chúng đánh dấu sự mở đầu của nền văn minh công nghiệp trong lịch sử
nhân loại.
Thêm vào đó, những tiến bộ đáng kể của khoa học, nhất là các ngành
khoa học tự nhiên ngày càng chứng tỏ sự hạn chế của phương pháp tư duy
siêu hình thống trị trong tư tưởng Tây Âu suốt thế kỉ XVII – XVIII. Việc
phát minh ra điện và cách sử dụng điện năng góp phần tạo ra bước nhảy vọt
10
trong sự phát triển của sản xuất từ công trường thủ công đến sản xuất cơ
khí, đồng thời chứng thực những phát triển đầu tiên của khoa học về sự bảo
toàn và biến hóa năng lượng và vật chất của vũ trụ. Phát minh của Lavoarê
ra ôxy và bản chất của sự cháy đã đánh đổ thuyết nhiên tố, mở ra giai đoạn
phát triển mới của hóa học. Những công trình nghiên cứu của Lamác,
Linnơ, việc phát triển ra tế bào của Lơvenhúc… đòi hỏi phải có cách lý giải
mới về bản chất của sự sống.
Chính sự tác động của cuộc cách mạng khoa học kĩ thuật là động lực
cho lực lượng sản xuất phát triển nhảy vọt. Những phát minh mà cách
mạng khoa học kĩ thuật được ứng dụng vào trong sản xuất làm tăng năng
suất lao động gấp nhiều lần so với trước đây. Nhiều công cụ lao động được
cải tiến và hoàn thiện nhằm thúc đẩy sản xuất. Với việc sáng chế ra máy tự
kéo sợi và máy in đã làm cho công nghệ dệt, công nghệ ấn loát đặc biệt
phát triển, nhất là ở Anh.
Sự ra đời của động cơ hơi nước (chủ yếu là than) và máy móc cơ khí
(chủ yếu là ngành dệt) đã tạo cơ sở cho sự gia tăng mạnh trong năng suất
sản xuất. Sự phát triển của các dụng cụ máy móc bằng sắt trong hai thập kỉ
đầu tiên của thế kỉ XIX đã tạo điều kiện cho việc sản xuất thêm các máy
móc chế tạo sử dụng trong các ngành công nghiệp khác. Điều đó chứng tỏ
ưu thế vượt trội của phương thức tư bản chủ nghĩa so với phương thức sản
xuất phong kiến. Các hiệu ứng của nó lan khắp Tây Âu và ảnh hưởng tới
toàn bộ thế giới.
Đồng thời với sự phát triển của sản xuất và thương nghiệp, trong xã
hội Tây Âu thời kì này, sự phân hóa giai cấp ngày càng rõ rệt. Tầng lớp tư
sản xuất hiện bao gồm các chủ xưởng công trường thủ công, xưởng thợ,
chủ thuyền buôn… Vai trò và vị trí của họ trong kinh tế và xã hội ngày
càng lớn. Hàng loạt nông dân từ nông thôn di cư đến các thành phố, trở
thành người làm thuê cho các công trường xưởng thợ. Họ là tiền thân của
11
giai cấp công nhân sau này. Các tầng lớp xã hội trên đại diện cho một nền
sản xuất mới, cùng với nông dân đấu tranh chống chế độ phong kiến đang
suy tàn.
Cùng với nhiều biến cố lịch sử khác, những sự kiện trên cho thấy:
bước sang thời phục hưng và cận đại, sự phát triển của phương thức sản
xuất tư bản chủ nghĩa đã trở thành một xu thế lịch sử mà không có gì có thể
ngăn cản nổi. Sự quá độ từ chế độ phong kiến sang chế độ tư bản là nền
tảng thực tiễn xã hội của triết học Tây Âu thời phục hưng và cận đại.
Vào nửa cuối thế kỉ XVIII đến đầu thế kỉ XIX, đứng trước những biến
động lớn lao của tình hình thế giới, đặc biệt là các nước Tây Âu, nước Đức
vẫn bình lặng, không hề có sự lay chuyển nào. Về cơ bản, Đức vẫn là một
nhà nước phong kiến cát cứ bao gồm trên 31 tiểu vương quốc tách biệt
nhau và bốn thành phố tự trị (Brêmen, Hămbua, Liubêch, Phrăngphua trên
bờ sông Maisơ) với những lãnh địa cha truyền con nối điển hình. Cơ quan
tối cao của Liên bang là Hội nghị Liên bang bao gồm đại diện các tiểu
vương quốc không có mối liên hệ vững chắc, không có quyền lực thực tế.
Liên bang Đức không có cơ quan lập pháp và hành pháp chung, không có
quân đội , tài chính và ngoại giao chung. Toàn bộ quyền lực tập trung trong
tay giai cấp quý tộc phong kiến của từng vương quốc. Cho nên, trên thực
tế, Liên bang Đức vẫn nằm trong tình trạng bị chia cắt về hành chính, thuế
quan, đo lường và tiền tệ. Tình trạng đó gây nhiều trở ngại đối với sự phát
triển của đất nước.
Nói về thời kì lịch sử đó, Ăngghen đã nói như sau “Không một ai cảm
thấy mình dễ chịu. Thủ công nghiệp, thương nghiệp, công nghiệp và nông
nghiệp trong nước đều bị giảm tới mức thấp nhất. Nông dân, người làm
nghề thủ công, chủ xưởng chịu hai tầng đau khổ vì chính sách ăn bám và vì
tình hình làm ăn khó khăn. Giai cấp quý tộc và các ông hoàng thấy rằng
mặc dù chúng đã bóp nặn đến cùng những thần dân của chúng nhưng số
12
thu của chúng khó mà đua kịp số chi ngày càng tăng lên. Mọi việc đều bi
đát và cả nước đều công phẫn. Không có giáo dục, không có những phương
tiện tác động đến ý thức quần chúng, không có tự do báo chí, không có dư
luận xã hội, không có cả đến sự buôn bán nhỏ nào tới các nước khác.
Không có gì cả ngoài sự đê tiện và ích kỉ. Tinh thần ham lợi thấp kém, hèn
hạ thảm hại thấm nhuần trong toàn dân. Tất cả đều hư nát, lung lay sắp sửa
đổ và cũng không thể hy vọng được một sự thay đổi tốt, vì rằng trong dân
tộc không có một lực lượng nào đủ sức để có thể dọn đi được cái tử thi đã
rữa của cái chế độ lỗi thời ấy” [20, 561 – 562].
Tuy nhiên, do sự tiến bộ kĩ thuật ở châu Âu, kinh tế công thương
nghiệp Đức bắt đầu phát triển theo con đường tư bản chủ nghĩa. Năm 1822,
cả nước Đức mới có hai máy hơi nước, đến năm 1847 đã sử dụng 1139
máy. Năm 1825, đường xe lửa đầu tiên được khánh thành, mười năm sau
chiều dài đường lên tới 2300 km. Giới tư bản Đức bỏ vốn vào các ngành
công nghiệp nặng, đặc biệt là khai mỏ và hóa chất. Các trung tâm công
nghiệp mới xuất hiện: Ranh Vetxphalen, Sơlêdiên, Xắcxôni…
Trong khoảng ba mươi năm (1818 – 1848), dân số Béclin tăng gần gấp
hai lần. Năm 1834 “Đồng minh quan thuế” được thành lập gồm 18 quốc
gia Đức, tạo điều kiện thuận lợi nhất định cho sự phát triển công thương
nghiệp.
Trong khi đó, nông thôn vẫn duy trì quan hệ bóc lột phong kiến. Giai
cấp quý tộc phong kiến nắm quyền thống trị về kinh tế và chính trị, chi
phối mọi hoạt động trong nước. Do ảnh hưởng của sự du nhập kĩ thuật vào
nông thôn, một bộ phận ruộng đất được chuyển sang kinh doanh theo kiểu
TBCN. Trong những ấp trại này, người ta sử dụng các loại máy nông
nghiệp, phân bón hóa chất và tuyển công nhân làm thuê. Tuy vậy mọi hình
thức bóc lột phong kiến vẫn không bị bãi bỏ.
Nền kinh tế chủ yếu ở trình độ thủ công lạc hậu, những di tích của chế
13
độ nông nô, phường hội, chuyên chế phản động đều là những lực cản kìm
hãm sự phát triển lên tư bản chủ nghĩa của Đức. Ngoài ra, nước Đức còn
chịu sự tác động của những mối liên hệ từ bên ngoài làm cho nước Đức
không có điều kiện để phát triển thành phần kinh tế tư bản chủ nghĩa trong
lòng chế độ phong kiến và làm cho nước Đức rơi vào tình trạng cực kì bi
đát về kinh tế – chính trị – xã hội.
Những biến chuyển kinh tế dẫn đến sự thay đổi về phân bố lực lượng
giai cấp trong xã hội. Giai cấp quý tộc phong kiến vẫn giữ địa vị thống trị
trong bộ máy nhà nước. Đặc biệt là triều đình vua Phổ Phriđrich Vinhem
III có ảnh hưởng to lớn đối với các tiểu quốc vương khác. Vinhem III
(1770 – 1840) không chịu thực hiện những điều đã hứa hẹn trước đây về
việc ban hành hiến pháp, vẫn ngoan cố tăng cường quyền lực của chế độ
quân chủ chuyên chế phong kiến. Do đó, tình trạng đất nước bị chia cắt với
quyền lực vô hạn của các tiểu vương quốc là một trở ngại lớn đối với sự
phát triển kinh tế tư bản chủ nghĩa.
Giai cấp tư sản Đức ra đời và lớn lên cùng với sự phát triển của công
thương nghiệp. Đặc biệt là ở miền Tây Nam giáp nước Pháp, kinh tế Tư
bản chủ nghĩa phát triển mạnh nên giai cấp tư sản ở đây có thế lực đáng kể.
Cuộc cách mạng tháng Bảy năm 1830 ở Pháp và cuộc cải cách tuyển cử
năm 1832 ở Anh càng thôi thúc giai cấp tư sản Đức bước vào đấu tranh.
Mục tiêu của họ là chống lại chế độ quân chủ phong kiến và tiến hành
thống nhất đất nước.
Giới trí thức, sinh viên, tiểu tư sản và tư sản dân chủ Đức có thái độ
cấp tiến hơn. Họ đòi hỏi một nền dan chủ thực sự và thiết lập chế độ dân
chủ cộng hòa. Tháng 5 năm 1832, sinh viên dẫn đầu nhiều cuộc biểu tình ở
các thành phố lớn. Ngoài sinh viên và trí thức còn có nhiều thợ thủ công và
dân nghèo thành thị gia nhập “Hội nhân quyền”. Năm 1834, “Hội nước
Đức trẻ” được thành lập. Cương lĩnh của hội đề ra việc thành lập nước Đức
14
Thứ Ba, 31 tháng 12, 2013
Nghiên cứu đánh giá và đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối thành phố tuy hòa
9
Chương
2.
CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH
GIÁ ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN PHÂN
PHỐI
2.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY [1], [3]
2.1.1. Phương pháp ñồ thị giải tích:
Phương pháp này bao gồm việc lập sơ ñồ ñộ tin cậy và áp dụng
phương pháp giải tích bằng ñại số Boole, lý thuyết xác suất thống
kê, tập hợp ñể tính toán ñộ tin cậy.
2.1.2. Phương pháp không gian trạng thái:
Trong phương pháp này hệ thống ñược diễn tả bởi các trạng
hoạt ñộng và các khả năng chuyển giữa các trạng thái ñó.
Phương pháp không gian trạng thái có thể sử dụng quá trình
ngẫu nhiên Markov ñể tính xác suất trạng thái và tần suất trạng thái,
từ ñó tính ñược các chỉ tiêu ñộ tin cậy của hệ thống.
2.1.3. Phương pháp cây hỏng hóc:
Phương pháp cây hỏng hóc ñược mô tả bằng ñồ thị quan hệ
nhân quả giữa các dạng hỏng hóc trong hệ thống, giữa hỏng hóc hệ
thống và các hỏng hóc thành phần trên cơ sở hàm ñại số Boole.
2.1.4. Phương pháp ñường tối thiểu:
Từ nút nguồn ñến nút phụ tải có thể có rất nhiều ñường, mỗi
ñường bao gồm một số phần tử nối tiếp nối liền nút nguồn với nút
phụ tải. Đường tối thiểu là ñường trong ñó không có nút nào xuất
hiện 2 lần.
2.1.5. Phương pháp lát cắt tối thiểu:
Lát cắt bao gồm các phần tử mà khi các phần tử này ñồng
thời hỏng thì hệ thống sẽ hỏng. với giả thiết rằng mỗi phần tử ñều có
khả năng tải ñáp ứng nhu cầu của phụ tải. Lát cắt tối thiểu là lát cắt
bao gồm số lượng tối thiểu các phần tử. Khi hệ thống hỏng do tất cả
các phần tử của một lát cắt tối thiểu bị hỏng.
10
2.2. CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN
PHÂN PHỐI THEO TIÊU CHUẨN IEEE 1366 [5], [7]
2.2.1. Tần suất mất ñiện trung bình của hệ thống, SAIFI
(System average interruption frequency index):
.N
i i
SAIFI =
N
i
λ
∑
[2.1]
Ở ñây
λ
i
là cường ñộ mất ñiện và N
i
là số khách hàng của
nút phụ tải thứ i. Chỉ tiêu này xác ñịnh số lần mất ñiện trung bình
của 1 khách hàng trong 1 năm.
.N
i i
λ
∑
: Tổng số lần mất ñiện của khách hàng.
N
i
: Tổng số khách hàng ñược phục vụ.
2.2.2. Thời gian mất ñiện trung bình của hệ thống, SAIDI
(System average interruption duration index) :
T .N
i i
SAIDI =
N
i
∑
[2.2]
T .N
i i
∑
: Thời gian mất ñiện của khách hàng.
N
i
: Tổng số khách hàng.
Ở ñây T
i
là thời gian mất ñiện trung bình hàng năm và N
i
là số khách hàng của nút phụ tải thứ i .
Chỉ tiêu này xác ñịnh thời gian mất ñiện trung bình của 1
khách hàng trong 1 năm.
2.2.3. Thời gian mất ñiện trung bình của khách hàng, CAIDI
(Customer average interruption duration index):
T N
SAIDI
i i
CAIDI =
N SAIFI
i i
.
.
λ
∑
=
∑
[2.3]
T N
i i
.
∑
: Tổng số thời gian mất ñiện của khách hàng.
11
N
i i
.
λ
∑
: Tổng số lần mất ñiện của khách hàng.
Chỉ tiêu này xác ñịnh thời gian mất ñiện trung bình của 1
khách hàng trong 1 năm cho 1 lần mất ñiện.
2.2.4. Độ sẳn sàng phục vụ trung bình, ASAI (Average service
availability index):
8760.N - T .N
i i i
ASAI =
8760.N
i
∑ ∑
[2.4]
8760.N - T .N
i i i
∑ ∑
: Số giờ khách hàng ñược cung cấp ñiện.
8760.N
i
: Số giờ khách hàng cần cung cấp ñiện.
Chỉ tiêu này xác ñịnh mức ñộ sẳn sàng hay ĐTC hệ thống.
2.2.5. Năng lượng không ñược cung cấp ,ENS (Energy not
supplied index):
ENS = P .T
i i
∑
[2.5]
Ở ñây P
i
là tải trung bình ñược nối vào nút tải thứ i .
Chỉ tiêu này xác ñịnh sản lượng ñiện bị mất ñối với hệ
thống trong 1 năm.
2.2.6. Điện năng trung bình không ñược cung cấp , AENS hay
mất ñiện hệ thống trung bình (Average Energy not supplied
index):
P .T
i i
AENS =
N
i
∑
[2.6]
P .T
i i
∑
: Tổng ñiện năng không cung cấp ñược.
N
i
: Tổng số khách hàng ñược phục vụ.
Chỉ tiêu này xác ñịnh sản lượng ñiện bị mất trung bình ñối
với 1 khách hàng trong 1 năm.
12
2.3. CÁC VÍ DỤ SƠ ĐỒ LĐPP DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN ĐỘ TIN
CẬY THEO TIÊU CHUẨN IEEE – 1366 [5]
2.3.1. Lưới ñiện hình tia không phân ñoạn
Xét sơ ñồ lưới ñiện như hình 2.6. Các sự cố xảy ra trên mỗi
ñoạn 1,2,3,4 hoặc trên các nhánh rẽ a, b, c, d ñều làm máy cắt ñầu
nguồn tác ñộng và toàn hệ thống sẽ bị mất ñiện.
Sau khi sự cố ñược khắc phục máy cắt sẽ ñược ñóng lại ñể
phục hồi việc cấp ñiện. các chỉ tiêu về ñộ tin cậy cho các nút tải A,
B, C, D là như nhau.
2.3.2. Lưới ñiện hình tia rẽ nhánh có bảo vệ bằng cầu chì :
Thực tế ñối với LĐPP hiện nay tại ñầu mỗi nhánh rẽ thường
ñược lắp ñặt các cầu chì tự rơi như trong hình 2.7.
Khi ngắn mạch xảy ra trên các nhánh rẽ thì cầu chì sẽ tác
ñộng, nhánh rẽ bị sự cố ñược tách ra, không làm ảnh hưởng ñến các
tải khác. Do ñó các chỉ tiêu về ĐTC của hệ thống sẽ ñược thay ñổi.
Trong trường hợp này các chỉ tiêu về ĐTC sẽ ñược cải thiện cho
tất cả các nút tải.
13
2.3.3. Lưới ñiện hình tia phân ñoạn bằng các dao cách ly và rẽ
nhánh có bảo vệ bằng cầu chì
Biện pháp tăng cường ñộ tin cậy khác là lắp ñặt dao cách
ly tại các ñiểm hợp lý trên trục chính.
Khi có sự cố trên các ñoạn trục chính máy cắt ñầu nguồn sẽ
ñược cắt ra. Sau ñó ñoạn bị sự cố sẽ ñược xác ñịnh và dao cánh ly sẽ
cách ly ñoạn sự cố ra ñể sửa chữa, máy cắt ñược ñóng lại ñể cấp
ñiện cho các phụ tải trước ñoạn bị sự cố. Trong trường hợp này
những chỉ tiêu ñộ tin cậy của các nút tải A, B, C ñược cải thiện. Mức
ñộ cải thiện sẽ lớn hơn ñối với những ñiểm gần nguồn và ít hơn nếu
xa nguồn, chỉ tiêu tại nút D không thay ñổi vì không thể cách ly
ñược nữa nếu sự cố xảy ra trên ñoạn này. Với những ñiểm cách ly
như trên hình 2.8.
2.3.4 - Lưới ñiện hình tia phân ñoạn bằng máy cắt :
Trong thực tế ñể tăng cường ñộ tin cậy lưới ñiện phân phối
người ta cũng sử dụng máy cắt ñể phân ñoạn. Với sơ ñồ hình 2.9.
Trong trường hợp này khi có sự cố trên các ñoạn, máy cắt phân
14
ñoạn sẽ tác ñộng cắt ñoạn bị sự cố ra và các ñoạn trước máy cắt
phân ñoạn vẫn ñược liên tục cấp ñiện. Các chỉ tiêu ñộ tin cậy cho
các nút tải sẽ ñược cải thiện hơn trường hợp phân ñoạn bằng dao
cách ly, do máy cắt có thể tự ñộng cắt ñoạn sự cố ra khỏi lưới, nên
số lần mất ñiện và thời gian mất ñiện sẽ thấp hơn.
2.3.5. Lưới ñiện kín vận hành hở :
Nhiều hệ thống lưới phân phối kín có các ñiểm mở ñể hệ
thống hoạt ñộng hiệu quả như là một mạng hình tia, nhưng khi có
một sự cố trong hệ thống các ñiểm mở có thể ñược ñóng, mở hợp
lý ñể phục hồi việc cung cấp ñiện cho các tải không ñược liên kết
với nguồn. Qui trình hoạt ñộng này có ảnh hưởng rõ rệt ñối với các
chỉ tiêu ñộ tin cậy của nút tải, bởi vì các nút tải bị tách khỏi nguồn
cho ñến khi hoàn thành việc sửa chữa có thể chuyển sang một nguồn
khác của hệ thống .
Theo kết quả trên chúng ta thấy rằng, lưới ñiện ñược phân
ñoạn sẽ có các chỉ tiêu về ñộ tin cậy tốt hơn không phân ñoạn,
phân ñoạn bằng máy cắt tốt hơn dao cách ly, hệ thống mạch vòng có
nhiều nguồn sẽ tốt hơn một nguồn và có thời gian mất ñiện ít nhất.
Tuy nhiên, việc phân ñoạn bằng loại thiết bị gì, số lượng bao nhiêu,
ñặt ở vị trí nào là bài toán tối ưu về kinh tế- kỹ thuật mà chúng ta sẽ
nghiên cứu ở phần sau.
Chương
2.
CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH
GIÁ ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN PHÂN
PHỐI
2.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY [1], [3]
2.1.1. Phương pháp ñồ thị giải tích:
Phương pháp này bao gồm việc lập sơ ñồ ñộ tin cậy và áp dụng
phương pháp giải tích bằng ñại số Boole, lý thuyết xác suất thống
kê, tập hợp ñể tính toán ñộ tin cậy.
2.1.2. Phương pháp không gian trạng thái:
Trong phương pháp này hệ thống ñược diễn tả bởi các trạng
hoạt ñộng và các khả năng chuyển giữa các trạng thái ñó.
Phương pháp không gian trạng thái có thể sử dụng quá trình
ngẫu nhiên Markov ñể tính xác suất trạng thái và tần suất trạng thái,
từ ñó tính ñược các chỉ tiêu ñộ tin cậy của hệ thống.
2.1.3. Phương pháp cây hỏng hóc:
Phương pháp cây hỏng hóc ñược mô tả bằng ñồ thị quan hệ
nhân quả giữa các dạng hỏng hóc trong hệ thống, giữa hỏng hóc hệ
thống và các hỏng hóc thành phần trên cơ sở hàm ñại số Boole.
2.1.4. Phương pháp ñường tối thiểu:
Từ nút nguồn ñến nút phụ tải có thể có rất nhiều ñường, mỗi
ñường bao gồm một số phần tử nối tiếp nối liền nút nguồn với nút
phụ tải. Đường tối thiểu là ñường trong ñó không có nút nào xuất
hiện 2 lần.
2.1.5. Phương pháp lát cắt tối thiểu:
Lát cắt bao gồm các phần tử mà khi các phần tử này ñồng
thời hỏng thì hệ thống sẽ hỏng. với giả thiết rằng mỗi phần tử ñều có
khả năng tải ñáp ứng nhu cầu của phụ tải. Lát cắt tối thiểu là lát cắt
bao gồm số lượng tối thiểu các phần tử. Khi hệ thống hỏng do tất cả
các phần tử của một lát cắt tối thiểu bị hỏng.
10
2.2. CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN
PHÂN PHỐI THEO TIÊU CHUẨN IEEE 1366 [5], [7]
2.2.1. Tần suất mất ñiện trung bình của hệ thống, SAIFI
(System average interruption frequency index):
.N
i i
SAIFI =
N
i
λ
∑
[2.1]
Ở ñây
λ
i
là cường ñộ mất ñiện và N
i
là số khách hàng của
nút phụ tải thứ i. Chỉ tiêu này xác ñịnh số lần mất ñiện trung bình
của 1 khách hàng trong 1 năm.
.N
i i
λ
∑
: Tổng số lần mất ñiện của khách hàng.
N
i
: Tổng số khách hàng ñược phục vụ.
2.2.2. Thời gian mất ñiện trung bình của hệ thống, SAIDI
(System average interruption duration index) :
T .N
i i
SAIDI =
N
i
∑
[2.2]
T .N
i i
∑
: Thời gian mất ñiện của khách hàng.
N
i
: Tổng số khách hàng.
Ở ñây T
i
là thời gian mất ñiện trung bình hàng năm và N
i
là số khách hàng của nút phụ tải thứ i .
Chỉ tiêu này xác ñịnh thời gian mất ñiện trung bình của 1
khách hàng trong 1 năm.
2.2.3. Thời gian mất ñiện trung bình của khách hàng, CAIDI
(Customer average interruption duration index):
T N
SAIDI
i i
CAIDI =
N SAIFI
i i
.
.
λ
∑
=
∑
[2.3]
T N
i i
.
∑
: Tổng số thời gian mất ñiện của khách hàng.
11
N
i i
.
λ
∑
: Tổng số lần mất ñiện của khách hàng.
Chỉ tiêu này xác ñịnh thời gian mất ñiện trung bình của 1
khách hàng trong 1 năm cho 1 lần mất ñiện.
2.2.4. Độ sẳn sàng phục vụ trung bình, ASAI (Average service
availability index):
8760.N - T .N
i i i
ASAI =
8760.N
i
∑ ∑
[2.4]
8760.N - T .N
i i i
∑ ∑
: Số giờ khách hàng ñược cung cấp ñiện.
8760.N
i
: Số giờ khách hàng cần cung cấp ñiện.
Chỉ tiêu này xác ñịnh mức ñộ sẳn sàng hay ĐTC hệ thống.
2.2.5. Năng lượng không ñược cung cấp ,ENS (Energy not
supplied index):
ENS = P .T
i i
∑
[2.5]
Ở ñây P
i
là tải trung bình ñược nối vào nút tải thứ i .
Chỉ tiêu này xác ñịnh sản lượng ñiện bị mất ñối với hệ
thống trong 1 năm.
2.2.6. Điện năng trung bình không ñược cung cấp , AENS hay
mất ñiện hệ thống trung bình (Average Energy not supplied
index):
P .T
i i
AENS =
N
i
∑
[2.6]
P .T
i i
∑
: Tổng ñiện năng không cung cấp ñược.
N
i
: Tổng số khách hàng ñược phục vụ.
Chỉ tiêu này xác ñịnh sản lượng ñiện bị mất trung bình ñối
với 1 khách hàng trong 1 năm.
12
2.3. CÁC VÍ DỤ SƠ ĐỒ LĐPP DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN ĐỘ TIN
CẬY THEO TIÊU CHUẨN IEEE – 1366 [5]
2.3.1. Lưới ñiện hình tia không phân ñoạn
Xét sơ ñồ lưới ñiện như hình 2.6. Các sự cố xảy ra trên mỗi
ñoạn 1,2,3,4 hoặc trên các nhánh rẽ a, b, c, d ñều làm máy cắt ñầu
nguồn tác ñộng và toàn hệ thống sẽ bị mất ñiện.
Sau khi sự cố ñược khắc phục máy cắt sẽ ñược ñóng lại ñể
phục hồi việc cấp ñiện. các chỉ tiêu về ñộ tin cậy cho các nút tải A,
B, C, D là như nhau.
2.3.2. Lưới ñiện hình tia rẽ nhánh có bảo vệ bằng cầu chì :
Thực tế ñối với LĐPP hiện nay tại ñầu mỗi nhánh rẽ thường
ñược lắp ñặt các cầu chì tự rơi như trong hình 2.7.
Khi ngắn mạch xảy ra trên các nhánh rẽ thì cầu chì sẽ tác
ñộng, nhánh rẽ bị sự cố ñược tách ra, không làm ảnh hưởng ñến các
tải khác. Do ñó các chỉ tiêu về ĐTC của hệ thống sẽ ñược thay ñổi.
Trong trường hợp này các chỉ tiêu về ĐTC sẽ ñược cải thiện cho
tất cả các nút tải.
13
2.3.3. Lưới ñiện hình tia phân ñoạn bằng các dao cách ly và rẽ
nhánh có bảo vệ bằng cầu chì
Biện pháp tăng cường ñộ tin cậy khác là lắp ñặt dao cách
ly tại các ñiểm hợp lý trên trục chính.
Khi có sự cố trên các ñoạn trục chính máy cắt ñầu nguồn sẽ
ñược cắt ra. Sau ñó ñoạn bị sự cố sẽ ñược xác ñịnh và dao cánh ly sẽ
cách ly ñoạn sự cố ra ñể sửa chữa, máy cắt ñược ñóng lại ñể cấp
ñiện cho các phụ tải trước ñoạn bị sự cố. Trong trường hợp này
những chỉ tiêu ñộ tin cậy của các nút tải A, B, C ñược cải thiện. Mức
ñộ cải thiện sẽ lớn hơn ñối với những ñiểm gần nguồn và ít hơn nếu
xa nguồn, chỉ tiêu tại nút D không thay ñổi vì không thể cách ly
ñược nữa nếu sự cố xảy ra trên ñoạn này. Với những ñiểm cách ly
như trên hình 2.8.
2.3.4 - Lưới ñiện hình tia phân ñoạn bằng máy cắt :
Trong thực tế ñể tăng cường ñộ tin cậy lưới ñiện phân phối
người ta cũng sử dụng máy cắt ñể phân ñoạn. Với sơ ñồ hình 2.9.
Trong trường hợp này khi có sự cố trên các ñoạn, máy cắt phân
14
ñoạn sẽ tác ñộng cắt ñoạn bị sự cố ra và các ñoạn trước máy cắt
phân ñoạn vẫn ñược liên tục cấp ñiện. Các chỉ tiêu ñộ tin cậy cho
các nút tải sẽ ñược cải thiện hơn trường hợp phân ñoạn bằng dao
cách ly, do máy cắt có thể tự ñộng cắt ñoạn sự cố ra khỏi lưới, nên
số lần mất ñiện và thời gian mất ñiện sẽ thấp hơn.
2.3.5. Lưới ñiện kín vận hành hở :
Nhiều hệ thống lưới phân phối kín có các ñiểm mở ñể hệ
thống hoạt ñộng hiệu quả như là một mạng hình tia, nhưng khi có
một sự cố trong hệ thống các ñiểm mở có thể ñược ñóng, mở hợp
lý ñể phục hồi việc cung cấp ñiện cho các tải không ñược liên kết
với nguồn. Qui trình hoạt ñộng này có ảnh hưởng rõ rệt ñối với các
chỉ tiêu ñộ tin cậy của nút tải, bởi vì các nút tải bị tách khỏi nguồn
cho ñến khi hoàn thành việc sửa chữa có thể chuyển sang một nguồn
khác của hệ thống .
Theo kết quả trên chúng ta thấy rằng, lưới ñiện ñược phân
ñoạn sẽ có các chỉ tiêu về ñộ tin cậy tốt hơn không phân ñoạn,
phân ñoạn bằng máy cắt tốt hơn dao cách ly, hệ thống mạch vòng có
nhiều nguồn sẽ tốt hơn một nguồn và có thời gian mất ñiện ít nhất.
Tuy nhiên, việc phân ñoạn bằng loại thiết bị gì, số lượng bao nhiêu,
ñặt ở vị trí nào là bài toán tối ưu về kinh tế- kỹ thuật mà chúng ta sẽ
nghiên cứu ở phần sau.
Thứ Hai, 30 tháng 12, 2013
Newnes engineering science pocket book, 3rd edition
Contents
Preface ix
Part One General Engineering Science 1
1 SI units 3
2 Density 6
3 Scalar and vector quantities 8
4 Atomic structure of matter 10
5 Chemical reactions 15
6 Standard quantity symbols and their units 18
Part Two Mechanical Engineering and Physical Science 21
7 Speed and velocity 23
8 Acceleration 27
9 Force, mass and acceleration 30
10 Centre of gravity and equilibrium 34
11 Forces acting at a point 36
12 Simply supported beams 46
13 Shearing force and bending moments 50
14 Bending stress 54
15 Linear and angular motion 57
16 Friction 63
17 Waves 66
18 Interference and diffraction 70
19 Light rays 75
20 Work, energy and power 81
21 Potential and kinetic energy 84
22 Simple machines 88
23 The effects of forces on materials 96
24 Tensile testing 104
25 Hardness and impact tests 107
26 Measurement of strain 111
27 Linear momentum and impulse 118
28 Torque 121
29 Heat energy 127
30 Thermal expansion 134
31 The measurement of temperature 138
32 Pressure in fluids 149
33 Measurement of pressure 156
34 Ideal gas laws 165
35 Properties of water and steam 170
vi
36 Surface tension and viscosity 176
37 Fluids in motion 182
38 Measurement of fluid flow 187
39 Simple harmonic motion and natural vibrations 198
Part Three Electrical Engineering Science 203
40 An introduction to electric circuits 205
41 Resistance variation 214
42 Chemical effects of electricity 218
43 Series and parallel networks 227
44 Capacitors and capacitance 233
45 Magnetic circuits 244
46 Magnetic materials 255
47 Electromagnetism 261
48 Electromagnetic induction and inductance 271
49 Magnetically coupled circuits 277
50 Electrical measuring instruments and measurements 287
51 Semiconductor diodes 303
52 Transistors 311
53 D.c. circuit theory 327
54 Alternating voltages and currents 341
55 Single-phase series a.c. circuits 349
56 Single-phase parallel a.c. circuits 362
57 D.c. transients 371
58 Operational amplifiers 383
59 Three-phase systems 401
60 Transformers 410
61 D.c. machines 425
62 A.c. motors 446
63 Revision of complex numbers 464
64 Application of complex numbers to series a.c. circuits 471
65 Application of complex numbers to parallel a.c. networks 480
66 Power in a.c. circuits and power factor improvement 485
67 A.c. bridges 492
68 Series resonance and Q-factor 500
69 Parallel resonance and Q-factor 511
70 Introduction to network analysis 519
71 Mesh-current and nodal analysis 525
72 The superposition theorem 531
73 Th
´
evenin’s and Norton’s theorems 537
74 Delta-star and star-delta transformations 547
75 Maximum power transfer theorems and impedance matching 554
76 Complex waveforms 559
77 A numerical method of harmonic analysis 576
78 Dielectrics and dielectric loss 582
79 Field theory 590
80 Attenuators 598
81 Filter networks 610
vii
82 Modulation 616
83 Transmission lines 622
Index 636
Preface
Newnes Engineering Science Pocket Book is intended to provide students,
technicians, scientists and engineers with a readily available reference to the
essential engineering science formulae, definitions and general information
needed during their studies and/or work situation — a handy book to have on
the bookshelf to delve into as the need arises.
The text is divided, for convenience of reference, into three main sections
embracing general engineering science, mechanical engineering and physical
science and electrical engineering science.
The text assumes little previous knowledge and is suitable for a wide
range of courses of study. It will be particularly useful for students studying
for NVQ’s and GNVQ’s, technician certificates and diplomas, for GCSE and
A levels, and for Engineering degrees.
John Bird
University of Portsmouth
Part One General
Engineering
Science
1 SI Units
Units
The system of units used in engineering and science is the Syst
`
eme Interna-
tionale d’Unit
´
es (International system of units), usually abbreviated to SI units,
and is based on the metric system. This was introduced in 1960 and is now
adopted by the majority of countries as the official system of measurement.
The basic units in the S.I. system are listed below with their symbols:
Quantity Unit
length metre, m
mass kilogram, kg
time second, s
electric current ampere, A
thermodynamic temperature kelvin, K
luminous intensity candela, cd
amount of substance mole, mol
Prefixes
S.I. units may be made larger or smaller by using prefixes that denote multi-
plication or division by a particular amount. The six most common multiples,
with their meaning, are listed below:
Prefix Name Meaning
T tera multiply by 1 000 000 000 000 (i.e. ð 10
12
)
G giga multiply by 1 000 000 000 (i.e. ð 10
9
)
M mega multiply by 1 000 000 (i.e. ð 10
6
)
k kilo multiply by 1 000 (i.e. ð 10
3
)
m milli divide by 1 000 (i.e. ð 10
3
)
µ
micro divide by 1 000 000 (i.e. ð 10
6
)
n nano divide by 1 000 000 000 (i.e. ð 10
9
)
p pico divide by 1 000 000 000 000 (i.e. ð 10
12
)
Length, area, volume and mass
Length is the distance between two points. The standard unit of length is the
metre, although the centimetre, cm, millimetre, mm and kilometre, km,are
often used.
1cmD 10 mm, 1mD 100 cm D 1 000 mm and 1 km D 1 000 m
4
Area is a measure of the size or extent of a plane surface and is measured by
multiplying a length by a length. If the lengths are in metres then the unit of
area is the square metre, m
2
1m
2
D 1mð 1mD 100 cm ð 100 cm D 1 0000 cm
2
or 10
4
cm
2
D 1 000 mm ð 1000 mm D 1 000 000 mm
2
or 10
6
mm
2
Conversely, 1 cm
2
D 10
4
m
2
and1mm
2
D 10
6
m
2
Vol ume is a measure of the space occupied by a solid and is measured by
multiplying a length by a length by a length. If the lengths are in metres then
the unit of volume is in cubic metres, m
3
1m
3
D 1mð 1mð 1m
D 100 cm ð 100 cm ð 100 cm D 10
6
cm
3
D 1000 mm ð 1000 mm ð 1000 mm D 10
9
mm
3
Conversely, 1 cm
3
D 10
6
m
3
and1mm
3
D 10
9
m
3
Another unit used to measure volume, particularly with liquids, is the
litre, l,where1lD 1000 cm
3
Mass is the amount of matter in a body and is measured in kilograms, kg.
1kgD 1000 g (or conversely, 1 g D 10
3
kg)
and 1 tonne (t) D 1000 kg
Derived SI Units
Derived SI units use combinations of basic units and there are many of them.
Two examples are:
Velocity metres per second (m/s)
Acceleration metres per second squared (m/s
2
Charge
The unit of charge is the coulomb (C) where one coulomb is one ampere
second. (1 coulomb D 6.24 ð 10
18
electrons). The coulomb is defined as the
quantity of electricity which flows past a given point in an electric circuit
when a current of one ampere is maintained for one second. Thus,
charge, in coulombs
Q
=
It
where I is the current in amperes and t is the time in seconds.
5
Force
The unit of force is the newton (N) where one newton is one kilogram metre
per second squared. The newton is defined as the force which, when applied
to a mass of one kilogram, gives it an acceleration of one metre per second
squared. Thus,
force, in newtons
F
=
ma
where m is the mass in kilograms and a is the acceleration in metres per
second squared. Gravitational force, or weight, is mg, where g D 9.81 m/s
2
Work
The unitofworkorenergyis the joule (J) where one joule is one newton
metre. The joule is defined as the work done or energy transferred when a
force of one newton is exerted through a distance of one metre in the direction
of the force. Thus
work done on a body, in joules,
W
=
Fs
where F is the force in newtons and s is the distance in metres moved by the
body in the direction of the force. Energy is the capacity for doing work.
Power
The unit of power is the watt (W) where one watt is one joule per second.
Power is defined as the rate of doing work or transferring energy. Thus,
power, in watts,
P
=
W
t
where W is the work done or energy transferred, in joules, and t is the time,
in seconds. Thus,
energy, in joules,
W
=
Pt
Electrical potential and e.m.f.
The unit of electric potential is the volt (V), where one volt is one joule per
coulomb. One volt is defined as the difference in potential between two points
in a conductor which, when carrying a current of one ampere, dissipates a
power of one watt, i.e.
volts D
watts
amperes
D
joules/second
amperes
D
joules
amperes seconds
D
joules
coulombs
A change in electric potential between two points in an electric circuit is called
a potential difference.Theelectromotive force (e.m.f.) provided by a source
of energy such as a battery or a generator is measured in volts.
2Density
Density is the mass per unit volume of a substance. The symbol used for
density is (Greek letter rho) and its units are kg/m
3
Density D
mass
volume
i.e.
r =
m
V
or
m
= r
V
or
V
=
m
r
where m is the mass in kg, V is the volume in m
3
and is the density in
kg/m
3
Some typical values of densities include:
Aluminium 2700 kg/m
3
Steel 7800 kg/m
3
Cast iron 7000 kg/m
3
Petrol 700 kg/m
3
Cork 250 kg/m
3
Lead 11 400 kg/m
3
Copper 8900 kg/m
3
Water 1000 kg/m
3
For example, the density of 50 cm
3
of copper if its mass is 445 g is
given by:
density D
mass
volume
D
445 ð 10
3
kg
50 ð 10
6
m
3
D
445
50
ð 10
3
D 8
.
9
×
10
3
kg/m
3
or 8900 kg/m
3
Similarly, the volume, in litres, of 20 kg of paraffin oil of density 800 kg/m
3
is given by:
volume D
m
D
20 kg
800 kg/m
3
D
1
40
m
3
D
1
40
ð 10
6
cm
3
D 25 000 cm
3
1 litre D 1000 cm
3
hence 25 000 cm
3
D
25 000
1000
D 25 litres
The relative density of a substance is the ratio of the density of the
substance to the density of water, i.e.
relative density D
density of substance
density of water
Relative density has no units, since it is the ratio of two similar quantities.
Typical values of relative densities can be determined from above (since water
has a density of 1000 kg/m
3
), and include:
Aluminium 2.7 Steel 7.8
Cast iron 7.0 Petrol 0.7
Cork 0.25 Lead 11.4
Copper 8.9
7
The relative density of a liquid may be measured using a hydrometer.
For example, the relative density of a piece of steel of density 7850 kg/m
3
,
given that the density of water is 1000 kg/m
3
, is given by:
relative density D
density of steel
density of water
D
7850
1000
D 7
.
85
Preface ix
Part One General Engineering Science 1
1 SI units 3
2 Density 6
3 Scalar and vector quantities 8
4 Atomic structure of matter 10
5 Chemical reactions 15
6 Standard quantity symbols and their units 18
Part Two Mechanical Engineering and Physical Science 21
7 Speed and velocity 23
8 Acceleration 27
9 Force, mass and acceleration 30
10 Centre of gravity and equilibrium 34
11 Forces acting at a point 36
12 Simply supported beams 46
13 Shearing force and bending moments 50
14 Bending stress 54
15 Linear and angular motion 57
16 Friction 63
17 Waves 66
18 Interference and diffraction 70
19 Light rays 75
20 Work, energy and power 81
21 Potential and kinetic energy 84
22 Simple machines 88
23 The effects of forces on materials 96
24 Tensile testing 104
25 Hardness and impact tests 107
26 Measurement of strain 111
27 Linear momentum and impulse 118
28 Torque 121
29 Heat energy 127
30 Thermal expansion 134
31 The measurement of temperature 138
32 Pressure in fluids 149
33 Measurement of pressure 156
34 Ideal gas laws 165
35 Properties of water and steam 170
vi
36 Surface tension and viscosity 176
37 Fluids in motion 182
38 Measurement of fluid flow 187
39 Simple harmonic motion and natural vibrations 198
Part Three Electrical Engineering Science 203
40 An introduction to electric circuits 205
41 Resistance variation 214
42 Chemical effects of electricity 218
43 Series and parallel networks 227
44 Capacitors and capacitance 233
45 Magnetic circuits 244
46 Magnetic materials 255
47 Electromagnetism 261
48 Electromagnetic induction and inductance 271
49 Magnetically coupled circuits 277
50 Electrical measuring instruments and measurements 287
51 Semiconductor diodes 303
52 Transistors 311
53 D.c. circuit theory 327
54 Alternating voltages and currents 341
55 Single-phase series a.c. circuits 349
56 Single-phase parallel a.c. circuits 362
57 D.c. transients 371
58 Operational amplifiers 383
59 Three-phase systems 401
60 Transformers 410
61 D.c. machines 425
62 A.c. motors 446
63 Revision of complex numbers 464
64 Application of complex numbers to series a.c. circuits 471
65 Application of complex numbers to parallel a.c. networks 480
66 Power in a.c. circuits and power factor improvement 485
67 A.c. bridges 492
68 Series resonance and Q-factor 500
69 Parallel resonance and Q-factor 511
70 Introduction to network analysis 519
71 Mesh-current and nodal analysis 525
72 The superposition theorem 531
73 Th
´
evenin’s and Norton’s theorems 537
74 Delta-star and star-delta transformations 547
75 Maximum power transfer theorems and impedance matching 554
76 Complex waveforms 559
77 A numerical method of harmonic analysis 576
78 Dielectrics and dielectric loss 582
79 Field theory 590
80 Attenuators 598
81 Filter networks 610
vii
82 Modulation 616
83 Transmission lines 622
Index 636
Preface
Newnes Engineering Science Pocket Book is intended to provide students,
technicians, scientists and engineers with a readily available reference to the
essential engineering science formulae, definitions and general information
needed during their studies and/or work situation — a handy book to have on
the bookshelf to delve into as the need arises.
The text is divided, for convenience of reference, into three main sections
embracing general engineering science, mechanical engineering and physical
science and electrical engineering science.
The text assumes little previous knowledge and is suitable for a wide
range of courses of study. It will be particularly useful for students studying
for NVQ’s and GNVQ’s, technician certificates and diplomas, for GCSE and
A levels, and for Engineering degrees.
John Bird
University of Portsmouth
Part One General
Engineering
Science
1 SI Units
Units
The system of units used in engineering and science is the Syst
`
eme Interna-
tionale d’Unit
´
es (International system of units), usually abbreviated to SI units,
and is based on the metric system. This was introduced in 1960 and is now
adopted by the majority of countries as the official system of measurement.
The basic units in the S.I. system are listed below with their symbols:
Quantity Unit
length metre, m
mass kilogram, kg
time second, s
electric current ampere, A
thermodynamic temperature kelvin, K
luminous intensity candela, cd
amount of substance mole, mol
Prefixes
S.I. units may be made larger or smaller by using prefixes that denote multi-
plication or division by a particular amount. The six most common multiples,
with their meaning, are listed below:
Prefix Name Meaning
T tera multiply by 1 000 000 000 000 (i.e. ð 10
12
)
G giga multiply by 1 000 000 000 (i.e. ð 10
9
)
M mega multiply by 1 000 000 (i.e. ð 10
6
)
k kilo multiply by 1 000 (i.e. ð 10
3
)
m milli divide by 1 000 (i.e. ð 10
3
)
µ
micro divide by 1 000 000 (i.e. ð 10
6
)
n nano divide by 1 000 000 000 (i.e. ð 10
9
)
p pico divide by 1 000 000 000 000 (i.e. ð 10
12
)
Length, area, volume and mass
Length is the distance between two points. The standard unit of length is the
metre, although the centimetre, cm, millimetre, mm and kilometre, km,are
often used.
1cmD 10 mm, 1mD 100 cm D 1 000 mm and 1 km D 1 000 m
4
Area is a measure of the size or extent of a plane surface and is measured by
multiplying a length by a length. If the lengths are in metres then the unit of
area is the square metre, m
2
1m
2
D 1mð 1mD 100 cm ð 100 cm D 1 0000 cm
2
or 10
4
cm
2
D 1 000 mm ð 1000 mm D 1 000 000 mm
2
or 10
6
mm
2
Conversely, 1 cm
2
D 10
4
m
2
and1mm
2
D 10
6
m
2
Vol ume is a measure of the space occupied by a solid and is measured by
multiplying a length by a length by a length. If the lengths are in metres then
the unit of volume is in cubic metres, m
3
1m
3
D 1mð 1mð 1m
D 100 cm ð 100 cm ð 100 cm D 10
6
cm
3
D 1000 mm ð 1000 mm ð 1000 mm D 10
9
mm
3
Conversely, 1 cm
3
D 10
6
m
3
and1mm
3
D 10
9
m
3
Another unit used to measure volume, particularly with liquids, is the
litre, l,where1lD 1000 cm
3
Mass is the amount of matter in a body and is measured in kilograms, kg.
1kgD 1000 g (or conversely, 1 g D 10
3
kg)
and 1 tonne (t) D 1000 kg
Derived SI Units
Derived SI units use combinations of basic units and there are many of them.
Two examples are:
Velocity metres per second (m/s)
Acceleration metres per second squared (m/s
2
Charge
The unit of charge is the coulomb (C) where one coulomb is one ampere
second. (1 coulomb D 6.24 ð 10
18
electrons). The coulomb is defined as the
quantity of electricity which flows past a given point in an electric circuit
when a current of one ampere is maintained for one second. Thus,
charge, in coulombs
Q
=
It
where I is the current in amperes and t is the time in seconds.
5
Force
The unit of force is the newton (N) where one newton is one kilogram metre
per second squared. The newton is defined as the force which, when applied
to a mass of one kilogram, gives it an acceleration of one metre per second
squared. Thus,
force, in newtons
F
=
ma
where m is the mass in kilograms and a is the acceleration in metres per
second squared. Gravitational force, or weight, is mg, where g D 9.81 m/s
2
Work
The unitofworkorenergyis the joule (J) where one joule is one newton
metre. The joule is defined as the work done or energy transferred when a
force of one newton is exerted through a distance of one metre in the direction
of the force. Thus
work done on a body, in joules,
W
=
Fs
where F is the force in newtons and s is the distance in metres moved by the
body in the direction of the force. Energy is the capacity for doing work.
Power
The unit of power is the watt (W) where one watt is one joule per second.
Power is defined as the rate of doing work or transferring energy. Thus,
power, in watts,
P
=
W
t
where W is the work done or energy transferred, in joules, and t is the time,
in seconds. Thus,
energy, in joules,
W
=
Pt
Electrical potential and e.m.f.
The unit of electric potential is the volt (V), where one volt is one joule per
coulomb. One volt is defined as the difference in potential between two points
in a conductor which, when carrying a current of one ampere, dissipates a
power of one watt, i.e.
volts D
watts
amperes
D
joules/second
amperes
D
joules
amperes seconds
D
joules
coulombs
A change in electric potential between two points in an electric circuit is called
a potential difference.Theelectromotive force (e.m.f.) provided by a source
of energy such as a battery or a generator is measured in volts.
2Density
Density is the mass per unit volume of a substance. The symbol used for
density is (Greek letter rho) and its units are kg/m
3
Density D
mass
volume
i.e.
r =
m
V
or
m
= r
V
or
V
=
m
r
where m is the mass in kg, V is the volume in m
3
and is the density in
kg/m
3
Some typical values of densities include:
Aluminium 2700 kg/m
3
Steel 7800 kg/m
3
Cast iron 7000 kg/m
3
Petrol 700 kg/m
3
Cork 250 kg/m
3
Lead 11 400 kg/m
3
Copper 8900 kg/m
3
Water 1000 kg/m
3
For example, the density of 50 cm
3
of copper if its mass is 445 g is
given by:
density D
mass
volume
D
445 ð 10
3
kg
50 ð 10
6
m
3
D
445
50
ð 10
3
D 8
.
9
×
10
3
kg/m
3
or 8900 kg/m
3
Similarly, the volume, in litres, of 20 kg of paraffin oil of density 800 kg/m
3
is given by:
volume D
m
D
20 kg
800 kg/m
3
D
1
40
m
3
D
1
40
ð 10
6
cm
3
D 25 000 cm
3
1 litre D 1000 cm
3
hence 25 000 cm
3
D
25 000
1000
D 25 litres
The relative density of a substance is the ratio of the density of the
substance to the density of water, i.e.
relative density D
density of substance
density of water
Relative density has no units, since it is the ratio of two similar quantities.
Typical values of relative densities can be determined from above (since water
has a density of 1000 kg/m
3
), and include:
Aluminium 2.7 Steel 7.8
Cast iron 7.0 Petrol 0.7
Cork 0.25 Lead 11.4
Copper 8.9
7
The relative density of a liquid may be measured using a hydrometer.
For example, the relative density of a piece of steel of density 7850 kg/m
3
,
given that the density of water is 1000 kg/m
3
, is given by:
relative density D
density of steel
density of water
D
7850
1000
D 7
.
85
Đăng ký:
Bài đăng (Atom)