неділя, 6 жовтня 2013 р.

Ампе́р Андре́-Марі́ (*20 січня 1775Ліон — 10 червня 1836Марсель) — французький фізик і математик, творець основ електродинамікиОдиниця виміру сили електричного струму СІ ампер названа за його честь.
Створив першу теорію, яка виражала зв'язок електричних і магнітних явищ. Йому належить гіпотеза (в розвитку) про природу магнетизму, яка значно вплинула на розвиток учення про електромагнітні явища: магнітні властивості тіл зумовлені наявністю в них молекулярних електричних струмів.
Народився в м. Ліоні (Франція). З юнацького віку займався математикою та природознавством. Був спершу репетитором в Політехнічній школі в Парижі, потім займав спочатку кафедру фізики в Бурзі, а з 1805 року кафедру математики в паризькій Політехнічній школі, де він проявив себе і на літературному терені, вперше виступивши з твором: «Considerations sur la theorie mathematique du jeu» (Ліон, 1802 р.). Андре Марі Ампер переслідували невдачі. Його батько, наприклад, був обезголовлений під час французької революції та його дружина померла незабаром після їхнього шлюбу. На смертному одрі в 1836 році, він наказав, щоб був поміщений напис на його надгробку: (Щасливий і останній). У 1814 р. він став членом Паризької академії наук, в 1824 р. — професором експериментальної фізики в Колеж де Франс;
Помер 10 червня 1836 р. Після смерті Андре-Марі Ампер пройшло десятиліття, перш ніж його нову науку прийняли до підмурку сучасної науки електромагнетизму. Він був похований на кладовищі Монмартр в Парижі.
Математикамеханіка і фізика зобов'язані Амперу важливими дослідженнями; його електродинамічна теорія здобула йому незгасну славу. Його погляд на єдину первинну суть електрики і магнетизму, в чому він по суті сходився з данським фізиком Ерстедом, чудово викладений ним в «Recueil d'observations lectrodynamiques» (Париж, 1822), в «Precis de la theorie des phenomenes electrodynamiques» (Париж, 1824 р.) і в «Theorio des phenomenes electrodynamiques». Різносторонній талант Ампера не залишився байдужим і до хімії, яка відводить йому одну з почесних сторінок і вважає його, спільно з Авогадро, автором найважливішого закону сучасної хімії. На честь цього ученого одиниця сили електричного струму названа «ампером», а вимірювальні прилади — «амперметрами». (Оствальд, «Klassiker der exacten Wissenschaften No.8». «Die Grundlagen der Molekulartbeorie», Abhandlungen v. A. Avogadro und Ampere, 1889). Окрім цього Амперу належить ще праця «Essais sur la philosophie des Sciences» (2 т., 1834-43; 2-е видання, 1857).

Ганс Крістіа́н Ерсте́д (дан. Ørsted; *14 серпня 1777—†9 березня 1851) — данський вчений-фізик, дослідник електромагнетизму і хімік. У 1820 році відкрив зв'язок між електричним та магнітним полем, помітивши дію електричного струму на магнітну стрілку.
Перебував під впливом філософії Іммануїла Канта.
Ганс Крістіан Ерстед закінчив Копенгагенський університет (1797). З 1800 ад'юнкт, з 1806 професор Копенгагенського університету. З 1815 неодмінний секретар Данського королівського товариства. З 1829 одночасно директор організованої за його ініціативою Політехнічної школи в Копенгагені. Керував створеним ним товариством з поширення природничонаукових знань (1824). Основні праці з фізики, хімії, філософії. Найважливіша наукова заслуга Ерстеда — встановлення зв'язку між електричними і магнітними явищами в дослідах по відхиленню магнітної стрілки під дією провідника із струмом. Повідомлення про ці досліди, опубліковане в 1820, викликало велике число досліджень, які у результаті привели до створення електродинаміки і електротехніки. Ерстед вивчав також стисливість рідин, використовуючи винайдений (1822) ним п'єзометр. Він першим (1825) отримав відносно чистийалюміній.
Ерстед - почесний член Петербурзької академії наук (з 1830). На його честь названа одиниця напруженості магнітного поля - ерстед.

Йоганн Карл Фрідріх Гаус або Ґаусс (нім. Johann Carl Friedrich Gaußлат. Carolus Fridericus Gauss30 квітня 1777Брауншвейг — 23 лютого 1855Геттінген) — німецький математикастроном, геодезист та фізик.
Характерними рисами досліджень Гауса є надзвичайна їх різнобічність і органічний зв'язок у них між теоретичною і прикладною математикою. Праці Гауса мали великий вплив на весь дальший розвиток вищої алгебри, теорії чисел, диференціальної геометрії, класичної теорії електрики і магнетизму, геодезії, теоретичної астрономії. У багатьох галузях математики Гаус активно сприяв підвищенню вимог до логічної чіткості доведень. «Арифметичні дослідження» — перший великий твір Гауса, присвячений окремим питанням теорії чисел і вищої алгебри. Постановка і розробка цих питань Гаусом визначили дальший розвиток цих дисциплін. Гаус докладно розвинув тут теорію квадратичних лишків, уперше довів квадратичний закон взаємності — одну з центральних теорем теорії чисел. У цьому творі він по новому докладно розробив теорію квадратичних форм, яку раніше побудував Лагранж, виклав теорію поділу кола, яка багато в чому була прообразом теорії Галуа. Гаус розробив загальні методи розв'язання рівнянь виду хn-1=0, а також встановив зв'язок між цими рівняннями і побудовою правильних багатокутників, а саме: знайшов усі такі значення n, для яких. правильний n-кутник можна побудувати циркулем і лінійкою, зокрема розв'язав у радикалах рівняння х17-1=0 і побудував правильний 17-кутник за допомогою циркуля і лінійки. Це було першим після старогрецьких геометрів значним кроком уперед у цьому питанні. Одночасно Гаус склав величезні таблиці простих чисел, квадратичних лишків і нелишків, значень усіх дробів виду від р = 1 до р = 1000 у вигляді десяткових дробів, доводячи обчислення до повного періоду (що іноді потребувало обчислення кількох сотень десяткових знаків).
К. Гаус довів, що за допомогою циркуля та лінійки можна побудувати такий правильний n-кутник, число сторін якого виражається формулою n = 2^{2^r} + 1, де r — довільне ціле число або нуль. Якщо r=0, то n=3; r=1, то n=5, r=2, то n=17. Побудови трикутника і п'ятикутникабули відомі ще давнім грекам, але Гаус першим здійснив побудову правильного 17-кутника.
Дослідження Гауса про поділ кола мали велике значення не лише для розв'язання цієї складної задачі. Мабуть, ще важливішим було те, що тут він заклав основи загальної теорії так званих алгебраїчних рівнянь, де коефіцієнти рівняння — комплексні числа.

Ні́кола Те́сла (серб. Никола Тесла, Nikola Tesla) (*10 липня 1856СмілянХорватія — † 7 січня 1943Нью-ЙоркСША) — сербський та американський винахідник і фізик. Походив із сербської сім'ї, згодом став громадяниномСША. Тесла найбільш відомий своїми винаходами в області електрикимагнетизму та електротехніки. Зокрема Теслі належать винаходи змінного струму, поліфазової системи та електродвигуна з перемінним струмом. Він був ключовою фігурою при побудові першої гідроелектростанції на Ніагарському водоспаді. Одиниця вимірювання магнітної індукції в системі СІ названа на честь дослідника.
За легендою, Нікола Тесла народився точно опівночі дуже грозової ночі. Це сталося в селі Сміляни біля Ґоспіча в Хорватії (Австро-Угорщині). Його батько — Рев Мілутін Тесла — був священиком православної церкви. Мати — Джука Тесла (Мандік) — була донькою православного священика. Вона знала багато народних пісень, але не була писемною, що в той час було досить поширеним. У сім'ї було п'ятеро дітей — двоє хлопців і троє дівчат, Нікола був четвертою дитиною.
1862-го року сім'я переїхала до Ґоспіча, де Тесла відвідував гімназію. Згодом Тесла закінчив школу в Карловаці. Студіював електротехніку у Технічному університеті Ґраца, де намагався отримати ступінь бакалавра. Але училище не затвердило йому цей ступінь через часті пропуски лекцій. 1880 — навчався у Карловому університеті у Празі.
1881 — переїхав до Будапешту, де працював у телеграфній компанії. 18821884 — працював в Парижі в Континентальній компанії Едісона. У цей час створив діючу модель індукційного генератора змінного струму.
З 1884-го року Тесла без суттєвих статків переїхав до Нью-Йорку, де також працював спочатку в компанії Едісона, де досягнув великих успіхів. Через рік звільнився через розходження в поглядах із відомим винахідником. Едісон був прихильником використання постійного струму, а Тесла вважав, що майбутнє за змінним струмом. Згодом Тесла співпрацював з компанією Westinghouse Electric відомого промисловця Джорджа Вестінгауза, де міг реалізувати свої ідеї. Вестінгауз викупив у Тесли понад 40 патентів (пересічно по 25 тисяч доларів за кожен).
1888-го Тесла відкрив явище обертального магнітного поля, на основі чого побудував електрогенератори надвисокої частоти1891-го він сконструював пристрій (трансформатор Тесли) на базі трансформатора, включеного в коливні контури, що працювали в резонансному режимі, який дозволяв отримувати високочастотні коливання надвисокої напруги.
У 1895-му Westinghouse Electric запустила в дію найбільшу у світі Ніагарську ГЕС із потужними генераторами Тесли.
1896 — Теслі вдалося передати радіосигнал на відстань 48 км.
1899 — створив у Колорадо-Спрінгс лабораторію для вивчення електричного потенціалу Землі. Відповідні спостереження підштовхнули дослідника до думки про можливість бездротового передаванняелектроенергії на значні відстані.
1899-го Тесла публічно продемонстрував лампи та двигуни, що працювали на високочастотному струмі без дротів.
19001905 — спроба створення Всесвітньої станції бездротової передачі енергії на Лонг-Айленді (проект «Ворденкліф» — Wardenclyffe). Після відмови Джона П. Моргана фінансувати проект, роботи були припинені, а збудовану вежу американський уряд підірвав 1917-го року.
Під кінець свого життя Тесла все більше ставав відлюдником. Він помер від серцевої недостатності між 6 та 8 січня 1943 року в готелі «Нью-Йоркер». Незважаючи на велику кількість патентів, Тесла помер боржником.
Нікола Тесла — автор близько 800 винаходів в області електро- та радіотехніки. Серед найвизначніших відкриттів — змінний струмфлуоресцентне світло, бездротова передача енергії.
Тесла вперше розробив принципи дистанційного керування, основи лікування струмами високої частоти, побудував перші електричні годинники, двигун на сонячній енергії й багато іншого.
Нікола Тесла створив генератор змінного струму, опираючись на принципи обертання магнітних полів, і тим самим надав людству можливість широкого використання електрики.

вівторок, 26 лютого 2013 р.

Основи дії реактивних двигунів

          План:

1. Вступ.
2. Принцип дії, пристрій і класифікація.
    2.1 Повітряно-реактивний двигун.
    2.2 Ракетний двигун.
3. Схема реактивного авіадвигуна.
4. Термодинамічні властивості .
5. Ефективність.
6. Література.
 1. Вступ.

Реактивний двигун - це двигун-рушій, що створює реактивну тягу внаслідок швидкого витікання робочого тіла із сопла, найчастіше робочим тілом є гарячі гази, що утворюються внаслідок спалювання палива у камерах згоряння. Бувають турбореактивні, пульсуючі (безкомпресорні), прямоточні(ефективно працюють тільки при надзвукових швидкостях) та ракетні двигуни.
2. Принцип дії, пристрій і класифікація.
Реактивні двигуни є основним видом силових установок авіаційних, ракетних і космічних літальних апаратів, що створюють прикладену до них реактивну тягу.
Реактивна тяга створюється двигуном, що викидає в навколишнє середовище визначену масу речовини (робочого тіла).
У залежності від способу одержання сили тяги всі реактивні двигуни поділяються на дві основні групи повітряно-реактивні і ракетні.
2.1 Повітряно-реактивний двигун — тепловий реактивний двигун, у якому як робоче тіло використовується атмосферне повітря, що нагрівається за рахунок хімічної реакції окислення   пального атмосферним киснем.
У повітряно-реактивних двигунах основним компонентом робочого тіла, що здійснює термодинамічний цикл, є атмосферне повітря, кисень якого використовується як окислювач для перетворення хімічної енергії палива в теплову.
Повітряно-реактивні двигуни поділяються на двигуни прямої і непрямої реакції. У перших вся корисна робота затрачається тільки на прискорення повітря. В інших велику частину корисної роботи (чи вся) передається рушію (наприклад, гвинту), за допомогою якого створюється тяга.
Газотурбінні двигуни (ГТД) знаходять найбільше застосування. Основні процеси в них аналогічні тим, що протікають у будь-яких газотурбінних двигунах. ГТД використовуються в основному при помірних швидкостях польоту.
Турбореактивний двигун установлюють на літаках з швидкостями близькими до швидкості звуку, польоту. Параметри робочого тіла (повітря і продуктів згоряння палива в повітрі) - тиск P, температура Т і швидкість W уздовж газоповітряного тракту ТРД змінюються так, як показаний у нижній частині. На зльоті повітря з зовнішнього середовища засмоктується через повітрозабірник. Унаслідок втрат у ньому тиск перед компресором стає трохи нижче тиску зовнішнього середовища. У польоті з великими швидкостями повітря піддається динамічному стиску у вільному струмені і надзвуковому дифузорі, потім стискується в компресорі, швидкість його трохи зменшується, а температура зростає. За камерою згоряння при визначеному коефіцієнті надлишку повітря температура Т продуктів згoрання менше температури полум'я (Тпл) і має значення, при якому забезпечується надійна робота турбіни ГТД. Тиск P продуктів згоряння в камері трохи падає, швидкість зростає.
У двоконтурному турбореактивному двигуні, вхідне у нього повітря, поділяється на два потоки. Перший контур двигуна є звичайним турбогвинтовим двигуном, однак у ньому частина потужності турбіни передається, не зростає. Отримані продукти згоряння розширюються в турбіні (перша ступінь розширення) і в реактивному соплі (друга ступінь розширення). При цьому їхня швидкість постійно зростає, температура і тиск у турбіні знижуються, а в соплі залишаються майже постійними. Турбореактивний двигун з форсажною камерою відрізняється від ТРД наявністю форсажної камери, у якій відбувається додаткове спалювання палива за турбіною.
2.2 Ракетний двигун - двигун, що використовує для роботи тільки речовини і джерела енергії, що маються в запасі на апараті.
Ракетні двигуни працюють на паливі й окислювачі, що транспортуються разом із двигуном, тому його робота не залежить від зовнішнього середовища. Рідинні ракетні двигуни працюють на хімічному рідкому паливі, що складається з палива й окислювача. Рідкі компоненти палива безупинно подаються під тиском з баків у камеру згоряння насосами (при турбонасосній подачі) чи тиском стиснутого газу (при витискній чи балонній подачі). У камері згоряння в результаті хімічної взаємодії палива й окислювача утворяться продукти згоряння з високими параметрами, при витіканні яких через сопло утвориться кінетична енергія середовища, що минає, у результаті чого створюється реактивна тяга. Таким чином хімічне паливо буде служити джерелом енергії, так і робочим тілом.
Аналогічно працюють ракетні двигуни вихідного робочого тіла, що використовують у якості твердого палива, що містить як паливо, так і компоненти, що окисляють - ракетні двигуни твердого палива (РДТТ). Якщо як паливо застосовувати тверде паливо, а як окислювач- рідку речовина, то такий двигун називається гібридним ракетним двигуном (ГРД).
До нехімічних ракетних двигунів відносяться ядерні (ЯРД) і електричні (ЕРД). Енергія ЯРД використовується для газифікації і нагрівання робочого тіла, що не змінює свого складу, минає реактивне сопло і створює тягу. Робочі тіла в ЯРД складаються із заряджених часток, що розганяються за допомогою електростатичних чи електромагнітних полів.
3.Схема реактивного авіадвигуна.

 


1) Впуск повітря
 2) Знижений тиск компресії
 3) Підвищений тиск компресії
 4) Горіння
 5) Вихлоп
 6) Гарячий тракт
 7) Турбіна
 8) Камера згорання
 9) Холодний тракт
 10) Повітрезабірник
4.Термодинамічні властивості .
 В основу більшості повітряно-реактивних двигунів як теплової машини покладено термодинамічний цикл Брайтона, в якому спочатку відбувається адіабатичне стиск робочого тіла. Потім проводиться ізобаричне підведення теплоти за рахунок спалювання палива в камері згоряння. Після чого слід адіабатично розширити під час чого і формується реактивна струмінь. Завершує цикл ізобарно відвід теплоти в процесі охолодження реактивного струменя в атмосфері.

 Найбільш раціональним є формування реактивного струменя в процесі розширення до досягнення статичного тиску робочого тіла, рівного забортному атмосферному тиску. Таким чином, для повітряно-реактивних двигунів обов'язково умова: тиск у камері згоряння перед початком фази розширення робочого тіла повинен перевищувати атмосферний, і чим більше - тим краще, тим вище корисна робота термогазодинамічного циклу і його ККД. Але в навколишньому середовищі, з якого забирається робоче тіло, діє атмосферний тиск. Отже, щоб повітряно-реактивний двигун міг працювати, необхідно тим чи іншим способом підвищити тиск робочого тіла в камері згоряння по відношенню до атмосферного.
Динаміку повітряно-реактивних двигунів можна представити таким чином: робоче тіло, надходить у двигун зі швидкістю польоту, а залишає його зі швидкістю виділення реактивного струменя з сопла. З балансу імпульсу, виходить просте вираження для реактивної тяги повітряно-реактивних двигунів : 
                          P=G(c-v)  (1)
Р- Сила тяги, 
v- Швидкість польоту,
c - Швидкість виділення реактивного струменя (щодо двигуна),
G- Секунднa витрата маси робочого тіла через двигун. Очевидно, повітряно-реактивний двигун ефективний (створює тягу) тільки у випадку, коли швидкість витікання робочого тіла із сопла двигуна перевищує швидкість польоту.
5.Ефективність.
 Ефективність реактивного двигуна визначають декілька ККД.
 Ефективність реактивного двигуна як теплового двигуна визначає ефективний ККД двигуна:                                            (2)
Q1 - кількість теплоти віддана нагрівачем,
Q2 - кількість теплоти отримана холодильником.
 
 Залежність польотного ККД від ставлення 
Ефективність повітряно-реактивного двигуна як рушія визначає польотний або тяговий ККД:   
   (3)
 Порівнюючи формули (1) і (3) можна прийти до висновку, що чим вища різниця між швидкістю витікання газів із сопла і швидкістю польоту, тим вища тяга двигуна і тим нижчий польотний ККД. При рівності швидкостей польоту і газів із сопла польотний ККД буде дорівнює 1, тобто 100%, але тяга двигуна буде дорівнює 0. З цієї причини проектування повітряно-реактивних двигунів є компромісом між створюваною ним тягою і його польотним ККД.
Загальний або повний ККД повітряно-реактивного двигуна є твором двох наведених вище ККД:
     (4)
           
            Повітряно-реактивні двигуни можна розбити на дві основні групи: повітряно-реактивний двигун прямої реакції, в яких тяга створюється виключно за рахунок реактивної струменя минає з сопла. І повітряно-реактивний двигун непрямої реакції, в яких тяга окрім або замість реактивного струменя створюється за допомогою використання спеціального рушія, наприклад пропелера або несучого гвинта вертольота. Застосовується також класифікація за ознакою наявності механічного повітряного компресора в тракті двигуна: в цьому випадку повітряно-реактивні двигуни поділяються на: безкомпресорні (прямоточний повітряно-реактивний двигун з його варіантами, пульсуючий повітряно-реактивний двигун з його варіантами)  і компресорні (де компресор приводиться від газової турбіни), а також мотокомпресорні повітряно-реактивні двигуни (в якому компресор приводиться не від турбіни, а від окремого двигуна внутрішнього згоряння з повітряним гвинтом або без нього).
6. Література:
1.  «Реактивні двигуни та великі швидкості», Л.П. Абіанц, М. 1978 р.
2.  «Теплотехніка», під ред. В.І. Крутова, М. 1986 р.
3.  «Загальна теплотехніка і теплові машини», Швець І.Т., Кіраковський І.Т. «Вища школа», 1977 р.
4.   Вікіпедія.