Энергетика. Однако, пожалуй, самое чёткое определение — «век электро энергии» Перспективные разработки

XX век называют по-разному — и ядерным, и космическим, и информационно-компьютерным. Однако, пожалуй, самое чёткое определение — «век электро энергии». В наших домах полно электрических устройств: утюгов, пылесосов, стиральных машин, телевизоров, компьютеров. На улицах — трамваи и троллейбусы, работающие на электричестве. На стальных дорогах — электрички, под землёй — метро. На заводах — станки с электроприводом. С электрическими явлениями человек познакомился ещё в древности. Было замечено, что янтарь притягивает мелкие соринки и пух. А если потереть шар, отлитый из серы либо стекла, он увидит те же характеристики, что и янтарь. По-древнегречески янтарь — «электрон», поэтому такие опыты стали именовать электризацией, а сами явления — электрическими. В Средние века научились делать «электрофорные машинки», которые давали искры длиной несколько сантиметров. Но постоянно работающие источники электро энергии появились позднее — лишь в конце XVIII в. В 1790 г. Луиджи Гальвани (1737— 1798), известный итальянский физиолог, исследуя препарированную мышцу лягушачьей лапки, увидел, что она сокращается, если к ней прикоснуться сразу 2-мя предметами, сделанными из различных металлов. Почему так происходит, объяснил иной замечательный итальянский учёный — Алессандро Вольта (1745—1827). Он доказал, что две пластинки из разнородных металлов в растворе соли (в данном случае его роль игралась кровь) рождают электричество. В 1799 г. Вольта создал первый искусственный источник электрического тока. Он представлял собой медные и цинковые кружки с суконными прокладками меж ними. Прокладки были пропитаны слабым веществом кислоты. Своё изобретение Вольта назвал в честь Л. Гальвани гальваническим элементом. Чтоб получить более или менее приличную электрическую мощность, элементы приходилось последовательно соединять в батареи (их именовали «вольтовыми столбами»). Самый обычный гальванический элемент состоит из 2-ух опущенных в раствор серной кислоты пластин — цинковой и медной. Цинк в ходе сложного химического процесса начинает растворяться в кислоте, отдавая положительно заряженные ионы. На пластинке (катоде) остаются электроны, и она приобретает отрицательный заряд. Медная пластинка (анод) заряжается положительно. Между электродами возникает разность потенциалов — электродвижущая сила (ЭДС). Если пластинки соединить проводником, электроны побегут по нему от катода к аноду — пойдёт неизменный электрический ток. Долгие годы гальванические элементы были единственными источниками тока. С их, по существу, и началась электротехника. Гальванические элементы дали ток для первых опытов французского физика Андре Мари Ампера (1775—1836), который установил один из основных законов электро энергии — закон взаимодействия проводников с током. Этот закон исправно действует во всех электрических машинах, электромагнитах, реле и вообщем везде, где по проводнику течёт ток. Гальванические элементы употреблял немецкий физик Георг Симон Ом (1787—1854), когда в 1827 г. установил зависимость меж напряжением, работающим в электрической цепи, силой тока и сопротивлением проводника. Российский учёный Василий Владимирович Петров (1761—1834) зажёг в 1802 г. первый электрический источник света — электрическую дугу с «большой наипаче батареей» из 2100 медно-цинковых частей. Исследовав характеристики дуги, Петров сообразил, что ее можно применять не только для освещения, однако и для сварки металлов. Учёный назвал полученную им электрическую дугу вольтовой. В предстоящем гальванические элементы Вольты были усовершенствованы, и появились всем отлично знакомые батарейки. На их работают переносные радиоприёмники, плейеры и другие приборы, когда их нельзя подключить к электрической сети. Электролитом в батарейках служит раствор нашатыря, сгущенный пшеничной либо картофельной мукой. Есть и «обратимые» элементы. Если к электродам подвести наружное напряжение, то в элементе будет накапливаться химическая энергия, которую можно снова перевоплотить в электрическую. Такие элементы именуются аккумуляторами (от лат. accumulator — «собиратель»). Электроды у их или свинцовые, залитые кислотой, либо кадмиево-никелевые, погружённые в щёлочь. Электричество дают и термоэлементы (от греч. «те'рме» — «тепло»), либо термопары, — проволочки из различных металлов, концы которых сварены попарно. Если место соединения подогреть, на свободных концах возникнет электродвижущая сила. Мощность таких генераторов невелика, потому термопары используют в измерительных приборах. В 1820 г. датский физик Ханс Кристиан Эрстед (1777—1851) нашел связь меж электричеством и магнетизмом. Он заметил, что стрелка компаса отклоняется, когда по лежащему рядом проводу идёт ток. Об этом явлении вызнал британский учёный, блестящий экспериментатор Майкл Фарадей (1791 — 1867). Он повторил опыты Эрстеда, а спустя год уже сумел наблюдать вращение магнита вокруг провода с током. Учёный поставил перед собой новенькую задачку — «превратить магнетизм в электричество». На ее решение ушло 10 лет. В 1831 г. Фарадей понял, что лишь переменное магнитное поле может породить электричество. Так была открыта электромагнитная индукция. В предстоящем это привело к созданию генератора электрического тока. В 1839 г. в Петербургской академии наук начал работать превосходный изобретатель-электротехник Борис Семёнович Якоби. Ещё в 1834 г. он изобрёл и построил 1-ый электродвигатель — машинку, которая энергию электрического тока превращает в работу. Позднее совместно с Эмилием Христиановичем Ленцем (1804—1865) Якоби изучил действие электромагнитов и написал первый в мире труд по теории электрических машин неизменного тока. Э. X. Ленц изучал связь меж магнитным полем, направлением движения проводника и направлением тока в этом проводнике. Исследования дозволили Ленцу в 1833 г. установить закон обратимости электрической машины. Если ее подсоединить к движку и раскрутить, машина станет генератором электроэнергии; если подключить к источнику тока — будет работать как электромотор. В 1891 г. выдающийся российский электротехник Миша Осипович Доливо-Добровольский (1861 или 1862—1919) сделал реальный переворот в электротехнике — создал генератор трёхфазного переменного тока и трёхфазный электродвигатель. Чтоб понять всю важность изготовленных им изобретений, довольно сказать, что сегодня 95 % электроэнергии делается, передаётся и потребляется в виде трёхфазного тока. Переменным таковой ток называют потому, что он временами меняет свою величину и направление. Одной из основных черт переменного тока служит частота этих изменений. В Европе (и в нашей стране тоже) частота переменного тока составляет 50 колебаний в секунду, либо 50 герц, а в Америке, к примеру, она немного выше — 60 герц. Трёхфазным называют генератор с 3-мя обмотками, которые размещены друг к другу под углом 120°. В каждой обмотке при вращении в магнитном поле возникают переменные токи, которые тоже «сдвинуты» на 120°. Вот эти токи и называют фазами. Для чего же пригодилась таковая непростая система? Дело в том, что большую часть электроэнергии потребляет индустрия, разные электродвигатели. У машин постоянного тока и обыденного переменного тока на роторе есть обмотка, по которой идёт ток. Подаётся он на вращающийся ротор через систему контактов (коллектор), по которым скользят неподвижные щетки — упругие пластины из бронзы либо бруски из графита. Щётки искрят и скоро выходят из строя. Доливо-Добровольский решил обойтись без их. Учёный заменил обмотку ротора «беличьей клеткой» — набором толстых медных стержней, концы которых были соединены (электрики молвят «закорочены») 2-мя кольцами. Переменное магнитное поле статора возбуждает в проводниках «клетки» мощный электрический ток. Он взаимодействует с полем статора, поворачивая ротор. А чтоб ротор вращался плавно и движок был массивным, требовалось создать магнитное поле, «бегущее» по кругу. Для этого в статоре необходимы были, как минимум, три системы обмоток, токи в которых «сдвинуты» на 120°, т. е. трёхфазный ток. Ротор двигателя вращается «не в такт» (несинхронно) с полем, а всё время незначительно отстаёт от него. Потому машина, сделанная Доливо- Добровольским, и именуется «трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором». Основное достоинство переменного тока — возможность просто поменять напряжение. Для этого используются трансформаторы — аппараты с парой обмоток, намотанных на замкнутый металлической сердечник. Переменное магнитное поле одной обмотки возбуждает ЭДС в иной. И если число витков во второй обмотке, скажем, в два раза больше, чем в первой, то и напряжение в ней будет соответственно в два раза выше. Переменный ток можно преобразовать в неизменный при помощи так называемых выпрямителей.

Во всех вышеуказанных системах крупная часть времени при перезаряжании уходит на продольное перемещение патрона. С пятидесятых гг. оружейники стали разрабатывать системы с «открытым» патронником. Отличительная черта многоствольного орудия — отсутствие внешней стены у патронника, который закрывается корпусом коробки ствола лишь в момент выстрела. Специальные боеприпасы с трёхгранными гильзами подаются в патронник и извлекаются из него не в продольном, а в поперечном направлении, что уменьшает время перезаряжания. Расчётная скорострельность при всем этом составляет более 10 000 выстр/мин. В 1977 г. система с «открытым» патронником была усовершенствована американцем Чарлзом Э. Уильямсом. В его уникальной конструкции один ствол и один патронник Патронник и запирающий элемент вращаются вокруг параллельных осей, но в противоположных направлениях. На мгновение они совмещаются, происходит выстрел, патронник и запирающий элемент расползаются, стреляная гильза удаляется, и новый патрон подаётся в патронник. Предложенная конструкция так и осталась пока на стадии разработки. В девяностых гг. Майк О'Дуайер (Австралия) разработал принципиально новое оружие, отличающееся сверхвысокой скорострельностью. «Металлической шторм» (так назвал своё изобретение О'Дуайер) представляет собой ствол, заряженный связкой боеприпасов (15—45 комплектов). Боеприпасы размещены в стволе друг за другом; в каждом комплекте — снаряд и пороховой заряд, который поджигается помощью электрической цепи. Снаряды выстреливают поочерёдно, а так как в системе нет взаимодействующих движущихся частей и не употребляются гильзы (их необходимо выбрасывать), можно получить непрерывный поток огня. Теоретический темп стрельбы — 45 000 выстр/мин на ствол (750 выстр/с!). Если действует 36-ствольная установка, то общий темп будет составлять 1 620 000 выстр/мин (27 тыс. пуль в секунду). Как демонстрируют расчёты, при использовании устройства с 1024 стволами возможен темп 46 080 000 выстр/мин (768 000 выстр/с). Но это орудие одноразового применения. Опосля того как все боеприпасы будут израсходованы, систему нужно перезарядить вручную или взять новенькую, а использованную выбросить. Схожее оружие подразумевают использовать в системах ближней противовоздушной обороны, расположенных на кораблях, и в системах залпового огня боевых машин и вертолётов.