Фізика
Атмосферний тиск
Вівторок, 27 грудня 2011, 13:57
Тиск, температура і густина – найважливіші характеристики будь-якого газу, в тому числі і повітря, з якого складається атмосфера.
Будь-який газ, що міститься в посудині, тисне на її стінки. Це відбувається тому, що молекули газу рухаються і створюють тиск – діють з певною силою на стінки посудини. Коли температура підвищується, а об’єм газу не змінюється, швидкість руху молекул збільшується і тиск зростає.
На стіни кімнати, в якій ми знаходимося, теж тисне повітря. Якщо кімната не дуже щільно закрита і повітря надходить через вікна і щілини, тиск всередині і зовні легко вирівнюється. Тому тиск всередині кімнати майже не відрізняється від тиску під відкритим небом. Якщо уявити якийсь об’єм повітря всередині атмосфери, то і його з усіх сторін теж будуть «бомбардувати» молекули газів, що знаходяться поза цим об’ємом. Виходить, що в будь-якій точці атмосфери або на земній поверхні є певна величина атмосферного тиску, що дорівнює вазі розміщеного вище стовпа повітря.
Атмосферний тиск виражають у грамах на см2 або в кілограмах на м2. На рівні моря тиск повітря становить близько 1 кг 33 г на 1 см2. Уявіть, що Ви засмагаєте на морському березі, лежачи на піску. Якщо площа Вашого тіла приблизно дорівнює 1 м2, то повітря тисне на Вас з силою близько 10 тонн! Але людина, як і будь-який інший організм, не відчуває цього, оскільки атмосферний тиск врівноважується внутрішнім.
З висотою тиск зменшується. Наприклад, на висоті 5 км він майже в 2 рази нижчий, ніж на рівні моря, а на рівні 10 км – майже в 4 рази.
Вимірювання атмосферного тиску
Атмосферний тиск вимірюють за допомогою ртутного барометра, в якому тиск стовпа ртуті врівноважується атмосферним тиском. Запаяну з одного кінця скляну трубочку опускають вільним кінцем у посудину із ртуттю. Стовпчик ртуті піднімається і опускається в залежності від зміни тиску повітря на відкриту ртуть в посудині. За спеціальною шкалою визначають величину атмосферного тиску. Середній тиск на рівні моря близько 760 мм ртутного стовпа.
У барометрі-анероїді тиск вимірюють, ґрунтуючись на деформаціях порожньої металевої коробочки. Пружні стінки коробочки реагують на зміни атмосферного тиску, а поєднана з ними стрілка показує величину тиску. Атмосферний тиск вимірюють також в мілібарах і гектопаскалях.
Add a commentПринцип роботи трансформатора
Неділя, 18 грудня 2011, 14:18
Трансформатором називається статичний електромагнітний пристрій, призначений для перетворення за допомогою електромагнітної індукції електричної енергії змінного струму однієї напруги в електричну енергію іншої напруги, а також для перетворення числа фаз і частоти.
Трансформатори розрізняють
За рівнем потужності
Малої потужності, з номінальною потужністю 5 кВ · А і нижче у трифазних і 4 кВ · А і нижче у однофазних; силові однофазні та трифазні трансформатори більшої потужності.
За призначенням
Силові трансформатори систем енергопостачання, призначені для перетворення електричної енергії з метою її передачі і розподілу з кращими техніко-економічними показниками; трансформатори живлення – трансформатори малої потужності, призначені для перетворення напруги електричних мереж в напругу, необхідну для живлення електронної апаратури, малопотужного електричного обладнання та побутових пристроїв, статичних перетворювачів енергії і т.д.; вимірювальні трансформатори, що розширюють межі виміру амперметрів, вольтметрів і ватметрів змінного струму; імпульсні трансформатори, призначені для формування, передачі і перетворення імпульсних сигналів.
За числом фаз
Одно- і трифазні; трансформатори з числом фаз більше трьох зустрічаються тільки в деяких спеціальних схемах.
За кількістю обмоток у фазі
Двох- і з багатьма обмотками.
Трансформатори виготовляють з повітряним або з масляним охолодженням, кожен зі способів може бути або з природним теплообміном, або з примусовою вентиляцією. У автоматичних системах найбільш поширені однофазні та трифазні трансформатори живлення малої потужності з повітряним охолодженням.
Add a commentПринцип Гюйгенса
Субота, 17 грудня 2011, 19:22
Уявіть собі хвилю на поверхні водойми. Найпростіше, здавалося б, описати хвильовий рух води чисто механічно – розрахувати сили гідродинамічного тиску, що діють на частинки водної поверхні знизу, і сили гравітаційного тяжіння, які їм протидіють, сумарний вплив яких і призводить до того, що поверхня ритмічно коливається вгору-вниз. Однак наприкінці XVII століття голландський фізик Крістіан Гюйгенс уявив собі хвильову картину дещо по-іншому і вивів, завдяки цьому, потужний принцип, який в рівній мірі може застосовуватися до будь-яких хвиль – починаючи від хвиль на водній поверхні і закінчуючи гамма-випромінюванням далеких галактик. Цей принцип так і назвали – принцип Гюйгенса. Add a comment
Білий шум
Неділя, 04 грудня 2011, 14:37
Білий шум – стаціонарний шум, спектральні складові якого рівномірно розподілені по всьому діапазону задіяних частот. Прикладами білого шуму є шум близького водоспаду (віддалений шум водоспаду – рожевий, так як високочастотні складові звуку затухають у повітрі сильніше від низькочастотних) або шум Шоткі на клемах великого опору. Назву отримав від білого світла, що містить електромагнітні хвилі частот усього видимого діапазону електромагнітного випромінювання.
У природі і техніці «чисто» білий шум (тобто білий шум, що має однакову спектральну потужність на всіх частотах) не зустрічається (через те, що такий сигнал мав би нескінченну потужність), однак під категорію білих шумів попадають будь-які шуми, спектральна густина яких однакова (або слабко відрізняється) в аналізованому діапазоні частот. Add a comment
Мультифероїки і революція в енергетиці
Неділя, 06 листопада 2011, 11:36
Принцип роботи більшості сучасних електростанцій, від сонячних до атомних, базується на випаровуванні та конденсації води.
Механізм перетворення енергії нагрітої води в інший вид енергії вперше суттєво зрозумів Джеймс Ватт у 1765 році. Нагрівання води за допомогою сонячної радіації чи керованої атомної реакції випаровує її, а пара рухає турбіну та виробляє електрику.
Чому вода? Вона дешева (поки що), поглинає багато "прихованого тепла" оскільки перетворюється в пару, виробляє багато електроенергії проходячи через турбіну і, зрештою, легко конденсується назад в рідку воду завдяки природним ресурсам холодоагентів, таким як ріки та різні водозабори.
Перетворення теплової енергії в електричну
Починаючи з фундаментальних досліджень Ніколи Леонара Саді Карно (1824 рік), інженери вивчили як використовувати випаровування та конденсування води (тобто її фазове перетворення між рідиною і газом) для генерування електроенергії.
Підведення тепла до води у відповідній точці циклу та влаштування теплообміну в іншій точці дозволило дослідникам зрештою використати все більше енергії з пари. Для цього вони наполегливо проектували цикл так, щоб отримати максимальну продуктивність.
Продовжуючи кілька столітню роботу тисяч науковців дослідник Річард Джеймс з Міннесотського університету та його команда хочуть замінити процес випаровування та конденсації води докорінно іншим фазовим перетворенням. Вони дослідили можливість використання сплавів металів (специфічних сумішей різних елементів), що називаються "мультифероїками".
Add a commentТемна матерія
П'ятниця, 28 жовтня 2011, 16:21
Після відкриття в 1929 році Едвардом Хабблом червоного зсуву в спектрах віддалених галактик стало ясно, що Всесвіт розширюється. Одне із питань, що виникли в зв'язку з цим, було наступне: як довго буде тривати розширення і чим воно закінчиться? Сили гравітаційного тяжіння, що діють між окремими частинами Всесвіту, прагнуть загальмувати розбігання цих частин. До чого призведе гальмування – залежить від сумарної маси Всесвіту. Якщо вона досить велика, сили тяжіння поступово зупинять розширення і воно зміниться стисканням. В результаті Всесвіт зрештою знову «сплюснеться» в точку, з якої колись почав розширюватися. Якщо ж маса менша від деякої критичної маси, то розширення буде тривати вічно. Зазвичай прийнято говорити не про масу, а про густину, яка пов'язана з масою простим співвідношенням, відомим зі шкільного курсу: густина – це маса, поділена на об'єм.
Розрахункове значення критичної середньої густини Всесвіту приблизно 10-29 грамів на кубічний сантиметр, що відповідає в середньому п'яти нуклонам на кубічний метр. Слід підкреслити, що мова йде саме про середню густину. Характерна концентрація нуклонів у воді, землі і в нас з Вами становить близько 1030 на кубічний метр. Однак у порожнечі, що розділяє скупчення галактик і займає левову частку об’єму Всесвіту, густина на десятки порядків нижча. Значення концентрації нуклонів, усереднене по всьому об'єму Всесвіту, десятки і сотні разів вимірювали, ретельно підраховуючи різними методами кількості зірок і газопилових хмар. Результати таких вимірювань не однакові, але якісний висновок незмінний: значення густини Всесвіту ледь дотягує до декількох відсотків від критичної.
Тому аж до 70-х років XX століття загальноприйнятим був прогноз про вічне розширенні нашого світу, яке неминуче має привести до так званої теплової смерті. Теплова смерть – це такий стан системи, коли речовина в ній розподілена рівномірно і різні її частини мають одну і ту ж температуру. Як наслідок, неможлива ні передача енергії від однієї частини системи до іншої, ні перерозподіл речовини. У такій системі нічого не відбувається і ніколи вже не зможе відбутися. Наочною аналогією служить вода, розлита по якійсь поверхні. Якщо поверхня нерівна і є хоча б невеликі перепади висот, вода переміщається по ній з більш високих місць на нижчі і зрештою збирається в низинах, утворюючи калюжі. Рух припиняється. Залишалося втішатися лише тим, що теплова смерть настане через десятки і сотні мільярдів років. Отже, ще дуже-дуже довго про цю похмуру перспективу можна не замислюватися.
Однак поступово стало ясно, що справжня маса Всесвіту набагато більша від видимої маси, яка міститься в зірках і газопилових хмарах і, швидше за все, близька до критичної. А можливо, в точності дорівнює їй. Add a comment
Космічні промені ультрависоких енергій
Четвер, 20 жовтня 2011, 12:57
Останні десять років вчені із японської обсерваторії AGASA спостерігають явище, яке науковці з усього світу не можуть однозначно пояснити. Вони реєструють особливі космічні промені.
Як відомо, космічні промені – це елементарні частинки і ядра атомів, що народилися і прискорені до високих енергій у Всесвіті. У навколоземному космічному просторі розрізняють декілька типів космічних променів. До стаціонарних прийнято відносити галактичні космічні промені, частки альбедо і радіаційний пояс. До нестаціонарних – сонячні космічні промені (СКП).
Галактичні космічні промені
Галактичні космічні промені складаються з ядер різних хімічних елементів з кінетичною енергією більше декількох десятків МеВ/нуклон, а також електронів і позитронів з кінетичною енергією > 10 МеВ. Ці частинки приходять в міжпланетний простір з міжзоряного середовища. Джерелом цих частинок є наднові зірки нашої Галактики.
Частки альбедо, радіаційний пояс
Усередині магнітосфери, як і в будь-якому дипольному полі, є області, недоступні для частинок з кінетичною енергією, менше критичної. Ті ж частинки з енергією меншою, від критичної, які все-таки вже там знаходяться, не можуть ці області покинути. Ці заборонені області магнітосфери називаються зонами захоплення. У зонах захоплення дипольного поля Землі дійсно містяться значні потоки захоплених часток (насамперед, протонів і електронів).
У навколоземному просторі можна виділити дві області, розташовані в екваторіальній площині приблизно на відстані від 300 км (в зоні Бразильської магнітної аномалії) до 6000 км (внутрішній радіаційний пояс Землі) і від 12000 км до 40000 км (зовнішній радіаційний пояс Землі). Основним наповненням внутрішнього поясу є протони з високими енергіями від 1 до 1000 МеВ, а зовнішнього – електрони.
Максимум інтенсивності протонів низьких енергій розташований на відстані приблизно трьох радіусів Землі від її центру. Малоенергійні електрони заповнюють всю область захоплення. Для них немає поділу на внутрішній і зовнішній пояси. Потік протонів у внутрішньому поясі досить стійкий у часі. Процес взаємодії ядер первинного космічного випромінювання з атмосферою супроводжується виникненням нейтронів. Потік нейтронів, що йде від Землі (нейтрони альбедо), безперешкодно проходить крізь магнітне поле Землі. Оскільки нейтрони нестабільні (середній час розпаду приблизно 900 с), частина з них розпадається в зонах, недоступних для заряджених частинок малих енергій. Таким чином, продукти розпаду нейтронів (протони й електрони) народжуються прямо в зонах захоплення. Залежно від енергії та пітч-кутів ці протони й електрони можуть або виявитися захопленими, або покинути цю область.
Частинки альбедо – це вторинні частинки, відбиті від атмосфери Землі. Нейтрони альбедо забезпечують радіаційний пояс протонами з енергією до 103 МеВ і електронами з енергією до декількох МеВ. Add a comment
Неодимовий магніт
Четвер, 13 жовтня 2011, 11:04
Неодимовий магніт – найсильніший серед усіх існуючих у світі постійних магнітів.
У середині 80-х років 20 століття був отриманий постійний магніт з рекордними характеристиками магнітних властивостей: залишковою магнітною індукцією («сила магніту») і коерцитивною силою (опірність розмагнічування). Два магніти розміром всього в декілька сантиметрів не зміг би роз'єднати руками навіть Шварценеггер. А свою «магнітну силу» вони втрачають лише на 1% за 100 років. Даний вид магніту був названий неодимовим, оскільки виготовляється зі сплаву рідкоземельного металу неодиму (Nd), заліза (Fe) і бору (B).
Неодимовий магніт: виготовлення
Виготовляються неодимові магніти за технологією порошкової металургії.
Виробництво високоякісних високоенергетичних постійних магнітів зі сплавів неодим-залізо-бор складний високотехнологічний процес, що вимагає прецизійного дотримання складу, вмісту домішок, всі операції проводяться без доступу кисню у вакуумі або в атмосфері інертних газів. Add a comment
Подорож у часі
Субота, 17 вересня 2011, 13:32
Поняття подорожі в часі споконвіку викликало в людей різноманітні фантастичні уявлення про те, як можна здійснити стрибок крізь четвертий вимір. Але звичайно ж Вам не потрібні ні машина часу, ні фантастична просторова червоточина для того, щоб мандрувати крізь роки.
Як Ви можливо помічали, ми всі з Вами постійно беремо участь в процесі подорожі в часі. В загальному, час – це міра змін у Всесвіті, і подобається це нам чи ні, ми також постійно зазнаємо змін. Ми старіємо, планети рухаються навколо сонця, речі нищаться.
Ми вимірюємо проходження часу секундами, хвилинами, годинами і роками. Але це не означає, що час тече рівномірно. Так само як вода в річці, яка то прискорюється, то сповільнюється, в залежності від розмірів русла, час по-різному протікає в різних місцях. Іншими словами, час відносний.
Але що спричинює ці викривлення довкола нашого прямолінійного шляху від колиски до могили? Всьому причиною є взаємовідносини між часом і простором. Люди завжди користувалися трьома вимірами – довжиною, шириною та глибиною. Час долучився до цієї трійці в якості четвертого ключового виміру. Час не може існувати без простору, і простір не може існувати без часу. Обидві величини існують як одна – просторово-часовий континуум. Будь-яка подія, яка відбувається у Всесвіті, відбувається і в часі, і в просторі.
В статті ми розглянемо реальне життя, щоденні явища подорожей в часі, а також гіпотетичні способи обманути час.
Подорож у майбутнє
Якщо Ви хочете просуватися крізь роки трохи швидше ніж Ваші сусіди, Вам слід використати простір-час. Штучні супутники Землі користуються ним постійно, виграючи зайві три мільйонні частки секунди щоденно. На орбіті час минає швидше, оскільки супутник знаходяться далі від центру маси Землі. Відповідно під поверхнею Землі, земна маса сповільнює час, хоча і в дуже незначних межах.
Цей ефект називають гравітаційним уповільненням часу. Відповідно до загальної теорії відносності Ейнштейна, гравітація викривлює простір-час і астрономи регулярно спостерігають цей феномен, коли вивчають рух світла поблизу масивних об’єктів. Наприклад, надзвичайно великі зірки можуть спричинити викривлення траєкторії світла. Цей ефект називають гравітаційним лінзовим ефектом.
Як може цей ефект вплинути на час? Пам’ятаєте: будь-яка подія, яка відбувається у Всесвіті, відбувається в і в часі, і в просторі. Отже, гравітація не просто впливає на простір, вона також впливає на час.
Від простої зірки Ви не змогли б помітити зміни в часі, які б лічилися хвилинами, однак достатньо масивний об’єкт може їх спонукати – наприклад, надмасивна чорна діра Стрілець А в центрі нашої галактики. Тут маси чотирьох мільйонів сонць існують як одне ціле у вигляді безкінечно щільної точки, відомої як сингулярність. Рух навколо цієї чорної діри (без падіння в неї) тривав би удвічі менше часу ніж на Землі. Іншими словами, п’ятирічна подорож навколо цього тіла на Землі займе десятиріччя.
Швидкість також впливає на плин часу. Він минає повільніше при наближенні до швидкості світла. Для прикладу, стрілки годинника, який знаходиться в поїзді, що рухається з великою швидкістю, рухаються повільніше ніж стрілки нерухомого годинника. Пасажири, звичайно, не відчують жодної різниці, проте вкінці подорожі годинник із поїзда буде відставати на мільйонні частки секунди. Якщо б такий транспортний засіб міг досягнути 99,999 відсотків швидкості світла, то за один рік у поїзді на вокзалі б минуло 223 роки.
По суті така гіпотетична електричка рухається у майбутнє. А як щодо минулого? Чи може найшвидший уявний зореліт змусити годинник піти назад? Add a comment
Структурована вода
Середа, 10 серпня 2011, 19:25
З наукової точки зору структурована вода – це по суті всім нам відома прозора рідина, в якій молекули впорядковані певним чином, або по іншому, структура води – це те, як організовані її молекули. Завдяки такій організації молекул властивості води змінюються, що вже було доведено науково.
Про структуру води зараз дуже багато пишуть і говорять. Раніше, з точки зору хіміків структура води – це була структура самої молекули. Зараз вчені розглядають структуру води, як сукупність молекул. З наукової точки зору структура води – це те, як організовані молекули. Важлива організація, а не одна молекула.
Структурована вода: пряма мова
«...Молекулярна структура – алфавіт води. Якщо я вам дам алфавіт, а ви не знаєте ні слів, ні букв, ні пропозицій, то ви не зможете ними скористатися. Хіміки, використовують украй елементарний спосіб, коли говорять про воду. По суті, вони говорять про літери алфавіту. Але знати букви недостатньо, щоб говорити про Пушкіна або про Шекспіра.
Хімічний склад води був панівною точкою зору у хіміків. Так от, сенсаційна новина полягає в тому, що все це нісенітниця. Структура води набагато більш важлива, ніж її хімічний склад... » - говорить Рустум Рой, доктор наук, заслужений професор Державного університету, штат Пенсільванія; професор матеріалознавства Державного університету, штат Арізона, США, член Академії наук Швеції, Індії, Японії, Росії, США.
Структура води
Дослідження, які проводяться різними інститутами, довели, що при зміні структури води змінюється хімічний і мікробіологічний склад води. Причому, змінюється не на відсотки, а в рази. Все це працює і навпаки: якщо змінити хімічний склад, то і структура води зміниться.
Не можна говорити про структуру води, як про щось застигле. Наприклад, про кількість молекул і їх розташування. Структура води змінюється під будь-яким впливом: температура, тиск, електромагнітні поля, труби, ліс, спів птахів, телевізор і т.д. І зрозуміло, що цей вплив може бути направлений, як в позитивну, так і в негативну сторону по відношенню до людини. Будь-яка вода має структуру, тільки малюнок організації молекул буде різний.
Тепер трохи про кластери (кластер – термін в інформатиці, що позначає групу об'єктів із загальними ознаками). Поняття про кластери свідчить про те, що молекули води можуть утворювати групи (кластери). Якщо говорити про групу певних молекул, то термін їх існування дуже малий. Але якщо говорити про структуру-організації, яку молекули можуть залишати і можуть приєднуватися, то й кластер може існувати довгий час, тобто структура-малюнок залишиться. Якщо говорити про «правильну» якісну, наприклад, хорошу джерельну воду, то в такій воді кластери будуть впорядковані, а, наприклад, у водопровідній воді кластери будуть розташовані хаотично. Add a comment
Більше статтей...
Сторінка 1 з 4
<< Початок < Попередня 1 2 3 4 Наступна > Кінець >>