четвер, 7 листопада 2013 р.

Джо́зеф Ге́нрі (англ. Joseph Henry; *17 грудня 1797 — †13 травня 1878) — американський фізик, член Національної Академії Наук та її президент (1866 — 1878). Народився в Олбані, де і вчився в академії, а надалі й працював.
Праці присвячені електромагнетизму. Першим сконструював потужні підково-подібні електромагніти (1828). Відкрив у 1831році принцип електромагнітної індукції (М. Фарадей першим опублікував відкриття індукції). Побудував електричний двигун(1831), виявив (1832) явище самоіндукції і екстраструми, знайшов причини, що впливають на індуктивність кола. Винайшов електромагнітне реле. Побудував телеграф, який діяв на території Пристанського коледжу, встановив у 1842році коливальний характер розряду конденсатора.
Був одним з організаторів Американської асоціації розвитку наук (в 1849 році — президент) і філософського товариства уВашингтоні (з 1871 року — президент).
Американський фізик Джозеф Генрі — єдиний американець, якого у 20-х роках 20 століття захоплювала проблема взаємодії електрики і магнетизму. Як з'ясувалося, ще у 1830 році він спостерігав явище електромагнітної індукції. Однак Генрі не заперечував пріоритету Фарадея, керуючись мудрим і справедливим правилом — першовідкривачем вважається той, хто раніше опублікував відкриті ним явища.

четвер, 24 жовтня 2013 р.

Майкл Фарадéй (англ. Michael Faraday, *22 вересня 1791, Лондон, Англія — †25 серпня 1867, Лондон, Англія) —англійський фізик і хімік, основоположник вчення про електромагнітне поле, член Лондонського королівського товариства(1824). Він відіграв визначну роль у розвитку вчення про електромагнітні явища.

Хоча Фарадей отримав скромну формальну освіту і слабо знав вищу математику, зокрема математичний аналіз, він був одним з найвпливовіших вчених в історії; історики науки[4] ставляться до нього як до найкращого експериментатора в історії науки.

вівторок, 15 жовтня 2013 р.

Вебер Вільгельм Едуард (24.10.1804-23.06.1891) (англ. Wilhelm Eduard Weber, нім. Wilhelm Eduard Weber) - німецький фізик, член-кореспондент Берлінської АН (1834). Народився у Віттенберзі. Закінчив університет у Галле (1826). Був професоромуніверситетів у Галле (1828–1831), Геттінгені (1831-37 і з 1849) та Лейпцигу (1843–1849). Основні праці присвячені електромагнетизму. Спільно з К. Гауссом побудував в 1833 перший в Німеччині електромагнітний телеграф. Розробив теорію електродинамічних явищ і встановив закон взаємодії рухомих зарядів, висунув ідею надлегкої частки (1848). У 1846 вказав на зв'язок сили струму з щільністю електричних зарядів і швидкістю їх упорядкованого переміщення. Спільно з Р. Кольраушем в 1856 визначив швидкість світла, виходячи з відношення заряду конденсатора в електростатичних і магнітних одиницях. Автор теорії елементарних магнітів-магнітних диполів (1854) і гіпотези про переривчастості електричного заряду (1848). Побудував першу електронну модель атома, давши його планетарну структуру (1871). Роботи відносяться також до акустики, теплоту, молекулярної фізики, земному магнетизму. Спільно з братом Е. Вебером виконав експериментальне дослідження хвиль на воді та повітрі. Спостерігав інтерференцію звуку (1826), висунув ідею запису звуку (1830). Відкрив (1835) пружну післядію. Винайшов ряд фізичних приладів, зокрема електродинамометр (1848).

середа, 9 жовтня 2013 р.

Вчені фізики

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 чистий алюміній.
Ерстед - почесний член Петербурзької академії наук (з 1830). На його честь названа одиниця напруженості магнітного поля - ерстед.



 Нікола Тесла - сербський  та  американський  винахідник  і  фізик. Походив  із  сербської  сім'ї,  згодом  став  громадянином  США. Тесла  найбільш  відомий  своїми винаходами  в  області  електрики,  магнетизму  таелектротехніки. 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.


Йоганн Карл Фрідріх Гаус - німецький  математик,  астроном, геодезист  та  фізик.
Астрономія:
У 1807 р. йому було надано звання екстраординарного, а пізніше й ординарного професора Ґеттінгенського університету. В той же час його було призначено директором Ґеттінгенської обсерваторії. В галузі астрономії Ґаус працював близько 20 років. У 1801 р. італійський астроном Джузеппе Піацці відкрив між орбітами Марса і Юпітера маленьку планету, яку він назвавЦерерою. Спостерігав він цю планету протягом 40 днів, але Церера швидко наближалася до Сонця і зникла в його яскравих променях. Намагання Піацці відшукати її знову виявилися марними. Ґаус зацікавився цим явищем і, вивчивши матеріали спостережень Піацці, установив, що для визначення орбіти Церери досить трьох її спостережень. Після чого треба було розв'язати рівняння 8-го степеня, з чим Ґаус блискуче справився: орбіта планети була обчислена і сама Церера знайдена. Таким самим способом Ґаус обчислив орбіту іншої малої планети — Паллади. У 1810 р. французький астрономічний інститут за розв'язання задачі про рух Паллади присудив йому золоту медаль. У цей період учений написав і свою фундаментальну працю «Теорія руху небесних тіл, які обертаються навколо Сонця по конічних перерізах» (1809 р.).
Фізика:
1830—1840 роки Ґаус присвятив теоретичній фізиці. Його дослідження в цій галузі значною мірою були результатом тісного спілкування і сумісної наукової роботи з Вільгельмом Вебером. Разом з Вебером Ґаус створив абсолютну систему електромагнітних одиниць і сконструював у 1833 перший в Німеччині електромагнітний телеграф. Йому належить створення загальної теорії магнетизму, основ теорії потенціалу і багато ін.



Ампе́р Андре́-Марі́ (*20 січня 1775Ліон — †10 червня 1836Марсель) — французький фізик і математик, творець основелектродинамікиОдиниця 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 вПолітехнічній 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.

Ге́ндрік Анто́н Ло́ренц (нід. Hendrik Antoon Lorentz18 липня 1853Арнем — 4 лютого 1928ГарлемНідерланди) — нідерландський фізик. Створив класичну електронну теорію, за допомогою якої пояснив багато електричних та оптичних явищ, в тому числі ефект Зеемана. Розробив електродинаміку рухомих середовищ. Вивів перетворення, названі його іменем. Г. Лоренц близько підійшов до створення теорії відносності. Лауреат нобелівської премії з фізики (1902, спільно з П. Зеєманом)


вівторок, 26 лютого 2013 р.

Основи дії реактивних двигунів



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. 
 
 (Цикл Брайтона).

        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.