Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004 icon

Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника» Заречный 2004


1 чел. помогло.

Смотрите также:
Енный педагогические университет им. М. Акмуллы человек. Общество...
Программа IV международной студенческой научно-практической конференции «молодежь и кооперация»...
Л. Ф. Сербина д п. н., професор...
Программа новокузнецк 2010 Целью проведения научно-практической конференции...
Программа новокузнецк 2011 Целью проведения научно-практической конференции...
-
Программа улан-Удэ 2009 План мероприятий международной студенческой научно-практической...
Материалы межрегиональной научно-практической конференции 21 февраля 2011 года Российская...
Материалы международной научно-практической конференциИ...
Актуальные социально-экономические и правовые аспекты устойчивого развития региона...
План и программа Третьей Международной научно-практической конференции «Война и оружие...
Вторая региональная научно-практическая студенческая конференция городу Камышину...



страницы:   1   2   3   4
скачать
Материалы студенческой научно-практической конференции «Студенчество и техника»


Заречный 2004

Материалы студенческой научно-практической конференции: Сб.иссл. работ /Под ред. Т.Н. Коржавиной. Заречный: Изд-во Урал. техн.кол-жа, 2004. --с.


В сборнике исследовательских работ представлены материалы студентов Уральского технологического колледжа Министерства Российской Федерации по атомной энергии, посвященных современным проблемам в области физико-математических наук, экологии и перспективным направлениям в развитии и ремонте автомобильного транспорта.


Рецензенты: член-корреспондент Российской академии профессионального образования, кандидат педагогических наук, доцент О.Н. Арефьев; кандидат физико-математических наук, доцент А.В. Трегубченко


Редколлегия: кандидат педагогических наук Т.Н. Коржавина (отв.редактор); И.В. Садчикова


© Уральский технологический колледж


СОДЕРЖАНИЕ


ИНФОРМАЦИЯ

^ О СТУДЕНЧЕСКОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ «СТУДЕНЧЕСТВО И ТЕХНИКА»


Реализация экономических отношений и социальных преобразований в России нуждается в хорошо образованных, творчески мыслящих специалистах, формирование которых невозможно без внедрения в образовательные учреждения научной составляющей. Именно система организации и ведения научно-исследовательской деятельности студентов в образовательных учреждениях является одним из прогрессивных элементов воспитания и подготовки специалистов с исследовательскими и практическими навыками не только в высших учебных заведениях, но она становится необходимой и в учреждениях среднего профессионального образования.

Традиционным стало проведение в средних профессиональных учреждениях студенческих олимпиад, конференций, которые являются своего рода подведением итогов работы преподавателей и студентов. Материалы, полученные студентами в ходе исследовательской деятельности, используются в учебном процессе, публикуются, причем как совместно с преподавателями, так и самостоятельно.

В обсуждениях и дискуссиях со своими сверстниками вырабатываются культура общения, обсуждения и аргументация. Именно для таких студентов и проводятся подобные форумы.

Очередная ежегодная студенческая научно-практическая конференция в Уральском технологическом колледже, состоявшаяся 15 апреля 2004 года, была посвящена теме «Студенчество и техника».

В конференции приняли участие студенты Уральского технологического колледжа, Российского государственного профессионально-педагогического университета, выпускники общеобразовательных школ г.Заречного. С докладами выступил 21 человек. На конференции были представлены лучшие работы, прошедшие отбор на кафедрах УрТК. Дополнительно была развернута выставка лучших технических изобретений студентов кафедры «Технического обслуживания и ремонта автомобильного транспорта», наработки НИЛ «Новые приборы и материалы».

На конференции работало две секции:

1 секция Физико-математические науки

2 секция Перспективные направления в развитии и ремонте автомо-бильного транспорта.

На конференции работало две комиссии в следующем составе:

1 секция

По результатам работы комиссий секций лучшие выступления студентов были отмечены дипломами 1, 2 и 3 степени:

Дипломом 1 степени были награждены:

Обобщая имеющийся опыт проведения студенческих конференций на базе Уральского технологического колледжа, важно отметить, что интересы студенческой молодежи состоят не только в получении профессиональных знаний, но и в развитии активности, формировании навыков самостоятельности. Через конференции, олимпиады, конкурсы отслеживается и готовится талантливая молодежь, способная на продолжение обучения и исследовательскую деятельность.

Одной из целей научно-практический, студенческий конференции является знакомство с достижениями науки и техники. Уже сейчас будущие специалисты должны видеть перспективу, развивая новые направления в организации ремонта и развития автомобильного транспорта. Большим достижением является то, что ряд экспериментальных и исследовательских работ представленных на форуме были полностью выполнены в научно-исследовательской лаборатории «Новые материалы и технологии» организованной на кафедре «Ремонт автомобилей и двигателей». Наиболее ярко это проявилось на выставке технических изделий, где все приборы были действующими и изготовлены руками студентами.

Диапазон представленных на конференции докладов и экспонатов достаточно широк и разнообразен. Это явная демонстрация высокого научного потенциала студентов и преподавателей Уральского технологического колледжа.


^ 1 секция Физико-математические науки


В условиях призрачно-неустойчивого мира для молодых людей важным является приобретение твёрдой опорной точки, которой являются знания по фундаментальным наукам. К таким наукам, прежде всего, следует отнести проверенные на практике и в экспериментах – физику, математику и науки, возникшие на их базе. Именно знание и применение законов физики и математики позволяет сделать обоснованными новые технические устройства и приборы, которые во много раз превосходят способности человека, помогая проникнуть в наномиры и гигамиры. Открывающееся в этих мирах возможности настолько увлекательны, что могут очаровать своей красотой ищущих неизвестное, необыкновенное и интересное. К таким целям и должны стремиться студенты, хотя на их пути будут встречаться препятствия и трудности. Преодолевая их и создается будущая всесторонне развитая личность, способная творить, создавать новое.

На секции были представлены исследовательские работы студентов специальностей 1001 «Электрические станции, сети и системы», 1007 «Атомные станции и установки», 2105 «Автоматизация технологических процессов на тепловых электрических станциях», 2203 «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», подготовленные под руководством научных руководителей.


Череватенко Александр – студент группы 4Пз специальности 2203 «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем»




^ ВИРТУАЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРИИ

Череватенко А.Н., Петухов А.И.

Гр.4П3

Рук. Темы: Устинова Т.Б.

Петухов Александр – студент группы 4Пз специальности 2203 «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем»




В современном учебном процессе все большее внимание уделяется использованию компьютерных технологий. И, хотя активная компьютеризация учебного процесса началась уже несколько лет назад, использование компьютерных технологий для многих представляется скорее экзотикой, чем одним из обычных, пусть и достаточно новых, способов ведения образовательной деятельности. Компьютерные технологии эффективны и могут значительно повысить качество обучения. Однако факт использования компьютера в учебном процессе еще не является залогом успеха, и значимых результатов можно добиться только при грамотном его применении.
К настоящему времени создано множество электронных средств учебного назначения (ЭСУН), начиная от простого текста, переведенного в электронный вид, и заканчивая программами с различным уровнем интерактивности. Современные ЭСУН являются программными продуктами, и в их создании участвуют, как правило, не менее двух человек: автор содержательной части и программист.

Одной из серьезных проблем, с которыми приходится сталкиваться при создании ЭСУН, является взаимодействие между автором и программистом, реализующим идеи автора в виде компьютерной программы. Сложность состоит в том, что автор часто имеет смутные представления о возможностях компьютерных программ, а программист не является специалистом в предметной области создаваемого учебника. Следствиями такой ситуации могут являться недоиспользование возможностей компьютерной технологии и постановка автором нереальных и непоследовательных задач, приводящая к увеличению трудозатрат и времени разработки.

Помочь в разрешении проблемы взаимодействия и взаимопонимания автора и программиста может использование четкой терминологии и наличие достаточного количества примеров. Цель данной работы – привести такие примеры для наиболее интересного и наиболее сложного в разработке вида ЭСУН – так называемых «виртуальных компьютерных лабораторий».
Основываясь на проведенном анализе существующих программ можно выделить отдельные виды компьютерных лабораторий и близких к ним программ. Разделение на виды произведено, исходя из возможностей, предоставляемых программой. Было выделено четыре вида программ, между которыми существуют качественные различия.

1. Интерактивные демонстрации. В большинстве случаев демонстра-ционные программы не являются компьютерными лабораториями, так как не содержат достаточно элементов интерактивности, но могут успешно выполнять функции по показу проведения экспериментов. Чаще всего такие программы являются частью электронных учебников как вспомогательное средство для восприятия учебного материала.

2. Простые модели. Наиболее часто встречающийся вид. Простая модель представляет собой, как правило, модель одной лабораторной работы. Объединенные по некоторому признаку, простые модели представляют собой набор лабораторных работ, который является полноценной виртуальной компьютерной лабораторией. Распространенность такого вида лабораторий обоснована относительно простотой их создания, так как рассматривается один несложный процесс, описываемый одной или двумя математическими формулами, а различные лабораторные работы могут создаваться независимо разными программистами. Можно рекомендовать такой подход для создания небольших курсов лабораторных работ, когда не является целесообразной разработка универсальной системы.

3. Универсальные лаборатории для класса явлений. Универсальные компьютерные лаборатории являются сложными моделирующими системами, в основе функционирования которых лежит мощный математический аппарат. Универсальность таких систем обеспечивается системным подходом к моделированию и разработке моделей. Такие виртуальные компьютерные лаборатории могут быть близки по своим возможностям к программам, используемым для реальных научных или производственных расчетов. Особенностью универсальных лабораторий является ярко выраженный компо-нентный подход.

Сложность и возможности таких лабораторий могут варьироваться в широких пределах, что позволяет создавать несложные версии таких лабораторий силами одного программиста.

4. Универсальные лаборатории. Действительно универсальными являются компьютерные лаборатории, в возможности которых заложено использование в одном эксперименте явлений различной природы.

Целью создания таких лабораторий является объединения творческих потенциалов разработчиков и исследователей, повышения эффективности, уменьшения затрат на разработку, создания благоприятных условий для разработчиков, позволяя проведение работ в офисах, филиалах, дома.


Библиографический список:

1. Габбасов Ю.Ф. Internet 2000: Эффективные технологии работы в Сети, BHV, Санкт-Петербург, 1999.

2. Живоглядов В.П., Ямпольская С.А. Введение в Internet. Бишкек: Изд-во ИИМОП КГНУ, 1998.

  1. Живоглядов В.П., Ямпольская С.А. Методология и опыт создания компьютерных сетей для исследовательских и образовательных целей //«Вестник КГНУ», Юбилейный выпуск. Бишкек, 1998.






^ Исследование проводимости

в кристаллах (NH4)3 Н (SO4)2


Дашковский С.А.

Научный руководитель; к.ф-м.н., доцент Трегубченко А.В.


Дашковский Сергей – студент

группы 2Тз специальности

1705 «Техническое обслужи-

вание и ремонт автомобильно-

го транспорта». Занимается

экспериментальной исследо-

вательской работой в НИЛ УрТК «Новые технологии и материалы». В частности провел ряд экспериментов по изучению физических свойств супер-протонных электролитов, которые в дальнейшем могут быть использованы в качестве топливных элементов в электромобилях. Владеет навыками работы на ПК, занимается спортом. Целеустремленный, творческий человек.



Изучение свойств материалов обладающих аномально высокой протонной проводимостью являются актуальным. Это обусловлено практическим применением этих материалов в технике. Например, водородные топливные элементы могут применяться для получения тепловой энергии и электроэнергии в различных установках, в том числе в электроавтомобилях.

Впервые, аномально высокую протонную проводимость в кристаллах уранилфосфата исследовали английские ученые Howe и Chilton в 1976 г.

В 1982 г. Барановым А.И. Шуваловым Л.А. и Щагиной Н. В. открыта суперпротонная проводимость в кристаллах CsHSО4 и аналогичных ему соединениях гидроселенатов (1). Проводимость, в этих веществах была подробно изучена к.п.н. Трегубченко А.В. (2) и им же, впервые исследована протонная проводимость и структурные фазовые переходы в соединениях Rb3H(SеO4)2 , (NH4)3 Н (SеO4) 2. В частности, проводимость в этих соединениях достигает значений σ  10-2 Ом-1см-1 , что сравнимо с проводимостью их расплавов. Материалы, имеющие ионную проводимость в твердом состоянии сравнимую с ионной проводимостью в расплаве этого соединения, называют суперионными. Ряд соединений, показанных в таблице 1. можно продолжить, например, Cs 3 Н (SO4) 2, и Rb3H(SO4)2 и другие. Однако, в соединениях, например Rb3H(SO4)2 , фаза с аномально высокой температурой не реализуется, так как кристалл начинает плавиться раньше перехода в суперионную фазу. В (NH4)3H(SO4)2, проблема заключается в несоразмерной фазе, которую трудно исследовать, так как параметры при последующих измерениях имеют значительный разброс. Тем не менее, данное соединение также имеет фазу с высокой протонный проводимостью, как и в изученных кристаллах селенатов.


Таблица 1.

Температуры перехода в суперионное состояние и значения проводимости в точке перехода по кристаллографическому направлению [001], а также значения энтальпии активации и предэкспоненцильного множителя.




Кристалл

Tci, K


σ с, См см

Н, эВ

А,К/Ом см

1

CsHSО4

414

1,5*10-2

0,275

7,34*103

2

Rb3H(SеO4)2

450

2,8*10-3

0,26

2,8*103

3

Cs3H(SеО4) 2

456

2,7*10-3

0,26

3,4*103

4

(NH4)3 Н (SеO4)2

332

4,6*10-3

0,3

4,7*103

5

(NH4)3 Н (SO4)2

414

2,4*10-3

0,32

5,4*103



В данной работе приведены результаты исследования проводимости в кристалле (NH4)3 Н (SO4) 2. Измерения проводились на кристаллах выращенных в научно-исследовательской лаборатории «Новые материалы и технологии» кафедры «Ремонт автомобилей и двигателей», УрТК (руководитель к.ф.-м.н. А.В. Трегубченко).

Кристаллы имели форму гексагональных пластинок с развитой плоскостью [001].

Проводимость измеряли на частоте 1Мгц. измерителем Е7-12, в диапазоне температур 293-500 К, с использованием серебренной пасты «Дегусса». По результатам измерений были построены графики зависимости проводимости от температуры, представленные на рис. 1.


∆Н=0,32 эВ

- 1 А ~ 5400 К/Ом см


Ln(σT) Ом-1см -1 К КОм-1см -1





- 6 Tci

2,2 2,5 3,0 1/T* 103 , К


Рис.1 График зависимости Ln(σT) от 1/T


Как видно из графика значения σ, Ln(σT) являются типичными для суперионных проводников. Вычисленные значения энтальпии, и предэкспоненциального множителя из графиков проводимости имеют типичные значения, см. таблицу 1. Из [2] известно, что кристаллические структуры в кристаллах (NH4)3 Н (SO4)2 и Rb3H(SеO4)2 подобны, значения проводимости и другие величины близки по значениям, тогда можно предположить, что и механизмы протонной проводимости в кристалле (NH4)3 Н (SO4)2 будут подобными механизму проводимости в гидросульфатах и тригидроселенатах щелочных металлов. В данных типах кристаллов проводимость является прыжковой и происходит с разрывом цепочки водородных связей и образования новых водородных связей. Этот механизм является присущим только для соединений имеющих структурную сетку водородных связей, таких как, например; CsHSО4, КH2РО4, см. рис.2, и Rb3H(SеO4)2, см. рис.3.

Особенностью кристаллов типа Ме3H(АO4)2

где Ме - Rb, Cs, (NH4) ; А - S, Sе.

является наличие плоскостей образованных тетраэдрами SеO4, вершины которых связаны протонной связью (см. рис 2). Поэтому проводимость в плоскости [001] и значительно выше, примерно в ~50 раз, чем в плоскостях [100] и [010].











с










а в





Рис.2 Механизм перескока протона происходящий с разрывом водородной связи в кристаллах типа CsHSО4 в суперионной фазе:

- протон, тетраэдр- SO4, водородная связь, - разорванная водородная связь, - образованная водородная связь.




















с



в


а

Рис. 3 Схема водородных связей в кристаллах типа М3H(АO4)2 в суперионной фазе.

- тетраэдры SеO4 располагающиеся над плоскостью рисунка,

- тетраэдры SеO4 располагающиеся под плоскостью рисунка,

- направление прыжка протона,

- возможная водородная связь,

- разорванная водородная связь


Фазовый переход, происходящий в кристалле сопровождается изменением диэлектрической проницаемости ε. При температуре фазового перехода значения диэлектрической проницаемости начинают увеличиваться. Однако на частоте 1МГц это увеличение также происходит и из-за образования двойного электрического слоя. Наблюдения в поляризованном свете показали, что суперпротонный фазовый переход одновременно является и сегнетоэластическим.

В суперпротонной фазе кристалл разбит на блоки с разными направлениями кристаллографических осей. Более детальное изучение свойств кристаллов (NH4)3 Н (SO4)2 требует применения других методов исследований, которых нет в нашем колледже.


Библиографический список:


1. Баранов А.И., Шувалов Л.А.,Щагина Н.М. Суперионная проводимость и фазовые переходы в кристаллах CsHSO4 и CsDSO4 . Письма в ЖТЭФ №82,т.36,с.381-384.

2. Трегубченко А.В., Щагина Н.М. Сегнетоэлектрические и структурные фазовые переходы в кристаллах группы Cs3H(SeO4)2 . Тезисы докладов XI Всесоюзной конференции по физике сегноэлектриков. Черновцы, 1986. Т. 2. С. 63




^ Магнитная жидкость.


Старицын С.О.


Научный руководитель: к.ф-м.н., доцент, Трегубченко А. В.


Старицын Сергей –

студент группы 1Т2

специальности 1705

«Техническое обслу-

живание и ремонт ав-

томобильного тран-

спорта».

Обладает способностью сконцентрировать усилия для достижения поставленных целей, выдержанный, настойчивый., обязательный., открытый, активный. Увлекается техникой, компьютером, хороший организатор.



Магнитное поле притягивает или отталкивает все вещества. Но на большинство оно действует настолько слабо, что это удается обнаружить только специальными приборами. Можно ли усилить магнитные свойства материала? Инженеры давно мечтают о системах, которые позволили бы придать некоторым веществам или телам магнитные свойства, при этом абсолютно не разрушая их структуры и мало изменяя их исходные свойства.

Пятьдесят лет назад была запатентована оригинальная конструкция механической муфты – устройства для передачи вращения от одного вала к другому. Муфта содержала смесь железного порошка и масла. Под действием магнитного поля, создаваемого электрическим током, проходящим по катушке, жидкость «твердела», и тогда два вала начинали работать как единое целое. При отсутствии же поля крутящий момент не передавался. Однако такая жидкость является капризной, в ней появлялись комки, и она не хотела твердеть. Поэтому магнитные порошковые муфты долго не находили применения (1).

Все изменилось, когда создали устойчивые магнитные жидкости, обладающие хорошей текучестью. В них вводили столь мелкие магнитные частицы, что они никогда не оседали и не сбивались в комок.

Магнитные жидкости представляют собой коллоидные дисперсии магнитных материалов (ферромагнетиков; магнетита, ферритов) с частицами размером от 5 нанометров до 10 микрометров, стабилизированные в полярной (водной или спиртовой) и неполярной ( уг-леводороды и силиконы ) средах с помощью поверхностно – активных веществ или полимеров.

Они сохраняют устойчивость в течение двух – пяти лет и обладают при этом хорошей текучестью в сочетании с магнитными свойствами (2). Синтез магнитных жидкостей включает в себя стадии получения частиц очень малых размеров, их стабилизацию в соответствующей жидкости-носителе и испытание полученной дисперсии в гравитационном и магнитном полях. Способов получения магнитных жидкостей много. Одни основаны на размельчении железа, никеля, кобальта до сотых долей микрона с помощью мельниц, дугового или искрового разряда, с применением сложной аппаратуры и ценой больших затрат труда. Существует другой способ, который разработали отечественные ученые М. А. Лунина, Е. Е. Бибик и Н. П. Матусевич

Способ приготовления магнитной жидкости


1. Растворите в 500 мл дистиллированной воды ( можно при слабом подогреве и несильном помешивании) 24 грамма трехвалентной соли железа (хлорного или сернокислого) и 12 граммов двухвалентной соли железа (хлористого или сернокислого).

^ 2. Полученный раствор отфильтруйте на воронке в другую колбу через фильтро-вальную бумагу для отделения механических примесей.

3. В первую колбу, предварительно промыв ее водой, залейте (осторожно) около 100-150 мл аммиачной воды (работу лучше проводить под тягой или на открытом воздухе).

4. Очень осторожно, тонкой струей вливайте из второй колбы отфильтрованный раствор в первую, содержащую аммиачную воду, и интенсивно взбалтывайте ее. Коричневато-оранжевый раствор мгновенно превратится в суспензию черного цвета. Долейте немного дистиллированной воды и поставьте колбу с образовавшейся смесью на постоянный магнит на полчаса.

5. После того как образованные частицы магнетита в виде «дождя» под действием сил магнитного поля выпадут на дно колбы, осторожно слейте около двух третей раствора в канализацию, удерживая осадок магнитом, и снова залейте в колбу дистиллированную воду. Хорошенько ее взболтайте и опять поставьте на магнит. Операцию повторяйте до тех пор, пока рН раствора не достигнет 7.5 – 8.5 (нежно – зеленая окраска индикаторной бумаги при смачивании ее промывным раствором).

6. После того как последний промывной раствор на две трети слить, загущенную суспензию отфильтруйте через бумажный фильтр на воронке и полученный осадок черного цвета смешайте с 7,5 грамма натриевой соли олеиновой кислоты.

^ 7. Смесь поместите в фарфоровый стаканчик и прогрейте до 80 градусов С на электрической плитке, хорошо перемешивая, в течение часа.

8. Полученную «патоку» черного цвета охладите до комнатной температуры, долейте 50 – 60 мл дистиллированной воды и тщательно размешайте получившуюся коллоидную систему.

9. Разведенную водой «патоку» подвергните центрифугированию при 4000 об/мин в течение одного часа или еще раз поставьте стаканчик с ней на кольцевой магнит. Перелейте полученную магнитную жидкость в химический стакан и поднесите снаружи магнит. Жидкость потянется за ним. После того как вы уберете магнит, на стекле останется след от жидкости. Он должен иметь коричневато – оранжевую окраску и не содержать посторонних частиц.

^ 10. Хранить водную магнитную жидкость желательно в пластиковой светонепроницаемой таре в прохладном месте.



Практическое применение магнитной жидкости основано на эффектах, которые никаким другим способом создать невозможно. Приведем самое простое применение. Довольно часто разнообразные жидкости используются в технике для передачи силы или энергии. Например, ковш небольшого экскаватора приводится в действие давлением масла, поступающего в гидроцилиндры. Главные элементы гидравлической техники это краны, вентили, золотники и клапаны, способные в нужный момент прерывать или, наоборот, разрешить течение жидкости. Ни один кран надежным назвать нельзя, его детали подвержены износу. Магнитные жидкости могут перекрывать канал или регулировать расход жидкости, а также менять направление ее потока в трубопроводе см. рис. 1 .





Рис. 1 Клапан с использованием магнитной жидкости.


В расширенную часть трубы при помощи внешнего магнита вводят и удерживают там магнитную жидкость. Она играет роль перекрывающего клапана; один канал закрыт, и жидкость по нему не протекает. Если с помощью магнита перевести магнитную жидкость в другой канал трубопровода и перекрыть его, освободится первый.

Таким же образом можно регулировать поток жидкости в трубопроводе, предварительно установив на заданном участке трубы электромагнит и введя небольшое количество магнитной жидкости. Поскольку труба расположена вертикально, жидкая среда, накапливающаяся над магнитно-жидкостным клапаном, удерживается до определенного уровня. Как только он будет превышен, клапан под действием силы тяжести начнет отрываться, и жидкость будет просачиваться вниз. Особенность устройства состоит в том, что после пробоя вниз проходит только избыточная часть жидкости, а определенный ее объем удерживается над клапаном.

Еще один вариант использования магнитных жидкостей. Инженеры считают, что автомобиль может обойтись без коробки передач, если на вал двигателя поставить маховик и кратковременно, сотни раз в секунду, подключать мотор к колесам. Однако все попытки создать такую систему (ее называют импульсной передачей) наталкивались на низкую долговечность переключающего устройства. Магнитно–жидкостные муфты сцепления практически не изнашиваются и позволяют создать автомобиль с очень низким расходом топлива. Кроме того магнитная жидкость, на основе машинных масел или смазочно-охлаждающих материалов, служит прекрасным герметизатором в различного рода уплотнениях, подшипниках трения и качения, сложных узлах станков и машин. Установленные по периметру уплотнения маленькие магниты не позволят жидкости вытекать из зазора, работоспособность устройства увеличивается в пять раз! Магнитные жидкости можно также использовать для закрепления деталей при обработке, см. рис.2.





Рис. 2 Магнитная жидкость применяется для удобного, временного

закрепления деталей.


Можно разработать устройство, которое будет преобразовать энергию колебательного движения в электрическую. Оно представляет собой катушку, внутри которой находится ампула с магнитной жидкостью см. рис 4.





Рис. 3. Установка для преобразования механической энергии в электрическую


Малейший толчок или изменение наклона приводит к перетеканию жидкости, а значит, и к изменению магнитного потока. Катушка соединена с накопителем энергии ( данном случае с конденсатором) через выпрямитель. Развиваемое напряжение зависит от числа витков катушки.

Когда обычные смазочно-охлаждающие жидкости и способы их подачи неприменимы, магнитные жидкости можно использовать в механизированном и ручном инструменте, в замкнутом изолированном пространстве и других особых условиях. По механизму воздействия на процесс резания магнитные жидкости аналогичны смазочно-охлаждающим материалом, но в зону резания их можно подавать магнитным полем. Под его влиянием повышается смачиваемость и усиливается расклинивающее давление, интенсифицируется смазочное действие, так как улучшаются условия проникновения магнитной жидкости на поверхности контакта.

Магнитные жидкости оказывают более сильное охлаждающее действие, так как по теплоемкости и теплопроводности превосходят все смазочно- охлаждающие материалы. При сверлении отверстий в титановых и алюминиевых сплавах немагнитная стружка, смазанная магнитной жидкостью, притягивалась к намагниченному сверлу и легко удалялась из отверстия. Это явление позволяет собирать остатки немагнитных металлов и абразивной пыли, образуемой при шлифовке поверхности.


^

Топливные элементы


Костылев А.

Научный руководитель: к.ф-м.н., доцент, Трегубченко А. В.

Костылев Александр –

студент группы 1Т2

специальности 1705

«Техническое обслу-

живание и ремонт авто-

мобильного транспорта».

Техникой увлекается

недавно. Грамотно вы-

полняет порученные ему

задания, настойчивый., обязательный и актив-ный. Владеет компьютерной техникой.




Топливные элементы (ТЭ) относятся к химическим источникам энергии, в которых энергия химических реакций непосредственно преобразуется в электрический ток. Как известно, существуют три типа химических источников тока:
– гальванические элементы (ГЭ) (одноразовое использование),
– аккумуляторные батареи (АБ) (многоразовое использование);
– топливные элементы (вырабатывающие ток по мере подачи реагентов).

Их еще называют электрохимическими генераторами.
Первые два типа источников тока известны достаточно хорошо и широко используются, чего нельзя сказать о ТЭ, которые эксплуатируются в основном пока на космических аппаратах, хотя область возможного их применения значительно шире, чем у ГЭ и АБ. Она определяется условиями протекания химической реакции, основными характеристиками и конструктивными особенностями ТЭ.

В отличие от аккумуляторных батарей (которые являются вторичными источниками энергии) ТЭ не требуют перезарядки. Компоненты реакции в них заранее не закладываются, как это имеет место в ГЭ, которые после израсходования компонентов приходится выбрасывать. В ТЭ топливо и окислитель подаются по мере необходимости, т.е. тогда, когда необходим электрический ток.

Типовой ТЭ имеет два электрода – анод и катод, разделенные электролитом. На катоде осуществляется процесс получения ионов кислорода, которые через электролит переходят на анод, где вступают в реакцию с водородом, содержащимся в поступающем топливе, а освобождающиеся электроны поступают в цепь нагрузки.

В 1989-1993 гг. американским специалистам удалось решить целый ряд принципиальных проблем и осуществить технологический прорыв, содержание которого заключается в:
– оптимизации процесса протекания химической реакции в топливном элементе в результате повышения эффективности катализа;
– обеспечении невосприимчивости к загрязнениям и отработке методов их удаления;
– использовании новых материалов и конструктивно-схемных решений.
В целом разработки, проведенные за последние 10 лет, позволили:
– увеличить площадь реакции и величину тока, снимаемого с единицы поверхности электродов (до 11 000 А/м2 при работе с чистым водородом и кислородом и до 4300 А/м2 – с воздухом и водородсодержащим газом);
– продлить срок непрерывной эксплуатации ТЭ до 5 лет;
– повысить эффективность преобразования энергии в электричество до 60…85 % (при утилизации выделяемого тепла) и удельную энергоемкость до 460…585 Вт ч/кг;
– значительно расширить диапазон используемых топлив;
– снизить стоимость ТЭ.
Наиболее распространенным классификационным признаком ТЭ является вид электролита. Выделяют семь основных типов топливных элементов.
В щелочных ТЭ (ТЭЩ) электролитом является едкий калий (КОН). Такие ТЭ использовались на космических аппаратах (КА) "Джемини", "Аполлон", "Спейс Шаттл". Они отличаются надежностью, имеют большую выходную мощность и малые габариты. Основным их недостатком является то, что KOH реагирует с двуокисью углерода, что затрудняет протекание реакции и требует тщательной очистки воздуха и топлива от СО2. На КА для этого использовался чистый кислород, для широкого применения такой процесс слишком дорог.
В фосфорнокислотных ТЭ (ТЭФК) электролит Н3РО2 не реагирует с СО2, и задача по очистке снимается. Эффективность преобразования энергии топлива в электричество составляет около 40 %. При комбинированном варианте использования, т.е. при утилизации выделяемого тепла (рабочая температура ТЭ составляет 204 0С) в турбогенераторах, эффективность достигает 85 %. ТЭФК первыми поступили на коммерческий рынок. Созданы и продаются портативные блоки с выходным напряжением 24 В и мощностью 250 Вт, пригодные для обеспечения питанием радиоаппаратуры и телевизоров. В США производятся блоки ТЭ мощностью 200 кВт для электростанций. Эти блоки были закуплены Японией для электростанции мощностью 11 МВт. Подобные установки планируется использовать в домах, на передвижных электростанциях, а также в качестве источников энергии для автобусов, электровозов и морских судов.
В ТЭ на расплаве солей угольной кислоты (карбонатов) (ТЭРК) в качестве электролита используется карбонат калия К2СО3 или карбонат лития Li2CO3. Рабочая температура, при которой электролит становится хорошим проводником, составляет 650 0С. Эффективность ТЭРК достигает 60 %, а при комбинированном варианте использования – более 80 %. Стоимость подобных ТЭ, как считается, будет ниже стоимости ТЭ на фосфорной кислоте. В штате Калифорния построено несколько маломощных электростанций, которые проходят сейчас всесторонние эксплуатационные испытания. Прорабатываются варианты использования ТЭРК на электростанциях, работающих на газе, получаемом при газификации угля, на тяжелых транспортных средствах и судах.
ТЭ на твердых окислах (твердый электролит) (ТЭТО) используют в качестве электролита окись иттрия, стабилизированную двуокисью циркония (Y2O3, ZrO2). Этот твердый керамический материал работает при температуре около 1000 0С. Процесс изготовления этих ТЭ можно автоматизировать. Эффективность преобразования энергии достигает 60 %, в комбинированном варианте – более 80 %. В качестве топлива может использоваться метан – основной компонент природного газа. Упрощенные требования к подготовке топлива, высокая удельная мощность, небольшая стоимость будут способствовать внедрению их на тяжелые транспортные средства.


В твердополимерных ТЭ (ТЭПМ) электролитом является полимерный материал, известный под названием "протонная мембрана" ("мембрана, обеспечивающая обмен протонами"). Элемент дешевле и проще по конструкции в сравнении со всеми предыдущими типами. Работает при низких температуре (от 66 до 150 0С) и давлении, имеет большую удельную мощность, способен быстро адаптироваться к изменяемой нагрузке. ТЭПМ предназначены для установки на легковых автомобилях, грузовиках, космических станциях, надводных и подводных кораблях и судах. Конструктивно ТЭПМ выполнены из двух электродов, разделенных мембраной, выполняющей роль электролита. Величина тока определяется площадью зоны реакции. При работе с чистым кислородом плотность тока достигает 11 000 А/м2, а при работе с воздухом – 4300 А/м2. Коэффициент полезного действия ТЭПМ достигает 60 % (без утилизации выделяемого тепла).
ТЭ, реализующие протекание прямой реакции метанола с воздухом (ТЭД), относятся к ТЭ на твердых электролитах, но в последнее время выделяются как самостоятельный тип в связи со спецификой технологии изготовления.
Щелочные ТЭ с алюминиевым анодом (ТЭАА) отличаются тем, что получение энергии осуществляется за счет электрохимической реакции окисления алюминия с выделением тепла (4Al + 3O2 + 6H2O ? 4Al(OH) 3). Происходит также саморазряд элемента с выделением водорода (2Al + 6H2O ? 2Al(OH) 3 + 3H2). Эффективность ТЭАА превышает 90 %, но их серьезным недостатком является разрушение анода в процессе функционирования. Зарубежные специалисты часто называют этот тип ТЭ полутопливными элементами. Благодаря большой удельной мощности данный тип ТЭ может найти применение в “экстремальных” системах.
В США исследованиями по ТЭ руководит Министерство энергетики (МЭ) в рамках трех федеральных программ, предусматривающих создание ТЭ для электростанций, транспортных средств, а также административных и жилых зданий. По оценкам МЭ США за ближайший двадцатилетний период прирост выработки электроэнергии за счет ТЭ превысит аналогичный показатель ядерной энергетики.

^ Ожидаемый прирост выработки электроэнергии в США

в период с 1995-2015 гг.

Технология

Прирост, ГВт

Использование пара, полученного из угля

35,5

Использование комбинированого цикла

138,1

Сжигание топлива в турбине/дизеле

114,5

Ядерная энергетика

1,2

Топливные элементы

2,1

Возобновляемые источники энергии

10,6




оставить комментарий
страница1/4
Дата12.10.2011
Размер0,64 Mb.
ТипДокументы, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы:   1   2   3   4
отлично
  1
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

наверх