La corrente elettrica alternata è una corrente elettrica che cambia in intensità e direzione a intervalli regolari. Quasi tutta l'energia elettrica viene generata sotto forma di alternanza corrente elettrica. Ecco perché la sua importanza è grande e la sua portata ampia.
Alternatore. Nel 1832, un inventore sconosciuto creò il primo generatore di corrente alternata multipolare sincrono monofase. Ma proprio nel primo dispositivi elettronici veniva utilizzata solo la corrente continua, mentre la corrente alternata non riusciva a trovare la sua strada per molto tempo applicazione pratica. Ben presto, però, scoprirono che è molto più pratico utilizzare la corrente alternata piuttosto che quella continua, cioè una corrente che cambia periodicamente valore e direzione. I vantaggi della corrente alternata sono che è più conveniente generarla utilizzando le centrali elettriche; i generatori di corrente alternata sono più economici e più facili da mantenere rispetto ai loro omologhi che funzionano a corrente continua. Sono stati quindi assemblati affidabili motori elettrici AC, che hanno trovato subito ampia applicazione in ambito industriale e domestico. Va notato che grazie all'esistenza della corrente alternata e ai suoi particolari fenomeni fisici, hanno potuto apparire invenzioni come la radio, il registratore e altre apparecchiature automatiche ed elettriche, senza le quali è difficile immaginare la vita moderna.
Esistono generatori industriali e domestici: Industriali i generatori sono i migliori opzione per l'utilizzo in produzione, ospedali, scuole, negozi, uffici, centri direzionali, nonché nei cantieri edili, semplificando notevolmente la costruzione in aree dove l'elettrificazione è completamente assente. I generatori domestici sono più pratici, compatti e ideali per l'uso in cottage e case di campagna. I generatori di corrente alternata sono ampiamente utilizzati in vari campi e aree poiché possono risolvere molti problemi importanti associati al funzionamento instabile dell'elettricità o alla sua completa assenza.
Applicazione in agricoltura. In agricoltura vengono utilizzati generatori diesel che forniscono macchine agricole (pompe, attrezzature, illuminazione), prolungamento delle ore diurne (per serre e pollai), riscaldamento, mungitrici, ecc. Inoltre, nella lotta contro i parassiti delle colture agricole, viene utilizzata la radiazione a bassa frequenza di un generatore quantistico, che registra le informazioni tratte dagli originali utilizzati per localizzare varie malattie e rimuovere gli insetti.
Ai nostri giorni non esiste settore dell'economia nazionale in cui non venga utilizzata l'elettricità. E ciascuno di essi pone determinati requisiti alle macchine e ai dispositivi elettrici, che determinano non solo la struttura di queste macchine, ma anche il tipo di corrente utilizzata. Sebbene sia la corrente alternata che quella continua siano ampiamente utilizzate nella tecnologia e nell'industria, i loro campi di applicazione sono delineati molto chiaramente.
Per la prima volta, le persone hanno ricevuto corrente elettrica da celle galvaniche. Questi elementi creavano un flusso di elettroni nel circuito elettrico, muovendosi continuamente in una direzione specifica. Questa corrente è chiamata “costante”.
Anche i primi generatori rotanti, motori elettrici ed apparecchi funzionavano a corrente continua. E quando, alla fine del secolo scorso, l'ingegnere elettrico russo M. O. Dolivo-Dobrovolsky propose di utilizzare la corrente alternata trifase, molti scienziati ne furono diffidenti. Anche il famoso ingegnere elettrico americano Edison considerava la corrente alternata un'invenzione non degna di attenzione. Tuttavia, molto presto la corrente alternata cominciò ad essere utilizzata in molti settori dell'ingegneria elettrica. I generatori elettrici di corrente alternata creano un flusso di elettroni in un circuito elettrico che cambia continuamente la direzione del suo movimento. Quindi, nel circuito di una lampadina elettrica che illumina la tua stanza, gli elettroni viaggiano in un secondo
Cambia la direzione del tuo movimento 100 volte: 50 volte si muovono in una direzione e 50 volte nella direzione opposta. Si dice che tale corrente abbia una frequenza di 50 cicli al secondo.
Questa caratteristica del movimento degli elettroni conferisce alla corrente alternata una serie di proprietà che determinano la sua posizione dominante nell'ingegneria elettrica moderna.
Una delle proprietà più importanti della corrente alternata è la sua capacità di trasformazione. Come sappiamo, la trasmissione di energia elettrica su lunghe distanze è possibile solo a tensioni molto elevate, che raggiungono 110, 220 e anche 500-800 mila V. Una tensione così elevata non può essere ottenuta direttamente dai generatori. Allo stesso tempo, varie macchine e dispositivi elettrici richiedono una corrente elettrica di diverse decine o centinaia di volt. È qui che la sua capacità di trasformazione è tornata utile: ha permesso di modificare la tensione della corrente alternata entro qualsiasi limite utilizzando i trasformatori.
Poco di. Il collegamento degli avvolgimenti del generatore in un sistema trifase ha permesso di ottenere corrente alternata trifase. Questo è un sistema di tre correnti alternate che hanno la stessa frequenza, ma differiscono nella fase di un terzo del periodo. Corrente trifase presenta importanti vantaggi. In primo luogo, le linee elettriche trifase sono più redditizie di quelle monofase: con lo stesso costo di cavi e isolamento, attraverso di esse può essere trasmessa più energia elettrica rispetto alla corrente alternata monofase. In secondo luogo, grazie alla proprietà della corrente alternata trifase di creare un campo magnetico rotante, è stato possibile costruire motori elettrici asincroni molto semplici e affidabili senza commutatore e spazzole.
Queste qualità della corrente alternata sono la ragione per cui oggi tutte le centrali elettriche industriali producono solo corrente alternata trifase.
Più della metà dell’energia elettrica generata da queste centrali viene consumata dai motori elettrici. Per poter eseguire una varietà di lavori, sono realizzati in diversi modelli e dimensioni.
Oltre che semplice motori asincroni, che sono ampiamente utilizzati per azionare macchine utensili, sono presenti motori con avvolgimenti e anelli collettori sul rotore. Sviluppano grandi forze all'avviamento e vengono quindi utilizzati con successo sulle gru. Esistono anche motori sincroni che hanno una velocità di rotazione costante. I motori elettrici possono essere piccoli come un rocchetto di filo o grandi come una giostra.
L'utilizzo di più motori elettrici per azionare le macchine ha permesso di semplificare i meccanismi della macchina, renderli più facili da controllare e consentire la creazione di linee di macchine automatiche.
Le dimensioni ridotte dei motori elettrici hanno permesso di utilizzare l'energia elettrica dove prima si utilizzava solo il lavoro manuale. Trapani elettrici, seghe, pialle e altri strumenti elettrificati hanno reso il lavoro dei lavoratori molto più semplice e lo hanno reso più produttivo.
Lucidatrici elettriche, aspirapolveri, lavatrici e i frigoriferi vennero in aiuto delle casalinghe.
La corrente alternata è una buona fonte di calore. Il metallo viene fuso e cotto in potenti forni elettrici ad arco. I forni a resistenza elettrica sono ampiamente utilizzati per il condizionamento dell'aria, il riscaldamento di forni e ambienti vari.
Le lampadine producono luce indipendentemente dalla quantità di corrente che passa attraverso i loro filamenti. Ma poiché la trasmissione della corrente alternata è più economica e i trasformatori facilitano il mantenimento della tensione richiesta, l'intera rete di illuminazione di città e villaggi è servita da corrente alternata.
Il continuo cambiamento nella direzione del movimento degli elettroni nella corrente alternata, la sua capacità di trasformarsi, gli ha aperto un'ampia strada in molti settori della tecnologia. Ma una corrente che cambia costantemente direzione non è sempre buona. Quindi sei salito su un filobus, su un treno della metropolitana o su un vagone "treno elettrico" sulla ferrovia. Eccoti in possesso corrente continua.
Il fatto è che i motori elettrici CA semplici e convenienti non consentono variazioni graduali della velocità di rotazione su un ampio intervallo. E ricorda quante volte l'autista deve cambiare la velocità del filobus; Solo un motore DC può gestire bene un lavoro così frenetico. Questi motori sono alimentati da sottostazioni di raddrizzamento di trazione. La corrente alternata che arriva loro dalle centrali elettriche viene convertita in corrente continua mediante raddrizzatori al mercurio e quindi immessa nella rete di contatto - in fili e rotaie.
Applicazione motori di trazione La corrente continua sui veicoli da trasporto si è rivelata così redditizia che può essere trovata su locomotive diesel e motonavi.
I loro motori principali sono motori diesel, che azionano generatori che producono corrente continua. E lui, a sua volta, fa funzionare i motori elettrici, facendo girare ruote o eliche.
Tuttavia, il costo elevato e la complessità delle sottostazioni di conversione hanno costretto scienziati e ingegneri a pensare all’uso della corrente alternata nei trasporti. Ci sono già delle trame linee ferroviarie, utilizzando corrente alternata monofase. Viene utilizzato con successo anche su molte navi diesel-elettriche.
L'ulteriore elettrificazione delle ferrovie nel nostro Paese verrà effettuata principalmente utilizzando corrente alternata con una tensione di 25mila V. Questa corrente verrà convertita in corrente continua direttamente sulle locomotive elettriche utilizzando dispositivi raddrizzatori.
Le buone capacità di regolazione dei motori elettrici DC hanno permesso di utilizzarli con successo anche su meccanismi di sollevamento e trasporto. Le gru convenzionali che vedi nei cantieri edili sono alimentate da motori CA. Ma sulle potenti gru di grandi impianti metallurgici sono installati motori CC. Dopotutto, qui è necessario sollevare e trasportare senza problemi enormi mestoli con metallo fuso, versarlo negli stampi o alimentare lingotti roventi ai laminatoi.
Questi motori azionano anche i meccanismi dei giganteschi escavatori ambulanti.
I motori CC possono sviluppare velocità di rotazione molto elevate, fino a 25 mila giri al minuto. Ciò consente di ottenere più potenza da una cilindrata molto piccola. Pertanto, sono indispensabili come motori di controllo utilizzati sugli aerei per girare timoni, alettoni e flap, per sollevare e abbassare il carrello di atterraggio e altri meccanismi.
La direzione costante del movimento degli elettroni in un circuito a corrente continua ha determinato un'area ampia e importante della sua applicazione, in cui la corrente alternata non può competere con essa. Stiamo parlando dell'elettrolisi - un processo associato al passaggio di corrente attraverso soluzioni liquide - elettroliti. Sotto l'influenza della corrente continua che passa attraverso l'elettrolita, si decompone in singoli elementi, che si depositano su determinati elettrodi: l'anodo o il catodo. Questa proprietà è ampiamente utilizzata nella metallurgia non ferrosa, per la produzione di alluminio, magnesio, zinco, rame e manganese. Nell'industria chimica, il fluoro, il cloro, l'idrogeno e altre sostanze vengono prodotte mediante elettrolisi.
Nella galvanica, l'elettrolisi viene utilizzata per depositare il metallo sulla superficie di vari prodotti. In questo modo, vengono applicati rivestimenti protettivi su prodotti metallici (nichelatura, cromatura), vengono realizzati monumenti metallici, moduli stampati, ecc .. La zincatura viene utilizzata in medicina per curare alcune malattie.
La direzione costante del flusso di elettroni aiuta la corrente continua a competere con la corrente alternata nella saldatura e in alcuni tipi di illuminazione. Durante la saldatura con corrente continua, le particelle metalliche vengono trasferite dall'elettrodo al prodotto in modo più corretto e la cucitura è di migliore qualità rispetto alla saldatura con corrente alternata.
Vai allo studio cinematografico. Potenti proiettori cinematografici ad arco inondano di luce il padiglione delle riprese. Con la corrente alternata, l'arco brucia in modo meno costante, produce meno luce e produce un ronzio che interferisce con la registrazione del suono durante le riprese. Pertanto, i proiettori cinematografici sono alimentati da corrente continua, che produce un arco silenzioso e stabile. Anche i proiettori militari ad alta potenza e le macchine per la proiezione di pellicole ad arco utilizzano corrente continua.
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| Negli studi cinematografici, i potenti proiettori cinematografici ad arco funzionano con corrente continua. |
Per ottenere corrente alternata, è necessario ruotare continuamente un generatore di corrente alternata e la corrente continua può essere fornita da batterie stazionarie o celle galvaniche. Queste proprietà della sorgente di corrente elettrica determinano in alcuni casi anche l'ambito di applicazione della corrente continua.
L'auto è ferma. Come avviare il motore? Una batteria ricaricabile è al tuo servizio. Premi il pulsante di avviamento e il motore DC, traendo energia dalla batteria, avvia il motore. E quando il motore è in funzione, fa ruotare il generatore, che carica la batteria e ripristina l'energia consumata. Un processo così reversibile non è possibile con la corrente alternata.
Cosa accadrebbe se l’illuminazione dei treni fosse alimentata da corrente alternata? Se il treno si fermasse, le ruote dei vagoni smetterebbero di girare e con esso si fermerebbero i generatori elettrici e le luci dei vagoni si spegnerebbero. Ma questo non accade perché sotto le auto sono installati generatori DC che funzionano in parallelo con le batterie. Il treno è in movimento: i generatori ruotano, forniscono energia per l'illuminazione e allo stesso tempo caricano la batteria. Quando il treno si ferma, la batteria invia corrente alla rete di illuminazione.
Immaginiamo che ci sia stato un incidente in una centrale elettrica: tutti i turbogeneratori o i generatori di idrogeno si sono fermati e le linee elettriche che la collegano ad altre centrali sono state disconnesse. In questi casi, la corrente continua ottenuta da batterie di grandi dimensioni viene in soccorso. Con il suo aiuto si mettono in moto i meccanismi ausiliari, si riaccendono gli interruttori che erano stati spenti e si rimettono in funzione i principali generatori turbo o di idrogeno. L'alimentazione a batteria è molto affidabile, quindi tutti i circuiti di controllo, automazione e protezione degli allarmi nelle grandi centrali elettriche funzionano con corrente continua.
Un sottomarino può navigare senza corrente continua? Forse sulla superficie dell'acqua. In questo caso, le sue eliche vengono ruotate da motori diesel. Ma sott'acqua i motori diesel si fermano: non c'è abbastanza aria. Funziona con un motore DC che riceve energia dalle batterie. Quando la barca risale in superficie e i motori diesel vengono accesi, il motore elettrico si trasforma in un generatore e ricarica le batterie.
Nelle miniere non è possibile appendere ovunque il filo di contatto per le locomotive elettriche. Come possono spostarsi? E qui la batteria viene nuovamente in soccorso. In molte miniere, le locomotive elettriche a batteria trasportano carbone dalle facce più remote. Carrelli elettrici con batterie - auto elettriche - si vedono spesso nelle stazioni ferroviarie. Si trovano anche nelle officine di grandi stabilimenti e fabbriche.
Nota come il cameraman filma un evento importante. Ha una cinepresa leggera tra le mani e una batteria alla cintura. Ho premuto il pulsante e il dispositivo ha iniziato a funzionare. Tali batterie leggere sono ampiamente utilizzate per radio portatili, dispositivi di segnalazione e strumenti di misurazione elettrici.
Naturalmente gli esempi qui elencati non esauriscono tutti i campi di applicazione dell'energia elettrica. Non abbiamo detto nulla sul suo utilizzo per le comunicazioni telegrafiche e telefoniche, per la radio e la televisione e per altri scopi: ne leggerete gli articoli pertinenti sul nostro sito web.
Energia del futuro
Le grandi opere del futuro potranno essere realizzate solo sulla base di nuove potenti energie, contando sullo sviluppo della metallurgia e dei trasporti.
L’energia, man mano che si sviluppa, aumenta il potere dell’uomo sulla natura. È la nostra assistente principale nell'assalto allo spazio.
L'elettricità è misurata in kilowattora. 1 kWh di elettricità è in grado di sollevare un carico di 1 T ad un'altezza di 367 m (escluse le perdite per attrito). Con il suo aiuto, puoi arrotolare 50 kg di prodotti metallici, dimostrare un grande film 4 volte, estrarre quasi un quintale di carbone da una miniera e produrlo, far schiudere 30 polli in un'incubatrice e fornire ininterrottamente acqua a un residente di Mosca per 2 settimane.
Nel 1959 le centrali elettriche sovietiche generavano 264 miliardi di kWh. E nel 1965 il paese riceverà già 500-520 miliardi di kWh, quasi 2.300 kWh per persona, invece dei 14 del 1913.
Il piano settennale è la prima fase delle grandiose trasformazioni del Paese, previste per 15-20 anni. Come si svilupperà l’energia sovietica in un futuro più lontano?
Secondo una previsione molto prudente, nel 1970 dovremmo ricevere 900 miliardi di kWh, nel 1975 circa 1500 miliardi di kWh e nel 1980 circa 2300 miliardi di kWh. Questo è 260 volte di più del piano GOELRO!
| Uso diretto dell'energia solare Il problema dell'uso diretto dell'energia solare attira da tempo l'attenzione di scienziati e ingegneri in molti paesi. Un notevole successo fu la creazione di pannelli solari che alimentavano il trasmettitore radio del terzo satellite terrestre sovietico. In questo settore sono stati ottenuti altri successi. Sono state create installazioni speciali, le cui lastre di vetro piane trasmettono i raggi del sole a onde corte, ma non trasmettono i raggi termici a onde lunghe. Ciò consente al calore di accumularsi. Tali installazioni azionano già pompe con una potenza fino a 3 CV. Per la produzione industriale di ceramiche resistenti al calore viene utilizzato un impianto con uno specchio di diametro superiore a 12 m, con il quale si raggiungono temperature fino a 3000°. È stato inoltre costruito un forno a riflettore parabolico da 40 tonnellate con uno specchio in alluminio di 8,5 m di diametro, utilizzato per produrre fertilizzanti fissando l'azoto atmosferico. |
Pro capite nel 1980 dovremmo avere circa 8,5 mila kWh.
Il ruolo principale nella fornitura di elettricità e calore al nostro Paese (sotto forma di vapore e acqua calda) sarà svolto da centrali termoelettriche molto grandi (vedi articolo “Fabbrica di calore ed elettricità”).
In futuro costruiremo centrali elettriche con una capacità fino a 3 milioni di kW e oltre. Saranno alimentati da turbogeneratori molto economici con una capacità di 200, 300 e persino 600mila kW. I progettisti stanno già pensando di creare un turbogeneratore con una capacità di 1 milione di kW: quasi due centrali idroelettriche del Dnepr in un'unica macchina compatta! Ogni turbogeneratore sarà alimentato con vapore dalla propria gigantesca caldaia. E per produrre 1 kWh, queste unità non avranno bisogno di più di 300 G di carbone: una piccola manciata!
Verranno costruiti nuovi tipi di centrali elettriche: turbine a gas. L’efficienza delle turbine a gas è superiore a quella delle turbine a vapore. E loro stessi sono molto più compatti. Una turbina a gas non necessita di acqua. Attualmente produciamo turbine a gas con una capacità di 25mila kW. Nel prossimo futuro verranno realizzate macchine da 50mila e più kW. In futuro, le centrali elettriche a turbina a gas raggiungeranno un milione di capacità. Trasformeranno il carburante a basso costo in elettricità.
Gli scienziati sovietici scoprirono nuovi metodi di utilizzo energetico-chimico del carburante. Dalla torba, dalla lignite e dallo scisto, prima di bruciarli nei forni a caldaia, verranno estratti prodotti molto preziosi: gas per uso domestico e industriale, resina necessaria per la produzione di prodotti chimici e combustibili liquidi.
Pertanto, la centrale termoelettrica del futuro si trasformerà in un impianto complesso che genererà contemporaneamente energia elettrica, gas, vapore e acqua calda per esigenze industriali e domestiche, materie prime per l'industria chimica e residui di carburante - materiali da costruzione. Gli scienziati pensano da tempo se sia possibile convertire direttamente carburante, luce, calore ed energia intranucleare in elettricità? I primi generatori elettrochimici sono già stati costruiti. Sono ancora imperfetti, ma questo è comunque un nuovo modo per ottenere energia. Forse verrà il momento in cui il carbone non avrà più bisogno di essere bruciato per convertire l’energia chimica in esso contenuta in calore e poi convertirla in energia meccanica o elettrica. L'energia chimica del carbone verrà convertita direttamente in elettricità con alta efficienza. Questa sarà una grande rivoluzione nel settore energetico. Gli scienziati ritengono che sarà possibile costruire colossali generatori elettrochimici direttamente nello spessore dei giacimenti di carbone sotterranei.
Verrà utilizzata anche l'energia dei raggi solari. Gli scienziati sovietici stanno lavorando alla creazione di una grande tecnologia solare. Permetterà l'uso dell'energia solare nell'industria. Per fare ciò, la concentrazione della luce solare viene aumentata utilizzando grandi specchi. Tali macchine possono funzionare quasi allo stesso modo delle caldaie a combustibile convenzionali. A Tashkent è già stato costruito un impianto solare sperimentale con uno specchio di 10 metri di diametro che produce ghiaccio e acqua desalinizzata. Inoltre, nella valle dell'Ararat in Armenia è in fase di progettazione una grande centrale solare termica. Una caldaia a vapore collegata a una turbina a vapore e posizionata al centro di un cerchio su una torre di 40 metri riscalderà i raggi di luce solare riflessi da un gruppo di specchi disposti concentricamente. Gli specchi sono montati su appositi trenini che seguono automaticamente il movimento del sole.
Si prevede un enorme futuro per un nuovo metodo recentemente sviluppato per convertire direttamente il calore e la luce solare in elettricità utilizzando semiconduttori nei generatori termoelettrici.
Anche l’energia eolica verrà utilizzata in un modo nuovo. È volubile ed è difficile subordinarlo ai bisogni umani. Ma gli ingegneri sovietici dell’energia eolica sono costantemente alla ricerca di metodi per “livellare” questa energia. Uno dei modi possibili per accumulare energia eolica è la decomposizione elettrolitica dell'acqua in ossigeno e idrogeno, per poi combinarli (quando non c'è vento).
L’energia sovietica è all’inizio dell’utilizzo del profondo calore vulcanico della Terra. Tali opportunità esistono in Kamchatka, nelle Isole Curili, nel Caucaso e in Asia centrale.
Anche il problema dell’utilizzo delle maree viene risolto dalla tecnologia globale. Tutte le centrali idroelettriche mareomotrici proposte finora dai progettisti sarebbero molto costose e non fornirebbero un’alimentazione elettrica affidabile. Nel frattempo, la potenza totale dei flussi e riflussi sulla Terra raggiunge i 7 10 16 kW.
La tecnologia del futuro probabilmente si rivolgerà a una riserva come le piccole differenze di temperatura in natura. Dopotutto, le possibilità di ottenere energia dalla differenza di temperatura tra l'acqua nelle profondità degli oceani e l'aria esterna, ad esempio nell'Artico e nell'Antartico, sono molto grandi.
Non è lontano il tempo in cui l’energia nucleare ci fornirà una favolosa abbondanza di elettricità. Nel nostro Paese, potente centrali elettriche nucleari, si stanno progettando e costruendo nuove grandi centrali nucleari. Si verificano principalmente in aree lontane dai depositi di combustibili fossili e dai grandi fiumi. L’industria energetica si fermerà in questa fase?
L'alba della nuova tecnologia basata sull'uso delle centrali termonucleari sta già nascendo.
Il carburante per loro sarà pesante e quindi, forse, idrogeno normale. La produttività di tali centrali elettriche è persino difficile da immaginare. Quando beviamo acqua da un bicchiere, non abbiamo idea che contenga un'enorme quantità di energia.
Quando appariranno le centrali termonucleari, l’abbondanza di energia consentirà di elettrificare e automatizzare completamente tutti i processi produttivi.
Lo sviluppo diffuso dell’energia ci permette di porre la questione della grande opera trasformatrice del nostro Paese. Sono così grandiosi che acquisiranno inevitabilmente un significato internazionale. Le persone sognano questo tipo di lavoro da molto tempo. Ora, ad esempio, solo il 2% circa della superficie di tutti i deserti è irrigata. Appena il 2% di tutta la terra è occupata da colture e piantagioni culturali. Che campo di lavoro gigantesco nel futuro!
Ampi sistemi internazionali di gestione dell’acqua contribuiranno a porre fine per sempre alla fame d’acqua in alcune aree della Terra e a cancellare le macchie gialle dei deserti dalla faccia del nostro pianeta.
Anche qui sono necessari enormi cambiamenti. Guarda a carta fisica L'URSS. Due colossali macchie verdi attirano la tua attenzione: la pianura della Siberia occidentale e la depressione dell'Aral-Caspio. Questi sono importanti granai per il futuro del nostro Paese. Possono produrre più cibo di quello che producono attualmente gli Stati Uniti. Il pensiero scientifico sta lavorando su come eliminare l'eccessiva umidità della grande pianura dell'Ob, su come condurre al meglio il flusso vivificante dell'acqua siberiana negli afosi deserti del nostro Paese.
Le regioni centrali e meridionali della parte europea del paese necessitano sempre di più acqua dolce. L'acqua sta diventando la condizione più importante per l'ubicazione dell'industria e delle città, la base della vita e della salute umana.
È già stato sviluppato un progetto per trasferire l'acqua dai fiumi settentrionali - Pechora, Dvina settentrionale, Mezen - e dai loro affluenti nei letti del Volga, Dnepr e Don. Viene proposta l'idea di intercettare l'acqua nei tratti inferiori del Danubio, Dnepr, Dniester, Don e Kuban per l'irrigazione e l'approvvigionamento idrico delle regioni meridionali. Queste enormi opere sono associate al riscaldamento e al raffreddamento delle acque del Mar Nero, espandendo la zona subtropicale nel Caucaso e in Crimea.
I nostri fiumi trasportano un'energia enorme: possono produrre quasi 3mila miliardi di kWh all'anno! Il nostro paese sta già mettendo in funzione potenti centrali idroelettriche che superano le più grandi centrali idroelettriche dei paesi capitalisti.
Costruendo cascate di centrali idroelettriche, creeremo un sistema unificato di gestione dell'acqua per il paese, collegando tutti i fiumi, tutti i 14 mari che bagnano la nostra terra e tre oceani: Artico, Pacifico e Atlantico.
In Cina si stanno svolgendo molte costruzioni idrauliche. C'è una costruzione pianificata sul fiume. Centrale idroelettrica dello Yangtze Sanxia di potenza senza precedenti: 20-25 milioni di kW. Per la prima volta verranno installati generatori idroelettrici da 1 milione di kW ciascuno.
Molti Stati hanno ora davvero bisogno di schemi coordinati per l’uso integrato e internazionale dei singoli fiumi. I primi segni di tale cooperazione internazionale sono il grande lavoro degli ingegneri idroelettrici sovietici e cinesi sull’uso dell’Amur, il lavoro sull’uso dei fiumi di confine con Mongolia, Afghanistan, Iran, Norvegia e Finlandia. È in fase di sviluppo la via navigabile diretta Dnepr-Elba, il primo collegamento di un possibile sistema idrico-energetico nell'Europa orientale e occidentale. Gli ingegneri idroelettrici sovietici partecipano alla costruzione dell'alta diga di Assuan sul fiume. Nilo in Egitto.
Le condizioni e le risorse naturali sono distribuite in modo non uniforme sulla Terra.
Nella parte asiatica dell’Unione Sovietica, ad esempio, sono concentrati i nostri principali tesori naturali. Ci sono i fiumi più grandi, le riserve forestali del mondo, favolosi tesori di ferro, metalli non ferrosi e rari e moltissimi terreni inutilizzati per i raccolti. Pertanto, in futuro, i collegamenti trasportistici ed energetici tra l’Est e l’Ovest del nostro Paese dovranno essere ricostruiti. Inoltre, l'Europa Risorse naturali che sono limitati, sviluppandosi in condizioni di coesistenza pacifica, si rivolgeranno alle gigantesche basi orientali di energia, carburante, legname, cibo e varie materie prime a buon mercato.
Grande importanza avrà internazionale condutture principali petrolio, gas, ammoniaca liquida: il mezzo principale per aumentare la fertilità del suolo.
Nelle giornate limpide, la costa americana è visibile da Capo Dezhnev. Lo Stretto di Bering è l'unico collegamento terrestre possibile tra l'Asia e l'America. La distanza tra la stazione Big Never e la rete ferroviaria statunitense attraverso lo stretto di Bering sarebbe di 7.200 km, ovvero quasi una volta e mezza più breve del percorso attraverso l'Oceano Pacifico. La rotta terrestre tra l'URSS e gli Stati Uniti sarebbe costanza, affidabilità e redditività economica. Deve avere potenti locomotive ad alta velocità e grandi carrozze. A velocità superiori a 300 km/h, questi treni espressi coprirebbero la distanza dalla ferrovia siberiana alla rete ferroviaria statunitense in quasi 30 ore.
Una nuova strada con una lunghezza di circa 4000 km (dalla nostra parte) stabilirebbe un collegamento affidabile con le vaste distese del nord-est dell'URSS con le loro inesauribili risorse naturali.
La tratta URSS-USA potrebbe avere quasi la stessa lunghezza della ferrovia siberiana. La sua lunghezza da Chelyabinsk a Vladivostok è di 7400 km ed è stata costruita in 15 anni (1891-1905).
Uno stato ha costruito la strada siberiana. E la nuova strada è una struttura intercontinentale che due Paesi possono costruire in condizioni di cooperazione e di pace.
In molti paesi del mondo, milioni di persone sono interessate a progetti di ingegneria di importanza internazionale.
Già adesso l'uomo sta cercando di riprodurre artificialmente fenomeni titanici come le correnti marine. I sogni di trasformare il clima dell'emisfero settentrionale della Terra non sono più sogni, né castelli in aria. Scienziati e ingegneri stanno lavorando su questo problema. La scienza sta facendo il primo passo verso la ridistribuzione organizzata del calore terrestre.
Nacque così l'idea di bloccare lo stretto di Bering con un gigantesco ponte-diga. Migliaia di pompe ad elica verranno installate nel corpo della diga. Saranno alimentati da potenti centrali nucleari.
Le pompe creerebbero una corrente calda dal Pacifico all’Atlantico, e questo potrebbe ammorbidire il clima della Siberia e del Nord America.
La Corrente del Golfo e le sue estensioni settentrionali portano con sé molto più calore di Kuro Sio. È necessario dirigere le acque dell'Atlantico attraverso il bacino polare e lo stretto di Bering nell'Oceano Pacifico. Le pompe della diga di Bering non dovrebbero convogliare l’acqua dall’Oceano Pacifico all’Oceano Artico, ma viceversa. Il passaggio di masse di calde acque atlantiche attraverso l’Artico ricostruirà il sistema di correnti calde e fredde nell’emisfero settentrionale.
L'immaginazione dei lavoratori del settore energetico sta già immaginando una Corrente del Golfo artificiale, che scioglierà il ghiaccio secolare, indebolirà le correnti fredde e trasformerà le regioni settentrionali dell'URSS e degli Stati Uniti in vaste zone fiorenti di vita. Squadre internazionali di scienziati e ingegneri devono lavorare su questo grande problema.
Abbiamo cercato di dare un quadro generale dell'energia del futuro e dell'opera di trasformazione che potrà essere svolta con il suo aiuto. Ma per avvicinare il futuro è necessario molto lavoro pratico per adempiere ai compiti del piano settennale per lo sviluppo dell’economia nazionale.
Corrente elettrica alternata e sue applicazioni in medicina.
1. Corrente alternata, suoi tipi e caratteristiche principali.
La corrente alternata è una corrente la cui direzione e valore numerico cambiano nel tempo (corrente alternata).
Nota: la forma della curva attuale, la frequenza e la durata del suo cambiamento non sono specificate.
In pratica, corrente alternata significa molto spesso corrente alternata periodica.
L'essenza fisica della corrente alternata si riduce alle oscillazioni delle cariche elettriche in un mezzo (conduttore o dielettrico).
Tipi di corrente:
1.Corrente di conduzione.
2. Corrente di polarizzazione.
Corrente di conduzione- questa è una corrente causata dalle vibrazioni di elettroni e ioni nel mezzo.
Corrente di polarizzazione- questa è una corrente causata dallo spostamento delle cariche elettriche al confine “conduttore - dielettrico” (ad esempio, corrente attraverso un condensatore).
La corrente di spostamento è associata alla variazione nel tempo del campo elettrico all'interfaccia conduttore-dielettrico e presenta le seguenti caratteristiche:
- L'ampiezza della corrente di spostamento e la sua direzione sono in fase con quelle della corrente di conduzione.
- Il suo valore è sempre uguale alla corrente di conduzione.
Un caso particolare di corrente di spostamento è la corrente di polarizzazione. La corrente di polarizzazione è una corrente di spostamento non nel vuoto, ma in un mezzo dielettrico materiale.
La somma delle correnti di spostamento e polarizzazione è corrente di polarizzazione totale.
Nella pratica medica vengono utilizzati i seguenti tipi di corrente in base alla forma della curva di corrente:
- Esponenziale all'ago
La più semplice è la corrente sinusoidale periodica. È facilmente descrivibile matematicamente e graficamente; la sua forma non è distorta nei circuiti elettrici con elementi R, C, L.
Caratteristiche fondamentali della corrente alternata.
1.Periodo- tempo di un ciclo di cambio di direzione e valore numerico corrente (,).
2.Frequenzaè il numero di cicli di variazione corrente per unità di tempo.
n =1/T (il reciproco del periodo s -1, Hz)
3.Frequenza circolare(, 2/T radianti/s)
4.Fase() è una quantità che determina la relazione tra corrente e tensione in un circuito elettrico nel tempo.
5.Corrente e tensione istantanea- il valore di queste quantità in un dato momento (,).
6.Valore dell'ampiezza della corrente e della tensioneè il valore massimo di queste quantità (,) su un semiciclo.
7.Valore RMS (efficace, efficace) di corrente e tensione- calcolato come positivo Radice quadrata dal valore medio del quadrato della tensione o della corrente secondo le formule.
Valore medio (U avg) per un periodo (componente costante)è la media aritmetica dei valori istantanei di corrente o tensione in un periodo.
In pratica, il valore quadratico medio è determinato dal valore effettivo (rms). (I cp, U cp), che per la corrente sinusoidale si calcola utilizzando le formule:
Ieff = I = 0,707 I m
Ueff = U = 0,707 Um
In alcuni casi di uso medico della corrente elettrica, è necessario tenere conto di altre caratteristiche (ad esempio, il coefficiente di ampiezza K a e il coefficiente di forma K f).
Per la pratica, sono importanti le seguenti formule per la connessione delle caratteristiche:
i(u) ≤I·m (U·m)
I eff = I = I m /Ö2 =0,707 I m I m = 1,41 I eff
U eff = U= U m /Ö2 =0,707 U m U m = 1,41 U eff
2. Circuiti CA con resistenza attiva, induttanza, capacità e loro caratteristiche.
Circuito elettrico- si tratta di un insieme reale o immaginabile di elementi fisici che trasmettono energia elettrica da un punto all'altro dello spazio.
Gli elementi fisici dei circuiti elettrici sono conduttori, resistori, condensatori e induttori. Gli elementi di un circuito sono anche elementi della sua connessione e, inoltre, implementano le corrispondenti proprietà di resistenza, capacità e induttanza.
Tipi di circuiti elettrici:
1.Semplice.
2. Complesso.
Le catene semplici contengono solo singoli elementi R, C, L, mentre le catene complesse li hanno in varie quantità e combinazioni.
Una caratteristica comune degli elementi di un circuito elettrico è che quando passa corrente alternata, mostrano una resistenza, che si chiama attiva (R), induttiva (X l), capacitiva (X c).
Caratteristiche delle catene ideali semplici.
Un circuito costituito da un generatore di corrente e un resistore ideale è chiamato circuito semplice con resistenza attiva.
Condizione di idealità della catena:
- La resistenza attiva non è zero,
- la sua induttanza e capacità sono zero.
Peculiarità:
1. La legge di Ohm viene osservata per valori istantanei, di ampiezza e di valore quadratico medio di corrente e tensione.
2. La resistenza attiva non dipende dalla frequenza (non teniamo conto dell'“effetto pelle”) della superficie
3.Non c'è sfasamento () tra corrente e tensione.
Ciò significa che la corrente e la tensione passano simultaneamente attraverso i loro valori massimo (ampiezza) e zero.
4. La perdita di energia avviene sull'elemento sotto forma di rilascio di calore.
Circuito con induttanza- questo è un circuito elettrico costituito da un generatore di corrente alternata e un elemento L ideale - un induttore.
Condizioni per una catena ideale:
- L'induttanza della bobina non è zero
- La sua capacità e resistenza sono pari a zero.
Caratteristiche della catena:
1. Viene rispettata la legge di Ohm.
2.- l'elemento fornisce resistenza alla corrente alternata, chiamata induttiva. È designato e aumenta linearmente con l'aumentare della frequenza, secondo la formula:
3. C'è uno sfasamento nel circuito tra tensione e corrente: è in anticipo in fase di un angolo /2
4. La reattanza induttiva non consuma energia, perché viene immagazzinato nel campo magnetico della bobina e poi rilasciato circuito elettrico. Pertanto, la reattanza induttiva è chiamata apparente o immaginaria.
Catena con contenitoreè un circuito elettrico costituito da un generatore di corrente alternata e un elemento C ideale: un condensatore.
Condizioni per una catena ideale:
- La capacità del condensatore non è zero, ma la sua resistenza attiva e induttanza sono zero. C ¹ 0, R C = 0, L C = 0.
Caratteristiche della catena con portata:
1. Viene osservata la legge di Ohm.
2. La capacità fornisce una resistenza alla corrente alternata, chiamata capacitiva. È indicato con X s e non diminuisce linearmente con l'aumentare della frequenza.
3. C'è uno sfasamento nel circuito tra tensione e corrente: è in ritardo di fase di un angolo /2
4. La capacità non consuma energia, perché viene immagazzinato nel campo elettrico del condensatore e quindi rilasciato nel circuito elettrico. Pertanto, la capacità è chiamata apparente o immaginaria.
3. Circuito completo di corrente alternata e suoi tipi. Impedenza e sua formula. Caratteristiche dell'impedenza dei tessuti viventi.
Un circuito completo di corrente alternata è un circuito costituito da un generatore, nonché dagli elementi R, C e L, presi in diverse combinazioni e quantità.
Per analizzare i processi che avvengono nei circuiti elettrici, vengono utilizzati circuiti seriali e paralleli completi.
Un circuito in serie è un circuito in cui tutti gli elementi possono essere collegati in serie, uno dopo l'altro.
In un circuito parallelo, gli elementi R, C, L sono collegati in parallelo.
Caratteristiche del circuito completo:
1. Viene osservata la legge di Ohm
2. Il circuito completo fornisce resistenza alla corrente alternata. Questa resistenza è chiamata totale (immaginaria, apparente) o impedenza.
3. L'impedenza dipende dalla resistenza di tutti gli elementi del circuito, è designata e calcolata non mediante somma semplice, ma geometrica (vettoriale). Per gli elementi collegati in serie, la formula dell'impedenza ha il seguente significato:
Z è l'impedenza del circuito in serie,
R - resistenza attiva,
X L - reattanza induttiva e X C - capacitiva,
L - induttanza della bobina (Henry),
C è la capacità del condensatore (farad).
Poiché le reattanze capacitive e induttive conferiscono alla tensione uno sfasamento nella direzione opposta, è possibile che X L = X C . In questo caso la somma algebrica dei moduli sarà pari a zero e l'impedenza sarà la più piccola.
La condizione in cui la reattanza capacitiva in un circuito di corrente alternata è uguale alla reattanza induttiva è chiamata risonanza di tensione. La frequenza alla quale X L = X C è chiamata frequenza di risonanza. Questa frequenza n p può essere determinata utilizzando la formula di Thomson:
4. Caratteristiche dell'impedenza dei tessuti viventi e suoi equivalenti schema elettrico.
Quando la corrente passa attraverso un tessuto vivente, può essere considerato come un circuito elettrico costituito da determinati elementi.
È stato stabilito sperimentalmente che questo circuito ha le proprietà di resistenza attiva e capacità. Ciò è evidenziato dal rilascio di calore e dalla diminuzione dell'impedenza dei tessuti con l'aumentare della frequenza. Le proprietà induttive del tessuto vivente sono praticamente impercettibili. Pertanto, il tessuto vivente è un circuito elettrico complesso, ma non completo.
L'impedenza del tessuto vivente può essere considerata sia per la connessione in serie che in parallelo dei suoi elementi.
In un collegamento in serie, le correnti attraverso gli elementi sono uguali, la tensione totale applicata sarà la somma vettoriale delle tensioni sugli elementi R e C e la formula dell'impedenza del circuito in serie sarà:
Z_ è l'impedenza del circuito in serie,
R è la sua resistenza attiva,
X C - capacità.
Con una connessione in parallelo, le tensioni sugli elementi R e C sono uguali, la corrente totale sarà la somma vettoriale delle correnti di ciascun elemento e la formula dell'impedenza sarà la seguente:
Le formule teoriche per l'impedenza del tessuto vivente con connessione parallela e in serie dei suoi elementi differiscono da quelle sperimentali in quanto segue:
1. Con un circuito di collegamento in serie, i dati pratici danno grandi deviazioni alle basse frequenze.
2. In un circuito parallelo, queste misurazioni mostrano il valore finale, anche se teoricamente dovrebbe tendere a zero.
Circuito elettrico equivalente del tessuto vivente - e Questo è un modello condizionale che caratterizza approssimativamente il tessuto vivente come un conduttore di corrente alternata.
Il diagramma ci permette di giudicare:
1.Quali elementi elettrici ha il tessuto?
2. Come questi elementi sono collegati.
3. Come cambieranno le proprietà del tessuto quando cambia la frequenza della corrente.
Il regime si basa su tre disposizioni:
1. L'ambiente extracellulare e il contenuto della cellula sono conduttori ionici con una resistenza attiva dell'ambiente cf e della cellula k.
2. La membrana cellulare è un dielettrico, ma non ideale, ma con bassa conduttività ionica e, di conseguenza, resistenza della membrana m.
3. L'ambiente extracellulare e il contenuto della cellula, separati da una membrana, sono condensatori Cm di una certa capacità (0,1 - 3,0 μF/cm2).
Se prendiamo un mezzo tissutale liquido - sangue contenente solo globuli rossi - come modello di tessuto vivente, quando disegniamo un circuito equivalente, dobbiamo tenere conto dei percorsi della corrente elettrica.
1. Bypassare la cellula, attraverso l'ambiente extracellulare.
2.Attraverso la gabbia.
Il percorso attorno alla cella è rappresentato solo dalla resistenza del mezzo Rav.
Il percorso attraverso la cella dipende dalla resistenza del contenuto della cella Rk, nonché dalla resistenza e dalla capacità della membrana. Rm, vedere.
Se sostituiamo le caratteristiche elettriche con le designazioni appropriate, otteniamo circuiti equivalenti con vari gradi di precisione:
Schema di Fricke (conducibilità ionica no
preso in considerazione).
Schema di Schwan (la conduttività ionica viene presa in considerazione come resistenza di membrana)
Simboli sul diagramma:
Rcp - resistenza attiva dell'ambiente cellulare
Rk - Resistenza del contenuto cellulare
Cm - capacità della membrana
Rm - resistenza della membrana.
L'analisi del circuito mostra che con l'aumentare della frequenza della corrente aumenta la conduttività delle membrane cellulari e diminuisce la resistenza totale dell'ambiente tissutale, il che corrisponde alle misurazioni praticamente eseguite.
5. Tessuto vivente come conduttore di corrente elettrica alternata. Dispersione della conducibilità elettrica e sua valutazione quantitativa.
Sono state stabilite sperimentalmente le seguenti caratteristiche del tessuto vivente come conduttore di corrente alternata:
1. La resistenza dei tessuti viventi alla corrente alternata è inferiore a quella alla corrente continua.
2. Le caratteristiche elettriche del tessuto dipendono sia dalla sua tipologia che dalla frequenza della corrente.
3. Con l'aumentare della frequenza, la resistenza totale del tessuto vivente diminuisce in modo non lineare fino a un certo valore, per poi rimanere quasi costante (soprattutto a frequenze superiori a 10 6 Hz)
4. Ad una certa frequenza, l'impedenza dipende anche dallo stato fisiologico (afflusso di sangue), utilizzato nella pratica. Lo studio della circolazione periferica basato sulla misurazione della resistenza elettrica è chiamato reografia (pletismografia ad impedenza).
5. Quando il tessuto vivente muore, la sua resistenza diminuisce e non dipende dalla frequenza.
6. Quando la corrente alternata passa attraverso il tessuto vivente, si osserva un fenomeno chiamato dispersione della conduttività elettrica.
La dispersione della conduttività elettrica è il fenomeno della dipendenza della resistenza totale (specifica) del tessuto vivente dalla frequenza della corrente alternata.
I grafici di tale dipendenza sono chiamati curve di dispersione. Le curve di dispersione sono tracciate in un sistema di coordinate rettangolari, dove i valori di totale (Z) o resistività sono tracciati verticalmente e la frequenza su scala logaritmica (Lg n) è tracciata orizzontalmente.
Le dipendenze dalla frequenza della forma della curva per i diversi tessuti sono simili, ma differiscono nel valore di resistenza.
Esistono diverse gamme di frequenza in cui la dispersione è particolarmente pronunciata. Uno di questi corrisponde all'intervallo 10 2 -10 6 Hz
Caratteristiche di dispersione:
1. Inerente solo ai tessuti viventi.
2. Più pronunciato a frequenze fino a 1 MHz.
3. In pratica viene utilizzato per valutare lo stato fisiologico e la vitalità dei tessuti.
La valutazione quantitativa della dispersione viene effettuata utilizzando il coefficiente di dispersione (K).
Il coefficiente di dispersione è una quantità adimensionale pari al rapporto tra l'impedenza (o specifica) a bassa frequenza (10 2) e quella ad alta frequenza (10 6 Hz).
Z 1 - impedenza ad una frequenza di 10 2 Hz
Z 2 - impedenza ad una frequenza di 10 6 Hz
r 1, r 2 - resistività a queste frequenze
Il valore del coefficiente di dispersione dipende dal tipo di tessuto, dal suo stato fisiologico e dallo stadio evolutivo dello sviluppo dell’animale. Ad esempio, per il fegato di un animale K = 9 -10 unità e per il fegato di una rana 2 -3 unità. Man mano che il tessuto muore, il coefficiente di dispersione tende all'unità.
Il fenomeno della dispersione è associato alla presenza di polarizzazione nei tessuti viventi, che con l'aumentare della frequenza ha un effetto minore sulla resistenza totale. Pertanto, il coefficiente di dispersione è spesso chiamato coefficiente di polarizzazione.
Oltre alla dipendenza dalla frequenza, i tessuti viventi mostrano sfasamenti tra corrente e tensione, che dipendono anche, ma in misura minore, dalla frequenza.
Anche gli spostamenti di fase diminuiscono man mano che i tessuti muoiono e, in futuro, potranno essere utilizzati per scopi pratici.
