С незапамятных времен человек ищет ответы на вечные вопросы — кто я? Что меня окружает? Откуда всё взялось? В донаучный период эти знания аккумулировались и интерпретировались на уровне религиозных взглядов и верований, а с появлением фундаментальной науки этими вопросами занимается физика.
Осмос, осмотическое давление — эти слова, а также смысл, заложенный в них, известны многим. Однако что такое обратный осмос? И что же такое мембранная технология, о которой в последнее время так часто упоминается в периодической печати?
Осуществление комплекса мероприятий по совершенствованию технологии производства — одна из важнейших задач перестройки нашей экономики. Перестройка экономики включает в себя широкое внедрение в народное хозяйство принципиально новых технологий, позволяющих многократно повысить производительность труда, поднять эффективность использования ресурсов и снизить энерго- и материалоемкость производства.
В 1908 г. оду в физической лаборатории Лейденского университета под руководством выдающегося голландского физика Камерлинг-Оннеса был получен жидкий гелий при температурах, близких к Т = 0 К (абсолютному нулю температур).
В 1911 г. оду Камерлинг-Оннес открыл явление сверхпроводимости (Нобелевская премия 1913 г. оду).
И вот не прошло и ста лет, как из этих открытии возникла целая наука — физика низких температур, а затем и обширная область — техника низких температур.
Много веков прошло от начала сознательного использования человеком энергии рек, энергии ветра в водяных и ветряных мельницах до освоения и создания машин, использующих тепловую и электрическую энергию.
Паровые котлы, паровые и водяные турбины, паровые машины, двигатели внутреннего сгорания созданы главным образом в последние два столетия, а реактивные двигатели — в последнее столетие. Все эти двигатели нашли широкое применение в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте.
Первый в мире паровой двигатель для привода заводских механизмов был осуществлен в 1765 г. в России выдающимся ученым и инженером-самоучкой Иваном Ивановичем Ползуновым, и лишь двадцать лет спустя в 1784 г. Д. Уаттом был построен и запатентован в Англии первый в Западной Европе универсальный паровой двигатель.
В 1829 г. в Англии Дж. Стефенсоном был построен первый промышленный паровоз мощностью 8,8 кВт (12 л. с), его скорость составляла 22 км/ч.
Для работы тепловых машин необходимо существование нагревателя и холодильника, при этом из законов термодинамики следует, что КПД= (Q1 — Q2)/Q1. Здесь Q1 — затраченная теплота, Q2 — теплота, использованная для совершения полезной работы. Для максимального коэффициента полезного действия идеальной тепловой машины КПД = (Т1 — Т2)/Т1 где Т1 и Т2 — температуры нагревателя и холодильника соответственно. Из последнего соотношения следует, что увеличения КПД можно достичь увеличением разности температур нагревателя и холодильника.
Первый путь увеличения КПД парового двигателя — увеличение разности температур котла и холодильника — привел конструкторскую мысль к идее применения двигателей другого типа — двигателей внутреннего сгорания.
Наиболее распространенными двигателями внутреннего сгорания являются поршневые двигатели: карбюраторные и дизели. О том, как работают двигатели внутреннего сгорания, мы поговорим чуть позже. Сейчас же, забегая вперед, скажем об их экономичности.
Все двигатели внутреннего сгорания с точки зрения осуществляемого в них рабочего цикла могут быть разделены на три типа:
1) двигатели, использующие четырехтактный цикл Отто,
2) двигатели Дизеля,
3) двигатели, использующие цикл Тринклера.
В связи с наибольшим распространением в настоящем и будущем двигателей Дизеля ознакомимся кратко с рабочим циклом одноцилиндрового двигателя (рис. 4). В описании встретятся сокращения: ВМТ — верхняя мертвая точка (максимально высокое положение поршня при вертикальном расположении цилиндра), НМТ — нижняя мертвая точка.
В цилиндре дизельного двигателя происходит четыре процесса: впуск чистого воздуха, сжатие чистого воздуха, расширение газов после впрыскивания через специальные форсунки топлива и его сгорания (рабочий ход), выпуск отработавших газов.
Прошло более двух тысячелетий после Герона Александрийского (предложившего, как нам известно, идею использования энергии пара в турбине), прежде чем в конце XIX в. его идея получила признание и применение.
Турбины получили широкое распространение, например, на электростанциях, для работы которых необходим двигатель с большим числом оборотов и большой мощности. В настоящее время экономичные паровые турбины и двигатели внутреннего сгорания вытеснили паровые машины отовсюду. Достаточно сказать, что в 60-е годы нашего столетия более 80 % всей электроэнергии, вырабатываемой в стране, давали паротурбинные станции.