Энергетика Материалы по русскому языку в профессиональной сфере для самостоятельной работы студентов эфф тпу 2009 Предтекстовые задания По названию текста предположите тему и жанр статьи (обзорная статья, новость, техническое описание и т п.
 Скачать 457.41 Kb.
|
|
Сверхпроводящий терагерц Ученые из Арагонской национальной лаборатории США разработали компактный твердотельный источник когерентного терагерцового излучения. Это устройство на основе высокотемпературного сверхпроводника способно произвести революцию во многих областях - от систем безопасности до медицинской диагностики. Терагерцовый диапазон электромагнитных волн лежит между микроволновым радиоизлучением полупроводниковых электронных схем и инфракрасным излучением лазеров. Эти диапазоны не перекрываются, и в "дыре" от 0,5 до 2 терагерц пока нет ни одного устройства, способного излучать со сколько-нибудь приемлемой эффективностью. А излучение этого диапазона обладает массой замечательных свойств. Оно способно как рентген пронизывать многие материалы, но, в отличие от рентгена, из-за малой энергии фотонов не приводит к ионизации вещества, а значит, безвредно в малых дозах. Длина волны в терагерцовом диапазоне короче, чем у микроволн, и разрешение аппаратуры будет выше. Кроме того, у многих опасных веществ в этом диапазоне есть характерный спектр поглощения, так что их можно будет легко обнаружить при досмотре в аэропортах. Также терагерцовые волны, проникающие в человеческое тело на полсантиметра, помогут в диагностике рака и многих других заболеваний. В новом излучателе используется нестационарный эффект Джозефсона. Он возникает в контакте Джозефсона - тонком слое диэлектрика между двумя слоями сверхпроводника, если туннельный ток через контакт превысит некоторое критическое значение. В этом случае сверхпроводящие куперовские пары электронов, перескакивая через слой диэлектрика, вынуждены излучать набранную при этом энергию в виде электромагнитных волн. Обычный контакт Джозефсона излучает слабо и слишком длинные волны. Но в слоистом высокотемпературном сверхпроводнике Bi2Sr2CaCu2O8 между сверхпроводящими слоями оксида меди толщиной всего в пару атомов находятся слои изолятора оксида висмута и стронция толщиной в полтора нанометра, образующие контакты Джозефсона с подходящими свойствами. Чтобы заставить контакты излучать согласованно, ученые изготовили полоску сверхпроводника высотой один микрон, шириной сто и длиной триста микрон, в которой набралось порядка тысячи контактов и которая играет для терагерцовых волн роль резонатора, как пара зеркал в простейшем лазере. Правильно подобрав величину падения напряжения на полоске, можно возбудить резонансную генерацию, заставив все контакты Джозефсона излучать согласованно. Таким способом удалось получить пучок непрерывного излучения мощностью 0,5 микроватта на частоте 0,85 терагерца. А уменьшив ширину полоски до 40 микрон, частоту излучения снизили до 0,4 терагерца. Генерация сохранялась вплоть до 50 градусов выше абсолютного нуля. Согласно оценкам, увеличивая резонатор, можно будет получать луч мощностью до 1–10 милливатт, а этого уже вполне достаточно для практических приложений. Вполне вероятно, что использование других слоистых сверхпроводников позволит еще больше расширить рабочий диапазон и увеличить мощность. По-видимому, такой сравнительно простой и компактный источник, охлаждение которого хорошо отработано, не вызовет больших проблем и быстро найдет дорогу в научные лаборатории, больницы и аэропорты. «Компьютерра» № 713, 2007 Притекстовые задания: 1. Прочитайте первый абзац. О каком изобретении идёт речь? Что лежит в основе? В каких областях может быть использовано? 2. Прочитайте второй абзац. Объясните, что значит «терагерцовый диапазон»? найдите синоним к слову «дыра» в данном абзаце. 3. Прочитайте третий абзац. Какими свойствами обладает излучение терагерцевого диапазона? 4. Прочитайте четвертый абзац. Какое явление использовано в новом устройстве. Опишите это явление. 5. Прочитайте пятый абзац. Каковы параметры полученного излучения? Каковы преимущества описанного изобретения? Существуют ли недостатки? Послетекстовое задание: 6. Представьте, что вы – изобретатель данного устройства. Проведите презентацию этого устройства (вид, принцип работы, устройство, способ изготовления, применение). Текст 12 Предтекстовое задание: По названию текста предположите тему и жанр статьи. Как вы думаете, о чем будет идти речь в данной статье? В желтой, жаркой Африке Пока не ясно, насколько будут востребованы в развивающихся странах "стодолларовые ноутбуки" для детей, а уже стартовал новый пятилетний амбициозный проект, нацеленный на их продвинутых мам. Дешевый дровяной "кухонный комбайн", объединяющий плиту, электрогенератор и холодильник, обещает разработать международная команда ученых, координируемая из Университета Ноттингема в Великобритании. Сегодня около двух миллиардов людей на земном шаре готовят пищу на открытом огне, используя костер или примитивную печь. А это крайне неэффективно. Лишь около семи процентов выделяемой от сжигания дров или другой органики энергии используется по назначению. Кроме как к дополнительному загрязнению воздуха и окружающей среды, выделению углекислого газа и уничтожению растительности такая расточительность не ведет. Но тотальная нищета третьего мира пока не позволяет что-нибудь изменить. Новый проект назвали SCORE (Stove for Cooking, Refrigeration and Electricity) - печь для готовки, охлаждения и получения электричества. Самое интересное, что комбайн основан на технологии термоакустических преобразователей, которые до сих пор использовались лишь в космосе или в военных целях для охлаждения электроники или генерации электроэнергии. Только эти передовые технологии, надеются авторы проекта, позволят создать простое устройство почти без движущихся частей и не требующее обслуживания, цена которого ($30–40) будет на порядок меньше, чем у электрогенераторов такой же мощности. По-видимому, первыми с термоакустикой столкнулись стеклодувы, еще в XIX веке. Они иногда слышали чистый звук, издаваемый неравномерно нагретыми сосудами. Тогда же эффект генерации звука при наличии перепада температур был изучен и описан в трудах классиков науки. Но на практике с термоакустической неустойчивостью серьезно начали работать лишь в середине прошлого века создатели ракетных двигателей, в соплах которых большие перепады температур приводили к самовозбуждению звуковых колебаний, способных разрушить всю конструкцию. И лишь в восьмидесятых годах было осознано, что можно использовать и обратный эффект перекачки тепла звуковыми волнами. На основе термоакустического эффекта стали разрабатывать тепловые насосы, то есть холодильники для спутников и радаров. Возник интерес и к термоакустическим генераторам электроэнергии. Механизм работы термоакустического устройства легче всего понять на примере теплового насоса. В простейшем случае он состоит из настроенной в резонанс со звуковыми колебаниями трубы, в которую помещен кусок пористой керамики или пучок параллельных заполненных газом тонких трубок. С одной стороны трубы помещают динамик, похожий на тот, что используют в звуковых колонках. В возбуждаемых динамиком стоячих звуковых волнах газ колеблется взад и вперед, нагреваясь при сжатии и охлаждаясь при расширении. Этот перепад температур мал - всего две сотые градуса даже для громкого звука на болевом пороге нашего слуха (120 децибел). Но если правильно подобрать материал и размеры трубок, этого оказывается достаточно, чтобы обменивающийся с ними теплом газ создал в пучке необходимый градиент температуры. Точно так же, но в противоположном направлении работает и термоакустический генератор, в котором звуковые колебания возникают при поддержании перепада температур в пучке трубок. А уже эти звуковые колебания нетрудно превратить в электрический ток с помощью того же динамика, который будет работать как микрофон, то есть линейный электрогенератор. Если же в качестве динамика использовать пьезопластину, в таком устройстве совсем не будет движущихся частей. Первые термоакустические холодильники и генераторы были примерно вдвое менее эффективны, чем обычные компрессорные холодильники и двигатели внутреннего сгорания. Однако постоянное совершенствование их конструкции позволило ликвидировать отставание, а в некоторых случаях даже добиться эффективности около 40%. В "кухонном комбайне" для развивающихся стран будет два пучка трубок и один динамик между ними в общей трубе-резонаторе, которая конструктивно соединена с плитой. Горящие дрова одновременно с кастрюлями и сковородами будут нагревать один из концов первого пучка - в нем возникнут звуковые колебания с частотой, по предварительным расчетам, около пятидесяти герц. Эти звуковые колебания будут раскачивать генерирующий электричество динамик и создавать перепад температур во втором пучке, работающем как холодильник. Конструкция гениально проста, и будем надеяться, что она действительно окажется эффективной. Такой генератор, наверное, придется весьма кстати, если понадобится подзарядить "стодолларовый ноутбук" ребенка. Однако не очень понятно, станет ли хорошая хозяйка в жаркой Африке день и ночь что-то жечь, чтобы работал ее холодильник. Впрочем, до конца этого проекта еще пять лет, а первые рабочие прототипы обещаны лишь через три года, так что за это время многое может измениться, включая и саму концепцию устройства. «Компьютерра» № 23, 2007г. Притекстовые задания: 1. Прочитайте первый абзац. Что вы знаете о проекте, связанном с «стодолларовыми ноутбуками»? Насколько он был удачным? Что станет объектом следующего проекта? Для кого будет предназначен? Какова его основная цель? 2. Прочитайте второй абзац. Что является причиной для развития этого проекта? 3. Прочитайте третий абзац. Что представляет собой проектируемое устройство? На какой технологии основано? Каковы его достоинства? 4. Прочитайте четвертый абзац. Что такое термоакустика? Опишите ее краткую историю. 5. Прочитайте пятый и шестой абзацы. Опишите устройство и принцип работы термоакустического устройства. 6. Прочитайте седьмой абзац. Опишите устройство и принцип работы проектируемого «кухонного комбайна». 7. Прочитайте последний абзац. Каково отношение автора к проекту? Указывает ли он на какие-либо недостатки проекта? 8. Дайте свое название статье (в научном стиле). Послетекстовое задание: 9. Представьте, что вы – руководитель данного проекта. Проведите презентацию этого устройства (вид, принцип работы, устройство, способ изготовления, применение) для жителей развивающихся стран. Текст 13 Предтекстовое задание: По названию текста предположите тему и жанр статьи. Как вы думаете, о чем будет идти речь в данной статье? Механическая альтернатива Рассматривая тему получения электричества в полевых условиях, мы как-то совсем упустили из виду такой преобразователь тепловой энергии в механическую (и далее в электричество), как двигатели внешнего сгорания. В данном обзоре рассмотрим некоторые из них, доступные даже для самостоятельного изготовления любителями. Собственно, выбор конструкций таких двигателей невелик - паровые машины и турбины, двигатель Стирлинга в различных модификациях да экзотические двигатели, типа вакуумуных. Паровые машины пока отбросим, т.к. пока ничего малогабаритного и легко повторяемого на них не сделано, а уделим внимание двигателям Стирлинга и вакуумным. В самом общем плане, практически любой тепловой двигатель можно представить как генератор механических колебаний, который использует постоянную разность потенциалов (в данном случае, тепловую) для своей работы. Условия самовозбуждения такого двигателя, как и в любом генераторе, обеспечивает запаздывающая обратная связь. Такое запаздывание создаётся либо жёсткой механической связью через кривошип, либо с помощью упругого соединения, либо, как в двигателе "замедленного нагрева", с помощью тепловой инерции регенератора. Оптимально, с точки зрения получения максимальной амплитуды колебаний, съёма максимальной мощности с двигателя, когда сдвиг фаз в движении поршней составляет 90 градусов. В двигателях с кривошипно-шатунным механизмом, такой сдвиг задаётся формой кривошипа. В двигателях, где такая задержка выполняется с помощью упругой связи, либо тепловой инерции, этот фазовый сдвиг выполняется только на некоторой резонансной частоте, на которой мощность двигателя максимальна. Однако двигатели без кривошипно-шатунного механизма очень просты и поэтому весьма привлекательны для изготовления. Рассмотрим каждый из типов подробнее. Начнем с низкотемпературного двигателя Стирлинга. Такой двигатель может работать от перепада температур буквально в несколько градусов. Но и мощности, снимаемые с него, будут невелики - доли и единицы Ватта. В такой конструкции двигателя, верхняя и нижняя пластина должны иметь различную температуру, т.к. одна из них является источником тепла, а вторая - охладителем. Второй тип двигателей Стирлинга уже можно использовать для получения мощности в единицы, и даже десятки Ватт, что вполне позволяет запитывать большинство электронных устройств в походных условиях. Двигатель "замедленного нагрева" подкупает своей простотой. Как уже говорилось, наличие кривошипа здесь также не является обязательным, он нужен всего лишь, чтобы преобразовать во вращение колебания поршня. Если же съём механической энергии и дальнейшее её преобразование производить с помощью уже описанных схем, то конструкция такого генератора может оказаться очень и очень простой. Двигатель Стирлинга со свободным поршнем. В данном движке вытесняющий поршень соединен с силовым через упругую связь. При этом на резонансной частоте системы возникает отставание его движения от колебаний силового поршня, составляющая около 90 градусов, что и требуется для нормального возбуждения такого двигателя. Фактически получается генератор механических колебаний. Вакуумный двигатель, в отличие от других, использует в своей работе эффект сжатия газа при его остывании. Работает он следующим образом: вначале поршень засасывает пламя горелки внутрь камеры, затем подвижный клапан перекрывает всасывающее отверстие и газ, остывая и сжимаясь, заставляет поршень двигаться в обратном направлении. В заключение, заметим, что хотя КПД подобных двигателей-самоделок, в лучшем случае, единицы процентов, но даже в этом случае подобные мобильные генераторы могут вырабатывать количество энергии, достаточно для питания мобильных устройств. Реальной альтернативой им могут служить термоэлектрические генераторы, но их КПД также составляет 2...6% при соизмеримых массогабаритных параметрах. В конце концов, тепловая мощность даже простеньких спиртовок составляет десятки Ватт (а у костра - килоВатты) и преобразование хотя бы нескольких процентов от этого теплового потока в механическую, а затем и электрическую энергию уже позволяет получить вполне приемлемые мощности, пригодные для зарядки реальных устройств. Вспомним, что, например, мощность солнечной батареи, рекомендуемой для зарядки КПК или коммуникатора, составляет около 5...7 Вт, но даже эти Ватты солнечная батарея будет отдавать только при идеальных условиях освещения, реально меньше. Поэтому даже при выработке нескольких Ватт, но независимых от погоды, эти двигатели уже будут вполне конкурентоспособными, даже с теми же солнечными батареями и термогенераторами. Источник: www.mobipower.ru Притекстовые задания: 1. Прочитайте первый абзац. Назовите жанр статьи. Какой теме она посвящена? 2. Прочитайте абзацы 2-5. Что такое двигатель внешнего сгорания. Назовите его виды. Каков принцип действия теплового двигателя. 3. Прочитайте описание типов двигателей. Изобразите их схематически. Расскажите, как они действуют. 4. Прочитайте «заключение». Какими достоинствами и недостатками обладают тепловые двигатели? Послетекстовое задание: 5. Сравните информацию текстов 13 и 14. Как вы думаете, возможна ли гибридизация описанного устройства SCORE теплового двигателя? Текст 14 Предтекстовое задание: По названию текста предположите тему и жанр статьи. Как вы думаете, о чем будет идти речь в данной статье? Какое значение имеет глагол «слипнуться»? Теперь не слипнется Новый многообещающий нанокомпозит с высокой диэлектрической проницаемостью (high-k) удалось изготовить в Технологическом институте Джорджии. Материал позволяет удвоить емкость конденсаторов и значительно улучшить параметры органических транзисторов и пластиковых электронных устройств. Как известно, емкость конденсатора и ток через открытый полевой транзистор прямо пропорциональны диэлектрической проницаемости k используемых в них диэлектриков. Если у обычного для транзисторов компьютерных чипов диэлектрика - диоксида кремния k=3,9, то у таких материалов, как оксиды гафния и циркония, а также у титаната бария, диэлектрическая проницаемость больше почти в шесть с половиной раз. Это позволяет при прочих равных условиях изменить геометрию транзистора и значительно снизить токи утечки и рассеяние тепла. Однако вырастить изолирующие пленки из этих капризных материалов технологически очень не просто, и, кроме того, например, у титаната бария слишком мало напряжение электрического пробоя, тогда как у многих полимеров оно в несколько тысяч раз больше. Чтобы решить эти проблемы, исследователи изготовили композит из поликарбоната - дешевого полимера, который давно используют для изготовления оптических дисков и конденсаторов, внедрив в него наночастицы титаната бария. В таком композите при равномерном распределении наночастиц диэлектрическая проницаемость может достигать 20, а напряжение пробоя снижается лишь незначительно. Беда в том, что при простом смешивании с пластиком наночастицы стремятся слипнуться в кластеры микронных размеров, что нарушает однородность изолирующей пленки и способствует пробою. Тем не менее ученым удалось подобрать поверхностно-активные добавки, которые мешают слипанию наночастиц и ограничивают рост их кластеров до нескольких десятков нанометров. По словам авторов, их технология уже готова для коммерциализации. Однако полезно еще поработать над другими комбинациями органической матрицы и неорганического диэлектрика, оптимальными для различных приложений. Кроме того, неясно, как такие композиты поведут себя на высоких частотах - пока они тестировались на частотах не более мегагерца. "Компьютерра" №18, 2007 г. Притекстовые задания: 1. Прочитайте текст, подчеркните незнакомые слова. 2. Объясните значение слов: нанокомпозит, полимер, диэлектрическая проницаемость, полевый транзистор, кластер, пробой. 3. О каком изобретении идет речь в статье? Какая проблема решается с помощью этого изобретения? 4. Объясните, как вы поняли, что «теперь не слипнется»? 5. Где и как может быть использовано данное изобретение? 6. Исследования описываемого материала завершены или еще требуется доработка? 7. Дайте свое название статье (в научном стиле). Послетекстовое задание: 8. Представьте, что вы – автор данного изобретения. Проведите презентацию своего изобретение (вид, принцип работы, способ изготовления, применение). Текст 15 Предтекстовое задание: По названию текста предположите тему и жанр статьи. Как вы думаете, о чем будет идти речь в данной статье? |