= 1 + 2 + …+ n,
tai pastaroji vadinama jėgų atstojamąja.
Materialiųjų kūnų inertiškumo kiekybinis matas yra masė. Skiriama inercinė ir gravitacinė masė. Masė, nusakanti inertiškumą, vadinama inercine, o susijusi su gravitacija – gravitacine mase. Šiuolaikinių matavimų tikslumu kūno inercinė ir gravitacinė masės yra lygios.
Judesio kiekis. Materialiojo taško judesio kiekis (arba impulsas) yra vektorius, lygus jo masės ir greičio v sandaugai:
= m.
Materialųjį kūną įsivaizduodami kaip materialiųjų taškų visumą, jo impulsą išreiškiame formule:
= .
Antrasis Niutono arba pagrindinis dinamikos dėsnis. Veikiamas jėgos (kelių jėgų atstojamosios) materialusis taškas įgyja pagreitį.Pagreitis yra tiesiogiai proporcingas jėgų atstojamajai ir atvirkščiai proporcingas taško masei, jei ta masė nekinta:
m = m= , arba
Bendruoju atveju antrasis Niutono dėsnis formuluojamas taip : materialiojo taško judesio kiekio kitimo sparta tiesiogiai proporcinga jį veikiančių jėgų atstojamajai :
=
Paskutiniąją formulę galima užrašyti ir taip:
d(m) =
t. y. materialiojo taško impulso elementarusis pokytis yra lygus jį veikančios jėgos elementariajam impulsui. Kai masė nekinta, kūno impulso pokytis yra lygus jį veikiančios jėgos impulsui:
mD =.
SI jėgos vienetas (niutonas) yra tokia jėga, kurios veikiamas 1 kg masės kūnas įgyja 1 m/s2 pagreitį.
Trečiasis Niutono dėsnis. Du materialieji taškai veikia vienas kitą vienodo modulio priešingų krypčių jėgomis:
21 = 12.
Šios jėgos viena kitos neatsveria, nes veikia skirtingus kūnus.

Mechaninės sistemos judėjimo dėsnis

Vidinės ir išorinės jėgos. Fizikoje materialiųjų taškų ar kūnų grupė vadinama mechanine sistema. Jėgos, kuriomis tie taškai ar kūnai veikia vienas kitą, vadinamos vidinėmis jėgomis. Jėgos, kuriomis sistemos kūnus veikia į sistemą neįeinantys kūnai, vadinamos išorinėmis jėgomis. Iš trečiojo Niutono dėsnio seka, kad sistemos vidinių jėgų geometrinė suma lygi nuliui. Mechaninė sistema, kurios neveikia išorinės jėgos, vadinama uždaraja.
Kietąjį kūną suprantame kaip materialiųjų taškų visumą, mechaninę sistemą – kaip materialiųjų taškų sistemą. Bendruoju atveju tokios sistemos mimasės materialųjį tašką veikia vidinės ir išorinės jėgos. Pirmųjų atstojamają pažymėkime antrųjų – . Kai greičiai nedideli (vi<<c) ir taškų masės nekinta, antrąjį Niutono dėsnį užrašome taip:
= +
čia - I-tojo taško spindulys vektorius. Mechaninei sistemai antrasis Niutono dėsnis atrodo taip:
= +
Kadangi vidinių jėgų suma lygi nuliui,
m =
Pažymėkime = . reiškia tam tikro taško, vadinamo masių centru, spindulį vektorių.
m = m = .
Čia = =- masių centro pagreitis, o = - masių centro greitis.
Taigi mechaninės sistemos masių centras juda taip, kaip judėtų išorinių jėgų veikiamas materialusis taškas, kurio masė lygi sistemos masei. Uždarosios sistemos išorinės jėgos neveikia ( = 0), todėl ir = 0 ir =const, t.y. masės centras juda tiesiai ir tolygiai arba yra rimties būsenoje. Todėl, pvz., sprogus minai, atskiros jos dalys lekia skirtingomis kryptimis, o masių centras nejuda.

Judesio kiekio tvermės dėsnis

Panagrinėkime mechaninę sitemą, kurią sudaro du masių m1 ir m2 kūnai, judantys greičiais ir . Tarkime, kad kūnai susiduria, ir smūgio metu, aišku, veikia vienas kitą: antrasis pirmąjį jėga , pirmasis antrąjį Jei sistema nėra uždara, pirmąjį kūną veikiančių išorinių jėgų atstojamoji , antrąjį – Antrasis Niutono dėsnis kūnams:
= +; = + .
Sudedame dešiniąsias ir kairiąsias lygybių puses, įvertinę, kad = – ( III N. d. )
(m1 + m2= + .
Jei sistemą sudaro ne du, o N kūnų:
= =;
čia Smii yra sistemos bendras judesio kiekis, o Si – ją veikiančių išorinių jėgų geometrinė suma. Taigi, jei sistema nėra uždara, jos judesio kiekį keičia tik išorinės jėgos, jei sistema uždara
= 0, o Smi = const.
Ši formulė išreiškia judesio kiekio tvermės dėsnį: uždarosios sistemos judesio kiekis, sistemos viduje vykstant kokiems nors procesams, yra pastovus.
Judesio kiekio tvermės dėsniu pagrįstas visų reaktyviųjų variklių darbas. Juose degant kurui susidaro didelio slėgio dujinai degimo produktai. Dideliu greičiu besiveržiantys pro variklio išmetimo vamzdį – tūtą, jie turi didelį judesio kiekį. Tokio pat modulio, tik priešingos krypties judesio kiekį įgauna ir pats variklis, sujungtas su raketos korpusu.
Raketos buvo žinomos jau senovės Kinijoje. XVII a. viduryje lietuvis K.Simonavičius pirmą kartą pasaulyje iškėlė daugiapakopių raketų idėją.
1969 m. amerikiečių raketa ‘Saturnas V’ nugabeno du kosmonautus į Mėnulį. ‘Saturnas V’ – 86m aukščio 3-ų pakopų raketa. Pirmosios pakopos penki varikliai išvysto 32 MN traukos jėgą, kas sekundę sudegindami 14 t kuro. Degimo produktai iš tūtos išsiveržia apie 2,5 km/s greičiu. Kuras – žibalas, oksidatorius – skystas deguonis. Starto masė (su erdvėlaiviu) – 2824 t.

Mechaniniu judėjimu vadiname kūnų arba jų dalių padėties kitimą erdvėje ir laike. Šį judėjimą tirianti fzikos dalis vadinama mechanika. Makroskopinių kūnų, judančių mažais ( lyginant su šviesos greičiu ) greičiais, judėjimą tiria klasikinė, judančių artimais šviesos greičiui greičiais – reliatyvistinė mechanika. Mechanikos kurse dažnai naudojamos materialiojo taško ir atskaitos sistemos sąvokos.
Materialusis taškas fizikoje – tai materialusis kūnas, kurio matmenys labai maži lyginant su kitų kūnų matmenimis arba su atstumais nagrinėjamoje situacijoje ( pateikti pavyzdžių ).
Atskaitos sistema fizikoje – tai atskaitos kūnas ( ar kūnų grupė ) plius per jį ( ją ) išvestoji koordinačių sistema plius prietaisas laikui skaičiuoti ( pateikti pavyzdžių ). Materialiojo taško padėtį atskaitos sistemoje nusakome trimis koordinatėmis x, y, z arba spinduliu vektoriumi Pastarąjį galima išreikšti jo komponentėmis:
=++. Čia - vienetiniai vektoriai ( ortai ), kurių kryptys atitinka ašų ox, oy, oz kryptis.Klasikinėje mechanikoje erdvė ir laikas yra absoliutūs, kitaip tariant jie nuo laiko nepriklauso ir nekinta.

Greitis, jo projekcijos ir komponentės
Sakykime, kad, judant materialiajam taškui, jo padėtį atskaitos sistemoje nusakančio spindulio vektoriaus galas iš taško A per laiko tarpą pasislinko į tašką B,atlikdamasposlinkį ir nueidamas kelią , lygų trajektorijos ilgiui. Poslinkis – vektorius, jungiantis pradinį ir galinį trajektorijos taškus, kelias – skaliaras:

Judėjimo spartą apibūdinantis dydis <> = vadinamas vidutiniuoju greičiu. Jo kryptis sutampa su vektoiaus D kryptimi. Per nykstamai trumpą laiką dt atliekamas elementarusis poslinkis d, o greitis beveik nepakinta. Šis greitis vadinamas momentiniu greičiu :
= lim =,
ir lygus spindulio vektoriaus pirmajai išvestinei laiko atžvilgiu Momentinio greičio vektorius lygiagretus trajektorijos liestinei.
Trumpėjant laikui Dt, kelias ( lanko ilgis ) artėja prie poslinkio modulio, todėl greičio modulis
v = lim=lim=
yra lygus nueito kelio pirmajai išvestinei laiko atžvilgiu. Sprendžiant įvairius uždavinius, kartais yra patogu išskaidyti greičio vektorių į komponentes, kurių kryptys sutampa su Dekarto koordinačių sistemos ašų kryptimis:

arba
Greičio projekcijos vx, vy, vz atitinkamose koordinačių ašyse yra lygios materialiojo taško atitinkamų koordinačių išvestinėms laiko atžvilgiu:
vx = dx/dt, vy = dy/dt, vz = dz/dt.
Seka, kad greičio modulis ‘
=
Suintegravę lygybę ds = vdt laiko atžvilgiu, randame per laiką Dt nueitą kelią:
s = (*)
Tolyginio judėjimo atveju ( v = const ) lygybė (*) įgauna tokią išraišką:
s =

Materialiojo taško judėjimo pagreitis

Netolyginio judėjimo atveju svarbu žinoti, kaip sparčiai kinta greitis. Greičio kitimo spartą charakterizuoja pagreitis.
Sakykime, kad materialioo taško greitis taške A laiko momentu t yra .Praėjus laikui Dt trajektorijos taške B greitis jau bus = +D
Netolyginio judėjimo vidutiniu pagreičiu laiko intervale nuo t iki t + Dt vadinamas vektorinis dydis, lygus Dir Dt santykiui:

o šio santykio riba
= lim
momentiniu pagreičiu ( pagreičiu ).
Kadangi greitis lygus spindulio vektoriaus pirmajai išvestinei laiko atžvilgiu, tai pagreitis

Pagreičio vektoriaus komponentės

Pagreičio projekcijos koordinačių ašyse

Pagreičio vektoriaus modulis
Taigi materialiojo taško pagreitis lygus jo greičio pirmajai arba spindulio vektoriaus antrajai išvestinei laiko atžvilgiu. SI pagreičio vienetas yra metras sekundei kvadratu ( m/s2 ).
Jeigu kūnas netolygiai juda kreive, greičio pokyčio vektorių D galima suskaidyti į dvi komponentes D ir D ( D||, o , jeigu taškas B būtų arti taško A, D^).

Pirmoji komponentė lygi greičio modulio pokyčiui per laiką Dt, antroji išreiškia greičio krypties pokytį. Santykio Dvt/Dt riba vadinama tangentinio pagreičio moduliu:
at = lim
Antroji pagreičio dedamoji(modulis) – normalinis arba įcentrinis pagreitis – išreiškiama taip:
an = lim
Pilnasis kūno pagreitis lygus geometrinei tangentinio ir normalinio pagreičių sumai: = = + .
o jo modulis
Pagal pagreičio dedamąsias judėjimą galima skirstyti į : a) at = 0, an = 0 – tiesiaeigį tolyginį;
b) at = a = const; an = 0 – tiesiaeigį tolygiai greitėjantį:
at = a = Dv/Dt;
v = v0 + at;
s =v0t+at2/2;

• at = 0, an = const – tolyginį judėjimą apskritimu;
• at = const, an ¹ 0 -kreivaeigį tolygiai kintamą judėjimą apskritimu.

Kietojo kūno slenkamasis judėjimas
Kūnai, kurie normaliosiomis sąlygomis pasižymi patvaria forma, vadinami kietaisiais. Jeigu konkrečioje situacijoje kūno deformacijų galima nepaisyti, pastarąjį vadiname absoliučiai kietu.
Slenkamasis judėjimas yra toks, kai visi kūno taškai pasislenka vienodai arba bet kuri kūne nubrėžta tiesės atkarpa išlieka lygiagreti pati sau ( kūnui judant ):

Paveiksle matyti, kad .
Išdiferencijavę gauname ryšį tarp taškų A ir B judėjimo greičių:
= + ;
= 0, nes nekinta nei vektoriaus AB modulis nei kryptis, todėl = , analogiškai = .
Taigi, absoliučiai kietam kūnui slenkant, jo visų taškų greičiai, pagreičiai bei trajektorijos yra vienodi. Todėl slenkanttį kietąjį kūną galima traktuoti kaip materialųjį tašką.
Sukamasis judėjimas ir jo kinematinės lygtys
Sukamojo judėjimo samprata. Skirsime du sukamojo judėjimo atvejus : sukimąsi apie ąšį ir sukimąsi apie tašką ( polių ). Jeigu bent dviejų besisukančio kūno taškų greičiai lygūs nuliui, reiškia kūnas sukasi apie ąšį, einančią per tuos taškus ( Žemė ir kitos planetos, variklių velenai ir t.t. ). Kūnas sukasi apie polių, kai nejuda tik vienas taškas, o visi kiti juda sferų paviršiais ( giroskopas ).
Sukamasis judėjimas charakterizuojamas posūkio kampu, kampiniu greičiu ir kampiniu pagreičiu ( kinematinės charakteristikos ), inercijos bei judesio kiekio momentais ir kinetine energija ( dinaminės charakteristikos ).
Kampinis greitis ir pagreitis. Sukantis apie pastovią ašį materialiajam kūnui, visi jo taškai ( neesantys ašyje ) juda apskritimais plokštumose, statmenose sukimosi ašiai. Sakysime, kažkoks taškas A brėžia spindulio Rapskritimą ( 2.1 pav.):

Posūkio kampo Dj ir laiko tarpo, per kurį tašką A su sukimosi ašimi jungiantis spindulys pasisuko, santykis vadinamas vidutiniuoju kampiniu greičiu , o šio santykio riba _ kampiniu greičiu :
= ,

• = lim = .

Kampinio greičio vektorius ( 2.2 pav.) nukreiptas išilgai sukimosi ašies ( žiūrint vektoriaus kryptimi, kūnas sukasi pagal laikrodžio rodyklę ).
Kūnui sukantis netolygiai, kampinis greitis kinta. Sakysime, dydžiu D kampinis greitis pakito per laiko tarpą Dt. Santykį
=
vadiname vidutiniuoju kampiniu pagreičiu, o šio santykio ribą
= lim = ;
kampiniu pagreičiu.Kampinio pagreičio vektoriaus kryptis sutampa su kampinio greičio pokyčio d kryptimi.
Tolygiai kintamai besisukančio taško kampinis greitis ir posūkio kampas išreškiami taip:

Linijinio ir kampinio greičių ryšys. Per laiko tarpą Dt ( 2.1. pav.) taškas A nueina kelią Ds = RDj , todėl šio taško linijinio greičio modulis
v =lim =lim = R lim = R = Rw .
Matyti, kad besisukančio kūno visų taškų kampiniai greičiai vienodi, o linijiniai, jeigu skirtingi taškų atstumai nuo sukimosi ašies, nevienodi.
Normalinio ir tangentinio pagreičių modulių ryšys su kampinio greičio ir pagreičio moduliais :
an = = Rw2;
at= = ( Rw ) = Re.

Fizikos objektas. Fizika yra vienas iš gamtos mokslų ( pats žodis ‘physis’ graikų kalboje reiškia gamtą ), tiriantis bendriausias medžiagos ir lauko savybes, struktūrą ir judėjimo dėsningumus. Sąlyginai ji skirstoma į struktūrinę fiziką, sąveikų arba laukų fiziką ir judėjimo fiziką.
Pirmoji tiria visus žinomus medžiagos struktūrinius elementus-elementariąsias daleles, atomus, molekules ir jų darinius ( plazmą, dujas, skysčius, kietuosius kūnus ). Antroji tiria lauką kaip sąveikos perdavimo mechanizmą. Žinomi keturi sąveikų tipai: stiprioji, elektromagnetinė, silpnoji ir gravitacinė. Trečioji apima klasikinę mechaniką ( Niutono ), Einšteino reliatyvistinę mechaniką, nereliatyvistinę ir reliatyvistinę kvantinę mechaniką. Didelius mikrodalelių sambūrius tiria statistinė fizika. Šių klausių nagrinėjimas ir sudarys fizikos kurso turinį.
Fizikos ryšys su kitais mokslais
Fizika yra fundamentalusis mokslas, nagrinėjantis pagrindinius gamtos dėsnius, o technikos mokslai yra taikomieji. Jie sprendžia praktines problemas, susijusias su visuomenės poreikiais. Taikomieji mokslai, tarp jų ir techniškieji, yra savo laiku atsiskyrrę nuo fizikos. Jie remiasi fundamentaliųjų mokslų atrastais dėsniais, todėl būtent fizika yra technikos mokslų teorinis pagrindas. Mokslo istorija žino daug pavyzdžių, kai fizikos atradimai sukėlė technikos revoliuciją ( pvz., atradus elektromagnetinę indukciją, išsivystė elektrotechnika, išvysčius branduolinę fiziką, tapo įmanoma branduolinė energetika ir t.t. ).
Žinoma, moderni technika, savo ruožtu, padeda fizikos vystymuisi ( modernūs matavimo prietaisai, eksperimento technika, skaičiavimo technika )
Fizikos dėsniai
Dėsniai nusako tarp tam tikrų fizikinių dydžių objektyviai egzistuojančius sąryšius ir juos kiekybišškai išreiškia formulėmis. Tačiau dėsniui nustatyti naudojamasi įvairaus tikslumo faktais, gautais tam tikromis sąlygomis. Dėl to kai kurie fizikos dėsniai nėra absoliučiai teisingi, o tinka tik tam tikromis sąlygomis ( pvz., antrasis Niutono dėsnis gerai tinka tik pastovios masės kūnui, judančiam mažu greičiu, lyginant su šviesos greičiu c ). Visai kitaip, kai dėsnis užrašytas čia kūno, dalelės judesio kiekis. Ši forma tinka klasikinėje, reliatyvistinėje ir kvantinėje fizikoje. Dėsniai, kurių taikymo sritis labai plati, vadinami fundamentaliaisiais dėsniais ( inercijos, judesio kiekio bei jo momento tvermės dėsniai, energijos tvermės dėsnis ir kt. ). Pastarieji ne išvedami, o yra atrasti, jie galioja visuose mums žinomuose procesuose. Nefundamentalieji dėsniai yra pirmųjų atvejai, t.y. jie iš jų išplaukia kaip išvados, taigi jie išvedami.
Fizikinių dydžių matavimo vienetai
Fizikinai dydžiai-tai matuojamos fizikinių objektų ( kūnų, laukų, procesų ) charakteristikos, savybės. Tarp daugumos fizikinių dydžių yra tam tikri ryšiai, kurie nusakomi dėsniais ir užrašomi formulėmis. Todėl vienus fizikinius dydžius galima išreikšti kitais. Fizikiniai dydžiai, kuriais išreiškiami visi kiti dydžiai, vadinami pagrindiniais. Jie pasirenkami laisvai, dažniausiai žiūrint patogumo, tradicijų ir kt. Pasirinkus pagrindinius dydžius ir jų vienetus sudaroma atitinkama vienetų sistema. Visi kiti fizikiniai dydžiai išreiškiami šiais pagrindiniais dydžiais. Tam panaudojami gamtos dėsniai arba turintys prasmę fizikinių dydžių sąryšiai.
1960 m. nustatyta vieninga tarptautinė vienetų sistema – SI. SI pagrindiniai dydžiai yra ilgis, masė, laikas, termodinaminė temperatūra, elektros srovės stipris, šviesos stipris ir medžiagos kiekis. Atitinkami pagrindiniai vienetai – metras, kilogramas, sekundė, Kelvinas, amperas, kandela ir molis. Visų kitų fizikinių dydžių vienetai išvedami.Be paminėtųjų sisteminių vienetų naudojami jų kartotiniai bei daliniai vienetai, kurie sudaromi dauginant ar dalijant tą matavimo vienetą iš 10 atitinkamame laipsnyje.
Be pagrindinių ir išvestinių vienetų dar yra du papildomieji SI vienetai. Jais matuojamas plokščiasis kampas ir erdvinis kampas. Plokščiojo kampo vienetas – radianas ( rad ) – lygus kampui tarp dviejų apskritimo spindulių, išpjaunančių lanką, kurio ilgis llygus apskritimo spinduliui R. Išreiškus laipsniais 1 rad lygus 57o17¢45’’.
Erdvinio kampo vienetas - steradianas ( sr ) – lygus erdviniam kampui, kurio viršūnė yra sferos cetras ir kurį ribojantis sferinis kūginis paviršius išpjauna sferos plotą S, lygų sferos spindulio kvadratui R2.

Elektros kruvis. Kruvio tankis.
Elektros kruvis yra daleliu ar kunu abipusines elektromagnetines saveikos intensyvumo matas. Nustatyta, kad esama dvieju rusiu elektros kruviu. Elektrono kruvis yra neigiamas, o protono – teigiamas. Elektros kruviams galioja aditivumo principas: sudetingu medziagu daleliu ar kunu elektros kruvis yra lygus ji sudaranciu elektringuju saleliu kruviu algebrinei sumai. Atomo ar molekules teigiami kruviai kompensuoja neigiamus, del to normaliai visi kunai elektriskai yra neutralus. Vienodo zenklo kruviais ielektrinti kunai vienas kita stumia, o skirtingo zenklo – traukia. Tarptautineje vienetu sistemoje SI kruvis matuojamas kulonais (C). Elektros kruvio tvermes desnis: kad ir kokie procesai vyktu elektriskai izoliuotoje sistemoje, jos kruviu algebrine suma, laikui begant, nekinta. Atlikus labai tikslius bandymus su elektringomis dalelemis, prieta prie isvados, jog elektros kruvio didumas ir zenklas nepriklauso nuo ju judejimo, t.y. nuo atksiatos sistemos. Taigi elektros kruvis yra invariantinis dydis.
Tolydinis elektros kruviu pasiskirstymas apibudinamas kruvio tankiu. Kai kuvis pasiskirstes isilgai linijos, kalbama apie ilgini tanki cia dl- nykstamai maza linijos elementas, isilgai kurio pasisikirstes kruvis dq. Baigtiniame linijos ilgyje l pasiskirstes kruvis . Vienetai yra kulonas metru (C/m). Kai elementriajame pavirsiuje dS yra paissikirstes kruvis dq, kruvio pavirsiniu tankiu vadiname dydi Vienetai (C/m2). Kai elementariajame turyje dV yra pasisikirstes kruvis dq, kruvio turinis tankis Vienetai (C/m3).
Kruviu saveika. Kulono desnis. Elektrine konstanta.
Elektromagenetines jegas, kuriomis veikia vienas kita ielektrinti nejudantys kunai, vanimae elektrostatinemis arba kulono jegomis. Kulonas nustate nejudanciu ielektrintu kunu saveikos desni: dvieju taskiniu elektros kruviu elektrostatines saveikos jega yra tiesiog proporcinga tu kruviu q1 ir q2 sandaugai ir atvirksciai proporcinga atstumo tarp ju r kvadratui. Vektorine israiska ir Nagrinekime atveji, kai taskiniai kruviai saveikauja vakuume. Tuomet formules visus dydzius isreiske Si vienetais, turesime
Elektrostatinsi laukas. Lauko stipris.
Dydis E vadiname elektrinio lauko stiprumu. Jis moduliu ir kryptimi sutampa su jega, kuria elektrinis laukas veikia teigiama taskini vienetini kruvi. Kai kruvis q‘<0, jegos F kryptis yra priesinga lauko stiprumo E krypciai. Gauname sitokia taskini elektros kruvi veikiancios jegso formule Kai elektrini lauka vakuume sukuria nejudantis taskinis kruvis q, gauname tokia elektrostatinio lauko stiprio modulio israiska: . Elektrostatines saveikos jegoms galioja superpozicijos principas: kiekviena kruviu q‘ ielektrinta materialuji taska veikianciu elektrostatiniu jegu atstojamoji F yra lygi ji veikianciu atskiru jegu Fi geometrinei sumai, t.y. Formule elektrostaikoje isreiskiamas lauku superpozicijos principas.
Darbas, atliekamas perkeliant kruvi elektriniame lauke. Elektrinio lauko vektoriaus cirkuliacija.

Dydis vadinamas elektrinio lauko stiprumo vektoriaus cirkuliacija. Skaitine verte ji lygi darbui, kuri atlieka elektrinio laujo jegos, pekeldamos uzdara trajektorija vienetini taskini kruvi.
Elektrostatinio lauko petencialas. Taskinio kruvio potencine energija ir lauko potencialas.
Taskinio kruvio q‘ potencines energijos santyki su kruvio didumu pazymekime . Dydi φ vadiname elektrosatinio lauko tasko potencialu. Lauko tasko potencialas skaitine verte lygus tame taske esancio vienetinio taskinio kruvio potencinei energijai.
Elektrinio lauko stiprio ir potencialo rysys.
Kiekvienas elektrostatinio lauko taskas apibudinamas dvejopai: vektoriumi – lauko stiprumu ir skaliaru – potencialu. Vektoriaus E projekcijos Dekarto koordinaciu asyse uzrasomos sitaip: . Kadangi vektorius, tai Si lygybe uzrasoma paparasciau panaudojus vektorini diferencijavimo operatoriu, vadinama nabla operatoriumi: Sis operatorius dar vadinamas gradiento operatoriumi ir zymimas grad. Tuomet Taigi elektrostatinio lauko stiprumas yra lygus potencialo neigiamam gradientui. Lauko stiprumo SI vienetas yra voltas metrui (V/m).
Elektrinis dipolis.
Elektriniu dipoliu vadiname sistema, sudaryta is dvieju vienodo didumo ir priesingo zenklu taskiniu kruviu +q ir -q, atstumas tarp kuriu l yra mazas, palyginti su atstumu iki nagrinejamuju lauko tasku. Per abu kruvius nubrezta tiese vadinama dipolio asimi. Dipolio petimi vadiname vektoriaus l, kurio kryptis yra isilgai dipolio asies nuo neigiamo kruvio link teigiamo, o modulis lygus atstumui. Dipolio teigiamo elektros kruvio ir jo peties andauga vadinama elektriniu dipoliniu momentu .
Dipolio elektrostatinio lauko tasko potencialas:
Dipolio elektrostatinio lauko stiprumas:
Gauso teorema.
Taskonio kruvio elektrostatinio lauko stiprumo srautas pro ji gaubianti uzdaraji pavirsiu nepriklauso nei nuo to pavirsiaus formos, nei nuo matmenu. Sia formule elektrostatikoje matematiskai isreiskiama Gauso teorema: elektrostatinio lauko stiprumo vektoriaus srautas pro bet koki uzdaraji pavirsiu yra tieisog proporcingas to pavirsiaus gaubiamu elektros kruviu algebrinei sumai.
Dielektrikai. Ju polerizacija.
Dielektriku arba izoliatoriumi, vadinama medziaga, kruioje laisvuju kruvininku koncenracija yra labai maza, del to dielektrikai blogai praleidzia elektros srove. Elektringosios daleles molekuleje pasiskirsciusios nesimetriskai, tai teigiamu ir neigiamu elektros kruviu centrai yra nutole vienas nuo kito atstumu l. Tokia molekule yra panasi i elektrini-dipoli ir vadinama poline molekule. Is poliniu molekuliu sudarytas dielektrikas vadinamas poliniu. Simetrisko strukturos molekuliu teigiamu ir neigiamu elektros kruviu centrai sutampa. Todel isorinio elektrinio lauko neveikiamos tokios molekules neturi elektrinio dipolinio momento. Jos vadinamos nepolinemis, atitinkamai is ju sudaryti dielektrikai – nepoliniais.
Dielektrikas vadinamas poliarizuotu, kai P≠0. Taigi sis dydis yra poliarizacijos kiekybinis matas ir vadinamas dielektriko poliarizuotumu, aba poliarizacijos vektoriumi. SI vienetas (C/m2).
. Tik nuo dielektriko molekuliu savybiu priklausantis nedimensinis dydis vadinamas medziagos dielektiniu jautriu. Aptartoji dielektriko poliarizacija atsiranda, kai elektronai pasislenka molekuleje, todel ji vadinama elektronine, arba deformacine, poliarizacija.
Dielektriko poliarizacija, kuri atsiranda laukui orientuojant dipoliu elektrinius momentus, vadinama orientacine poliarizacija. Elektrinio lauko stiprumu srityje ir poliniam dielektrikui galioja lygybe: .
Elektrostatinis laukas dielektrike.
Nuo dielektriko savybiu priklausanti nedimensini dydi, pazymeta vadiname dielektriko santykine dielektrine skvarba. Visu dielektriku χ>0, todel ju ε>1. Tik vakuume ε=1. Taigi poliarizuotame vienalyciame izotropiniame dielektrike elektrostatinio lauko stiprumas yra ε kartu mazsnis negu vakuume.
Segnetoelektrikai.
Segnetoelektrikų pavadinimas kilęs iš pirmosios ištirtos šio tipo medžiagos- segneto druskos. Nuo paprastų dielektrikų segnetoelektrikai skiriasi keliomis ypatybėmis: 1. Daugumos dielektrikų santykinė dielektrinė skvarba yra nedidelė- retai kurių siekia 100. Tuo tarpu segnetoelektrikų ε gali siekti keletą tūkstančių. 2. Paprastų dielektrikų dielektrinė skvarba nepriklauso nuo elektri­nio lauko stiprumo, o segnetoelektrikų- priklauso. 3. Segnetoelektrikų santykinė dielektrinė skvarba taip pat labai pri­klauso nuo temperatūros. 4. Visiems segnetoelektrikams būdingas dielektrinės histerezės reiškinys. Paveiksle parodytas segnetoelektriko poliarizuotumo P priklausomybės nuo jų poliarizuojančio elektrinio lauko stiprumo grafikas. Iš pradžių stiprinant elektrinį lauka, poliarizuotumas didėja 1 kreive iki soties. Lauką pamažu silpninant iki 0, mažės pagal kreivę 2, kol pasiekia P0 ši vertė vadinama liktiniu poliarizuotumu. Dabar, silpninant lauką, poliari­zuotumas kinta pagal kreivę 3. Kreivė P=f(E) vadinama histerezes kilpa.
Gauso teorema dielektrikui. Elektrine slinktis.
Taigi elektrines slinkties srautas pro uzdaraji pavirsiu yra lygus to pavirsiaus gaubiamu laisvuju kruviu algebrinei sumai. Tai yra Gauso teorema dielektrikui.
. Dydi D vadiname elektrines slinkties vektoriumi, arba tiesiog elektrine slinktimi. Is gauso teoremos formuleje elektrines slinkties vektorius D isreiskiamas dvieju skirtingos prasmes vektoriu goemetrine suma. Taciau atsizvelge i sarysius , lygybe perasome: . SI vienetas (C/m2).
Elektrostatinis laukas įelektrintame laidininke ir ties jo paviršiumi.
Normaliomis sąlygomis laidininkas kaip ir kiti kunai yra elektriskai neutralus. Suteikus jam perteklini, arba nesukompensuotaji kruvi jis gana greit pasiskirsto laidininke ir nusistovi makroskopine pusiausvyra, oji galima tik tada kai elektrinio lauko stiprumas lygus 0. Tokia busena vadinama statine. Is lygybes gauname , arba Taigi laidininke visų taškų potencialas φ pasidaro vienodast.y. visas jo turis ekvipotencialinis. Vadinasi, perteklinis statinis elektros kruvis laidininko viduje elektrinio lauko nesukuria. Pritaike Gauso teorema betkokiam uzdarajam pavirsiui, esanciam laidininke,gauname , nes laidininke E ir jam proporcingas D, lygus 0. Taigi toks pavirsius pertekliniu kruviu negaubia (q=0). Is cia isplaukia kad perteklinis statinis kruvis pasiskirsto tik laidininko pavirsiuje kuris taip pat yra ekvipotencialinis.
Ielektrinto laidininko elektrine talpa.
Ivairiems laidininkams suteikus vienoda kruvi, ju potencialas pakinta skirtingai, todel laidininka tikslinga apibudinti santykiu kuris nepriklauso nuo kruvio vertes. Dydis C vadinamas laidininko elektrine talpa. Talpos Si ienetas yra faradas (1F=1C/1V). Kondensatoriu sudaro du laidininkai, atskirti plonu dielektriko sluoksniu. Ikrauto kondensatoriaus elektrodu kruviu moduliai visuomet yra lygus, o ju zenklai – priesingi. Todel kondensatoriaus kruviu vadinamas jo vieno elektrodo kruvio modulis q. Kondensatoriaus kruvio ir elektrodu potencialu skirtumo modulio santylis vadinamas kondensatoriaus talpa: . Ploksciojo kondensatoriaus elektrines talpos formule: .
Elektrinio lauko energija ir energijos tankis.
Elektromagnetines bangos sukelia ivairius energinius reiskinius: indukuoja sroves, ikaitina kunus ir t.t., taigi jos neturi energijos. Tai rodo, kad ielektrinto kuno savoji energija yra lokalizuota elektriniame lauke, ir ja galima vadinti elektrinio lauko energija. Todel, sukuriant elektrini lauka, atliekamas darbas. Elektrinio lauko energijos erdviu pasisikrstyma apibudina lygybe nustatytas energijos turinis tankis: . Cia dWp – lauko, esancio turyje dV, energijos kiekis. Taigi lauko energijos turinis tankis skaitine verte yra lygus vienalycio lauko turio vieneto energijai.
Nuolatine laidumo srove. Sroves stipris ir tankis.
Kryptinga elektrinuju daleliu ar ielektrintu kunu judejima vadiname elektros srove. Pagal judejima sukeliancias jegas skirtomos laidumo ir konvekcine sroves. Laidumo srove yra elektringuju daleliu kryptingas judejimas, kuri sukelia elektrinis laukas.
Sroves stiprumu vadinamas dydis . Taigi elektros sroves stiprumas yra sklaliarinis dydis, kurio skaitine verte lygi per laiko vieneta pro laidininko skerspjuvi pernestam elektros kruviui. Srove, kurios kryptis laike nesikeiia, vadinama nuolatine srove. Nuolatine srove, kurios stiprumas nesikeicia, vadiname pastoviaja nuolatine stove. Si sroves vienetas amperas (A).
Detaliau srove apibudina vektorinis dydis j, kuris vadinamas elektros sroves tankiu. Elektros sroves tankis skaitine verte lygus stiprumui sroves, kuri prateka pro laidininko skerspjuvio, statmeno sroves krypciai, ploto vieneta. Si sroves tankio vienetas yra (A/m2).
Klasikines elektronines metalu laidumo teorijos pagrindai.
Ja 1900 m sukure vokieciu fizikas P. Drude ir veliau ispletojo olandu fizikas H. Lorencas. Metalo valantiniu elektronu siluminiam judejimui tinka vienatomiu idealiuju duju desniai, todel Drude pavadino juos elektroninemis dujomis. Pagal, sia teorija, elektronai susidurineja su jonais, todel jiems taikytina laisvojo lekio savoka, o ju schaotisko judejimo kinetine energija apskaiciuojama is idealiosioms dujoms isvestos formules cia m – elektrono mase, T – absoliutine temperatura, – elektronu greiciu kvadratu vidurkis.
Omo desnis.
Santyki vadiname grandines dalyje veikiancia elektrovaros jega. Ji rodo pasaliniu jegu darba perkeliant vienetini kruvi. Tarptautineje vienetu sistemoje elektrovaros jega, kaip ir elektros potencialas, matuojama voltais. Grandines dalyje veikianti elektrovaros jega lygi 1V, jeigu darbas, kuri atlieka pasalines jegos, perkeldamaos isilgai tos dalies 1C kruvi, yra lygus 1J.
Omo desnis, uzrasytas nevienalytei grandineis daliai: . Dydis U=IR vadinamas grandines dalies itampa, arba itampos kritimu. Kaip isplaukia is formules, grandines dalies elektrine itampa lygi darbui, kuri atlieka lektrostatines ir pasalines jegos, perkeldamos toje grandines dalyje vienetini teigiama kruvi.
Laidininko savybe priesintis elektros srovei vadinama jo elektrine varza. Varza nuolatinei srovei vadinama omine varza. Si varzos vienetas Omas.
Specifine (savitoji) varza lygi varzai medziagos kubo, kurio krastine 1m. Si specifines varzos vienetas yra ommentras (Ω*m).
Nesavaiminsi islydis dujose. Rekombinacija.
Procesas, kai susidure ivairiazenkliai laisvieji kruvininkai isnyksta, vadinamas rekombinacija. Sis procesas yra atvirkstinis jonizacijai ir vyksta visuomet kartu su ja. Rekombinacijos parta apibudinama insykstanciu turio vienete per laiko vieneta jonu poru skaiciumi. Kuo didesne priesingu zenklu jonu koncentracija, tuo didesne tikimybe jiems susidurti ri rekombinuoti. Rekombinacijos sparta uzrasoma taip: .
Elektros sroves tekejimas dujomis vadinamas elektros islydziu. Islydis, kuris vyksta isorinio jonizatoriaus jonizuotose dujose, vadinamas nesavaiminiu. Nustojus veikti jonizatoriui, nesavaiminis islydis nutruksta. Kai elektrinis laukas yra silpnas, tai n= √g/r, t.y. koncentracija n nepriklauso nuo elektrinio lauko stiprumo. Šiuo atveju srovės tankis . Vadinasi, kai elektrinis laukas yra silpnas, nesavaiminiam išlydžiui galioja Omo desnis, nes prie E esantis daugiklis nuo lauko stiprumo nepriklauso.
Savaiminis islydis dujose. Duju islydzio tipai.
Islydis, kuris vyksta ir nustojus veikti isoriniam jonizatoriui, vadinamas savaiminiu. Kad, jis vyktu, butinai tokie procesai, kuriuose vis susidarytu naujos ivairiazenkliu daleliu poros. Dazniausiai jas sukuria smugine jonizacija. Savaiminio išlydžio yra keturi tipai: vainikinis, kibirkštinis, laukinis ir žėrintis, arba rusenantis. Plačiau pakalbėkime apie pastarąjį. Tai – savaiminis išlydis praretintose dujose. Išlydžio vamzdelyje sudarius elektrinę įtampą ir retinant dujas, atsiranda gyvatėlės pavidalo švytintis elektrinis išlydis. Kai dujų slėgis pasidaro apie 5 mm Hg (~ 660 Pa), švytintis ruožas vamzdelyje išsiplečia ir suskyla į kelias sritis (brėžinys (66 psl.)). Ties katodu, nuo jo atskirta tamsia siaura Astono sritimi 1, yra šviečianti katodinė plėvelė 2. Nuo jos anodo link matoma silpnai švytinti sritis 3, vadinama katodo tamsiuoju tarpu. Ji labai kontrastuoja su rusenančiojo švytėjimo sritimi 4. Šios sritys sudaro rusenančiojo išlydžio katodinę dalį. Rusenančioji išlydžio sritis 4 palaipsniui pereina į Faradėjaus tamsųjį tarpą 5. Likusią vamzdžio dalį užpildo švytintis teigiamas stulpas 6. Nuo jo priklauso išlydžio vamzdžio optinės savybės. Išlydžiui palaikyti jis nebūtinas.
Termoelektrine emisija. Ricardsono ir Dasmano formule.
Elektrono islaisvinimo darbas yra lygus energijos kiekiui, kurio reikia elektronui, kad islektu is kietojo ar skystojo kuno i vakuuma, neturedamas kinetines energijos. Tarp islekusio elektrono ir sio kruvio veikia Kulono traukos jega. .
Islekti is kuno gali tik tie elektronai, kuriu energija ne mazesne kaip elektronu islaisvinimo darbas. Elektronu spinduliavimas is ikaitusiu kunu i vakuuma ar aplinka vadinamas termoelektronine emisija.
Ricardsono ir Dasmano formule: .
Duju plazma.
Esant aukštai dujų temperatūrai, jos gali būti jonizuojamos – susidaro teigiami, neigiami jonai, elektronai. Medžiagos būsena, kai jos molekulės jonizuotos, vadinama plazma. Ji visumoj yra neutrali. Pasaulio medžiagos 99,9% susidaro iš plazmos. Plazma yra geras laidininkas. Ją gauti galima 2 būdais: 1) Kaitinant iki aukštų temperatūrų (T>105 K); 2) Sudarant dujų išlydį (T<105 K, gauname žemos temperatūros plazmą). Potencialo kitimas šalia krūvininko , čia LD – Debajaus ekranavimo spindulys. Priklauso nuo temperatūros ir dalelių koncentracijos. LD= √T/n. Laikoma, kad dėl ekranavimo plazmoje kiekvienas krūvininkas sąveikauja tik su tais krūvininkais, kurie yra apie jį apibrėžtoje Debajaus spindulio sferoje. Šių krūvininkų skaičius vadinamas Debajaus skaičiumi. Jis išreiškiamas taip: ND= 4/3* πL3Dn. Debajaus skaičius yra svarbiausia plazmos charakteristika.
Magnetinis laukas ir magnetine indukcija.
Kinijoje buvo zinomos mineralo magnetito nepaprastos savybes: jis traukia plieninius daiktus, laisvai pakabintas pasisuka siaures – pietu kryptimi. Tokiomis savybemis pasizymincius kunus pavadino magnetais, o sias ju savybes (ir atitinkamus reiskinius) – magnetizmu. Bandymais irodyta, kad nuolatinis magnetas, elektros srove ar judantis ielektrintas kunas kuria makroskopini magnetini lauka. GAMTOS DESNIS: kiekvienas laike kintantis elektrinis laukas kuria magnetini lauka ir atvirksciai – kiekvienas kintantis magnetinis laukas kuria elektrini lauka.
Svarbiausia magnetinio lauko charakteristika yra magnetine indukcija B. Santykis nuo remelio magnetinio momento nepriklauso. Sis dydis, vadinamas magnetine indukcija, yra magnetinio lauko tasko charakteristika. Jis apibreziamas sitaip: vienalycio magnetinio lauko magnetine indukcija skaitine verte yra lygi sroves remeli, kurio magnetinis momentas lygus vienetui, veikianciam didziausiam sukimosi momentui.
Bio ir Savaro desnis.
Dydis μ vadinamas aplinkos santykine magnetine skvarba. Naudojant Si vienetus, k= μ0/4π, o pastovus dydis μ0 = 4π*10-7 H/m vadinamas magnetine konstanta. Jos si vienetas yra henris metrui.
Bio ir Savaro desnis magnetinei indukcijai isreiskiamas sitaip: .
Pilnutines sroves desnis.
. Si lygtis matematiskai isreiskia pilnutines sroves desni laidumo srovems: muolatiniu elektros sroviu kuriamo magnetinio lauko indukcijos vektoriaus cirkuliacija uzdaru konturu yra lygi to konturo juosiamu sroviu algebrinei sumai.
Magnetinis srautas. Gauso teorema magnetiniam laukui.
Magnetines indukcijos vektoriaus B srautas (magnetinis srautas) pro bet kokio ploto S pavirsiu isreiskiamas taip pat kaip ir bet kokio vektoriaus srautas . Magnetinio srauto Si vienetas veberis: 1Wb = 1T*1m2=1V*1s.
Kiekvieno magnetinio lauko indukcijos vektoriaus srautas pro bet koki ploto S uzdaraji pavirsiu visuomet lygus nuliui . Si formule isreiskia Gauso teorema magnetiniam srautui. Pritaike formule kiekvienam magnetinio lauko taskui, Gauso teorema uzrasome taip: . Tai diferencialine Gauso toeremaos israiska.
Ampero jega. Ampero desnis.
si jega vadinama Ampero jega. Ji yra didziausia, kaip vektoriai dl ir B tarpusavyje statmeni, ir lygi nuliui, kai jie koliniarus. Ampero jegos kryptis nusakoma dvieju vektoriu vektorines sandaugos taisykle arba is jos isplaukiancia kairiosios rankos taisykle.
Ampero desnis: dvieju lygiangreciu be galo ilgu ir plonu laidu, kurias teka sroves, kiekviena ilgio metra veikianti jega yra tiesiog proporcinga sroviu stiprumu sandaugai ir atvirksciai proporcinga atstumui tarp laidu.
Remelis, kuriuo teka srove vienalyciame magnetiniame lauke.
Nagrinėjame rėmelį, kuriuo teka srovė ir kuris yra patalpintas elektriniame lauke. Rėmelio priešingos kraštinės yra lygios l1 ir l2. Kiekvieną rėmelį veikia Ampero jėga. Priešingose kraštinėse srovės juda priešingomis kryptimis, todėl ir jėgos yra priešingų krypčių. F1=-F3 ir F2=-F4. Todėl jų suma F1+F2+F3+F4=0. Todėl pastovus magnetinis laukas rėmeliui slenkamojo judesio nesuteikia. Jėgos F2 ir F4 yra nukreiptos išilgai sukimosi ašies, todėl sukamajam judėjimui reikšmės neturi. Kadangi vertikaliosiomis kraštinėmis tekančios srovės kryptis yra statmena krypčiai, tai . Taigi vertikaliąsias kraštines veikia jėgų dvejetas, kuris verčia rėmelį pasisukti. Jėgos petys . Tada sukimo momento modulis čia S=l1l2 – rėmelio ribojamo paviršiaus plotas. - kampas tarp ir vektorių, - srovės rėmelio magnetinio momento modulis. Rėmelis sukasi tol kol jo magnetinis momentas nepasidaro lygiagretus indukcijai . Rėmelio energija .
Kruvininku judejimas elektromagnetiniame lauke.
kiekvieną elektringąją dalelę elektriniame lauke veikia elektrinė jėga , čia q0 – dalelės krūvis. Judanti dalelė, kuria savo magnetinį lauką, todėl išorinis magnetinis laukas ją veikia magnetine jėga: . Kai dalelės krūvis q0>0, tai magnetinės jėgos kryptis nusakoma vektorių ir sandaugos taisykle, jei q0<0, tai jos kryptis priešinga. Magnetinė jėga visada statmena dalelės judėjimo krypčiai, todėl ji darbo neatlieka, tik keičia dalelės judėjimo trajektoriją. Elektromagnetinis laukas krūvininką veikia jėga: Ši jėga vadinama Lorenco jėga ir yra fundamentali.
Elektromagnetine indukcija.
M. Faradejus atrado elektromagnetines indukcijos reiskini: kai kinta laidu konturu veriantis magnetini ssrautas jame atsiranda elektrovaros jega. Faradejus priejo isvados, kad indukcine elektrovaros jega nepriklauso nuo magnetinio srauto kitimo priezasties, o priklauso tik nuo jo kitimo spartos, tai yra elektromagnetines indukcijos pagrindinis desnis. Si formule vadinama Faradejaus elektromagnetines indukcijos desniu.
Lenco taisykle: indukuotoji srove teka tokia kryptimi, kad jos pacios kuriamas magnetinis laukas priesinasi tm magnetinio lauko kitimui, del kurio atsiranda srove.
Saviindukcija.
Sis dydis vadinamas konturo (grandines) induktyvumu. SI induktyvumo vienetas henris (1H=1Wb/1A).
Jeigu del koku nors priezasciu kinta laidus konturo ribojama pavirsiu kertantis suristasis magnetinis srautas, tai jame taip pat indukuojasi elektrovaros jega. Sis reiskinys vadinamas saviindukcija. Pagal Faradejaus desni, saviindukcijos elektrovaros jega
Abipuse indukcija.
Kinant srautui Ф1, pirmajame konture indukuojasi evj εi1. Taigi, kai ienu is siu konturu teka kntamoji srove, kitame indukuojasi evj. Sis reiskinys vadinamas abipuse indukcija, o proporcingumo koeficiemtas L21 ar L12 – konturu abipusiu induktyvumu.
Magnetine lauko energija ir jos tankis.
Pagal energijos tvermes desni lygybe suintegrave reziuose nuo o iki I, gauname sroves magnetinio lauko energijos israiska: . Taigi, sukuriant magnetini lauka, tam tikras energijos kiekis W perkeliamas is sroves saltinio i elektros grandine supancia erdve.
Sakykime, vienalycio magnetinio lauko energija W yra pasiskirsciusi turyje V; jos turiniu tankiu vadinamas dydis Jis skaitine verte lygus vienalycio magnetinio lauko, esancio vienetiniame turyje, energijai.
Medziagos imagnetejimas.
Makroskopinio kuno magnetinis momentas yra lygus visu ji sudaranciu mikrodaleliu magnetiniu momentu geometrinei sumai. Jei kumo magnetinis momentas nelygus nuliui, tai ji skuria magnetini lauka – sakome, kad kunas yra imagnetintas. Jo imagnetinimo laipsnis nusakomas vektoriniu dydziu J, vadinamas imagnetejimu. . Vadinasi, tolygiai imagnetinto kuno imagnetejimas skaitine verte yra lygus medziagos turio vieneto magnetiniam momentui.
Diamagnetizmas ir paramagnetizmas.
Sis dydis vadinamas diamagnetiko megnetiniu jautriu. Jis yra nedimencinis dydis. Neigiamas jo zenklas rodo, kad medziagos imagnetejimas J isoriniame megnetiniame lauke yra priesingos krypties negu imagnetinancio magnetinio lauko vektoriu H. teigiamas dydis yra paramagnetiko magnetinis jautris. Paramagnetizmu vadinamas medziagos savybe isoriniame magnetiniame lauke isimagnetinti lauko kryptimi. Nedimencinis dydis vadinamas medziagos santykine magnetine skvarba.
Feromagnetikai.
Feromagnetikais vadinami tokie metalai, kuriuose B‘≥B0. Jiems priklauso 9 cheminiai elementai: gelezis, nikelis, kobaltas ir 6 lantanidu grupes elementai. Be to, feromagnetikai yra keliu feromagnetiniu elementu, feromagnetiniu ir neferomagnetiniu elementu ir netgi kai kuriu neferomagnetiniu elementu lydiniai. Jie turi keleta labai idomiu savybiu: jie gali buti issimagnetine savaime (spontaniskai). Kad feromagnetikas visiskai issimagnetintu, ji reikia paveiki priesingos krypties stiprumo Hk magnetiniu lauku. Si ismagnetinancio lauko stiprumo verte vadinama koerciniu lauko stiprumu. Feromagnetika veikiant pakankamo stiprumo periodiskai kintamu magnetiniu lauku, jo imagnetejimas kis pagal kreive 1-2-3-4-5-6-1. Si kreive vadinama magnetines histerezes kilpa. Visi feromagnetikai pasizymi tikrai temperaturoje, zemesneje negu tam tikra, kiekviename feromagnetikui budinga, temperatura Tk, vadinama Kiuri tasku. Kai temperatura yra zemesne uz tos medziagos Kiuri taska, tokiuose kritaluose tam tikros jegos elektronu savuosius magnetinius momentus orientuoja lygiagreciai. Taip medziagoje susidaro savaiminio imagnetejimo sritys – domenai. Feritais vadinami sudetingieji gelezies ir kitu metalu oksidu kompleksiniai kritaliniai junginiai. Daznai suinkaama trivalentes gelezies oksido ir vieno ar keliu, dazniausiai dvivalenciu, metalu oksidu junginiu.

PUSLAIDININKIŲ ELEKTRINĖS VARŽOS PRIKLAUSOMYBĖS NUO TEMPERATŪROS TYRIMAS

Darbo tikslas
Ištirti puslaidininkio varžos priklausomybę nuo temperatūros.
Teorinė dalis
Kintant kūnų temperatūrai, kinta jų elektrinis laidis, taigi ir elektrinė var­ža. Metalų (pvz. vario, geležies ir kt.) varža, temperatūrai kylant, didėja, o puslaidininkių ir dielektrikų (pvz. silicio, germanio, kadmio sulfido ir kt.) -mažėja. Apibūdinti varžos priklausomybei nuo temperatūros įvedamas tem­peratūrinis varžos koeficientas.Tai santykinis varžos pakitimas, pakėlus temperatūrą vienu laipsniu.
Temperatūrinis varžos koeficientas nėra pastovus dydis, bet priklauso nuo temperatūros.

1/T

Darbo užduotis
Nustatyti puslaidininkinio termorezistoriaus vairžos priklausomybę nuo temperatūros, išskaičiuoti aktyvacijos energiją.
Metodiniai nurodymai
1. Sujunkite 2 paveiksle pavaizduotą matavimo schemą.

Matavimo schema. Čia Rx – puslaidininkinis termorezistorius, K – kalorimetras su alyva, t - termometras, S – kaitinimo spiralė.

2. Išmatuokite termometru talyvos temperatūrą. Išmatuokite termorezis­toriaus varžą Rx reochordiniu tilteliu. Tiltelio varžą parinkite tokią, kad per galvanometrą netekėtų srovė. Šios varžos dydis lygus puslaidininkinio termorezistoriaus varžai Rx..
3. Įunkite kaitinimo spiralę, šildykite puslaidininkinį termorezistorių ir kas 5 C iki 70°C matuokite puslaidininkinio termorezistoriaus varžą.
4. Matavimo rezultatus surašykite į pirmą lentelę.
5. Nubrėžkite grafiką.
6. Išskaičiuokite aktyvacijos energiją E:

čia RM,RN -varžos, kai temperatūros TM,TN.
∆E skaičiuokite trims skirtingoms temperatūrų poroms ir suraskite vidu­tinę reikšmę:

∆E išreiškiame J ir eV . 1eV = 1,6 · 10-19 J.

7. Skaičiavimo rezultatus surašykite į lentelę.

t,°C	Rx,Ω	T,°K	1/T,K-1	lnRx	ΔE,J	ir eV
17	2500	290	0.00344	7.844	5.755*10-20 2.263*10-20 4.532*10-20	4.183*10-20J 0.2614eV
22	2050	295	0.00339	7.625
27	1925	300	0.00333	7.563
32	1800	305	0.00328	7.496
37	1750	310	0.00322	7.467
42	1600	315	0.00318	7.378
47	1450	320	0.00313	7.279
52	1350	325	0.00308	7.208
57	1280	330	0.00303	7.155
62	1025	325	0.00298	6.932
67	940	340	0.00294	6.846
72	810	345	0.00289	6.697

RATO INERCIJOS MOMENTO NUSTATYMAS

Darbo tikslas:
Susipažinti su sukamojo judėjimo dėsniais ir nustatyti rato inercijos momentą svyravimų ir sukimo metodais.
Darbo eiga:

I. Rato inercijos momento nustatymas svyravimo metodu

1. Pasveriame rutuliuką ir surandame jo masę m ir įvertiname paklaidą Δm.

m1 = 0,096 kg Δm = 0,0001 kg

1. Liniuote išmatuojame atstumą nuo sukimosi ašies iki rutuliuko centro L, įvertiname paklaidą ΔL.

L = 0,29 m ΔL = 0,001m

1. Įtvirtiname rutuliuką ant rato ir pastarąjį atlenkiame nedideliu kampu nuo pusiausvyros padėties.
2. Išmatuojame kelių 10 rato svyravimų laiką ir apskaičiuojame svyravimų periodą T, įvertiname paklaidą ΔT: T=t/n, ΔT=Δt/n

T = 40/10 = 4 s ΔT=0,1/10 = 0,01 s

1. Gautus duomenis įstatome į formulę ir apskaičiuojame inercijos momentą:

Inercijos momento paklaidą paskaičiuojame pagal formulę:

II. Rato inercijos momento nustatymas svyravimo metodu

1. Pasveriame rutuliuką ir surandame jo masę m ir įvertiname paklaidą Δm.

m2 = 0,102 kg Δm = 0,0001 kg

1. Išmatuojame slankmačiu ritinio spindulį r, įvertiname paklaidą Δr.

r = 0,0175 m Δr = 0,0001m

1. Leidžiame rutuliukui kristi. Sekundometru išmatuojame kritimo laiką t. Apskaičiuojame kritimo aukštį h, įvertiname paklaidas Δt, Δh.

t = 28 s Δt = 0,1 s h = 1,1 m Δh = 0,0001 m

1. Apskaičiuojame rato inercijos momentą pagal formulę:

1. Rato inercijos momento paklaidą apskaičiuojame pagal formulę:

Palyginame rezultatus gautus pirmojo ir antro bandymo metu:

m1 = 0,096 kg m2 = 0,102 kg
Ix = 0,1 kgm2 Ix = 0,11 kgm2
ΔIx = 0,0009 kgm2 ΔIx = 0,012 kgm2

Nuo 1990 iki 2001 į orą išmestų šiltnamio dujų kiekis Lietuvoje mažėjo ir 2001 metais sudarė mažiau nei trečdalį 1990 m. kiekio, tačiau nuo 2002 metų (1 pav.), dėl augančio energijos poreikio, 2003
m. šių išmetamųį atmosferą teršalų kiekis pradėjo didėti, tačiau perėjimas prie rinkos ekonomikos, pabrangę energijos ir kiti gamtos ištekliai paskatino veiksmingiau juos naudoti. Todėl toks didėjimas kol kas nekelia grėsmės Lietuvos įsipareigojimams pagal Kioto protokolą. Šiuo metu į orą išmestų šiltnamio dujų kiekis (CO2 ekvivalentu) šalyje sudaro tik apie 4 t/gyventojui ir yra vienas mažiausių tarp Europos valstybių (3-15 t/gyventojui.).

1 pav. Į atmosferą išmetamo šiltnamio dujų kiekio dinamika Lietuvoje (CO2 ekvivalentu)

Lietuvoje į atmosferą išmestų šiltnamio dujų kiekis padidėjo nuo 14,5 mln. t 2001 m. iki 20,3 mln. t 2004 metais. Šalies bendrasis vidaus produktas per tuos metus išaugo 26,2 proc. palyginamosiomis 2000 metų kainomis. Nors išmetamųį atmosferą šiltnamio dujų kiekis didėja palyginti lėtai (dvigubai lėtesnis nei BVP augimas), tačiau ne taip lėtai, kaip reikalauja darnaus vystymosi strategijos numatyti tikslai, nors dar ir nekelia grėsmės mūsų įsipareigojimams pagal Kioto protokolą.

2 pav. „Pagrindinių pramonės, energetikos ir transporto išmetamų į atmosferą teršalų kiekis“

Ekologiškų automobilių plėtra

Privatūs automobiliai yra atsakingi už 40 procentų globalinio atšilimo ir oro taršą pažeminiu ozonu (smogu), taip pat už sunaikinimą didelių plotų žalumos ir sukrečiančių mastų kančių sukeltų dėl automobilių avarijų. Automobiliai kasdien nužudo daugiau 3000 žmonių, tai yra 9/11 visų tragedijų kiekvieną dieną, pasak 2003 Jungtinių Tautų ataskaitos.
Automobilio nuosavybės svajonė plis tol, kol nafta išliks gausi ir pigi. Tačiau geologai ir ekonomistai, kurie studijuoja naftos verslą, neseniai išspausdino daugybę knygų su žavingais pavadinimais “Pabaiga naftai”, kurios įspėja, kad mes greitai, o gal būt jau dabar pasiekėme globalinę naftos išgavimo viršūnę. Todėl stambiausios automobilių firmos kuria ar jau yra sukūrusios naujos kartos automobilius, kurių išmetamų į orą žalingų dujų kiekis yra smarkiai sumažintas arba jo išvis nėra.
Šiandien ekologiškai nekenksmingų („žaliujų“) automobilių projektus Japonijoje turi “Toyota” , “Nissan” bei “Honda”. Kai dėl “Mitsubishi”, tai ši kompanija kol kas eina kiek kitokiu keliu. Ji nekuria automobilio su elektros varikliu, bet dar labiau tobulina savo išrastąją tiesioginio benzino įpurškimo sistemą GDI, kuri jau netrukus leistų absoliučiai visuose “Mistubishi” modeliuose montuoti tik GDI variklius, sutaupančius iki 30 proc. degalų ir į aplinką išmetančių apie 30 proc. mažiau kenksmingų medžiagų.
“Mistubishi” siekia, kad 2010 metais vidaus rinkoje būtų pardavinėjami tik automobiliai su GDI sistemos varikliais. Šiandien “Mitsubishi” modelių spektre – 40 proc. automobilių su GDI varikliais. Netrukus variklį su tiesioginio benzino įpurškimo sistema turės ir naujasis “Nissan” modelis “Leopard”.

“Žalieji” automobiliai – dar tik įsibėgėja

Vargu ar šiandien kas drįstų nuspėti rinkos tendencijas, kiek pasaulyje galėtų būti nuperkama “žaliųjų” automobilių. Japonijos užsienio prekybos ir pramonės ministerijos skaičiavimais, 2010 metais pasaulio keliais turėtų važinėti apie 2,4 mln. “žaliųjų” automobilių – varomų elektros variklių arba turinčių hibridinius jėgos agregatus.
Tai, kad vidaus degimo varikliai dar ilgai dominuos automobiliuose, sutinka ir patys motorų kūrėjai. Anot jų, degalų įpurškimo sistemų bei degimo proceso patobulinimai tradiciniams varikliams leidžia veikti švariau ir taupiau, todėl brangiems kuro elementams su jais konkuruoti bus nelengva.
Oro tarša susirūpinusiai Europai yra ir kita išeitis – hibridiniai automobiliai, t.y. varomi ir benzininiu, ir elektros agregatais. Specialistų teigimu, elektros varikliai padeda efektyviau išnaudoti benzininius, o kartu į aplinka išskiriama mažiau teršalų.
Tačiau ir šioje srityje senutė Europa kol kas pasigirti negali – skirtingai nuo JAV bei Japonijos, mūsų žemyne hibridiniai modeliai tebėra ne itin paklausūs. Pavyzdžiui, JAV nuo 2000-ųjų buvo parduota 260 000 pirmojo serijinio pasaulyje hibrido “Toyota Prius” modelių, o Europoje šis skaičius siekia vos 41 tūkstantį. Bet tai nėra svarbiausia. Labai svarbu yra tai, kad “Toyotai” kiek kita linkme nei buvo prieš tai pavyko pakreipti automobilių projektavimo inžinerinės minties vystymąsi, japonų gamintojams pavyko sukurti naujus standartus, pagal kuriuos nauji modeliai turėtų būti projektuojami rytoj. Tai yra savotiškas “Toyotos” orientyras konkurentams.
Pereidami prie “žaliųjų” automobilių, japonai tam turi aibę objektyvių priežasčių. Jų tvirtinimu, jau kito amžiaus pradžioje, kuomet pasaulio keliuose atsiras milijonai naujų modelių, o juos daugiausiai pirks šiandien neturtinga Kinija ir Indonezija, kainos benzinui padidės mažiausiai dvigubai. Kartu aplinkos užterštumas bei globalus oro atšilimas pasieks maksimalią stadiją, todėl anbsoliučiai visų šalių vyriausybės neišvengiamai privalės įsivesti kuo griežtesnius ekologinius reikalavimus, ypač vieniems didžiausių aplinkos teršėjų – automobiliams. Galvodami apie ateitį, japonų automobilių gamintojai ir skiria po 2 mlrd. JAV dolerių kasmet “žaliųjų” automobilių kūrimo technologijų tobulinimui.
“Toyota” jau davė startą vadinamosioms “žaliosioms” technologijoms automobilių pramonėje ir iškart čia užėmė pasaulio lyderio pozicijas šioje srityje, pasiruošusi “žaliosioms” technologijoms tobulinti išleisti ne vieną milijardą “žaliųjų” dolerių. Po Japonijos rinkos užkariavimo, kur “Prius” parduodamas jau nuo 1997 metų gruodžio, “Toyota” persimetė į Šiaurės Ameriką, bet iki Europos dar neatėjo.
Būtent “Toyota Motor” ėmėsi vadovauti pereinant nuo dabartinių, “įprastų” automobilių prie “žaliųjų”, nuo benzininių ir dyzelinių variklių pereinant prie hibridinių (pagal energijos šaltinius) transporto priemonių. Artimiausias tikslas – sukurti tokį automobilį, kuris dviejų variklių – vidaus degimo benzininio ir elektrinio pagalba su vienu litru benzino sugebėtų nuvažiuoti 28 kilometrus.
Toyota yra neginčijama lyderė hibridinių technologijų srityje; šiandien keliuose galima pamatyti apie 150 000 Toyota hibridinių automobilių – Prius, Estima Hybrid ir Crown. Toyota yra pirmoji automobilių gamintoja pasaulyje, pradėjusi gaminti ir pardavinėti masinės gamybos hibridinį automobilį – Toyota Prius. Dabar Toyota užima didžiausią dalį pasaulinėje hibridinių automobilių rinkoje.
Toyota hibridinė technologija, vienas esminių pasiekimų, sukurta pačių Toyota specialistų. Toyota yra žinoma kaip įvairių technologijų kūrėja, pavyzdžiui, minėtinos aukšto lygio baterijos, kompaktiški našiai dirbantys varikliai, variklio valdymo sistema ir regeneracinė stabdžių sistema. Tobulinant automobilio kuro kameros technologiją ir diegiant panašius sprendimus, pasirodė hibridinis automobilis su kuro kamera ir pirmasis pasaulyje komercinis automobilis su kuro kamera.

Japonai dairosi ir į Ameriką

Dar viena priežastis, kodėl Japonijos gamintojai jau šiandien susirūpino ekologiškai švaresnių modelių gamyba – Amerikos rinka, kur taip pat įvedami gerokai griežtesni ekologiniai standartai automobilių išmetamosioms dujoms. Pavyzdžiui, dar 1997 metų rudenį “Honda” JAV rinkai pasiūlė naująjį “Accord” variantą, kurio išmetamųjų dujų kenksmingumo charakteristikos yra net 30 proc. geresnės nei ankstesniojo “Accord” modelio. Antra vertus, po trijų metų Kalifornijos valstijoje įsigalios įstatymas, pagal kurį kiekvienas automobilių gamintojas, šiai valstijai tiekiantis lengvuosius automobilius, iš dešimties siūlomų pirkti naujų automobilių vieną privalės pasiūlyti su nuliniu išmetamųjų dujų koeficientu. Ir jei patys Amerikos gamintojai šiandien apie tai dar negalvoja, “Toyota” bei “Honda” tai jau padarė.

Ką mąsto europiečiai?

Rimtą konkurenciją kuriant “žaliuosius” automobilius japonams turėtų sudaryti ir Vokietijos automobilių koncernai. Pavyzdžiui, “Audi” Vakarų Europos vartotojams jau šiandien išsimokėtinai siūlo pirkti “žalią” modelį “Duo” su kombinuotu jėgos agregatu, sudarytu iš rūgštinių švino akumuliatorių, elektros variklio bei dyzelinio variklio su turboįpūtimu.
Miesto modelis “Smart” (bendras “Daimler Benz” bei šveicarų laikrodžių firmos “Swatch” projektas) dar šiais metais turėtų būti gaminamas su vadinamaisiais kuro elementais. “Mercedes Benz” po penkerių metų turėtų pradėti gaminti ir hibridinį modelį.
Kaip sako ekspertai, jau netrukus “Toyota Prius” modeliui atsiras labai rimtas konkurentas – serijiniu būdu išleidžiamas hibridinis “Cadillac Evoq”.
Kartu automobilių gamintojai Jungtinėse Amerikos Valstijose ir Europoje taip pat nesėdi sudėję rankų. Pirmasis europietiškas automobilis su hibridiniu jėgos agregato įvadu – “Fiat Multipla Ibrida” turėtų pasirodyti šių metų rudenį. Bet tiek europiečiai, tiek ir amerikiečiai skirtingai nei japonai kol kas labai skeptiškai vertina tokių automobilių masinės realizacijos perspektyvas.
Kartu “Didysis Detroito Trejetas” – GM, “Ford” bei “Chrysler”, o taip pat vokiečiai taip pat skiria milijardines investicijas elektromobilių bei hibridinių transporto priemonių kūrimui, variklių su tiesioginėmis kuro įpurškimo sistemomis tobulinimui, etanolio, metanolio ir vandenilio junginių kaip automobilių kuro panaudojimui.

Ekologiškų automobilių modeliai

“Toyota Prius”

Pirmą kartą prie “Prius” modelio kūrimo “Toyota” apsistojo prieš penketą metų. Tuomet keturi kompanijos inžinieriai gavo užduoti išsiaiškinti, kokiais automobiliais žmonės norėtų važinėti XXI amžiaus pradžioje. Po vienerių metų intensyvių tyrinėjimų kompanijos vyriausiasis konstruktorius Učijamada priėjo išvados, kad kaip tik laikas rengtis automobilio, kuris būtų funkcionalus esant energijos šaltinių deficitui gamybai. Naujieji automobiliai, pasak specialistų, vidutiniškai privalo būti 30 proc. taupesni už dabar gaminamus. Konstruktoriai pasirinko hibridinį variantą, kuriame pagrindinės sudedamosios dalys yra elektros variklis, talpi baterija ir benzininis variklis. Per dvejus metus “Toyotos” inžinieriams pavyko sukurti naujojo modelio jėgos sistemą, kuri šiandien yra “Prius” modelyje. Tarptautiniu prizu apdovanotas Toyota Prius yra ekologiškas mieste, tačiau jis jokiu būdu nenuvils jūsų ir keliaujant užmiestyje. Jis yra varomas elektrinio variklio ir 1.5 litro darbinio tūrio benzininio variklio, kuris yra visiškai naujas “Toyotos” kūrinys. Maksimalus šio automobilio greitis – 160 km/h, o įsibėgėja iki 100 km/h jis per 13,6 s. “Prius” vidutiniškai sunaudoja tik 5,1 litrą benzino 100 km (mišrus EEC ciklas). Tačiau visų svarbiausia – tai padeda sumažinti kenksmingų medžiagų emisijos normas. Net 70% mažiau iškiriama CO, NOx ir angliavandenilio, 0 CO2 emisija šių naujų technologijų pagalba sumažėjo dvigubai. Per metus šiuo automobiliu nuvažiavus 20 tūkst. kilometrų, anglies dvideginio į aplinką patenka viena tona mažiau.

“Toyota Prius” hibridinė technologija

Toyota Prius – THS (Toyota hibridinė sistema). Tai pirmas pasaulyje masiniu būdu gaminamas hibridinis automobilis. Kaip veikia THS?
Pavyzdžiui, stoviniuojant miesto kamščiuose, automobilio ratus varo tik ekologiškas elektros variklis. Kai tik jūs pradedate greitėti, įsijungia benzininis variklis, kuris suka generatorių, maitinantį elektros variklį ir padedantį sukti ratus. Visa tai veikia itin darniai. Galios paskirstymas yra reguliuojamas elektroniniu būdu ir optimizuoja naudingumo koeficientą. Automobilyje “Toyota Prius” įmontuota hibridinė sinergetinė pavara (HSP), kuri nuolat derina optimalų 1,5 l VVT-I benzininio variklio bei galingo elektros variklio (apie 400 Nm sukimo momentas, nuo 0 iki 1200 aps./min.) veikimą.
Pervedant variklį į darbo padėtį speciali skirstomoji “split” sistema siunčia dalį energijos ant vedančiojo veleno, kad pastarasis energiją perduotų ratams, kitą dalį energijos ta pati “split” sistema atiduoda generatoriui, gaminančiam elektros energiją. Pastaroji arba suka elektros variklį, arba patenka į didelės talpos akumuliatorių. Varikliai papildo vienas kitą. Tokia “išranki” transmisija ir leidžia pakaitomis dirbti tai benzininiam, tai elektriniam varikliui, tarp kitko, šių variklių darbo kaita vyksta automobiliui judant. Akumuliatorius ir elektros variklis dažniausiai naudojami važiuojant lėtai, važiuojant vidutiniu greičiu gali dirbti ir abu varikliai, o prie didelio greičio – benzininis. Esant būtinybei automobiliui staigiai pagreitėti (aplenkti kitą automobilį ar pan.) ar važiuojant į kalną, akumuliatorius elektros varikliui pasiunčia papildomos energijos. Kai automobilis ima lėtėti ir įjungiami stabdžiai, variklis kinetinę energiją verčia elektrine ir ją per specialų invertorių siunčia į akumuliatorių. Tokiu būdu automobilis pats važiuodamas save apsirūpina reikalinga elektros energija. Tokiu būdu akumuliatoriuje kaupiama elektros energija gerokai padidina efektyvų degalų naudojimą, antra vertus, automatinio variklio automobilio atjungimo sistema sustojus prie šviesoforo, taupų degalų sunaudojimą dar labiau padidina. Automobiliui važiuojant labai dideliu greičiu (daugiau kaip 130 km/val.), elektros variklis taip pat “padeda” benzininiam tiek , kad benzininis variklis galėtų dirbti ekonomiškame “taupumo” režime. Kaip tvirtina specialistai, degalų panaudojimo efektyvumas bandant modelį su hibridiniu jėgos agregatu padidėja 100 proc., o bandant modelį vien su benzininiu varikliu – apie 80 proc.

Hibridinių variklių privalumai

Hibridiniai varikliai papildo vienas kitą kompensuodami vienas kito trūkumus ir lemia geresnes važiavimo savybes. Nors vienas iš hibridines sistemas sudarančių elementų yra elektros variklis, tačiau jis nereikalauja išorinio įkrovimo šaltinio, kitaip nei elektra varomi automobiliai. Hibridiniai automobiliai gali būti įvairios konstrukcijos.
Nuosekliųjų hibridinių sistemų veikimo mechanizmas yra toks: variklis per generatorių gamina elektros energiją, kuri tiekiama baterijai arba perduodama tiesiai į ratus. Visais atvejais automobilis yra varomas elektros variklio. Idant emisijos rodikliai būtų kuo mažesni, kai variklis veikia optimaliai, ši sistema reikalauja didelės ir sunkios baterijos, kuri yra neefektyvi kuro sąnaudų bei dinamiškumo požiūriu.
Lygiagrečiosios hibridinės sistemos atveju elektros energijos šaltinis kinta – energija tiekiama iš baterijos, per benzininį variklį arba iš abiejų šaltinių. Tačiau degimo variklis negali veikti atskirai; ypač tai aktualu šilimo metu, siekiant užtikrinti mažą emisijos kiekį.
Toyota hibridinei sistemai būdingos abiejų šių sistemų -nuosekliosios ir lygiagrečiosios – savybės; toks derinys leido maksimaliai panaudoti šių sistemų privalumus. Ši sistema turi du variklius ir, priklausomai nuo važiavimo sąlygų, aktyvuoja vien elektros variklį arba abu variklius, idant būtų pasiektas optimaliausias lygis. Ši sistema leidžia varikliui dirbti atskirai, kaip nuoseklioji hibridinė sistema, sumažindama emisijos kiekį šilimo metu. Ji atitinkamai reguliuoja automobilio pagreitėjimą, tačiau jos baterija yra daug kokybiškesnė, panaši į lygiagrečiosios hibridinės sistemos, ir padeda išvengti įvairių problemų dėl automobilio valdymo.

Greitas hibridinis „Mini Cooper“

Nedidelis simpatiškas „Mini Cooper“ iki šiol ypatingomis charakteristikomis nepasižymėjo, tačiau perdirbtas į hibridinį elektromobilį jis bent jau žymiai pagreitėjo. Keturi elektriniai varikliai, po vieną ant kiekvieno rato, leidžia mašinytei pasiekti 100 km/h greitį per 4,5 sekundės, o maksimalus greitis – 240 km/h. Pasak Didžiosios Britanijos kompanijos „PML Flightlink“, sukūrusios šį koncepcinį modelį, bendra galia gali siekti 640 AG. Ši automobilio modifikacija gavo „Mini OED“ (quad electric drive) pavadinimą pagal naudojamų elektros variklių kiekį. Šitaip modifikuoto automobilio stabdžių sistema susideda iš regeneracinio įrenginio, grąžinančio beveik visą energiją į baterijas. Akumuliatorių įkrovimui užtenka palikti „Mini QED“ įjungtą į elektros tinklą nakčiai. Tokiam atvejui, jei akumuliatoriai visiškai išsikrautų, automobilyje yra ir benzininis 0,25 litro variklis. Kol kas „PML Flightlink“ nepaskelbė, ar pradės šio modelio komercinę gamybą.

Lexus GS 450h

Prabangus sportinis sedanas Lexus GS 450h su išskirtinėmis techninėmis charakteristikomis, prekyboje pasirodysiantis 2006 metais, yra antrasis automobilis, kuriame įdiegta Lexus hybrid drive technologija, ir pirmasis visiškai hibridinis automobilis, kurio galinius ratus varo priekyje sumontuotas variklis. Naująją hibridinę sistemą sudaro galingas 3,5 l V6 benzininis variklis ir nuolatinis magnetinis elektros variklis. Taigi bendra jų tiekiama galia siekia daugiau nei 300 DIN AG. GS 450h nuo 0 iki100 km/h pagreitėja per mažiau nei 6 sekundes, o jo kuro ekonomijos rodikliai yra tokie patys, kaip ir 4 cilindrų 2 litrų sedano. Be to, jam būdingas ypač mažas CO2 emisijos lygis, palyginti su panašiais automobiliais.

Civic Hybrid

“Honda Motor Co.” Japonijoje pradėjo pardavinėti naują sedaną “Civic Hybrid”, kurio vidutinės degalų sąnaudos 100 km – vos 3,39 litro. Tai kol kas taupiausias pasaulyje 5 vietų benzinu varomas modelis.
“Civic” jau ne pirmą kartą tampa įvairių sistemų “bandomuoju triušiu”. Būtent šiame modelyje buvo išmėgintos ir vėliau sėkmingai įdiegtos tokios variklių naujovės, kaip CVCC (1975 m. pristatytas pirmasis pasaulyje variklis, atitinkantis griežtus JAV aplinkosaugos reikalavimus) bei vožtuvų atsidarymo kintamų fazių sistema VTEC, dabar naudojama praktiškai visuose Honda varikliuose.
“Civic Hybrid” buvo kuriamas vadovaujantis 3 kriterijais: automobilis turi kuo mažiau teršti aplinką, automobilis turi būti erdvus ir praktiškas, variklis turi būti pakankamai galingas ir elastingas.
“Honda” inžinieriai “Civic” modeliui pritaikė hibridinę pavarą, kurios pagrindas – IMA (Integrated Motor Assist) sistema. Kaip pagrindinis energijos šaltinis naudojamas benzininis variklis, jam padeda elektros variklis/generatorius. Benzininis motoras naudojamas tik pradedant važiuoti ir įsibėgėjant, vėliau ratus suka elektros variklis. Kai automobilis lėtėja, elektros variklis pradeda veikti kaip generatorius, t.y. įkrauna akumuliatoriaus bateriją.
“Civic Hybrid” modelyje sumontuotas benzininis VTEC serijos 1,3 litro variklis su automatine išjungimo sistema. Pagrindinės i-DSI variklio naujovės – dvi uždegimo žvakės kiekvienam cilindrui ir savitos formos degimo kamera. Uždegimo žvakės skelia kibirkštį ne vienu metu, o paeiliui, abiejų žvakių kibirkšties pasirodymo momentas priklauso nuo variklio sūkių ir apkrovos. Toks dvitaškis sekvencinis uždegimas užtikrina efektyvų mišinio sudegimą visame alkūninio veleno sūkių diapazone.
Abi uždegimo žvakės išdėstytos įstrižai viena kitos atžvilgiu tam, kad liepsna tolygiai pasiskirstytų visoje degimo kameroje. Tokiu atveju mišinys greičiau sudega ir iš tam tikro kuro kiekio išgaunamas didžiausias įmanomas energijos kiekis. Intensyvus mišinio degimas visame sūkių diapazone ne tik sumažina detonacijos pavojų, bet ir gerokai padidina variklio pajėgumo rodiklius.
Automobiliui sustojus, vidaus degimo variklis iškart užgęsta ir sistema pereina į “laikino sustojimo” režimą. Norint pradėti važiuoti, nereikia sukti starterio, pakanka paspausti akceleratoriaus pedalą. Benzininio ir elektros variklių darbą kontroliuoja “Power Control Unit” (PCU) procesorius, o sukimo momentas ratams perduodamas per “Honda Multimatic S” belaipsnę transmisiją. Tokia kombinacija užtikrina itin mažas degalų sąnaudas ir komfortišką važiavimą.
“Civic Hybrid” kūrėjams teko spręsti nemažai netradicinių užduočių. Viena jų – kaip padaryti, kad dėl aukštos įtampos elementų panaudojimo nesumažėtų automobilio saugumas. Inžinieriai nusprendė sistemos akumuliatorių sumontuoti už užpakalinės sėdynės, t.y. tokioje kėbulo vietoje, kuri mažiausiai deformuojasi tiek priekinio, tiek šoninio, tiek užpakalinio smūgio metu. Taip pat mašinoje sumontuota apsauginė sistema, perspėjanti vairuotoją apie bet kokius elektros sistemos gedimus.
Hibridinis “Civic” beveik neteršia aplinkos, todėl turi Japonijos aplinkosaugos ministerijos sertifikatą. Šio modelio išmetamosiose dujose yra gerokai mažiau angliavandenilių, azoto oksidų ir kitų kenksmingų medžiagų nei automobiliuose su įprastais benzininiais varikliais. Ekologiniu požiūriu modernus netgi salonas, kurio dauguma minkštų apdailos detalių pagaminta iš įvairių dervų ir gali būti iki 90 proc. perdirbama.

BMW Hydrogen 7

Jau keletą metų BMW koncernas vykdo specialias programas „Clean Energy” ir „Efficient Dynamics“, kurių galutinis tikslas – vien tik vandeniliu varomas automobilis. BMW specialistų paskaičiavimais, toks automobilis galėtų būti sukurtas po kelių dešimčių metų.
Ateities technologijas pritaikydama jau šiandien, BMW kompanija įtakoja viso proceso paspartinimą. Kuo daugiau tokių automobilių važinės pasaulyje, tuo greičiau plėsis tam reikalingos infrastruktūros tinklas, visų pirma vandenilio degalinės. O besiplečianti infrastruktūra, žinoma, įtakos ir tokių technologijų plėtrą visuose automobiliuose.
Naujajame BMW Hydrogen 7 sumontuotas mišrus 6 l 260 AG ir 12 cilindrų variklis, kuris 100 km/h greitį leidžia išvystyti per 9,5 sek. Automobilyje yra du kuro bakai: pirmajame telpa 8 kg vandenilio, o 74 l tūrio antrasis yra skirtas benzinui. Įprastiniu režimu automobilis naudoja vandenilio kurą, o jam pasibaigus, automatiškai įjungiamas benzino režimas. Ant vairo esančių mygtukų pagalba degalų režimą bet kada gali pakeisti ir pats vairuotojas. Pilnu vandenilio baku automobilis gali nuvažiuoti 200 km atstumą, o, naudodamas abiejų bakų kurą, vairuotojas nesustodamas gali nuvykti net 700 km atstumą. Tad vairuotojas gali drąsiai nutolti nuo artimiausios vandenilio degalinės nebijodamas, kad jam pasibaigs kuras. Tokia dviguba technologija užtikrina automobilio praktiškumą, kol vandenilio degalinių infrastruktūra nėra visiškai išvystyta.
BMW Hydrogen 7, kurio bazei pasirinktas BMW 760i modelis, savo komfortu ir funkcionalumu nesiskiria nuo įprastinių BMW modelių – ypatingai plati standartinė jo komplektacija vairuotojui leidžia pajusti ne mažesnį vairavimo malonumą nei kituose 7 serijos BMW automobiliuose.
Pagrindinis vandenilio technologijos privalumas visų pirma yra tai, kad sumažinamas asmeninių automobilių išmetamų dujų kiekis, kadangi išskiria ne anglies dvideginį, o vandens garus. Antra, skirtingai nei benzinas ar kitas kuras, vandenilis yra praktiškai neišsenkantis šaltinis, todėl jo panaudojimo galimybės yra neribotos.

Vokiečiai sukonstravo 300 vietų miesto autobusą

Vokiečių inžinieriai pristatė didžiulio autobuso, kuris vienu metu gali vežti net 300 žmonių, prototipą. Autobusas gali važinėti siauromis miesto gatvėmis, užtenka ant kelio nubrėžti linijas.
Autotransporto priemonėje, pavadintoje “AutoTram”, įmontuotas hibridinis variklis ir sunkus smagratis, kuris stotelėse pradeda suktis ir suteikia “AutoTram” daugiau pagreičio, kai šis vėl pradeda važiuoti.
Prototipas, sukurtas Drezdeno Fraunhoferio transporto ir infrastruktūros sistemų instituto, yra 18 metrų ilgio, bet sujungę tokius tris į vieną gautume 56 metrų “kelių traukinį”, kuris iš viso gali vežti 300 žmonių.
Nors transporto priemonė yra su įprastomis guminėmis padangomis, inžinieriai sako, kad autobusas turi tramvajaus privalumus – didelę talpą ir jokios rizikos, kad bus nubrozdinti ar kitaip pagadinti istoriniai miesto centrų pastatai. Tačiau jam nereikia tiesti brangių bėgių ir elektros linijų.
“Jis turi optinę sekimo sistemą”, – aiškino vyriausias inžinierius Matjasas Klingeris (Matthias Klingner). Sensoriai ieško kelyje nupieštų linijų ir padeda vairuotojui nenuklysti nuo kelio. Galima valdyti visas tris prototipo ašis – tai padidina transporto priemonės manevringumą.
Energijos sistemą sudaro 80 kilovatų hibridinis variklis, kokius tiekia “Ballard Power Systems”, ir kompaktinis olandų pagamintas “CCM Nuenen” smagratis, kuris, kai autobusui reikia daugiau jėgos, papildomai duoda 325 kilovatus.
Inžinieriai paaiškino, kad pagrindinis variklis yra gana silpnas tokių gabaritų transporto priemonei, tačiau miestų autobusai visu pajėgumu dirba tik neilgai, startuodami. Todėl protingiau yra generuoti ir saugoti energiją, kol autobusas stovi stotelėje ar degant raudonam šviesoforo signalui.
Kiti hibridiniai automobiliai, pavyzdžiui, “Toyota Prius”, energiją saugo elektrinėje baterijoje, tačiau “AutoTram” inžinieriai yra įsitikinę, kad ją geriau saugoti kaip rotacinę energiją smagratyje, nes ji gali būti iškart gražinama ratams, kai to reikia.
Dar daugiau kuro gali būti sutaupyta panaudojant autobuso stabdžių energiją. Institutas teigia, kad “AutoTram” reikia 25 proc. mažiau kuro nei įprastiems miesto autobusams, be to, naujasis autobusas neteršia aplinkos, nes išmetamos dujos beveik šimtu procentų yra vandens garai.

Touran Hy-Motion

Tai “Volkswagen” vienatūris, kurio ratus suka galingas elektros variklis, o energiją jam tiekia vandenilinis energijos šaltinis. Serijinė šio vienatūrio versija su benzininiu arba dyzeliniu varikliu šiuo metu yra populiariausias Vokietijoje vienatūris. Po lenktyninio prototipo variklio gaubtu įrengtas 80 kW galios elektros variklis, kurio pagrindinis energijos šaltinis – ne akumuliatorius, o vandenilinis elementas.
Vandenilinis elementas yra ne kas kita, kaip gana sudėtingas cheminis reaktorius. Svarbiausia šio reaktoriaus dalis – reagentus atskirianti ypač plona membrana. Reakcijoje dalyvauja vandenilis ir deguonis. Vykstant reakcijai, vandenilis skaidomas į teigiamą ir neigiamą krūvį turinčias daleles (protonus ir elektronus). Protonai skverbiasi per membraną, o elektronai nukreipiami į išorinę elektros grandinę, kuria keliauja į kitą reakcijos rezervuaro pusę, kur vyksta medžiagų ir dalelių jungimasis. Elektros energija susidaro elektronams judant minėta išorine grandine. Į kitą membranos pusę patekę protonai susijungia su elektronais ir vandeniliu, taip sudarydami vandenį.
Reakcijai būtinas vandenilis laikomas specialiame automobilio bake, suspaustas 350 barų slėgiu, o deguonis gaunamas iš aplinkos oro. Specialiame bake šiuo metu telpa tik 1,9 kg vandenilio. Tai kiekis, atitinkantis maždaug 7,5 litro benzino. Kadangi elektros variklio naudingumo koeficientas yra ypač didelis, tokio vandenilio kiekio užtenka 160 kilometrų kelio.
Tylus ir beveik nevibruojantis variklis leidžia vandeniliniam “Touran Hy-Motion” nuo 0 iki 100 km/val. įsibėgėti per 14 sekundžių ir išvystyti maksimalų 140 km/val. greitį. Siekiant užtikrinti energijos tiekimo stabilumą, be cheminio reaktoriaus vienatūryje įrengtas 1,9 KWh talpos nikelio-metalo hidrido akumuliatorius, kurį įkrauna vandenilinio reaktoriaus arba stabdymo energija.
“Volkswagen” specialistai nuolat kuria koncepcijas, leidžiančias užtikrinti aukštą automobilio mobilumą su kuo mažesnėmis degalų sąnaudomis bei tarša. Dirbama įvairiomis kryptimis – tobulinamos įprastų benzininių bei dyzelinių automobilių konstrukcijos, ieškoma galimybių naudoti alternatyvius degalus (įvairių tipų biodyzeliną), bei kuriamos naujos energijos šaltinių rūšys – tokios, kaip čia jau aprašyta vandenilio skaidymo technologija.
Vandenilis ateityje gali įnešti dideles permainas pasaulio energijos balansuose, didindamas branduolinės energetikos svarbą.

Vandenilio mašinų ateitis Europoje – miglota

2006-08-21 Europos Sąjunga imasi konkrečių žingsnių populiarinant ekologiškai švariu kuru – vandeniliu – varomas transporto priemones. Tačiau skeptikai teigia, kad viltį Senajame žemyne pamatyti daug tokių automobilių stabdo pačios ES sukurtos direktyvos bei technologijų brangumas.
Neseniai Europos Komisija (EK) paskelbė apie preliminaraus projekto, kuriuo siekiama apibrėžti vandeniliu varomų transporto priemonių reglamentą, kūrimą.
“Vandenilį naudojantys automobiliai itin saugo aplinką, jie neišmeta į atmosferą dujų. Todėl Komisija siekia pagreitinti tokių mašinų kūrimą ir naudojimą”, – teigiama EK pareiškime.
Numatytas pirmas žingsnis – pritraukti partnerius būsimam projektui ir sukurti taisykles, užtikrinančias vandenilinių automobilių naudojimo saugumą. Kol kas neaišku, kas – gamintojai ar vairuotojai turi tapti atsakingi už saugų tokių transporto priemonių eksploatavimą.
“Tai yra būtina, nes vandenilis yra itin degi medžiaga”, – pareiškė Komisija. Ji ketina pradėti konsultacijas, kaip pritaikyti tokius automobilius ES standartams.
Štai čia reikalai gali ir sustoti. Kai kurių ekspertų teigimu, būtent tie standartai ir gali sustabdyti greitą kuro elementais (angl. fuel cell) apginkluotų automobilių kelionę į europiečių garažus, ir EK pareiškimas liks dar viena neišsipildžiusia deklaracija. Biurokratinių reikalavimų prikimštos ES direktyvos tikrai nebus greitai pakeistos taip, kad jau artimiausiu metu Europoje būtų galima pagal visas normas naudoti vandenilio transportą. Todėl gali būti teisingi kuro elementus skeptiškai vertinančių specialistų teiginiai, kad greičiau už tobulus vandenilinius bus sukurti efektyvesni nei dabar ir aplinką gerokai mažiau teršiantys benzininiai bei dyzeliniai motorai.
Tiesa, yra ir rimtesnių priežasčių, dėl kurių vandenilis dar negreitai pakeis benziną ir dyzeliną. Visų pirma tai – sudėtingumas kuriant tokių automobilių aptarnavimo infrastruktūrą, kurios, skirtingai nuo JAV rinkos, Europoje nėra net užuomazgų.
Šis uždavinys vien tik automobilių gamintojams yra beveik neįveikiamas – ekologiškos technologijos kainuoja labai daug. Pavyzdžiui, “DaimlerChrysler” vien tik vandenilinio variklio sukūrimui išleido maždaug milijardą eurų.
Antra, šių transporto priemonių techninės charakteristikos neprilygsta įprastinių automobilių parametrams.
Trečia – nepaisydama vandenilių automobilių ekologiškumo, užtvarą jiems yra pastačiusi ir pati Europos gamta. Europos klimatas nepasižymi dideliais karščiais (išskyrus vasaras žemyno pietuose), o kuro elementai neveikia esant žemai temperatūrai.

Bosch naujovės automobiliams

Bosch išradimas „Common Rail“– tai nauja tiesioginio įpurškimo sistema iš Bosch, kuri iš pagrindų pakeitė dyzelinius variklius automobiliuose ir universaliose transporto priemonėse.
Bosch “rašė” automobilių istoriją nuo pat pradžių. Šios kompanijos nauja dyzelino įpurškimo sistema turėjo lemiamą poveikį dyzelino populiarumui Vakarų Europoje. Ši sistema dabar yra standartas moderniems sunkiojo transporto mašinų ir laivų varikliams.

Kaip veikia įpurškimo sistema

Common Rail reiškia “paskirstymo vamzdelis”. Slėgis sudaromas, kai dyzelinis kuras yra nuolatos pumpuojamas į paskirstymo vamzdelį. Šiame aukšto slėgio vamzdelyje laikomas kuras, reikalingas pateikimui į visus cilindrus. Įpurškimas atliekamas esant slėgiui iki 1600 barų purkštuve. Įpurškimas gali būti padalintas į kelias fazes (pvz., išankstinį, pagrindinį ir papildomą), norint pasiekti idealų sudeginimo procesą. „Common Rail“ sistema optimizuoja sudeginimo procesą, pagerina variklio darbą ir sumažina emisiją.

„Common Rail“ sistemos pranašumai

Šios Bosch pažangios įpurškimo technologijos dėka visada yra įpurškiamas tinkamas kuro kiekis tinkamiausiu metu. Todėl dyzeliniai varikliai, aprūpinti šia technologija, suteikia realų vairavimo dinamiškumą ir tolygų variklio darbą. O be to, taupo daug kuro: su tiesioginio įpurškimo sistema, dyzeliniai automobiliai sunaudoja 30% mažiau kuro negu benzininiai automobiliai. Visa tai ne tik daug taupo, bet ir mažina emisiją bei saugo aplinką.
Nuo 1997 Bosch kompanija varikliuose pradėjo diegti „Common Rail“ sistemas ir pasiekė gerų rezultatų. Laikmetyje, kai jaučiama gamtinių resursų stoka, kyla kuro kainos ir griežtėja aplinkos taršos taisyklės, dyzelinis kuras įgavo naują reikšmę ateičiai, suteikdamas mažesnį kuro sunaudojimą ir mažesnį CO2 išmetimą į aplinką.

Valstybė turi skatinti ekologiškų automobilių plitimą

2004 metų pirmąjį ketvirtį Jungtinėse Amerikos Valstijose “Toyota Prius” automobilių parduota daugiau kaip 29 tūkstančiai, Europoje šis skaičius siekia 2500, Lietuvoje, Latvijoje ir Estijoje per metus nupirkti 25 “Toyota Prius” automobiliai. Kodėl Baltijos šalyse tiek mažai parduota naujųjų hibridinių automobilių?
Jungtinėse Amerikos Valstijose, daugelyje Europos šalių, Skandinavijoje, įsigyjant “Toyota Prius”, taikomos įvairios nuolaidos. Savo klasėje tai brangus automobilis, jis kainuoja apie 27 tūkst. eurų (per 93 tūkst. litų), todėl šalių vyriausybės, suinteresuotos aplinkosauga bei skatindamos važinėti ekologiškomis transporto priemonėmis, taiko lengvatas “Prius” pirkėjams”, – sako “Toyota Baltic” rinkodaros specialistas Raidas Tonekurgas (Raido Toonekurg).
Pasak “Toyota” atstovų, Norvegijoje perkant “Prius” suteikiama 1000 eurų mokesčių lengvata, Švedijoje kasmetinis automobilio mokestis sumažinamas 519 eurų, o automobilio vertės mokestis sumažinamas 50 proc. Olandijoje taikoma 7562 eurų mokesčio nuo automobilio kainos lengvata, o kasmetinis “Prius” eksploatacinis mokestis sumažinamas 200 eurų. Graikijoje mokesčio lengvata yra maždaug 3000 eurų nuo registracijos mokesčio, Anglijoje – 15000 eurų vienkartinė kompensacija bei atleidimas nuo važinėjimo Londono centre mokesčio, iš viso tai sudaro net 1875 eurus per metus. Kai kuriose šalyse “Prius” turi teisę važiuoti viešojo transporto juosta spūsčių metu arba jo vairuotojai yra atleisti nuo stovėjimo mokesčio miesto centre.

Biokuras

Biokuras (biodegalai) yra kuras, pagamintas iš biomasės. Šiuo metu automobiliuose galima naudoti sekančias biokuro rūšis: bioetanolį, biodyzeliną ir augalinį aliejų . Bioetanolis gali būti gaminamas iš cukraus turinčių žaliavų (cukranendrių, cukrinių runkelių), krakmolo turinčių žaliavų (bulvių, grūdų) arba lignoceliuliozės (medienos, šiaudų, komunalinių atliekų). Iki 20 % bioetanolio benzine nereikalauja techninių variklio pakeitimų ir nemažina variklio galios. Norinta naudoti aukštesnės koncentracijos bioetanolį reikalingi variklio pakeitimai. Bioetanolis yra labiausiai pasaulyje paplitęs biokuras. Biodyzelinas (augalinio aliejaus esteris, rapso metilo esteris, rapso etilo esteris) gaminamas iš augalinio aliejaus ir alkoholio (metanolio arba etanolio). Jį galima naudoti neperdirbant variklio. Šiuo metu lengvųjų automobilių gamintojai nesuteikia garantijos varikliams, naudojantiems gryną biodyzeliną. Augalinis aliejus naudojamas tik perdirbtuose varikliuose. Daugiausiai biokuro (bioetanolio) yra naudojama Brazilijoje ir JAV. ES yra priėmusi direktyvą 2003/30/EG, kurioje numatoma iki 2020 m. padidinti biokuro dalį iki 20 % viso kuro sunaudojimo.
Rapso metilo esteris (RME) – tai iš rapsų aliejaus esterifikacijos būdu pagamintas rapsų metilo esteris, skirtas tik dyzeliniams varikliams. Paprastai dyzeliniams varikliams yra naudojamas tradicinių dyzelinių degalų ir RME mišinys – biodyzelinas. Optimalus biologinių dyzelinių degalų mišinys gaunamas 35 % RME sumaišius su 65 % tradicinių dyzelinių degalų. RME gamintojų UAB “Rapsoila” teigimu, RME santykį galima didinti iki 50 %. Biodyzelinas gerina variklio tepimą. Vartojant biodyzeliną deginių dūmingumas sumažėja iki 60 %, palyginus su mineralinių dyzelinu, todėl vykdant mašinų techninę apžiūrą pagal LAND 15- 96 biodyzelinu galės dirbti mašinos, kurių techninė būklė neleistų jomis važinėti vartojant tradicinį mineralinį dyzeliną. RME pasižymi ir didesniu deguonies kiekiu, palyginti su dyzelinu (10,8 %) , todėl jis geriau sudega variklyje. Naudojant biodegalus praktiškai neišmetami į aplinką sieros junginiai. Biožaliava yra neutrali CO2 emisijų požiūriu.
RME pliūpsnio temperatūra yra didesnė kaip 120° C, kai dyzelino pliūpsnio temperatūra tik apie 55° C. Priešgaisriniu požiūriu RME labiau tinka stacionariems varikliams, dirbantiems uždarose patalpose bei tų transporto priemonių varikliams, kurios veža žmones, degalus, pavojingas medžiagas ir panašiai. Dyzelino cetaninis skaičius yra ne mažesnis kaip 51 (žiemos laikotarpiu minimali riba yra 48), o RME cetaninis skaičius yra 51, taigi šie degalai yra labai panašūs. Kuo cetaninis skaičius yra didesnis, tuo greičiau degalai užsidega, kartu lengviau paleisti variklį, o ypač tai aktualu žiemos metu. Variklis tyliau dirba ir mažiau dyla.
Tankis yra labai svarbi degalų charakteristika. Iš jo galima spręsti apie degalų cheminę ir frakcinę sudėtį, klampą ir šilumingumą. Dyzelino tankis 0,82-0,845 g/cm3, o RME tankis 0,84-0,89 g/cm3 15° C temperatūroje. RME tankis mažiau priklauso nuo temperatūros. Kadangi RME tankis yra didesnis, tokių degalų sunaudojama mažiau nuvažiuoti tą patį atstumą.
Kinematinė dyzelino klampa 40° C temperatūroje yra 4,5 mm2/s, o RME 3,5-5,0 mm2/s. Šiuo atžvilgiu šiek tiek geresnėmis savybėmis pasižymi dyzelinas, nes geriau filtruojasi pro valymo filtrus, geresnis jo takumas, tačiau klampesni degalai turi geresnes tepimo ir sandarinimo savybes.
Peleningumas didina ne tik nuodegų kiekį, bet ir cilindro išdilimą, todėl jis neturi būti didesnis kaip 0,01 %, o RME jų yra 0,02 %. Tačiau RME pelenai yra biologinės kilmės ir nepasižymi abrazyvinėmis savybėmis.
Mūsų šalyje vis daugiau įsigyjama naujų Vakarų šalyse pagamintų traktorių bei savaeigių žemės ūkio mašinų, todėl, kad neprarastume gamintojo garantijų, būtina įsitikinti, ar šios mašinos turi gamintojo leidimą kurui naudoti RME. Prieš naudojant biodyzeliną reikalinga perskaityti įmonės gamintojos automobilio techninį aprašymą ir įsitikinti dėl biodyzelino naudojimo galimybės.
Biodyzelinas tirpdo per ilgesnį laiką degalų bakuose, filtrų korpusuose bei vamzdynuose susikaupusias nuosėdas. Staiga padidėjęs teršalų kiekis gali užkimšti kuro sistemos filtrus ir sutrikdyti visos maitinimo sistemos darbą. Ypač tai aktualu, kai degalai laikomi atsitiktinėse nešvariose talpyklose ir į bakus pilami nefiltruoti. Todėl prieš biodyzelino panaudojimą rekomenduojama išplauti visą maitinimo sistemą, pakeisti filtravimo elementus arba visuomet jų turėti atsargoje.
Biodyzelinas nežymiai veikia gumines detales, tačiau tyrimai, atlikti Čekijoje, rodo, kad naudojant RME ir mineralinio dyzelino mišinį 30/70 proporcijomis neigiami poveikiai nėra tokie ryškūs ir mišinį galima naudoti įprastuose varikliuose nekeičiant jų konstrukcijos bei eksploatavimo reikalavimų.

Biodyzelino naudojimo poveikis aplinkai

Aplinkosauginiu požiūriu teigiama riebių rūgščių metilo esterio (RRME) savybe laikomas greitas jo suirimas natūraliomis sąlygomis gamtoje. Biodegalais laikomi tik tie degalai, kurių ne mažiau kaip 90% suyra per 21 parą. Nustatyta, kad per 21 parą suyra iki 98% gryno RRME ir tik 60% mineralinio dyzelino.
JAV taikomi kiti biologinio suirimo nustatymo metodai. Vienas jų – mikroorganizmais išskirto CO2 matavimas, netiesiogiai parodantis substrato degradaciją ar mineralizaciją. Išsiskyręs CO2 kiekis proporcingas anglies, suvartotos mikroorganizmų, kiekiui. Matuojant išsiskyrusio CO2 kiekį, nustatyta, kad per 28 dienas santykinis (nuo teorinio) akumuliuoto CO2 kiekis tiriant RRME siekė 70-89%, o tiriant mineralinį dyzeliną – tik 18%. Tai leidžia RRME priskirti lengvai suyrantiems natūraliuose gėlo vandens telkiniuose aerobinėmis sąlygomis junginiams. RRME mišinių su mineraliniu dyzelinu biologinio suirimo sparta proporcinga RRME kiekiui mišinyje. Palyginus gautus rezultatus su chromatografinio tyrimo rezultatais, nustatyta, kad palyginti su mineralizacijos sparta degalų pirminio suirimo sparta didesnė.
Lietuvos žemės ūkio inžinerijos institute tirta dujų emisija į aplinką dirbant varikliui D 144 su tokiais degalais:
degalai A – tai 100% mineralinio dyzelino;
degalai B – tai 75% (pagal tūrį) mineralinio dyzelino ir 25% RRME;
degalai C – tai 50% mineralinio dyzelino ir 50% RRME;
degalai D – 25% mineralinio dyzelino ir 75% RRME;
degalai E – tai 100% RRME.
Apibendrinantys bandymų rezultatai, įvertinant naudojamų degalų poveikį aplinkai, gaunami apskaičiuojant santykines NOx ir CO emisijas, kai mineralinio dyzelino emisija prilyginama 100%. Santykinis NOx kiekis (proc.) deginiuose dirbant skirtingais degalais pateiktas 3 pav., o santykinis CO kiekis (proc.) deginiuose – 4 pav.

3 pav. Santykinis NOx kiekis deginiuose, priklausomai nuo degalų rūšies

4 pav. Santykinis CO kiekis deginiuose priklausomai nuo degalų rūšies

Iš gautų duomenų aišku, kad mineralinį dyzeliną pakeitus grynu RRME, į aplinką išskiriamas didesnis NOx kiekis (apie 13%). Santykinis CO kiekis deginiuose dirbant grynu RRME sumažėja 5,7%, lyginant su mineraliniu dyzelinu.
Deginių dūmingumo priklausomybė nuo variklio efektyviosios galios, dirbant įvairiais degalais pateikta 1 lentelėje.

1 lentelė. Deginių dūminingumo priklausomybė nuo degalų rūšies ir efektyviosios galios

5 pav. Santykinis deginių dūmingumas, varikliui dirbant įvairiais degalais

Deginių dūmingumo priklausomybė nuo apkrovos rodo, kad dūmingumas didžiausias varikliui dirbant vidutinių apkrovų režimu. Mineralinį dyzeliną pakeitus grynu RRME, deginių dūmingumas sumažėja 68%. Dirbant šių degalų mišiniais, deginių dūmingumas mažėja didėjant RRME kiekiui mišinyje.
Apibendrinat gautus rezultatus, galima daryti išvadą, kad vertinant santykines NOx ir CO emisijas bei deginių dūmingumą, RRME pasižymi geresniu poveikiu aplinkai. Lyginant su mineraliniu dyzelinu, RRME atsilieka tik NOx kiekiu, išmetamu į aplinką su variklio deginiais. Ši problema gali būti sprendžiama atitinkamai reguliuojant variklį, įrengiant katalizatorių išmetimo sistemoje arba degalams vartoti RRME ir mineralinio dyzelino mišinius.

Europos Sąjungoje 2006 m. numatoma didinti biodegalų gamybą

Europos aliejinių augalų sėklų augintojų ir perdirbėjų asociacijos duomenimis, ES biodegalų gamyba 2006 m. turėtų sudaryti 3,1-3,2 mln. t, t. y. 20 proc. daugiau praėjusiais metais.
Pagal ES direktyvos (2003/30/EB) reikalavimus iki 2010 m. 5,75 proc. mineralinių degalų reikės pakeisti biodegalais. Prancūzijoje tai planuojama įgyvendinti iki 2008 m. Prognozuojama, kad iki 2008 m. Prancūzijoje biodegalų gamyba išaugs iki 2,3 mln. t, nes jų gamybai skirtų aliejinių augalų pasėlių plotai turėtų užimti 1,5 mln. ha, o maisto reikmėms -1 mln. ha.
ES 80 proc. biodegalų pagaminama iš rapsų aliejaus. Tačiau pastaruoju metu pastebima tendencija jų gamybai naudoti sojų ir palmių aliejų, nes šis aliejus yra pigesnis. Pavyzdžiui, 2006 m. vasario mėnesį pasaulyje sojų aliejaus vidutinė kaina buvo 442-535 USD/t (1275,6-1544,0 Lt/t), palmių aliejaus – 407 USD/t (1174,6 Lt/t), o rapsų aliejaus – 723 USD/t (2086,6 Lt/t).

Naudotos literatūros sąrašas:

1. http://www.elektronika.lt/news/electronics/5394/
2. http://europa.eu/rapid/pressReleasesAction.do?reference=IP/05/1672&format=HTML&aged=0&language=LT&guiLanguage=en
3. http://www.kelias.net/918.html
4. http://www.lexus.lt/news_and_events/?id=174
5. http://nkm.lt/index.phtml?lst=article&action=view_article&id=670
6. http://www.ratai.lt/cgi-bin/KatalogasArticles.asp?AutoID=117&TopicID=117,177&ArticleID=493&Page=3&PagePage=1&TXT=
7. http://www.toyota.lt/technology/?subject=engines&topic=ths
8. http://www.toyota.lt/environment/?subject=design&topic=hybrid
9. http://www.info.lt/index.php?page=naujienos&view=naujiena&id=81577

Ritė su plieno šerdimi

Darbo tikslas:
Išmokti eksperimentiškai nustatyti plieno bei vario nuostolius. Išsiaiškinti kaip priklauso įvairūs grandinės dydžiai nuo magnetinės grandinės oro tarpo ilgio.
Darbo eiga:

1. Panaudodami nuolatinę įtampą, voltmetro-ampermetro metodu nustatome pagrindinės apvijos aktyviąją varžą (U0, I0, RCu):

1. Sujungiame 1 pav. schemą, nustatome dėstytojo nurodytą įtampą kai δ=0:

1. Keičiant oro tarpo dydį kas 0,8 mm, tai atitinka 4 perfokortos, matavymo prietaisų parodymus surašome į 1 lentelę.
2. Pagal 1 lentelės duomenis, naudojantis formulėmis paskaičiuojame ir surašome dydžius į 2 lentelę:

1. Vienoje koordinačių sistemoje brėžiame priklausomybes: E = f(δ), I = f(δ), Iμ = f(δ), IFe = f(δ), L = f(δ), S = f(δ).
2. Kitoje koordinačių sistemoje brėžiame priklausomybes: PCu = f(I), PFe = f(E).
3. Pagal mastelį nubraižome vektorinę ritės diagramą nurodytai δ reikšmei.

1 lentelė

1. Darbo tikslas:
Taikant programinį paketą Multisim, susipažinti su operacinių stiprintuvų savybėmis ir jų pritaikymu tiesinėse analoginėse schemose.
2. Darbo eiga:
1.Invertuojantis stiprintuvas.
Surenkame invertuojančio stiprintuvo su pasirenkamu stiprinimo koeficientu funkcinę schemą, pavaizduotą 1 paveiksle:

1 pav. Invertuojančio stiprintuvo funkcinė schema.

Ištiriame išėjimo įtampos priklausomybę nuo įėjimo įtampos ir grižtamojo ryšio varžos.Gautus duomenis surašome į 1-ą lentelę:

1-a lentelė. Išėjimo įtampos priklausomybė nuo įėjimo įtampos.(R1=3kΩ)

Pagal lentelės duomenis nubraižome grafikus:

Įėjimo signalas U1patenka į stiprintuvo invertuojantį įėjimą per rezistorių R1. Į tą patį įėjimą patenka ir grįžtamojo ryšio signalas per rezistonų R2.
Kadangi operacinio stiprintuvo invertuojančio įėjimo potencialas praktiškai lygus nuliui, tai išėjimo signalas: U2=-(R2/R1)*U1. Todėl 1 pav. schemos stiprinimo koeficientas: Kst=-R2/R1.

2.Invertuojantis įtampų sumatorius.
Surenkame invertuojančio įtampų sumatoriaus funkcinę schemą, pavaizduotą 2 paveiksle:

2 pav. Invertuojančio įtampų sumatoriaus funkcinė schema.

R1=2kΩ, R2=0.5kΩ, R3=1kΩ, U1=U2=U3=1V.
Kadangi operacinio stiprintuvo invertuojančio įėjimo potencialas ir šioje schemoje praktiškai lygus nuliui, tai išėjimo signalas:

Matome, kad išėjimo signalas yra lygus įėjimo signalų, padaugintų iš masteliuojančių koeficientų, sumai. Analogiškai galima susumuoti ir daugiau signalų su atitinkančiais koeficientais.

3. Neinvertuojantis stiprintuvas.
Surenkame neinvertuojančio stiprintuvo su pasirenkamu stiprinimo koeficientu funkcinę schemą, pavaizduotą 3 paveiksle:

3 pav. Neinvertuojančio stiprintuvo funkcinė schema.

Ištiriame išėjimo įtampos priklausomybę nuo įėjimo įtampos ir grižtamojo ryšio varžos.Gautus duomenis surašome į 2-ą lentelę:

2-a lentelė. Išėjimo įtampos priklausomybė nuo įėjimo įtampos.(R1=2kΩ)

Pagal lentelės duomenis nubraižome grafikus:

Kai įėjime veikia U1įtampa, jo išėjimo įtampa: U2=((R1+R2)/R1)*U1.
Stiprinimo koeficientas: Kst=(R1+R2)/R1.

4.Integratorius.
Surenkame integratoriaus funkcinę schemą, pavaizduotą 4 paveiksle:

4 pav. Integratoriaus funkcinė schema.

Užfiksuojame oscilografo rodmenis-įtampos priklausomybę nuo laiko:

5 pav. Integratoriaus oscilograma.

Įėjimo srovė ir išėjimo įtampa randamos pagal formules:
Iin=-I’in=Uin/R

5.Diferenciatorius.
Surenkame diferenciatoriaus funkcinę schemą, pavaizduotą 6 paveiksle:

6 pav. Diferenciatoriaus funkcinė schema.

Užfiksuojame oscilografo rodmenis-įtampos priklausomybę nuo laiko:

7 pav. Diferenciatoriaus oscilograma.

Įėjimo srovė ir išėjimo įtampa randamos pagal formules:

6.Komparatorius.
Surenkame komparatoriaus funkcinę schemą, pavaizduotą 8 paveiksle:

8 pav. Komparatoriaus funkcinė schema.

Užfiksuojame oscilografo rodmenis-įtampos priklausomybę nuo laiko:

9 pav. Komparatoriaus oscilograma.

Tai schema, skirta fiksuoti dviejų įtampų susilyginimo momentą.Šioje schemoje UREFyra atraminė įtampa, pagal kurią lyginama įėjimo įtampa Uin. Įtampų susilyginimo momentu momentu įvyksta komparatoriaus persijungimas iš — UCC į +U CC arba atvirkščiai.

Šių bandymų duomenys imti iš 3-os lentelės:

3-a lentelė. Laboratorinio darbo užduoties duomenys.

3. Išvados: operacinis stiprintuvas turi plačią naudojimo paskirtį. Jis gali būti naudojamas kaip įtampos stiprintuvas, inverteris, 2-ų įtampos signalų palyginimo įtaisas.Taip pat gali būti naudojamas atlikti matematinėms funkcijoms: sudėčiai, integravimui bei diferenciavimui.Pagal naudojimo paskirtį ir reikalingus įtampos išėjimo parametrus yra parenkami elektrinės schemos elementai-varžos ir kondensatoriai.
Lengviausiai realizuojamos schemos yra neinvertuojantis ir invertuojantis stiprintuvai,kur išėjimo įtampos poliarumas priklauso nuo to, į kokį įėjimą (invertuojantį ar neinvertuojantį) mes paduosime įėjimo signalą. Stiprintuvų stiprinimo koeficientas ir išėjimo įtampa priklauso tik nuo įėjimo ir grįžtamojo ryšio varžų dydžių.
Komparatoriaus veikimas pagrįstas 2-ų įtampų-įėjimo bei atraminės- sulyginimu.Nuo šių įtampų dydžių priklauso išeinančios įtampos poliarumas.Įtampa išėjime yra artima komparatoriaus maitinimo įtampos dyžiams +Ucc ir –Ucc ir savo skaitine reikšme nepriklauso nuo kitų schemos parametrų.

Darbo užduotis: susipažinti su selsinų sandara, veikimo principu ir panaudojimu.

Selsinas – tai elektros mašina su dviem apvijomis: vienfaze, vadinama žadinimo apvija, kuri įtaisyta rotoriuje, ir trifaze, sujungta žvaigžde, – sinchronizacijos apvija, kuri įtaisyta statoriuje.
Sakykim vienas selsinas yra daviklis, o kitas jutiklis. Jeigu daviklio rotorių pasuksime kuriuo nors kampu, tai tuo pačiu kampu pasisuks ir imtuvo rotorius. Sukantis daviklio rotoriui tam tikru greičiu, imtuvo rotorius irgi suksis į tą pačią pusę tuo pačiu greičiu.
Prijungus selsinų žadinimo apvijas prie įtampos , ji kiekviename selsine sukuria pulsuojantį magnetinį srautą . Šis srautas daviklio sinchronizacijos apvijoje indukuoja evj . Srautas imtuvo sinchronizacijos apvijoje taip pat indukuoja evj . Evj ir sinchronizacijos grandinėje yra priešingų krypčių. Jeigu imtuvo rotorius statoriaus atžvilgiu yra tokioje pat padėtyje, kaip ir daviklio rotorius savojo statoriaus atžvilgiu, tai evj ir yra lygios. Šiuo atvėju evj suma sinchronizacijos grandinėje lygi nuliui, ir sinchroninė pavara yra pusiausvyroje. Jeigu selsino daviklio rotorių pasuksime tam tikru kampu , tai evj dydis sinchronizacijos apvijoje pasikeis, ir evj ir lygybės nebebus. Tada sinchronizacijos grandinėje veiks atstojamoji evj:

,
kuris sukurs sinchronizacijos srovę
;

čia , ir – daviklio, imtuvo sinchronizacijos apvijų ir linijinių laidų varžos.
Imtuvo sinchronizacijos srovė sąveikauja su žadinimo magnetiniu srautu ir sukuria elektromag-netinį momentą, nukreiptą į tą pusę, į kurią sukasi daviklio rotorius. Šio sinchronizuojančio momento veikiamas imtuvo rotorius pasisuka.
Daviklio rotoriaus kampu imtuvo rotorius pasisuks su tam tikra paklaida – išsiderinimu. Mat, kad imtuvo rotorius pasisuktų, reikia, kad sinchronizuojantis momentas negalėtų stabdymo momentą, kurį sukuria trinties jėgos guoliuose ir kontaktiniuose žieduose, o kartais ir imtuvo veleno naudingas apkrovimas. Posūkio kampo atkūrimo paklaida įvertinama dydžiu, vadinamu išsiderinimo kampu:

Šis išsiderinimo kampas tarp selsinų rotorių visada yra, ir jis tuo didesnis, kuo didesnis selsino imtuvo veleno stabdymo momentas.
Selsino imtuvo sinchronizacijos momento dydis randamas iš lygties:

čia – maksimalinė sinchronizuojančio momento vertė, kuri atitinka išsiderinimo kampą.
Matome, kad didėjant išsiderinimo kampui nuo nulio iki , sinchronizacijos momentas didėja, dėl to sinchroninė pavara dirba stabiliai. Selsinas imtuvas dirba tuo tiksliau, kuo didesnis santykinis sinchronizacijos momentas, rodantis, kiek pasikeis sinchronizuojantis momentas, pasikeitus išderinimo kampui vienu laipsniu:

čia – santykinis sinchronizuojantis momentas

Laboratoriniame darbe atlikome bandymus su dviem vienfaziais kontaktiniais CC-500 markės selsinais, kurių charakteringi duomenys pateikti 1 lentelėje, o jungimo schema pavaizduota 1 paveiksle.

1 lentelė

Markė	CC-500
Nominalus dažnis, Hz	50
Nominali sužadinimo įtampa, V	110
Nominali sužadinimo srovė, A	0,42
Sunaudojama galia, W	16
Nominali antrinė įtampa, V	57
Trinties momentas,	0,22
Maksimalus statinis sinchronizavimo momentas,	9,5
Lyginamasis statinis sinchroninis momentas,	0,1
Nominalus sukimosi greitis,	500

1 pav. Vienfazių selsinų jungimo schema