В результате работы коррозионного элемента происходит коррозия цинка с водородной деполяризацией. Цинк является защитником, или протектором. А метод защиты называется «протекторная защита».
В.Л. Бурковский ю.Н. Глотова
Д.А. Ефремов А.В. Романов
ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ И ЭФФЕКТЫ
В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
Учебное пособие
В
ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет»
В.Л. Бурковский Ю.Н. Глотова
Д.А. ЕфремовА.В. Романов
ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ И ЭФФЕКТЫ В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия
В
УДК 62-83(075.8)
Физические явления и эффекты в технических системах: учеб. пособие / В.Л. Бурковский, Ю.Н. Глотова, Д.А. Ефремов, А.В. Романов. Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет». 2007. 247 с.
В учебном пособии дан обзор физических законов, явлений и эффектов, используемых или перспективных для использования в сложных технических системах. Издание соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлениям 140600 "Электротехника, электромеханика и электротехнологии", 220200 «Автоматизация и управление», специальностям 140604 "Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов", 220201 «Управление и информатика в технических системах», дисциплинам «Физические основы электроники», «Технические средства автоматики»
Издание предназначено для студентов технических специальностей очной формы обучения, аспирантов и специалистов, занимающихся вопросами разработки сложных технических систем.
Ил. 23. Библиогр.: 6 назв.
Рецензенты: кафедра автоматизации технологических процессов Воронежского государственного архитектурно-строительного университета (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. В.Д. Волков);
д-р физ.-мат. наук, проф. А.А. Щетинин
© Бурковский В.Л., Глотова Ю.Н., Ефремов Д.А., Романов А.В., 2007
©
Введение
Создавая свои первые технические системы (ТС), человек использовал в них макрофизические(в частности, макромеханические) свойства окружающего его мира. Это не случайно, так как научное познание природы началось исторически именно с механических процессов на уровне вещества. Вещество с его внешними формами и геометрическими параметрами являетсяобъектом, непосредственно данным человеку в ощущениях. Это тот уровень организации материи, на котором она предстает перед человеком какявление, какформа, как количество. Поэтому каждый технологический метод воздействия и контроля соответствовал (во многих современных технических системах и сейчас соответствует) простейшей форме движения материи – механической.
С развитием науки и техники методы совершенствуются, но в их соотношении можно проследить известные изменения. Механические методы в большинстве случаев заменяются более эффективными физическими и химическими методами. Например, вместо механического дробления руды и подъема ее на поверхность получают распространение методы выщелачивания рудного тела и получения раствора металла с последующим его выделением химическим путем.
Дальнейшее развитие приводит к использованию воздействий сильных электрических, магнитных, оптических полей, которые способны изменить внутренниесвойства вещества. Другими словами происходит переход отмакротехнологиикмикротехнологии, которая основывается на совершенно иных принципах.
Микротехнология строится на основе применения к производству современных достижений химической физики, ядерной физики, квантовой механики. Это новая ступень взаимодействия человека и природы, и это взаимодействие происходит на языке законов природы. Здесь нет инструмента непосредственного воздействия, орудия труда или рабочей части машины, как это имеет место при механических методах. Эти функции выполняют частицы веществ, участвующих в процессе – молекулы и атомы, причем на этом уровне процессы происходят бесшумно, безотходно и полностью автоматически.
Переход от макрофизических методов воздействия к микрофизическим позволяет значительно упростить любой технологический процесс, добиться при этом большего экономического эффекта, получить безотходные процессы. Надо только помнить, что безграничность возможностей научно-технического прогресса может успешно реализоваться лишь при соблюдении границ возможного в самой природе.
В основе методов воздействия или контроля в современных сложных технических системах всегда лежит какой-либо первичный физический эффект(термостойкость, электропроводность, фотоэлектрические явления и т.п.).
Существует множество физических явлений и эффектов, видов преобразования свойств вещества и энергии, которые можно использовать в технических системах.
В первую очередь эти явления используются в сенсорах(датчиках), являющихся источником информации о текущем состоянии технической системы. Датчики сами по себе могут иметь сложную структуру, используя несколько преобразований контролируемой физической величины. Выходные сигналы сенсоров, как правило, являются электрическими.
После переработки информации, поступившей от датчиков, в ТС вырабатывается управляющее воздействие, которое реализуется в исполнительных механизмах(ИМ) также с использованием физических свойств материи.
Знание физических законов, явлений и эффектов помогает лучше понять принципы работы технических систем, их фундаментальные физические возможности и ограничения.
Рассмотрим один из вариантов классификации физических законов, явлений и эффектов [1], показанный на рисунке.
Внешниеэффекты и явления – это когда под воздействием воспринимаемой физической величины изменяется положение какой-либо части (органа) элемента, которое затем может посредствам дополнительных преобразований превратиться в перемещение индикатора или входного органа ИМ. Типичным примером является отклонение рамки с током в магнитном поле – принцип работы стрелочных индикаторов.
Внутренниеэффекты позволяют получить непосредственную функциональную связь между изменением воздействия исходной физической величины и электрическими, магнитными и другими свойствами и параметрами вещества.
Внутренние эффекты в свою очередь подразделяются на простыеисложныевнутренние эффекты.
Простые внутренние эффекты– эффекты, когда выходной сигнал появляется в результате только одного воздействия (механического, теплового или др.). Другие воздействия считаются несущественными, хотя реально всегда имеют место.
Сложные эффекты– когда естественный выходной сигнал определяется результатом действия не менее двух различных внешних воздействий на вещество.
Как воздействие, так и выходной сигнал могут быть механическими,тепловыми,оптическими,электрическими,магнитными,физико-химическимии др. Воздействия одного типа могут одновременно приводить к различным физическим эффектам. Например, механическое воздействие на вещество приводит к механическому эффекту в виде упругой деформации, к тепловому эффекту (нагреву), электрическому эффекту в форме изменения электрического сопротивления, к изменению оптической плотности и т.д. Любое из этих явлений может быть положено в основу создания соответствующего сенсора. Примеромдвойных внутренних эффектовявляются фотопьезоэффект, термоэлектрический эффект, магнитотепловые эффекты и др.
Описанию первичных физических эффектов, используемых в науке и технике, посвящено данное учебное пособие, которое предназначено в первую очередь для специалистов, занимающихся вопросами изучения и разработки различных технических систем.