36. Топливные элементы. Водородная энергетика

Топливный элемент — электрохимическое устройство, подобное гальваническому элементу, но отличающееся от него тем, что вещества для электрохимической реакции подаются в него извне. Это электрохимическое устройство в результате высокоэффективного «холодного» горения топлива непосредственно вырабатывает электроэнергию. Топливные элементы — это электрохимические устройства, которые могут иметь очень высокий коэффициент преобразования химической энергии в электрическую . Обычно в низкотемпературных топливных элементах используются: водород со стороны анода и кислород на стороне катода. В топливном элементе реагенты втекают, продукты реакции вытекают, и реакция может протекать так долго, как поступают в неё реагенты и сохраняется работоспособность самого элемента. Топливные элементы не могут хранить электрическую энергию, как гальванические. Применение: производство электрической энергии, автономное электроснабжение, электромобили, автотранспорт, морской транспорт, авиация, космос, подводные лодки, питание сотовых телефонов, зарядные устройства для армии, портативная электроника, роботы.

Водородная энергетика — развивающаяся отрасль энергетики, направление выработки и потребления энергии человечеством, основанное на использовании водорода в качестве средства для аккумулирования, транспортировки и потребления энергии людьми, транспортной инфраструктурой и различными производственными направлениями. Выбор водорода в качестве энергоносителя обусловлен рядом преимуществ, главные из которых являются экологическая безопасность водорода, поскольку продуктом его сгорания является вода. Для получения и передачи энергии также перспективно получение и использование водорода химическими способами. Выделяемое при этом тепло может быть использовано для бытового и промышленного теплоснабжения, а паро-газовая смесь возвращается обратно в цикл для конверсии метана.

2. Технологии легкой промышленности

Лёгкая промышленность как отрасль крупной фабричной индустрии появилась во второй половине XVIII века. Лёгкая промышленность — совокупность специализированных отраслей промышленности, производящих главным образом предметы массового потребления из различных видов сырья. Лёгкая промышленность занимает одно из важных мест в производстве валового национального продукта и играет значительную роль в экономике страны. Подразделяется на пищевую, швейную, текстильную, обувную, меховую, кожевенную и т.д. Лёгкая промышленность осуществляет как первичную обработку сырья, так и выпуск готовой продукции. Одной из особенностей легкой промышленности является быстрая отдача вложенных средств. Технологические особенности отрасли позволяют осуществлять быструю смену ассортимента выпускаемой продукции при минимуме затрат, что обеспечивает высокую мобильность производства.

Пищевая промышленность — совокупность производств пищевых продуктов в готовом виде или в виде полуфабрикатов, а также табачных изделий, мыла и моющих средств.

Швейная промышленность — отрасль лёгкой промышленности, производящая одежду и другие швейные изделия бытового и технического назначения из тканей, трикотажных полотен, искусственной и натуральной кожи и меха, новых конструкционных материалов, а также разнообразных отделочных материалов и фурнитуры.

Обувная промышленность — традиционное ремесло, уходящее корнями вглубь веков и представляющее из себя искусство изготовления обуви различных назначений и видов

Тексти́льная промы́шленность — группа отраслей лёгкой промышленности, занятых переработкой растительных, животных, искусственных и синтетических волокон в пряжу, нити, ткани.

Меховая промышленность - отрасль животноводства по разведению в неволе ценных пушных зверей для получения шкурок.

26.Давление и температура

Физическая сущность давления газа на поверхность заключается в упругой передаче молекулами импульсов движения этой поверхности при изменении своего направления движения в результате соударения с этой поверхностью. Таким образом, давление будет тем больше, чем больше число молекул в единице объема и чем выше их скорость.

Температура - это мера энергии одной молекулы газа.

Для перехода тел из одного состояния в другое - из твердого в жидкое или из жидкого в газообразное нужно затратить дополнительную энергию - энергию плавления или энергию парообразования соответственно. При обратных фазовых переходах (конденсации или кристаллизации) происходит выделение тепла. Благодаря этому явлению не происходит полного замерзания рек и озер. Дождь идет теплым, что важно для растений. Практическое применение теплоты плавления или парообразования заключается в первую очередь в учете ее при расчете затрачиваемого на плавление или парообразования тепла. Данное физическое явление может быть в ряде случаев полезно использовано, например, для поддержания постоянства температуры в некотором объеме. В этом случае плавящееся или испаряющееся теле нужно специально подбирать или менять его давление.

Следует учитывать, что температура фазовых переходов зависит от давления (фазовая диаграмма с тройной точкой). Это используют на практике, например, применение скороварок убыстряет процесс приготовления пищи, т. к. температура кипения воды повышается. В горах, где давление воздуха ниже, мясо варится более продолжительное время.

27. Источники энергии. Аэс Гэс

Энергетическими преобразователями являются устройства для преобразования одного из видов природной энергии в вид, удобный для использования человеком.

Природной энергией являются все виды энергии, существующие в природе, которые могут быть использованы для нужд человечества. Обычно под ними подразумевают солнечную и ветровую энергии, энергию морских волн, приливов и отливов, тепловую энергию Земли и ряд других. Наиболее удобным видом энергии из всех, используемым человеком, является электричество, хотя в некоторых случаях природная энергия может быть использована непосред­ственно, например, тепловая энергия подземных вод, которую можно успешно использовать для обогрева домов, ветры, морские приливы и т. п.

Одним из эффективных видов преобразователей энергии являются так называемые «тепловые насосы», представляющие собой нечто вроде обычного хо­лодильника, у которого морозильная камера погружена в реку или море. На его калорифере выделяется вся энергия, взятая им из сети плюс вся энергия, добытая из морозильной камеры. Они выделяют энергии в 4-5 раз больше, чем потребляют из сети. К сожалению, выделяемую энергию пока не удается преобразовать в другие виды из-за недостаточно высоких температур выделяемого тепла.

Весьма перспективными для некоторых районов земного шара, в основном, для южных являются солнечные преобразователи энергии. Этот вид преобразователей энергии используется для космических аппаратов. В преобразователях солнечной энергии на больших площадях размешены полупроводниковые элементы, в которых энергия фотонов света использована для выбивания из атомов слабо связанных электронов и создания электрического напряжения. Энергии таких элементов уже сегодня достаточно для поддержания работоспособности всех устройств, расположенных на космических спутниковых аппаратах.

Несмотря на обилие всевозможных источников энергии, которые могут быть использованы человеком, не все они удобны в обращении, не все могут быть использованы в конкретных случаях, не все они конкурентно способны в плане стоимости. Наиболее распространенными, удобными и относительно дешевыми видами энергии являются газ, нефть и вода (гидростанции). В последние десятилетия к ним добавилась атомная энергия (АЭС). Основными потребителями являются электростанции и котельные, потребляющие нефть, уголь и природный газ, а также транспорт. Все эти виды энергии экологически не чисты и ограничены в своих запасах. Поэтому поиски альтернативных видов источников энергий продолжает оставаться актуальным.

28. Ядерная энергия. Энергосбережение

Ядерная энергия — это энергия, содержащаяся в атомных ядрах и выделяемая при ядерных реакциях.

Термоядерная реакция — разновидность ядерной реакции, при которой лёгкие атомные ядра объединяются в более тяжёлые за счет кинетической энергии их теплового движения.

Управляемый термоядерный синтез (УТС) — синтез более тяжёлых атомных ядер из более лёгких с целью получения энергии, который, в отличие от взрывного термоядерного синтеза (используемого в термоядерных взрывных устройствах), носит управляемый характер. Управляемый термоядерный синтез отличается от традиционной ядерной энергетики тем, что в последней используется реакция распада, в ходе которой из тяжёлых ядер получаются более лёгкие ядра.

Энергосбережение — комплекс мероприятий, направленных на сохранение и рациональное использование электричества и тепла; реализация правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное (рациональное) использование (и экономное расходование) топливно-энергетических ресурсов и на вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии. Энергосбережение — важная задача по сохранению природных ресурсов.

В настоящее время наиболее насущным является бытовое энергосбережение, а также энергосбережение в сфере ЖКХ. Препятствием к его осуществлению является сдерживание роста тарифов для населения на отдельные виды ресурсов (электроэнергия, газ), Актуальным также является обеспечение энергосбережения в АПК (аграрно-промышленный комплекс).

29. Диэлектрики, пьезоэлектрики

Всякое вещество, помешенное в магнитное и электрическое поле испытывает воздействие со стороны этого поля. Это воздействие для разных веществ различно, соответственно различна и реакция веществ на поле.

Диэлектрики - это вещества, не проводящие электрического тока. Молекулы диэлектрика эквивалентны электрическим диполям.

В отсутствие внешнего электрического поля электрические моменты диполей диэлектрика, не являющегося сегнетоэлектриком, расположены хаотично, и их результирующий момент равен нулю. Во внешнем же электрическом поле диэлектрики поляризуются, т.е. переходят в состояние, когда дипольные моменты молекул отличны от нуля. В таком состоянии диэлектрики называются поляризованными.

Различают:

- ориентационную поляризацию, которая состоит в повороте осей жестких диполей молекул полярного диэлектрика вдоль направления электрического поля;

- электронную поляризацию диэлектрика с неполярными молекулами, состоящую в возникновении у каждой молекулы индуцированного электрического момента и осуществляющуюся в жидкостях и газах;

- ионную поляризацию в кристаллических диэлектриках, например, в Nа-Сl, имеющих ионные кристаллические решетки, состоящую в смешении положительных ионов решетки вдоль поля, а отрицательных - в противоположную сторону.

В результате образуются в противоположных направлениях как бы дополнительные (поляризационные) заряды, создающие внутри диэлектрика дополнительное поле, направленное против внешнего поля.

Диэлектрики широко используются в конденсаторах.

Пьезоэлектриками называется группа кристаллических диэлектриков, у которых в отсутствие внешнего электрического поля при механических деформациях в определенных направлениях на гранях кристаллов возникают электрические заряды противоположных знаков. Обратный пьезоэлектрический эффект заключается в изменении линейных размеров под действием электрического поля. Пьезоэлектрическим эффектом обладают кварц, турмалин и ряд других веществ. Широко используются искусственные пьезоэлектрики на керамиках - титанат бария и цирконат титанат свинца (ЦТС). Эффект широко используется в радиотехнике в генераторах высоких частот высокой стабильности и точности, в которых кварцевые или керамические пластины с металлизированными обкладками используются в качестве стабилизаторов частоты. Прямой пьезоэффект используется в пьезозажигалках, в звукоснимателях электропроигрывателей грампластинок, в эхолокаторах и во взрывателях. Обратный пьезоэффект используется а излучателях ультразвука или звуку. Ультразвук широко используется в медицине, в морской технике и в промышленности.

30. Ферромагнетики, ферриты

Всякое вещество, помещенной в магнитное и электрическое поле испытывает воздействие со стороны этого поля. Это воздействие для разных веществ различно, соответственно различна и реакция веществ на поле.

Магнитиками называются все среды, способные намагничиваться в магнитном поле, т. е. сознавать собственное магнитное поле. По магнитным свойствам магнетики разделяются на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.

Для характеристики намагничивания вещества- вводится вектор интенсивности намагничения, пропорциональный векторной сумме магнитных моментов молекул, находящихся в единице объема.

Внесение диамагнетиков в магнитное поле ослабляет его, внесение парамагнетиков усиливает магнитное поле. К диамагнетикам относятся инертные газы, некоторые металлы (цинк, золото, ртуть), кремний, фосфор и многие органические соединения. К парамагнетикам - газы (кислород, окись азота), платина, палладий, соли железа, кобальта и никеля и сами эти металлы.

Ферромагнетизм заключается в способности вещества реже усиливать магнитное поле, добавляя к внешнему полю поле своих молекул за счет их ориентации по внешнему полю. К ферромагнетикам относятся железо, никель, кобальт и некоторые сплавы.

В отличие от обычных парамагнетиков, незначительно усиливающих внешнее магнитное поле, ферромагнетики изменяют его в сотни и тысячи раз, что объясняется наличием у них молекулярных токов, которые, ориентируясь по нолю, усиливают его многократно.

Ферромагнетики широко используются в катушках индуктивности для увеличения значения индуктивности при малых габаритах.

Ферромагнетики широко используются в трансформаторах, электромагнитах и обычных магнитах.

Ферриты - это порошкообразные ферромагнетики, спрессованные совместно с диэлектрическим наполнителем в твердое состояние. Обладают пониженными потерями на вихревые токи и используются поэтому в высокочастотных индуктивностях. Явлением магнитострикции называется изменения формы и объема ферромагнетика при его намагничивании. Используется в ультразвуковых магнитострикционных вибраторах.

31. Органические и неорганические соединения. Пластмасы, полимеры

Органические вещества - это соединения углерода с другими веществами. Углерод образует соединения с большинством элементов и обладает наиболее выраженной способностью к образованию молекул цепного и циклического строения.

Неорганическое соединение — это химическое соединение, которое не является органическим, то есть оно не содержит углерода. Неорганические соединения не имеют характерного для органических углеродного скелета.

Основным поставщиком органических веществ в природе являются растительный и животный мир. Растения усваивают из атмосферы углекислый газ и при помощи хлорофилла, содержащегося в листьях, и солнечной энергии образуют органические вещества, являющиеся строительным материалом для самих растений. Животные, поедая растения, накапливают органические вещества в своем теле, которые затем после гибели животных, переходят в почву, разлагаются, а затем также поглощаются растениями.

В результате развития органической химии оказалось возможным создание широкого спектра искусственных органических веществ, которые нашли применение в технике, медицине, биологии. Так были созданы каучуки, необходимые в резиновой промышленности, синтетические волокна для техники и легкой промышленности, пластические массы, широко используемые в технике, красители, медикаменты, кинофотоматериалы, стимуляторы роста растений, средства борьбы с вредителями и многое другое.

Полимеры - это химические соединения с высокой молекулярной массой, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся группировок. Природными полимерами (биополимерами) являются белки, нуклеиновые кислоты, природные смолы. Синтетическими полимерами искусственного происхождения являются всякого рода производные от углеводородов - полиэтилены, полипропилены, фенолоформальдегидные смолы и т. п.

Пластмассы (пластические массы) - это материалы, содержащие в своем составе полимер, который в период формирования изделий находится в вязко текущем или высокопластичном состоянии, а при эксплуатации - в стеклообразном или кристаллическом состоянии. В зависимости от характера процессов, сопутствующих формированию изделий, пластмассы делятся на реактопласты и термопласты.

Реактопласты - это материалы, переработка в изделия которых сопровождается химической реакцией образования сетчатого полимера - отвердением; при этом пластик необратимо утрачивает способность переходить в вязко текучее состояние. При формировании термопластов не происходит отверждения, и материал в изделии сохраняет способность вновь переходить в вязко текучее состояние.

Термопластами являются полиэтилен, полихлорвинил, полистирол, поликарбонит, для них используются в качестве наполнителей эластомер, стекловолокна и пр. Реактопластами являются отвержденные фенолоформальдегидные и эпоксидные смолы с наполнителями из древесной или кварцевой муки, асбестовых волокон, древесного шпона, стекловолокон, углеродных волокон и пр.

Пластмассы нашли широчайшее применение в технике для изготовления всевозможных крепежных и изоляционных изделий, корпусов приборов и машин, труб и пр.

Эластомер  — под этим термином понимают полимеры, обладающие в диапазоне эксплуатации высокоэластичными свойствами. Называют резиной или эластомером любой упругий материал, который может растягиваться до размеров, во много раз превышающих его начальную длину, и, что существенно, возвращаться к исходному размеру, когда нагрузка снята.

3. Сельскохоз и лесная промышленность

Сельское хозяйство — отрасль хозяйства, направленная на обеспечение населения продовольствием (пищей, едой) и получение сырья для ряда отраслей промышленности. Роль сельского хозяйства в экономике страны или региона показывает её структуру и уровень развития. Наиболее высокого уровня достигло сельское хозяйство развитых стран Европы и Северной Америки. Там сельское хозяйство характеризуется научно-обоснованной организацией, повышением производительности, применением новых технологий, систем сельскохозяйственных машин, пестицидов и минеральных удобрений, использованием генной инженерии и биотехнологии, робототехники и электроники, то есть развивается по интенсивному пути.

Сельское хозяйство включает в себя следующие основные отрасли: растениеводство, грибоводство, животноводство.

Для посева в растениеводстве используют крупные отсортированные семена, полученные с высокоурожайных участков. Их обеззараживают путем инкрустации. В сухую ветренную погоду сразу после сева почву прикатывают кольчато-рубчатыми катками. Это улучшает контакт семян с почвой. Для уборки применяют раздельное и прямое комбайнирование. Не менее двух раз семена проверяют на посевные качества в контрольно-семенной лаборатории.

На новом витке сельскохозяйственных реформ остро стоит необходимость производства и распространения технических и информационных средств модернизации агропромышленных предприятий. В некоторых российских агропромышленных комплексах уже сегодня успешно используются новые технологии ведения хозяйства. Подмосковье увлечено реконструкцией ферм с переходом на беспривязное содержание скота, внедрением новых технологий содержания, кормления и доения животных. Уже существует несколько компаний, предлагающих широкий набор услуг в области сберегающего земледелия, кормопроизводства, молочного животноводства, эффективного управления бизнесом.

Лесная промышленность — совокупность отраслей промышленности, заготавливающих и обрабатывающих древесину. Заготовка древесины в странах и районах с ограниченными запасами лесов обычно проводится предприятиями лесного хозяйства — лесхозами, лесничествами и др. Лесоперерабатывающий комплекс России включает заготовку леса,механическую и химическую переработку древесины. Продукция комплекса играет значительную роль в хозяйстве страны и идет на экспорт. В настоящее время комплекс претерпевает серьезные структурные изменения: опережающими темпами развивается химическая переработка древесины, уменьшается выпуск спиртов, уксусной кислоты за счет перевода их производства в химическую отрасль. В ходе развития лесообрабатывающей промышленности всё большее место в ней занимают новые, прогрессивные отрасли, полнее удовлетворяющие экономические запросы страны, повышающие эффективность общественного производства. Так, в результате опережающего развития производства древесных плит, картона и т. п., заменяющих огромное количество пиломатериалов, создаётся возможность без существенного увеличения лесозаготовок обеспечивать выпуск для нужд народного хозяйства всё большего и разнообразного количества промышленных изделий из лесного сырья.

4. Перерабатывающая и добывающая промышленность

К добывающей промышленности относятся предприятия по добыче горно-химического сырья, руд чёрных и цветных металлов и нерудного сырья для металлургии, неметаллических руд, нефти, газа, угля, торфа, сланцев, соли, нерудных строительных материалов, лёгких природных заполнителей и известняка, а также гидроэлектростанции, водопроводы, предприятия лесоэксплуатации, по лову рыбы и добыче морепродуктов.

Перерабатывающая промышленность составляет основу стратегического комплекса страны, оказывает непосредственное влияние на малый бизнес, обеспечивает основные отрасли экономики новыми материалами, являющимися основными движущими факторами научно – технического прогресса, а так же способствует расширению воспроизводства.

Основная цель данного процесса – получение продукта, отвечающего новым требованиям и обладающего отличимыми качествами от исходного материала. Полученная, совершенно новая продукция может быть предназначена как для непосредственного использования, так и для дальнейшей ее переработки.

Перерабатывающая промышленность подразделяется на несколько основных отраслей: Топливно – энергетический комплекс (ТЭК) – включает в себя совокупность взаимодействующих отраслей электроэнергетики и топливной промышленности, обеспечивающих потребности топливно – энергетических ресурсах.

В данный комплекс входят следующие отрасли: Газовая промышленность – одна из самых молодых и довольно быстро развивающихся отраслей топливной промышленности, занимающаяся переработкой и поставкой газа. Нефтяная промышленность - занимается непосредственной добычей нефти, ее транспортировкой, а так же попутным получением газа. Угольная промышленность - одна из крупнейших отраслей страны. Занимается добычей угля и его переработкой. Атомная промышленность – стратегически важная отрасль страны, развитию которой уделяется наиболее тщательное внимание.

Текстильная промышленность - основной сектор экономики, занятый переработкой растительных, животных синтетических волокон. Основная цель текстильных предприятий - производство одежды, пряжи, ткани и волокна, а так же других сопутствующих товаров. Мясная промышленность – основная отрасль экономики, занятая переработкой скота и птицы, а так же выработкой сухих кормов и ценных медицинских препаратов. Молочная промышленность – сектор пищевой промышленности, объединяющий предприятия связанные с выработкой молока и молочных продуктов. Сельская промышленность – направлена на обеспечение других отраслей сырьем и продовольствием. Данная отрасль является важнейшим перерабатывающим элементом во всех странах.