Содержание
Солнечные водонагреватели (вакуумные коллекторы)
Область применения солнечных водонагревателей
Обеспечение горячим водоснабжением коттеджей, дачных домиков, теплиц, бассейнов и других автономных объектов. Отопление помещений в весенне-осенний период и экономия энергоносителей системы отопления в зимний период до 40%.
Поддерживающее отопление помещений при применении технологии «теплый пол».
Принцип работы солнечного водонагревателя
Солнечный водонагреватель (вакуумный солнечный коллектор СВК) – это преобразователь тепловой энергии солнца. Солнечный водонагреватель обеспечивает сбор солнечного излучения в любую погоду, вне зависимости от внешней температуры. Коэффициент поглощения энергии солнечным водонагревателем составляет 97%. Солнечные водонагреватели устанавливают на крыше зданий с ориентацией на юг. Угол наклона относительно горизонта должен быть равен градусу широты местности. Для Северо-Запада России это значение равно 60°.
При эксплуатации системы в зимний период рекомендуется угол наклона увеличить до 70°.
Типы солнечных водонагревателей
Солнечные водонагреватели (вакуумные солнечные коллекторы) подразделяются по способу нагрева воды на СВК прямого нагрева воды (сезонные) с использованием полых вакуумных трубок, косвенного (сезонные) с использованием тепловых вакуумных трубок и сплит системы (всесезонные).
Вакуумные водонагреватели (коллекторы) с прямой теплопередачей
солнечной энергии воде
В таких системах стеклянные вакуумные полые трубки и бак-накопитель (бойлер) монтируются на одну раму под углом 40-60 градусов. Трубки входят непосредственно в накопительный бак (бойлер) через уплотнительное резиновое кольцо. Вода нагревается в вакуумных трубках и, в следствие естественной циркуляции, более горячие слои жидкости поднимаются в бак. Горячая вода из бака-накопителя (бойлера) используется на бытовые нужды.
Такие системы работают без давления. Подключение к водопроводу производится через запорный клапан, который поддерживает уровень воды в баке. Так как в качестве теплоносителя используется вода, такие водонагреватели называют сезонными. В европейской части России их можно использовать в период с апреля по сентябрь, то есть до наступления ночных заморозков.
Преимуществами водонагревателей данного типа являются простота, высокий КПД (до 95%), низкая стоимость и полная энергонезависимость.
Вакуумные водонагреватели (коллекторы) с косвенной теплопередачей
солнечной энергии воде
В отличии от вакуумных водонагревателей (коллекторов) с прямой теплопередачей солнечной энергии воде использующие полые вакуумные трубки, тут используются тепловые вакуумные трубки. Накопительный бак имеет не сквозные отверстия для трубок, а «глухие», соединённые с гильзами вваренными в бак, куда и вставляются трубки с тепловым стержнем.
Легкокипящая жидкость нагревается в тепловом стержне и, в следствие естественной циркуляции, более горячие слои поднимаются вверх, где конденсируются, передавая через гильзу тепло воде ,находящейся в баке.
За счёт использования вакуумных тепловых трубок повышается КПД системы. При потере работоспособности одной или нескольких трубок установка продолжает функционировать.
Вакуумные водонагреватели (коллекторы) с косвенной теплопередачей солнечной энергии воде (сплит система)
Также такие системы называют всесезонными или раздельными (сплит система). Принцип действия таких водонагревателей напоминает работу установки центрального отопления. Это закрытая система, которая может работать под давлением водопровода. Основные параметры таких установок:
Применяются вакуумные тепловые трубки (HP — Heate Pipe). Это более продвинутый тип трубки, который может работать при низких температурах до -50°С и давлении водопровода.
Коллектор и бак-накопитель (бойлер) расположены раздельно и соединены трубопроводом. Водонагреватель (вакуумный коллектор) обычно монтируется на крыше, а бак-накопитель (бойлер) внутри здания. Именно поэтому такие системы называют сплит-системами (от англ.
Split – делить или раздельный).
Работа системы автоматизирована специализированным контроллером Теплоноситель циркулирует в системе принудительно. Для этого применяется циркуляционный насос.
Вакуумная тепловая трубка
Конструкция вакуумных трубок похожа на конструкцию термоса: одна трубка вставлена в другую с большим диаметром. Между ними вакуум, который представляет совершенную термоизоляцию. Внутренняя трубка покрыта специальным селективным слоем, который хорошо абсорбирует (поглощает) солнечную энергию а вакуум препятствует потерям тепла. Медная трубка запаяна и содержит небольшой объем легкокипящей жидкости.
Под воздействием тепла жидкость испаряется и забирает тепло вакуумной трубки. Пары поднимаются в верхнюю часть – наконечник, где конденсируются и передают тепло теплоносителю основного контура (незамерзающей жидкости). Конденсат стекает вниз, и процесс «испарения–конденсации» повторяется.
Данная трубка устойчива к замораживанию и работоспособна без повреждений до -50°С.
Испарение жидкости начинается при достижении температуры внутри трубки +30°С. При меньшей температуре трубка «запирается» и дополнительно сохраняет тепло. Такие трубки функционируют и в пасмурную погоду, и при отрицательной температуре — они преобразуют прямые и рассеянные солнечные лучи в тепло.
Коллектор
Через верхнюю часть коллектора и змеевик протекает незамерзающая жидкость. Эта жидкость забирает тепло из медных наконечников, а при перекачке отдает через змеевик (теплообменник) бака-аккумулятора (бойлера) и таким образом нагревает воду в баке. Цикл передачи тепла из коллектора к баку-аккумулятору длится до тех пор, пока длится световой день и температура на выходе коллектора выше температуры воды в баке. Приемник солнечного коллектора выполнен из меди с полиуретановой изоляцией, закрыт листом анодированного алюминия. Передача тепла происходит через медную «гильзу» приемника. Благодаря этому «солнечный» контур отделен от трубок, поэтому при повреждении одной или нескольких трубки коллектор продолжает работать.
Процедура замены трубок очень проста и нет необходимости сливать незамерзающую смесь из контура теплообменника.
Включение и выключение насоса производит контроллер на основании показаний датчиков температуры. Датчики температуры находятся на выходе водонагревателя (коллектора), в баке-накопителе (бойлере) и «обратке» системы отопления. Кроме того, расширительный бак предохраняет систему от избыточного давления, возникающего при чрезмерном разогреве теплоносителя.
Таким образом, раздельная система с принудительной циркуляцией представляет собой автоматизированную систему преобразования и сохранения тепла, полученного от энергии солнца, а также и от других источников энергии (например, традиционный водонагреватель, работающий на электричестве, газе или дизтопливе), которые страхуют систему при недостаточном количестве солнечной энергии. Нагретая вода используется для горячего водоснабжения и отопления.
Блок управления предназначен для контроля температуры в водонагревателе (солнечном коллекторе) и резервуаре-теплообменнике, а также для выбора, в зависимости от величины этих температур, оптимального режима работы системы в течение суток.
При этом контроллер регулирует поток теплоносителя через теплообменник, определяет направление подачи тепла (на систему горячего водоснабжения или на отопление). В ночное время автоматика системы обеспечивает минимально необходимое привлечение дополнительной энергии для поддержания заданной температуры внутри помещения.
Система обладает малой инерционностью, быстрым выходом на рабочий режим и позволяет обеспечить:
Круглогодично — горячее водоснабжение
Сезонное отопление с экономией традиционных источников тепловой энергии до 70% (в зависимости от географической широты и климатических условий)
Резервуар-теплообменник (тепловой аккумулятор, теплоаккумулятор)
Резервуар-теплообменник (тепловой аккумулятор, теплоаккумулятор), или иначе — бак косвенного нагрева «водо-водогрейный». Конструктивно выполнен в виде бака из нержавеющей стали в пенополиуретановой изоляции и обернут эмалированным стальным листом. Предназначен для накопления и сохранения тепла и обычно включает в себя одну или две внутренние теплообменные спирали.
Бак может быть оснащен электронагревателем мощностью от 1 до 2,5 кВт.
При одновременной потребности в горячей воде и отоплении, солнечная энергия распределяется между нагревом помещения и горячим водоснабжением. При достижении заданной температуры, автоматика переключает подачу тепла на отопительный контур. Такая последовательность работы системы может быть изменена на прямо противоположную, в зависимости от климатической зоны или времени года. Система сконструирована таким образом, что к ней легко могут подсоединяться другие нагревательные системы.
Блок управления (контроллер) и насосная станция
Контроллер предназначен для контроля температуры в солнечном коллекторе, в резервуаре-теплообменнике и выбора, в зависимости от величины этих температур, оптимального режима работы системы в течение суток.
Контроллер выполняет следующие основные функции:
Индикацию температуры коллектора
Индикацию температуры в резервуаре
Индикацию температуры обратного потока теплоносителя
Установка температуры включения принудительной циркуляции теплоносителя
Установка времени включения и выключения системы отопления
Установка температуры и времени дополнительного подогрева
Установка температуры «антизамерзания»
Индикацию повреждения датчиков температуры
Промышленные вакуумные системы | Busch Россия
Компания Busch — ваш надежный партнер в области создания промышленных вакуумных систем.
Компания Busch предлагает решения в области вакуумных систем. Это означает, что мы являемся партнерами для вашего технологического процесса. Мы не просто поставляем вам вакуумный насос.
Мы работаем совместно на каждом этапе создания полностью работоспособной, стабильной и соответствующей требованиям заказчика системы. От начального анализа до проектирования, от установки до высококачественного обслуживания.
Независимо от вашего расположения, области применения, модульной или специальной конструкции. Компания Busch поможет найти решение, которое идеально подходит для вас и ваших потребностей.
Наши системные решения
Шесть шагов, касающихся адаптированных вакуумных решений компании Busch
Разработка системных решений всегда является совместным процессом. Компания Busch и заказчик работают совместно для получения необходимого вакуумного решения для конкретного технологического процесса.
Каждое решение направлено на обеспечение соответствия местным нормам, надежности, экономии энергии, экологичности и экономичности.
Шесть шагов для достижения этого результата:
1. Консультации и анализ
Ознакомление с вами и вашими требованиями
Этот очень важный первый шаг состоит в изучении и понимании ваших экономических проблем и ожиданий.
Ваш местный эксперт компании Busch посетит вашу площадку и совместно определит лучшее решение согласно вашим индивидуальным потребностям. На основе
вопросов, например: какова наиболее подходящая вам насосная технология? Какое оборудование должно входить в специальную вакуумную систему?
В конечном счете речь идет о вакуумной технологии, которая точно отвечает вашим требованиям.
2. Проектирование и предложение
Стоимость будущего
Наши местные инженеры разработают общую концепцию в тесном сотрудничестве с вами. Это основа для проектирования и создания вашей вакуумной системы с учетом, среди прочего, местных условий, соответствия требованиям, безопасности, производительности и простоты использования.
Ваш эксперт компании Busch представит четкое и комплексное предложение для вашей индивидуальной вакуумной системы.
3. Реализация
Вплоть до гаек и болтов
Ваша вакуумная система будет изготовлена в одном из ваших местных центров изготовления оборудования. При поддержке со стороны нашей глобальной сети экспертов.
4. Монтаж и обучение
Вы узнаете все, что знаем мы
Как только это будет завершено, можно будет установить системное решение. Это означает не только доставку, но и привлечение местных инженеров для присоединения к вашему производственному процессу с помощью необходимых трубопроводов и воздуховодов.
После монтажа мы проверим герметичность, работоспособность и соответствие требованиям. Как только система будет установлена, мы позаботимся о проведении испытаний на месте и вводе в эксплуатацию.
Обучение — это другой жизненно важный компонент. Наши специалисты полностью обучат ваш персонал безопасной и надежной эксплуатации вашей новой вакуумной системы.
Они изучат способы поддержания ее максимальной производительности.
5. СЕРВИСНОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ
Без простоев, без потерь времени
Ваш эффективный и надежный производственный процесс с использованием вакуума теперь полностью готов к работе и управляется вашим обученным персоналом. Мы заботимся о том, чтобы все так и было, благодаря первоклассному сервису компании Busch, основанному на профилактическом техническом обслуживании. Это осуществляется на месте или удаленно с помощью наших цифровых сервисов. Служба поддержки всегда готова помочь вам по всем вопросам.
Заинтересованы в Интернете вещей? Не беспокойтесь, мы можем посоветовать вам OTTO, наши цифровые услуги.
6. Удовлетворенность клиентов
Спокойствие
Спокойствие бесценно. С вашей полностью функционирующей системой. За этим стоит высочайшее качество обслуживания. Вы можете расслабиться и насладиться преимуществами, которые вакуумное решение Busch обеспечит вашему бизнесу.
Тем более зная, что ваше решение является устойчивым и будет продолжать адаптироваться в соответствии с будущими технологическими нуждами.
Прекрасная вакуумная система для любого рынка
Промышленные вакуумные системы производства компании Busch эксплуатируются по всему миру в самых различных областях — от аналитических центров и лабораторий, устройств по дегазации глинистых растворов и упаковки продуктов до установок улавливания паров и технологий металлического литья, полностью удовлетворяя наших
клиентов и соответствуя их требованиям.
Вакуумная упаковка
Компания Busch занимает ведущие позиции и является промышленным стандартом на рынке вакуумной упаковки. Наши энергоэффективные решения позволяют улучшить упаковочный процесс, увеличить качество и добиться максимальной производительности. Вакуумные системы Busch сокращают время вакуумирования, увеличивают время безотказной работы и позволяют обойтись меньшим количеством вакуумных насосов.
Центральная вакуумная система в упаковочной промышленности
Центральная подача вакуума обладает большим потенциалом для снижения эксплуатационных расходов и повышения эффективности использования энергии.
Компания Busch предлагает готовые решения, адаптированные к индивидуальным технологическим требованиям. Включая установку трубопроводов и систем управления, а также пуско-наладочное обслуживание и обучение персонала эксплуатационного подразделения.
Химическая и фармацевтическая промышленность
Откройте для себя наши специализированные системы для химической промышленности:
APOVAC Systems
Компания Busch также предлагает индивидуальные решения для вакуумных систем для различных применений на химическом и фармацевтическом рынке:
- Вакуумная сушка
- Лиофильная сушка
- Вакуумная дистилляция
- Пневмотранспортная система всасывания
Обработка пластмасс
Экструзия является распространенным процессом в производстве пластмассы и используется для плавления, смешивания и гомогенизации пластмассы.
Вакуумные системы Busch наиболее часто применяются в процессах дегазации пластика с очень высокими техническими требованиями.
Нефтегазовая отрасль
Вакуумная деаэрация — это метод, широко применяемый сегодня в нефтегазовой отрасли. Содержимое насадочных колонн непрерывно откачивается с помощью вакуумных систем. Таким образом удаляются кислород и другие газы.
Для производства бензина, дизеля, авиационного топлива или топочного мазута сырую нефть необходимо разделить на компоненты. Этот процесс перегонки сырой нефти осуществляется на нефтеперерабатывающих заводах путем дистилляции. Поскольку сырая нефть содержит тяжелые и легкие углеводороды с разными точками кипения, необходимы два процесса дистилляции.
Системы подачи вакуума и избыточного давления Busch активно задействованы на всех этапах производственного процесса в нефтегазовой отрасли.
Металлургия
Вакуумная дегазация стала важнейшим процессом в современном производстве стали. Например, это единственный способ производства некоторых марок высоконагружаемых стальных сплавов, которые используются в автомобильном, аэрокосмическом и железнодорожном секторе.
Вакуумные системы Busch обеспечивают улучшение таких свойств, как сопротивляемость и прочность продуктов.
Очистка сточных вод
Вакуумные системы Busch являются основным компонентом различных систем очистки стоков.
Производство электроэнергии
Ламинирование под действием вакуума — важнейший этап в процессе изготовления солнечных панелей. Для защиты солнечных модулей от механических нагрузок и воздействия окружающей среды ячейки модулей покрываются стеклянными панелями или пленкой. Процесс ламинирования (инкапсуляция) осуществляется под действием вакуума.
Вакуумные системы Busch используются для повышения эффективности электростанций.
Больницы и прочие медицинские учреждения
Вакуум необходим медицинским учреждениям для отвода выдыхаемого воздуха во время процедур и при уходе за больными. Медицинские вакуумные системы Busch обеспечивают стабильную подачу вакуума в больницах, стоматологических клиниках и лабораториях.
Центральные вакуумные системы
Благодаря центральной вакуумной системе можно сэкономить до 70 % энергии в зависимости от условий эксплуатации.
И это не единственное преимущество.
Центральные вакуумные системы
Часто задаваемые вопросы
Какие решения предложены компанией Busch?
Компания Busch обладает широким ассортиментом продукции. От отдельных вакуумных насосов до комплексных вакуумных систем. В области построения систем наша линейка продукции включает стандартные вакуумные системы и специальные вакуумные решения. Решение всегда соответствует требованиям.
Каковы преимущества специальных вакуумных систем?
Стандартная вакуумная система — идеальное готовое решение:
- Экономичность
- Быстрая поставка
- Проверенная конфигурация
Хотите знать больше?
Стандартные вакуумные системы
Что такое центральная вакуумная система?
Выбор правильного устройства подачи вакуума имеет значительное влияние на эксплуатационную безопасность и экономическую эффективность всего процесса. Например, если на заводе используется множество станков, для которых необходим вакуум, стоит рассмотреть вариант централизованной подачи вакуума.
В зависимости от области применения с помощью центральной вакуумной системы можно достичь экономии электроэнергии до 70 %.
Компания Busch — ведущий поставщик специальных вакуумных систем и систем избыточного давления. У нас за плечами более 50 лет опыта разработки и производства систем, адаптированных в соответствии с техническими условиями заказчика, для всех отраслей промышленности.
Хотите знать больше?
Центральные вакуумные системы
Что такое специальная вакуумная система?
Специальная вакуумная система — это индивидуальная конфигурация, созданная исключительно для удовлетворения ваших конкретных технологических требований. Компания Busch берет на себя весь процесс, т. е. от ввода в эксплуатацию до установки и поставки под ключ.
Хотите знать больше?
Вакуумные системы с учетом ваших потребностей
Управление квантовым вакуумом для передачи энергии и функциональных устройств Казимира
Эффект Казимира
нелинейная сила Казимира
квантовая теория поля
квантовая механика
Уильям Браун
15 августа 2022 г.
Исследователи разработали метод управления флуктуациями квантового вакуума для однонаправленной передачи энергии между двумя наноустройствами
Автор: Уильям Браун, биофизик из Resonance Science Foundation
Фундаментальным результатом квантовой теории поля является предсказание всегда существующей ненулевой энергии в вакуумном состоянии. В классической физике вакуум полностью лишен энергии или вещества. В современной физике все силы и связанные с ними частицы являются полевыми, и их проявление является результатом возбуждения соответствующего квантового поля. Таким образом, согласно квантовой теории поля, даже в вакууме существуют квантовые поля, и, что важно, эти поля всегда подвергаются случайным возбуждениям, даже в точке, где должна быть нулевая энергия, т. е. существуют конститутивные нулевые флуктуации энергии.
Эти квантовые флуктуации энергии вакуума не тривиальны, в теории квантовой хромодинамики (КХД) именно они придают адронам, как и протону, их массу.
В рамках теории КХД около 2% массы нейтронов и протонов приходится на так называемое взаимодействие Хиггса, оставшаяся часть массы (остальные 98%) приходится на энергетические флуктуации КХД-вакуума, образующего кварк-антикварковый и глюонный конденсат. — см. лекцию лауреата Нобелевской премии по физике Фрэнка Вильчека о «материальности вакуума», чтобы узнать больше о свойствах «эфира», особенно в применении к КХД.
Феноменальная энергия квантового вакуума составляет наш повседневный мир, материя состоит из флуктуаций вакуума, и такие физики, как Нассим Харамейн, применили это понимание, чтобы выяснить, как возникают массы частиц, а также силы и константы природы [ 1], [2]. Эта определяющая флуктуация плотности энергии пространства на очень коротких расстояниях и во времени не только теоретическая — ее эффекты наблюдались и характеризовались эмпирически.
Наиболее известным эффектом которой является сила Казимира, которая в своей простейшей форме создает притяжение между объектами, находящимися на субмикронных расстояниях друг от друга, из-за того, что объекты компенсируют определенные режимы квантовых флуктуаций вакуума, создавая сила, но которая также использовалась для создания сил отталкивания (для левитации), высвобождала фотоны из вакуума посредством динамического эффекта Казимира, а также использовалась для реализации нелинейных колебаний [3], квантового захвата [4], переноса фононов [5] и диссипативное разбавление [6].
Как видно, существует много потенциальных технологических применений эффекта Казимира (не последним из которых была бы антигравитационная сила, если бы эффект можно было достаточно усилить и контролировать). Теперь команда сообщила о невзаимном устройстве, основанном на квантовых флуктуациях вакуума, которое может влиять на однонаправленную передачу энергии, например диод. В публикации в журнале Nature Nanotechnology команда сообщает о квантово-вакуумной невзаимной передаче энергии между двумя микромеханическими осцилляторами [7].
Исследовательская группа, опубликовавшая исследование, возглавляемая Тонгканом Ли из Института квантовой науки и инженерии Пердью Университета Пердью, впервые продемонстрировала прорыв в использовании квантовых флуктуаций вакуума для регулирования передачи энергии на наноуровне и создания функциональных устройств Казимира.
Подобно управлению электрическим током с помощью диодов, исследовательская группа утверждает, что разработала эффективный «диод Казимира», который может выпрямлять передачу энергии, связанную с взаимодействием Казимира. Исследовательская группа объясняет, что невзаимность или однонаправленная передача энергии реализуется за счет динамической модуляции нелинейного взаимодействия Казимира в специально сконструированном оптическом резонаторе, в котором частотные моды мембран двух микромеханических осцилляторов связаны с помощью света и динамически модулируются в особое состояние частотной модуляции, называемое исключительной точкой (см. Рисунок 1b и 1c ), оптико-механический (или оптомеханический) метод.
Используя сильную нелинейность взаимодействия Казимира и асимметричную структуру вблизи исключительной точки для нарушения симметрии обращения времени путем модуляции расстояния между двойными кантилеверами (микромеханическими резонаторами) на желаемой частоте и амплитуде, исследователи реализовали невзаимную передачу энергии. с взаимодействием Казимира.
Рисунок 1: Эффект Казимира в системе с двумя кантилеверами и собственные значения вблизи исключительной точки . (a): На два модифицированных кантилевера с резонансными частотами ω1 и ω2 действует сила Казимира из-за флуктуаций квантового вакуума. Амплитуды колебаний двух кантилеверов обозначены как A1 и A2. На резонатор 1 подается дополнительная медленная модуляция с частотой fmod и амплитудой δd для реализации параметрической связи. (b) и (c): Действительная и мнимая части собственных значений показаны как функция частоты модуляции fmod и амплитуды модуляции δd.
Два собственных значения демонстрируют нетривиальную топологическую структуру вблизи исключительной точки (EP). Изображение и описание из [7] Z. Xu, X. Gao, J. Bang, Z. Jacob, and T. Li, «Невзаимная передача энергии посредством эффекта Казимира», Nat. нанотехнологии. , том. 17, нет. 2, ст. нет. 2, Feb. 2022.
Результаты являются еще одной эмпирической демонстрацией существенной и нетривиальной природы энергии нулевой точки квантового вакуума, а невзаимные операции открывают новые направления для управления оптомеханическими системами, примером чего является революционная разработка команды «Казимир Диод». Этот метод предлагает впечатляющую степень контроля над микрометрическими или наноразмерными оптомеханическими системами, поскольку направление передачи энергии зависит от последовательности операций. Безусловно, замечательная система обеспечит гибкость для будущих приложений в устройствах на базе Casimir.
Ссылки
[1] Вал Бейкер, А.К.Ф.
, Харамейн, Н. и Алирол, О. (2019). Электрон и решение голографической массы, Очерки физики, том 32, страницы 255–262.
[2] Харамейн, Н. (2012). Quantum Gravity and the Holographic Mass, Physical Review & Research International , ISSN: 2231-1815, Page 270-292
[3] Х. Б. Чан, В. А. Аксюк, Р. Н. Клейман, Д. Дж. Бишоп и Ф. Капассо, Нелинейный микромеханический Казимир осциллятор, физ. Преподобный Летт. 87, 211801 (2001).
[4] Р. Чжао, Л. Ли, С. Ян, В. Бао, Ю. Ся, П. Эшби, Ю. Ван и X. Чжан, Стабильные равновесия Казимира и квантовые ловушки, Наука 364, 984 ( 2019).
[5] К. Ю. Фонг, Х.-К. Ли, Р. Чжао, С. Ян, Ю. Ван и К. Чжан, Фононная теплопередача через вакуум посредством квантовых флуктуаций, Nature 576, 243 (2019).
[6] Дж. М. Пейт, М. Горячев, Р. Ю. Чиао, Дж. Э. Шарпинг и М. Э. Тобар, Источник Казимира и разбавление в оптомеханике макроскопических резонаторов, Nature Physics 16, 1117–1122 (2020).
[7] Z. Xu, X. Gao, J. Bang, Z. Jacob, and T.
Li, «Невзаимная передача энергии посредством эффекта Казимира», Nat. нанотехнологии. , том. 17, нет. 2, ст. нет. 2, февраль 2022 г., doi: 10.1038/s41565-021-01026-8
Электроника | Устройства, факты и история
транзистор
Посмотреть все СМИ
- Ключевые люди:
- Лэй Цзюнь
Ан Ван
Роберт Моррис Пейдж
Уолтер Шоттки
- Похожие темы:
- физика
промышленность
электронная система
Просмотреть весь связанный контент →
Резюме
Прочтите краткий обзор этой темы
электроника , раздел физики и электротехники, изучающий эмиссию, поведение и эффекты электронов и электронных устройств.
Электроника охватывает исключительно широкий спектр технологий. Первоначально этот термин применялся к изучению поведения и движения электронов, особенно наблюдаемого в первых электронных лампах. Оно стало использоваться в более широком смысле с развитием знаний о фундаментальной природе электронов и о том, как можно использовать движение этих частиц.
Сегодня многие научные и технические дисциплины занимаются различными аспектами электроники. Исследования в этих областях привели к разработке таких ключевых устройств, как транзисторы, интегральные схемы, лазеры и оптические волокна. Это, в свою очередь, позволило производить широкий спектр электронных потребительских, промышленных и военных товаров. Действительно, можно сказать, что мир находится в эпицентре электронной революции, по крайней мере столь же значительной, как промышленная революция 19-го века.век.
гибкая электроника
Посмотреть все видео к этой статье
В этой статье рассматривается историческое развитие электроники, освещаются основные открытия и достижения. В нем также описываются некоторые ключевые электронные функции и то, как различные устройства выполняют эти функции.
История электроники
Теоретические и экспериментальные исследования электричества в течение 18-19 веков привели к созданию первых электрических машин и началу широкого применения электричества.
История электроники начала развиваться отдельно от истории электричества в конце XIX в.век с идентификацией электрона английским физиком сэром Джозефом Джоном Томсоном и измерением его электрического заряда американским физиком Робертом А. Милликеном в 1909 году.
Викторина «Британника»
Викторина «Электроника и гаджеты»
Кто производитель iPhone? В каком году был представлен DVD? Айпод? Отсканируйте эти вопросы и проверьте свои знания об электронике и гаджетах.
Во время работы Томсона американский изобретатель Томас А. Эдисон наблюдал голубоватое свечение в некоторых из своих ранних лампочек при определенных условиях и обнаружил, что ток будет течь от одного электрода в лампе к другому, если второй (анодный) ) были заряжены положительно по отношению к первому (катоду). Работа Томсона и его учеников, а также английского инженера Джона Эмброуза Флеминга показала, что так называемый эффект Эдисона является результатом испускания электронов катодом, горячей нитью накаливания в лампе.
Движение электронов к аноду, металлической пластине, представляет собой электрический ток, которого не было бы, если бы анод был заряжен отрицательно.
Это открытие послужило толчком к разработке электронных ламп, в том числе усовершенствованной рентгеновской трубки американского инженера Уильяма Д. Кулиджа и термоэмиссионного клапана Флеминга (двухэлектродной вакуумной трубки) для использования в радиоприемниках. Обнаружение радиосигнала, представляющего собой переменный ток очень высокой частоты (AC), требует выпрямления сигнала; т. е. переменный ток должен преобразовываться в постоянный ток с помощью устройства, проводящего только тогда, когда сигнал имеет одну полярность, но не когда он имеет другую полярность, — как раз то, что делает клапан Флеминга (запатентованный в 1904) сделал. Ранее радиосигналы обнаруживались с помощью различных эмпирически разработанных устройств, таких как детектор «кошачий ус», который состоял из тонкой проволоки (усы), находящейся в тонком контакте с поверхностью природного кристалла сульфида свинца (галенита) или какого-либо другого вещества.
полупроводниковый материал. Эти устройства были ненадежными, не обладали достаточной чувствительностью и требовали постоянной регулировки контакта усов с кристаллом для получения желаемого результата. Тем не менее, они были предшественниками современных твердотельных устройств. Тот факт, что кристаллические выпрямители вообще работали, побуждал ученых продолжать их изучение и постепенно получать фундаментальное понимание электрических свойств полупроводниковых материалов, необходимое для изобретения транзистора.
Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас
В 1906 году американский инженер Ли Де Форест разработал вакуумную лампу, способную усиливать радиосигналы. Де Форест добавил сетку из тонкой проволоки между катодом и анодом двухэлектродного термоэмиссионного клапана, сконструированного Флемингом. Таким образом, новое устройство, которое Де Форест назвал Audion (запатентовано в 1907 году), представляло собой трехэлектродную электронную лампу.
При работе на анод в такой вакуумной трубке подается положительный потенциал (смещен положительно) по отношению к катоду, а сетка смещена отрицательно. Большое отрицательное смещение сетки предотвращает попадание электронов, испускаемых катодом, на анод; однако, поскольку сетка представляет собой в основном открытое пространство, менее отрицательное смещение позволяет некоторым электронам проходить через нее и достигать анода. Таким образом, небольшие изменения потенциала сетки могут контролировать большие величины анодного тока.
Вакуумная лампа позволила развить радиовещание, междугородную телефонию, телевидение и первые электронные цифровые компьютеры. Эти первые электронные компьютеры были, по сути, самыми большими из когда-либо созданных ламповых систем. Возможно, самым известным представителем является ENIAC (электронный числовой интегратор и компьютер), завершенный в 1946 году. очень высокие частоты, иметь надежность выше средней или быть очень компактными (размером с наперсток).
Электронно-лучевая трубка, первоначально разработанная для отображения электрических сигналов на экране для инженерных измерений, превратилась в телевизионную кинескопную трубку. Такие трубки работают за счет преобразования электронов, испускаемых катодом, в тонкий пучок, который падает на флуоресцентный экран на конце трубки. Экран излучает свет, который можно наблюдать снаружи трубки. Отклонение электронного луча вызывает появление на экране световых узоров, создающих желаемые оптические изображения.
Несмотря на значительный успех твердотельных устройств в большинстве электронных приложений, существуют определенные специальные функции, которые могут выполнять только электронные лампы. Обычно они включают работу при экстремальных значениях мощности или частоты.
Вакуумные трубки хрупкие и со временем изнашиваются в процессе эксплуатации. Отказ происходит при нормальном использовании либо из-за многократного нагревания и охлаждения при включении и выключении оборудования (термическая усталость), что в конечном итоге приводит к физическому разрушению какой-либо части внутренней структуры трубы, либо из-за ухудшения свойств катод остаточными газами в трубке.