В социалистических странах наибольший удельный вес в добыче топлива занимает (1974) уголь: в Болгарии - 83%, ГДР - 88%, Польше - 95%, Чехословакии - 95%, Югославии - 45 % . Только в Румынии нефть и газ составляют 80% добываемого топлива. В Венгрии наряду с углем значительный удельный вес в общей добыче топлива занимает газ - 31%.
В США нефть и газ в добыче топлива составляют (1974) 74%, в Канаде - 92%. В Великобритании, Франции, ФРГ, Японии добывается в основном уголь. Однако в потреблении нефть и газ занимают первое место.
Лит.:Мельников Н. В., Топливно-энергетические ресурсы СССР, М., 1971.
В. И. Рябко.
Топливный фильтр
То'пливный фи'льтр, фильтр для очистки жидкого топлива от различных примесей; устанавливается в системах питания двигателей внутреннего сгорания , на топливозаправщиках , автомобилях и т.п. Для грубой очистки применяют сетчатые, ленточно-щелевые и пластинчато-щелевые Т. ф., задерживающие крупные механические частицы размером более 20 мкм. В Т. ф. тонкой очистки сменные фильтрующие элементы, изготовляемые из пористых материалов, например фетра, войлока, бумаги, задерживают частицы от 5 до 20 мкм. Для удаления воды и частиц загрязнений размером 5 мкми более из авиацинных топлив применяют аэродромные Т. ф. (фильтры-сепараторы).
Топливный элемент
То'пливный элеме'нт,важнейшая составная часть электрохимического генератора , обеспечивающая прямое преобразование химической энергии (реагентов - топлива и окислителя) в электрическую. Основу Т. э. составляют два электрода, разделённые твёрдым или жидким электролитом (см. рис.). Топливо и окислитель подаются в полости, граничащие с электродами; на поверхности раздела электролит - электрод в присутствии катализатора происходят реакции окисления и восстановления (см. Окисление-восстановление ). В результате этих реакций образуются ионы А -и В +(рекомбинирующие затем до конечного продукта реакции AB) и выделяется (или поглощается) тепло Q. Освободившиеся при реакции окисления топлива электроны создают на соответствующем электроде (аноде) избыточный отрицательный заряд; на катоде в результате реакции восстановления окислителя создаётся избыточный положительный заряд. При замыкании внешней цепи в ней появляется электрический ток, совершающий полезную работу Е пол.Суммарная реакция: А + В= AB +Q+ Е пол. Электролит в Т. э. не только содержит вещества, участвующие в электрохимических реакциях, но и обеспечивает пространственное разделение процессов окисления и восстановления. Для эффективной работы Т. э. необходимы развитая поверхность электродов (до сотен м 2 на г вещества), рациональная организация процессов адсорбциии ионизациимолекул реагирующих веществ и отвода электронов и продуктов реакции, высокая чистота реагентов.
Идея создания Т. э. была высказана в начале 19 в. английским физиком У. Р. Гровом, однако её практическая реализация осуществлена (почти одновременно в СССР, США, Франции и Великобритании) лишь в 60-х гг. 20 в. В середине 70-х гг. известно много Т. э. разных типов, различающихся рабочими температурами (от комнатной до 1200 К), а также видом используемого топлива (водород, водородсодержащие вещества, металлы и т.д.), окислителя (кислород, кислородсодержащие вещества, хлор и т.д.), катализатора (платина, палладий, серебро, никель, уголь и т.д.) и электролита (щёлочи или кислоты, твёрдые окислы металлов, расплавы солей, ионообменные полимеры и т.д.). Практическое применение получили главным образом Т. э., в которых в качестве топлива, окислителя и электролита используют соответственно водород, кислород и щёлочь (или ионообменный полимер). Такие Т. э. работают при невысоких температурах (до 100 °С), что обеспечивает им длительный (до нескольких тыс. ч) ресурс работы; их рабочее напряжение ~1 в. Однако топливом в Т. э. принципиально может служить любое вещество, реагирующее при рабочей температуре с кислородом или галогенами. Перспективны Т. э. с прямым окислением углеводородов (пропана, бензина), спиртов, аммиака и т.д. Одна из основных проблем, стоящих на пути их создания, - разработка теории катализа и практических методов получения катализаторов, обладающих достаточной активностью и коррозионной стойкостью и не подверженных отравляющему действию продуктов реакции. См. также Грове элемент .
Лит.:Феттер К., Электрохимическая кинетика, пер. с нем., М., 1967; Фильштих В., Топливные элементы, пер. с нем., М., 1968; Лидоренко Н. С., Мучник Г. Ф., Перспективы и научные проблемы применения методов непосредственного получения электроэнергии из химических топлив, «Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт», 1973, № 2.
()
Н. С. Лидоренко, Г. Ф. Мучник.
Схема топливного элемента: 1 и 2 - полости с реагентами; 3 - электроды; 4 - электролит; А - окислитель; В - топливо; AB - продукты реакции; R - сопротивление нагрузки; I - электрический ток; Q - тепло, выделяющееся (поглощающееся) в результате реакции.
Топливо
То'пливо,горючие вещества, выделяющие при сжигании значительное количество теплоты, которая используется непосредственно в технологических процессах или преобразуется в др. виды энергии. Для сжигания Т. служат различные технические устройства - топки , печи , камеры сгорания . Существует много горючих веществ, однако к Т. относят только те, которые достаточно широко распространены в природе, причём добыча их не связана с большими затратами, а продукты сгорания практически безвредны. Таким требованиям отвечают вещества, основная составная часть которых - углерод. К ним относятся полезные ископаемые органического происхождения - бурый уголь, горючие газы, горючие сланцы, каменный уголь, нефть, торф, а также древесина и растительные отходы (солома, лузга и др.). Исключение составляет Т. для ракетных двигателей (см. Ракетное топливо , Металлсодержащее топливо ).
В ядерной энергетике применяется понятие ядерного Т.- вещества, ядра которого делятся под действием нейтронов, выделяя при этом энергию в основном в виде кинетической энергии осколков деления ядер и нейтронов (см. Ядерное топливо ). Поэтому обычное химическое Т., в отличие от ядерного, называется органическим. Природное органическое Т. - основной источник теплоты, используемой человечеством (70-е гг. 20 в.). На сырье из природного Т. почти полностью базируется нефтехимическая промышленность (см. Основной органический синтез), производство смазочных материалов и т. д. (см. Нефтепродукты ).
Первоначально для получения теплоты (огня) пользовались главным образом растительным Т. (дровами и т. д.). Ископаемые Т. - уголь и нефть известны с древнейших времён, но лишь с середины 19 в. эти виды Т. стали вытеснять менее калорийные растительные Т., что имело большое значение для сохранения лесов (см. Охрана природы ).
Свойства Т. в значит, степени определяются их химическим составом (в % по массе). Содержащиеся в Т. химические элементы обозначаются соответствующими символами - С, Н, О, N, S; зола и вода - соответственно А и W. Влажность и зольность Т. даже в пределах одного его сорта подвержены значительным колебаниям, поэтому для уточнения характеристик часто используют составы Т., отнесённые не только к рабочей массе, то есть подаваемой в топку (обозначается индексом р), но и к сухой массе (с), горючей (г), органической (о). Например, обозначение С г91 показывает, что горючая масса данного Т. содержит углерода 91% (по массе). Важнейшая характеристика практической ценности Т. - теплота сгорания . Для сравнительных расчётов используется понятие топлива условного с теплотой сгорания 7000 ккал/кг(29308 кдж/кг) .Качество каменных углей характеризуется выходом летучих веществ V л,переходящих в газо- или парообразное состояние при нагревании угля без доступа воздуха. При этом образуется нелетучий остаток, по свойствам которого судят о спекаемости данного угля, то есть его пригодности для коксования. Окисляемость Т. при обычных температурах определяет способы и сроки хранения Т.; при высокой окисляемости Т. могут самовоспламеняться. Способность Т. к самовоспламенению определяют температурой воспламенения. Жидкие Т., кроме того, характеризуются температурой вспышки (способностью смеси паров Т. с воздухом воспламеняться без загорания самой жидкости). Эта характеристика имеет определяющее значение при сжигании Т. в двигателях внутреннего сгорания. Возможность получения высоких температур при сжигании Т. зависит от жаропроизводительности T a-максимальной температуры, теоретически достигаемой при полном сгорании Т. в воздухе, причём выделяемая теплота полностью расходуется на нагрев образующихся продуктов сгорания. Механическая прочность твёрдого Т. имеет большое значение при перевозках его на дальние расстояния и многократных перегрузках. При сжигании Т. в виде пыли затрата энергии на пылеприготовление характеризуется размолоспособностью Т. При слоевом сжигании Т. большое значение имеет также его гранулометрический состав, т.е. содержание в Т. частиц различной крупности. В таблице приведены основные характеристики некоторых Т.
Основные характеристики некоторых топлив
| Вид топлива | Состав, % (по массе) | Выход летучих V л,% (по массе) | Жаропроиз- водительность, Т а, 0С | Теплота сгорания Q р н, Мдж/кг | ||||||
| W р | A р | C р | H р | S р | N р | O р | ||||
| Дрова Фрезерный торф Бурый уголь (канско-ачинский) Каменный уголь (газовый донецкий) Антрацитовый штыб Мазут (высокосернистый) Бензин Природный газ | 40 50 33 8 0,5 3 - - | 0,6 6,3 6 23 23 0,1 - - | 30,3 24,7 43,7 55,2 63,8 83 85 74 | 3,6 2,6 3 3,8 1,2 10,4 14,9 25 | -0,1 0,2 3,2 1,6 2,8 0,05 - | 0,4 1,1 0,6 1,0 0,6 - - 1,0 | 25,1 15,2 13,5 5,8 1,3 0,7 0,05 - | 85 70 48 40 3,5 - - - | 1600 1500 1800 2050 2150 2100 2100 2000 | 10,2 8,1 15,7 22 22,6 39,2 44 35,6* |
* Теплота сгорания природного газа дана в Мдж/м 3.
Т. по агрегатному состоянию подразделяют на твёрдые, жидкие, газообразные; по происхождению - на природные (уголь, нефть и др.) и искусственные, получаемые в результате переработки природных Т. Например, качество твёрдого Т. может повышаться (без изменения его химического состава) брикетированием , обогащением, пылеприготовлением. Применяемый в доменном процессе кокс изготовляют нагреванием Т. (главным образом каменного угля) до 950-1050 °C без доступа воздуха (см. Коксование , Коксохимия ). Из жидкого природного Т. (нефти) нефтепродукты вырабатывают дистилляцией (см. Перегонка нефти ), крекингом , пиролизом . Последний - один из важнейших промышленных методов получения сырья для нефтехимического синтеза . Газообразное искусственное Т. получают из твёрдого и жидкого газификацией топлив (см. также Подземная газификация углей , Газы нефтепереработки ). О биохимической переработке раститительного Т. см. в ст. Гидролиз растительных материалов .
При современном уровне добычи (1975) разведанных запасов угля хватит на тысячи лет, прогнозных запасов нефти и газа при существующем уровне добычи - лишь на 100-150 лет, а с учётом роста темпов добычи эти запасы могут быть исчерпаны за 50-60 лет. Ограниченность ресурсов газа и нефти и значительное повышение их стоимости вызвали стремление к экономии ископаемого Т. и использованию для получения энергии др. источников (см. Теплоэнергетика , Гелиотехника , Ядерная энергетика , Энергетический кризис ).
Так как почти всё добываемое Т. сжигается (лишь около 10% нефти и газа потребляется в виде сырья), ежегодный выброс в атмосферу Земли веществ, образующихся при сжигании Т., достигает огромных количеств: золы около 150 млн. т, окислов серы около 100 млн. т, окислов азота около 60 млн. т, двуокиси углерода около 20 млрд. т. Для защиты окружающей среды разрабатываются различные методы улавливания вредных веществ из продуктов сжигания, а также такие способы сжигания, при которых эти вещества (окислы азота и CO) не образуются.
Лит. см. при статьях об отд. видах Т.
И. Н. Розенгауз.
Топливо условное
То'пливо усло'вное,единица учёта органического топлива , применяемая для сопоставления эффективности различных видов топлива и суммарного учёта их. В качестве единицы Т. у. принимается 1 кгтоплива с теплотой сгорания 7000 ккал/ кг(29,3 Мдж/ кг). Соотношение между Т. у. и натуральным топливом выражается формулой:
где
B
y-масса эквивалентного количества условного топлива,
кг;
В
н-масса натурального топлива,
кг(твёрдое и жидкое топливо) или
м
3(газообразное);
- низшая теплота сгорания данного натурального топлива,
ккал/
кгили
ккал/
м
3;
- калорийный эквивалент.
Значение Э принимают: для нефти 1,4; кокса 0,93; торфа 0,4; природного газа 1,2.
Использование Т. у. особенно удобно для сопоставления экономичности различных теплоэнергетических установок. Например, в энергетике используется следующая характеристика - количество Т. у., затраченное на выработку единицы электроэнергии. Эта величина g, выраженная в гТ. у., приходящихся на 1 квтЧчэлектроэнергии, связана с кпд установки h соотношением
С помощью Т. у. можно составить топливный баланс или суммарный энергетический баланс отрасли, страны и мира в целом (см. Топливная промышленность ).
В некоторых странах принят иной подсчёт Т. у., например во Франции в качестве Т. у. принято топливо, имеющее либо низшую теплоту сгорания 6500 ккал/ кг(27,3 Мдж/ кг), либо высшую теплоту сгорания 6750 ккал/ кг(28,3 Мдж/ кг); в США и Великобритании в качестве крупной единицы Т. у. принимают единицу учёта, равную 10 18британских тепловых единиц (36 млрд. тТ. у.).
И. Н. Розенгауз.
Топливозаправщик
Топливозапра'вщик,бензозаправщик, самоходный или прицепной агрегат для транспортировки жидкого топлива и заправки двигателей летательных аппаратов . На ходовой части Т. (шасси автомобиля, прицепа или полуприцепа с автотягачом) расположены цистерна, насос с приводом, приёмо-раздаточная арматура, топливные фильтры , контрольно-измерительные приборы, кабина с механизмами управления, заземляющее устройство и средства противопожарной защиты. Вместимость цистерн Т. 4000-50000 л. В некоторых случаях Т. используют для заправки топливом танков и др. самоходных машин (главным образом военных), а также в районах, где нет топливозаправочных станций и топливораздаточных колонок .
Топливораздаточная колонка
Топливоразда'точная коло'нка,бензораздаточная колонка, предназначена для измерения и отпуска жидкого топлива в баки транспортных и др. самоходных машин или в тару потребителя. Устанавливается на автозаправочной станции или в пунктах заправки. Для подачи больших объёмов топлива используют центробежные или роторные насосы с электроприводом; для выдачи небольших доз топлива - ручные поршневые или крыльчатые насосы. Отпускаемое топливо измеряется мерными сосудами или объёмными счётчиками и регистрируется контрольным устройством. Т. к. могут иметь ручное, дистанционное и комбинированное управление. На Т. к. с автоматическим управлением выдача топлива производится после того, как в соответствующее гнездо панели вставлен ключ, опущены перфокарта, жетон или монета. Наиболее распространены Т. к. производительностью 5-40 л/ минс минимальной дозой отпуска топлива 2 л (точность измерения ±0,2-0,5% от действительного объёма выданного топлива). Наконечник заправочного шланга и заправляемая машина заземляются.
Н. Ф. Кайдаш.
Топографии барической метод
Топогра'фии бари'ческой ме'тод,метод графического представления давления, температуры, влажности и ветра в тропосфере и стратосфере при помощи карт топографии барической , составленных по данным радиозондирования атмосферы (см. Синоптические карты ) в целях анализа атмосферных процессов и прогноза погоды . Мерой высоты при построении карт барической топографии служит геопотенциал Ф = gz, представляющий работу, совершаемую при поднятии единицы массы воздуха в поле силы тяжести gот исходного уровня с давлением p 0на высоту zс давлением p 1 ( zвыражено в линейных, а Ф - в динамических метрах).
За единицу геопотенциала принят динамический метр, представляющий собой работу, которую необходимо затратить для подъёма единицы массы воздуха от уровня моря на 1 мна широте 45°. Значение ускорения силы тяжести gдля любой широты до высоты 30 кмв расчётах геопотенциала принимают постоянной и равной 9,8 м/ сек; Для того чтобы выразить положение изобарической поверхности в единицах работы таким же числом, что и её геометрическая высота z, было введено понятие геопотенциальной высоты Н = z. Геопотенциальные высоты вычисляют по барометрической формуле геопотенциала:
H 2-H 1= 67,44 T vmlg ( p 1/ p 2),
где H 1и H 2 -геопотенциальные высоты на нижнем и верхнем уровне, a p 1и p 2 -соответственно давление на этих уровнях, T vm-средняя виртуальная температура слоя воздуха, заключенного между уровнями H 1и H 2 .
Если высота какой-либо изобарической поверхности отсчитывается от уровня моря, то геопотенциал называется абсолютным, а если от ниже расположенной изобарической поверхности - относительным. Поэтому абсолютный геопотенциал любой изобарической поверхности зависит от давления на уровне моря и средней виртуальной температуры в слое воздуха, заключённого между уровнем моря и интересующей изобарической поверхностью, а относительный геопотенциал - только от T vm(так как давление на нижнем и верхнем уровнях принимается постоянным).
Карты, на которые нанесены значения абсолютного геопотенциала, температуры и влажности воздуха, направления и скорости ветра на данной изобарической поверхности, называются картами абсолютной барической топографии, а карты с данными относительного геопотенциала - картами относительной барической топографии. На картах абсолютных барических топографии проводятся линии равных значений геопотенциала (обычно через 40 геопотенциальных метров), называемые изогипсами и представляющие собой линии пересечения изобарической поверхности с поверхностями уровня. Поскольку изобарические поверхности в циклонах имеют вогнутую к земной поверхности форму, а в антициклонах - выпуклую, то циклоны и антициклоны на этих картах представляют собой области с замкнутыми изогипсами, соответственно с низкими и высокими значениями геопотенциала в центре. Расстояние между соседними изогипсами пропорционально величине градиента давления и, следовательно, скорости ветра; чем гуще изогипсы, тем больше скорость ветра; направление ветра примерно параллельно изогипсам, причём ветер дует так, что низкое значение давления в Северном полушарии будет слева, а высокое - справа.
На картах относительной барической топографии, характеризующих среднее поле температуры между двумя изобарическими поверхностями, области холода и тепла очерчиваются также изогипсами, при этом местоположение очагов холода чаще всего совпадает с циклонами и ложбинами, а очагов тепла - с антициклонами и гребнями.
Совместный анализ карт абсолютной и относительной барической топографии, а также приземных карт погоды позволяет установить вертикальную структуру барических систем, их возникновение, перемещение и эволюцию, интенсивность переноса теплоты и влаги на различных высотах; по сгущению изогипс на картах абсолютной барической топографии - расположение струйных течений , по сгущению изогипс на картах относительной барической топографии - фронтов атмосферных . На основании такого анализа представляется возможным прогнозировать развитие атмосферных процессов и составлять прогнозы погоды.
Основы Т. б. м. были разработаны В. Ф. К. Бьеркнесом (1912), а его практическое применение в службах погоды различных стран стало возможным с развитием сети радиозондирования атмосферы. Регулярное составление карт барической топографии в СССР начато в 1938.
Лит.:Бугаев В. А., Карты барической топографии, Л., 1950; Руководство по краткосрочным прогнозам погоды, 2 изд., ч. 1, Л., 1964; Зверев А. С., Синоптическая метеорология и основы предвычисления погоды, Л., 1968.
И. В. Кравченко.
Топографическая анатомия
Топографи'ческая анато'мия,направление анатомии , изучающее взаиморасположение органов и систем организма в условиях нормы и патологии с учётом его возрастных, половых и конституциональных особенностей. Данные Т. а. обосновывают рациональные оперативные доступы к различным органам. В СССР Т. а. вместе с оперативной хирургией составляет самостоятельную теоретическую (подготовительную к клинической хирургии) медицинскую дисциплину и предмет преподавания. Помимо методов нормальной анатомии, в Т. а. применяют распилы замороженного или фиксированного трупа, рентгенологические и др. методы исследования человека. Основоположник научная Т. а. - Н. И. Пирогов , деятельности которого предшествовали работы И. В. Буяльскогоидр. Дальнейшее развитие Т. а. в России и СССР связано с трудами анатомов и хирургов А. А. Боброва, П. И. Дьяконова, В. Н. Шевкуненко, С. И. Спасокукоцкого, А. В. Мартынова, А. В. Вишневского, Б. В. Петровского, В. В. Кованова, Ю. М. Лопухина, Б. В. Огнева и др. За рубежом исследования по Т. а. и преподавание её проводятся на хирургических кафедрах.
Лит.:Пирогов Н. И., Хирургическая анатомия артериальных стволов и фасций, пер. с нем., в. 1-5, СПБ, 1881-82; Лекции топографической анатомии и оперативной хирургии, 2 изд., М., 1908; Краткий курс оперативной хирургии с топографической анатомией, [Л.], 1951; Огнев Б. В., Фраучи В. Х., Топографическая и клиническая анатомия, М., 1960; У де рм а н Ш. И., Избранные очерки история отечественной хирургии XIX столетня, Л., 1970; Островерхов Г. Е., Лубоцкий Д. Н., Бомаш Ю. М., Оперативная хирургия и топографическая анатомия, 3 изд., М., 1972.
А. В. Краев.
Топографические карты
Топографи'ческие ка'рты- подробные, единые по содержанию, оформлению и математической основе географические карты , на которых изображаются природные и социально-экономические объекты местности с присущими им качественными и количественными характеристиками и особенностями размещения. Предназначены для многоцелевого хозяйственного, научного и военного (см. Военная топография ) применения. Т.к. строятся по законам проектирования физических тел на плоскость, имеют опорную геодезическую сеть и стабильную систему обозначений, что в совокупности обусловливает возможность получения по ним наглядной, точной и сопоставимой (для различных масштабов, районов и лет съёмки) общегеографической информации о местности. Документальность Т.к. позволяет использовать их как источник детальных данных о той или иной территории и надёжное средство ориентирования в натуре, вести по ним изучение местности и многих проявлений естественных процессов и человеческой деятельности, устанавливать содержание, границы и площади угодий, плановое и высотное положение точек, расстояния и уклоны между ними и выполнять др. измерения и расчёты (см. Картометрия ). Т.к. неооходимы для проведения различных исследований и инженерных изысканий и как основа при нанесении их результатов, для составления отраслевых тематических карт (см. Картография ) и проектов преобразования территории, для рационального ведения хозяйства и охраны природы.
Т.к. разделяются на обзорно-топографич., собственно топографические и топографические планы. По каждой из данных групп масштабы карт, их проекции, содержание и точность в различных странах в основном сходны (включая карты США и Великобритании, часть которых - не в метрической системе). В СССР к первой группе относят карты масштабов 1:1000000, 1:500000, ко второй - 1:200000, 1:100000 (мелкомасштабные Т. к.) 1:50000, 1:25000 (среднемасштабные Т. к.), 1:10000, 1:5000 (крупномасштабные Т. к.), к третьей - 1:2000, 1:1000, 1:500. Обзорно-топографические карты создаются преимущественно методами картосоставления по Т. к. более крупных масштабов; для тех же целей начато использование материалов высотной аэросъёмки и космической съёмки . Собственно Т. к. изготовляют или обновляют в основном аэрофототопографическими методами (см.