Страница:
ГАЗОРАЗРЯ́ДНЫЕ ПРИБÓРЫ (ионные приборы), электровакуумные приборы, действие которых основано на использовании явления газового разряда – совокупности электрических, оптических и тепловых явлений, сопровождающих прохождение электрического тока через инертные газы, водород или пары металла (ртути). Возникающие при этом электрические разряды сопровождаются излучением света (свечением), характерного для данного газа или пара спектрального состава.
Простейший газоразрядный прибор представляет собой диод (с накалённым или холодным катодом) со стеклянным или керамическим баллоном, заполненный разреженным газом или парами ртути. При подаче напряжения на электроды эмитируемые катодом электроны устремляются к аноду. Сталкиваясь с атомами (или молекулами) газа, заполняющего баллон, они отдают им свою энергию. При определённом значении напряжения энергия электронов оказывается достаточной для ионизации атомов газа. В результате между электродами возникает газовый разряд – дуговой, тлеющий, искровой или коронный. Свойства разряда зависят от давления газа, типа катода, конструкции прибора, силы пропускаемого тока.
Газоразрядные приборы разделяются на приборы тлеющего разряда, дугового разряда, гл. обр. с накаливаемым катодом, искрового разряда, коронного разряда, газоразрядные источники света, газовые лазеры и т. д. Газоразрядные приборы тлеющего разряда (декатроны, тиратроны, цифровые индикаторные лампы, матричные индикаторные панели и др.) наполняются смесью инертных газов. Быстродействие таких приборов не превышает сотен микросекунд (рабочая частота – десятков килогерц). Используются для стабилизации напряжения, коммутации в слаботочных цепях, в качестве индикаторов и т. д. Газоразрядные приборы искрового разряда (искровые разрядники) построены на использовании кратковременного дугового или тлеющего разряда (электрической искры), возникающего в среде между однотипными ненакаленными электродами. Используются для защиты различных радиоустройств или линий связи от перенапряжений, вызванных, напр., грозовыми разрядами. В газоразрядных приборах коронного разряда (стабилитронах и др.) ионизация возникает лишь вблизи анода. Газоразрядные приборы несамостоятельного дугового разряда (газотроны, тиратроны, таситроны) наполняют инертными газами или водородом, имеют накаливаемый катод. В газоразрядных приборах самостоятельного дугового разряда применяется жидкометаллический катод (игнитроны, ртутные вентили, экситроны) или самокалящийся катод (аркотроны). Приборы дугового разряда имеют ограниченное применение (напр., в качестве коммутаторов тока в импульсных схемах, в качестве вентилей в выпрямителях). В значительной степени они вытеснены полупроводниковыми приборами. Широкое распространение получили газоразрядные источники света со строго определённым спектральным составом излучения. Они могут давать видимое или ультрафиолетовое излучение. Свечение газа тлеющего разряда используется в декатронах, цифровых индикаторных лампах и матричных индикаторных панелях. Газовые лазеры (атомарные, ионные, молекулярные) являются источниками когерентных электромагнитных колебаний светового диапазона.
ГАЗОРАСПРЕДЕЛИ́ТЕЛЬНАЯ СТÁНЦИЯ, комплекс установок и оборудования, предназначенных для регулирования давления газа (до уровня, безопасного для потребления) и распределения его по объектам (потребителям). По назначению различают газораспределительные станции, сооружаемые обычно на конечных пунктах магистральных газопроводов; промысловые, которые служат для обработки газа на промыслах, а также для снабжения близлежащих к промыслу населённых пунктов; контрольно-распределительные и газорегуляторные. Управление работой газораспределительных станций, как правило, автоматизировано. В комплекс установок станции входят блоки очистки газа, устройства, предотвращающие появление влаги, аппаратура автоматического измерения расхода и регулирования давления газа, защиты от недопустимого повышения давления. На газораспределительных станциях проводится также одоризация газа, т. е. вводятся добавки сильно пахнущих веществ для облегчения определения утечек газа.
ГАЗОТРÓН, двухэлектродный газоразрядный прибор с несамостоятельным дуговым или тлеющим разрядом, наполненный инертным газом, парами ртути или водородом. Используется гл. обр. в качестве вентиля в высоковольтных выпрямителях.
ГАЗОТУРБИ́ННАЯ ЭЛЕКТРОСТÁНЦИЯ, тепловая электростанция, в которой для привода электрического генератора применяется газовая турбина. Используются в качестве основного источника электроэнергии на местах новых разработок месторождений полезных ископаемых, особенно нефтяных месторождений, где газотурбинные электростанции могут работать на природном газе. Особенно эффективна работа газотурбинных электростанций для покрытия пиковых нагрузок (напр., вечерних, когда одновременно включаются освещение и бытовые электроприборы), что обеспечивается малым временем запуска газовых турбин.
ГАЗОТУРБОВÓЗ, локомотив, на котором в качестве первичного двигателя используется газотурбинная установка. В силовую схему установки обычно входит газовая турбина с компрессором и камерой сгорания, электрический генератор (постоянного или переменного тока), тяговые электродвигатели (обычно по одному на каждую движущую ось локомотива). Такая силовая схема обеспечивает хорошее трогание локомотива с места и необходимые тяговые усилия при движении. Возможны и другие схемы, в т. ч. с дополнительными турбинами, механической и гидромеханической передачами. Впервые газотурбинная установка для создания тяги на локомотиве применена в США в 1948 г.; к 1970 г. в эксплуатации находилось ок. 50 газотурбовозов (для сравнения – в Великобритании, Швеции, Швейцарии и Чехословакии эксплуатировались лишь отдельные экземпляры). В России первые опытные газотурбовозы созданы в кон. 1950-х гг. С 1965 г. в эксплуатации находятся один грузовой и два пассажирских локомотива с газотурбинными двигателями. Расширение выпуска газотурбовозов сдерживается во всех странах гл. обр. из-за сравнительно низкого кпд (примерно в 2 раза меньше, чем у тепловоза).
ГАЗОХРАНИ́ЛИЩЕ, природная или создаваемая искусственно ёмкость, предназначенная для хранения больших объёмов газа и регулирования его подачи к местам потребления. Сооружается вблизи трасс магистральных трубопроводов и объектов газоснабжения. Различают наземные хранилища – газгольдеры (для хранения избыточного газа в период его минимального потребления, напр. в ночное время суток); подземные хранилища, в которых возможно накопление до сотен млн. мі газа и более, позволяющие регулировать сезонное поступление газа к потребителям. Для покрытия пиковых нагрузок сооружают изотермические хранилища сжиженного газа. Природные газохранилища создаются гл. обр. в истощённых газовых и нефтяных месторождениях, водоносных пластах или залежах негорючих газов. В систему инженерных сооружений таких газохранилищ входят скважины для закачки и отбора газа, компрессорные станции, сеть газопроводов, установки охлаждения, очистки, осушки газа (сепараторы, фильтры, адсорберы и т. п.). Первое в мире подземное газохранилище построено в 1915 г. в Канаде. Первое в России хранилище газа в промышленных масштабах сооружено в Гатчине в 1963 г.
ГÁЗЫ ПРИРÓДНЫЕ, совокупность газовых компонентов, встречающихся в различных состояниях: свободном (гл. обр. в атмосфере Земли, в пористых и трещиноватых горных породах), растворённом (в нефти, подземных водах) и твёрдом (в кристаллогидратах). По условиям распределения газов в природе различают: газы атмосферы – азот, кислород с примесями углекислого газа, водорода, озона, инертных газов и др.; газы осадочных пород (в нефти, каменном угле, смешанные, содержащие метан, водород, азот и др.); газы океанов и морей (биохимического и химического происхождения и др.); а также вулканические, космические, радиоактивные и др. По химическому составу выделяют три основные группы газов: углеводородные, углекислые, сероводородные. Особое свойство газов – большая способность к миграции, перемещению в свободном состоянии или растворёнными в воде, что обусловливает их лёгкое смешивание и широкое распространение в природе. Природные газы являются ценным сырьём для чёрной и цветной металлургии, химической промышленности (получение аммиака, спиртов, метана, пропана, ацетилена, этилена и т. п., для синтеза органических соединений в производстве каучука, пластмасс, резины, искусственного волокна и др.). Горючие газы, содержащие до 90 % углеводородов и обладающие высокой теплотой сгорания (до 32 МДж/мі), используются как высокоэффективные энергоносители для получения тепла.
ГАЛОГÉННАЯ ЛÁМПА НАКÁЛИВАНИЯ, лампа накаливания, наполненная газовой смесью, в состав которой, кроме инертного газа (напр., ксенона), входят галогены (обычно йод или бром). При одинаковых с обычной лампой накаливания мощности и сроке службы имеет меньшие размеры, большую световую отдачу, лучшую стабильность светового потока и длительный срок службы. Широко применяется для общего и специального освещения (в прожекторах, автомобильных и самолётных фарах, кинопроекторах, копировальных аппаратах и др.).
ГАЛЬВАНИ́ЧЕСКИЙ ЭЛЕМÉНТ, химический источник тока; устройство, вырабатывающее электрическую энергию в результате прямого преобразования химической энергии окислительно-восстановительных реакций. Первые гальванические элементы созданы в 19 в. (вольтов столб, 1800 г.; элемент Даниела – Якоби, 1836 г.; элемент Лекланше, 1865 г., и др.). До 60-х гг. 19 в. гальванические элементы были единственными источниками электрического тока для питания электрических приборов и для лабораторных исследований.
Основу гальванического элемента составляют два электрода (один – содержащий окислитель, другой – восстановитель), помещаемые в электролит. Между электродами в электролите устанавливается разность потенциалов – электродвижущая сила (ЭДС), соответствующая свободной энергии окислительно-восстановительной реакции. При замыкании внешней цепи между электродами восстановитель (напр., цинк) на отрицательном электроде окисляется, образующиеся свободные электроны переходят по внешней цепи (создавая разрядный ток) к положительному электроду (напр., меди, оксиду металла), где участвуют в реакции восстановления окислителя.
Различают гальванические элементы: одноразового использования (первичные элементы, или элементы), в которых вещества, образовавшиеся в процессе разряда, не могут быть превращены в исходные активные вещества; многоразового действия (аккумуляторы электрические), в которых такое превращение возможно; с непрерывной подачей реагентов к электродам (топливные элементы). Электродвижущая сила гальванических элементов от 1 до 1.6 В. Применяются в качестве источников электропитания незначительной мощности.
1 – осветитель; 2 – шкала; 3 – корпус гальванометра; 4 – зеркальце
ГАЛЬВАНОПЛÁСТИКА, см. в ст. Гальванотехника.
ГАЛЬВАНОСТÉГИЯ, см. в ст. Гальванотехника.
ГАЛЬВАНОТÉХНИКА, область прикладной электрохимии, охватывающая процессы электролитического осаждения металлов на поверхность металлических и неметаллических изделий. Гальванотехника включает гальваностегию (получение на поверхности изделий прочно связанных с ней тонких металлических покрытий) и гальванопластику (получение легко отделяемых, относительно толстых, точных копий с различных предметов, т. н. матриц). Открытие и техническая разработка гальванотехники принадлежат Б. С. Якоби, о чём он доложил 5 октября 1838 г. на заседании Петербургской академии наук.
Принцип гальванического процесса можно показать на конкретном примере (см. рис. на с. 89). Для серебрения латунной ложки её помещают в ванну с раствором соли серебра и подключают к отрицательному полюсу источника постоянного тока. В эту же ванну опускают серебряную пластину приблизительно такой же, как у ложки, площади и присоединяют её к положительному полюсу источника тока. При протекании тока через электролит положительные ионы серебра движутся к отрицательному полюсу, т. е. к латунной ложке, получают на её поверхности недостающие электроны и осаждаются уже в виде нейтральных атомов. Одновременно на катоде (серебряной пластине) новые атомы серебра превращаются в ионы и переходят в раствор.
В гальванотехнических процессах особо важную роль играет анод, основное назначение которого – восполнять в электролите ионы, разряжающиеся на покрываемых изделиях. Анод не должен содержать примесей, отрицательно влияющих на внешний вид и структуру покрытий. Все процессы как гальванопластики, так и гальваностегии протекают в гальванических ваннах. Материалом ванны в зависимости от её размеров и степени агрессивности электролита могут служить: керамика, эмалированный чугун, футерованная свинцом сталь, органическое стекло и др. Ёмкость ванн колеблется от долей мі (для золочения) до 10 мі и более. Гальванической ванной называют также состав находящегося в ней электролита.
Гальваностегия применяется шире, чем гальванопластика. Её основное назначение – придать готовым изделиям или полуфабрикатам определённые свойства: повышенную коррозионную стойкость (достигается цинкованием, кадмированием, лужением, свинцеванием), износостойкость трущихся поверхностей (хромированием), декоративный вид (никелированием, хромированием, золочением, серебрением). По сравнению с применявшимися издавна методами нанесения покрытий (напр., погружением в расплавленный металл) гальваностегия имеет ряд преимуществ, особенно в тех случаях, когда можно ограничиться незначительной толщиной покрытия. Технологический прогресс в гальваностегии развивается по пути получения блестящих покрытий, не требующих дополнительной полировки; прогресс в области оборудования заключается в разработке и внедрении агрегатов для механической подготовки поверхности и нанесения покрытий, включая все вспомогательные операции, вплоть до нанесения покрытий на непрерывно движущуюся полосу с последующей штамповкой изделий (напр., автомобильные кузова, консервная тара и др.). Наиболее широко гальваностегию применяют в автомобиле – и судостроении, в авиационной, электронной, химической промышленности.
Гальванопластика отличается от гальваностегии гл. обр. методами подготовки поверхности предметов-матриц и большей толщиной слоя наращиваемого металла (в десятки и сотни раз). Матрицы могут быть металлическими и неметаллическими. Преимущество металлических матриц перед неметаллическими заключается в более лёгкой подготовке поверхности (чаще методом оксидирования) и возможности снятия большего числа копий. Наиболее распространена медная гальванопластика, меньше – железная и никелевая. Основная область применения гальванопластики – полиграфия.
ГАРАНТИ́ЙНЫЙ СРОК, 1) период времени, в течение которого покупатель может, установив скрытые недостатки продукции (товара), предъявить соответствующие претензии поставщику.
2) Период времени, в течение которого изготовитель обеспечивает стабильность качественных показателей изделия. Гарантийные сроки обычно исчисляются с момента передачи продукции (товара) изготовителем потребителю либо со дня розничной продажи изделия через торговую организацию. Правила обмена неисправных изделий (товаров) на исправные или возвращение их стоимости покупателю регламентируются законом Российской Федерации «О правах потребителей».
ГÁУБИЦА, артиллерийское орудие сухопутных войск, предназначенное как для навесной (гл. обр.), так и настильной стрельбы. В первом случае гаубица поражает цели, находящиеся в окопах и траншеях, на обратных скатах высот и т. п. при стрельбе с закрытой огневой позиции, во втором – видимые цели прямой наводкой. Появилась в Западной Европе в 15 в., в России – в сер. 16 в. Имеет более короткий, чем у пушки, ствол, угол возвышения его до 70° и переменный метательный заряд, позволяющий на небольшие дальности стрелять уменьшенным зарядом. Калибр современных гаубиц 105–203 мм, дальность стрельбы 15–25 км. Гаубицы могут быть буксируемыми (масса 1.5–7 т) и самоходными.
ГÉЙГЕРА – МЮ́ЛЛЕРА СЧЁТЧИК, газоразрядный прибор для обнаружения ионизирующих излучений (a – и b-частиц, g-квантов, световых и рентгеновских квантов, частиц космического излучения и т. п.). Счётчик Гейгера – Мюллера представляет собой герметично запаянную стеклянную трубку, наполненную каким-либо газом под давлением 13–26 кПа. Внутри трубки находятся два электрода, к которым прикладывается напряжение в несколько сотен вольт. При попадании ионизирующей частицы в счётчик Гейгера – Мюллера возникает вспышка коронного разряда и во внешней цепи прибора появляется импульс тока, который усиливается и регистрируется счётчиком импульсов. Применялся в ядерной физике в 1920—40-х гг., ныне используется ограниченно, гл. обр. для регистрации радиационного излучения.
1 – герметически запаянная стеклянная трубка; 2 – катод (тонкий слой меди на цилиндре из нержавеющей стали); 3 – вывод катода; 4 – анод (тонкая нить)
ГЕЙТС (gates) Уильям Генри iii (р. 1955), американский предприниматель и разработчик в области электронно-вычислительной техники. Уже в средней школе проявил незаурядные математические способности. Будучи учеником старших классов, создал свою первую компанию, занимавшуюся продажей устройств определения интенсивности дорожного движения. В основе устройства использовался микропроцессор 8008 фирмы «Интел». Программу для устройства написал сам Гейтс. В 1975 г., бросив Гарвардский университет, Гейтс совместно с П. Алленом основал компанию «Майкрософт» («Microsoft»). Первой задачей фирмы стало создание программ для первого коммерческого микрокомпьютера – «Altair». В 1980 г. «Майкрософт» разработала дисковую операционную систему MS-DOS (Microsoft Disk Operation System) для первого персонального компьютера фирмы «ИБМ» – IBM PC, ставшую к сер. 1980-х гг. основной операционной системой на американском рынке микрокомпьютеров. В 1990 г. компания представила операционную систему Windows-3.0, в которой команды с помощью клавиатуры компьютера были заменены на пиктограммы («иконки»), выбираемые с помощью «мыши», что значительно облегчило пользование компьютером. Затем фирмой «Майкрософт» были созданы усовершенствованные варианты операционных систем Windows-95, а далее приспособленных для работы с Интернетом Windows-98, Windows-2000, Windows XP. К кон. 1990-х гг. ок. 90 % всех персональных компьютеров в мире были оснащены программным обеспечением «Майкрософт». Автор книг «Дорога в будущее» (1995), «Бизнес со скоростью мысли» (2001).
ГЕЛИКÓПТЕР, принятое за рубежом название вертолёта.
ГЕЛИОКОНЦЕНТРÁТОР, устройство для повышения плотности (концентрации) принимаемой лучистой энергии Солнца. Состоит из системы отражателей: плоских или параболоидных (параболоцилиндрических) зеркал различных форм и размеров; реже используются прозрачные оптические фокусирующие линзы. Отражатели укрепляются на жёстком каркасе; сооружают также полужёсткие и надувные гелиоконцентраторы с покрытием из металлизированных плёнок. Гелиоконцентратор входит в состав различных гелиоустановок, в которых солнечная энергия преобразуется и используется в виде тепла или электроэнергии в солнечных печах, при гелиосварке, стерилизации, в ряде других технологических процессов, в сочетании с солнечным термоэлектрогенератором и т. п. Гелиоконцентратор может повышать плотность энергии солнечной радиации в несколько тысяч раз, доводя её до 35·103 кВт/мІ, что только в два раза меньше плотности лучистой энергии на поверхности Солнца (74·103 кВт/мІ). Для такой концентрации энергии строят гелиоустановки, зеркальная система которых (параболоидного и других типов) может иметь диаметр до 10 м.
ГЕЛИОУСТАНÓВКА, устройство, служащее для улавливания лучистой энергии Солнца и преобразования её в тепловую или электрическую, что позволяет использовать солнечную энергию в практических целях. Простейшей низкотемпературной гелиоустановкой является т. н. «горячий ящик», работающий при естественной плотности солнечной радиации, без её концентрации, который может выполнять функции сушилки, водо – и воздухонагревателя, простейшего опреснителя солёной воды и т. д. Более сложные установки имеют гелиоконцентраторы, они применяются обычно для получения высоких температур при гелиосварке, а также в различных производственных процессах: приготовления продуктов питания (солнечная кухня), стерилизации, нагрева воды и воздуха, опреснения морской воды в промышленных масштабах и т. п.
ГЕЛИОЭЛЕКТРИ́ЧЕСКАЯ СТÁНЦИЯ, см. Солнечная электростанция.
ГЕЛИОЭНЕРГÉТИКА, отрасль энергетики, в которой для получения электрической и тепловой энергии используется лучистая энергия Солнца. Энергия солнечного излучения относится к возобновляемым природным видам энергии наряду с гидравлической и геотермальной; её общее количество, получаемое поверхностью Земли за год, составляет ок. 1018 кВт·ч, что более чем в 20 000 раз превышает современный уровень мирового энергопотребления. Наиболее целесообразно и перспективно использование энергии Солнца для энергоснабжения потребителей, находящихся в южных труднодоступных, удалённых районах, не нуждающихся в больших мощностях (для водоснабжения пресной водой, получения бытового тепла и т. п.), а также в космосе. Лучистая энергия Солнца используется человечеством с древних времён (напр., сушка пищевых продуктов). Со временем был разработан ряд устройств для нагрева воды, обогрева теплиц и т. п. Затем появились различные установки для отопления и охлаждения зданий, опреснения солёной воды, энергообеспечения устройств систем связи, ирригации, космических аппаратов и т. д. К 2000 г. доля используемой солнечной энергии в общем объёме энергопотребления составила 2–3 %. Исследования в области использования солнечной энергии ведутся во многих странах мира, особенно в регионах с интенсивным солнечным излучением – в странах Средиземноморья, юга Европы, на Ближнем Востоке, в Африке, странах Средней Азии и др. Разработки проводятся на уровне национальных программ, что связано во многом с постепенным истощением традиционных источников энергии и повышением цен на органическое топливо. Строительство гелиоустановок обычно рассматривается как дополнение к традиционным источникам энергии. Недостатком всех гелиоустановок является зависимость их работы от состояния атмосферы, а также от сезонных и суточных колебаний солнечной радиации, что требует включения в их состав аккумулирующих устройств.
ГЕНЕРÁТОР ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИЙ, устройство, преобразующее механическую, тепловую, электромагнитную, световую и другие виды энергии в электрическую. К таким устройствам относятся турбо – и гидрогенераторы, термогенераторы, магнитогидродинамические генераторы, термоэмиссионные преобразователи, солнечные батареи, атомные и изотопные батареи. Все эти устройства считаются физическими источниками тока, в отличие от химических источников, вырабатывающих электрическую энергию в результате окислительно-восстановительных реакций (гальванические элементы, электрические аккумуляторы, топливные элементы).
ГЕНЕРÁТОР ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИХ КОЛЕБÁНИЙ, устройство для преобразования различных видов электрической энергии в энергию электрических (электромагнитных) колебаний. По форме электрических колебаний различают: генераторы синусоидальных (гармонических) колебаний, импульсные генераторы, генераторы колебаний специальной формы. Генерирование электрических колебаний осуществляется обычно путём преобразования энергии источников постоянного тока с помощью электронных приборов. В зависимости от типа применяемых приборов различают генераторы на электронных лампах, полупроводниковых приборах (транзисторные, диодные генераторы), магнетронных приборах (магнетроны, стабилитроны), газоразрядных приборах (тиратронные генераторы), а также квантовые генераторы (мазеры, лазеры).
Необходимыми элементами генераторов электрических колебаний являются: источник энергии, пассивные цепи, в которых возбуждаются и поддерживаются колебания, и активный элемент, в котором энергия источника питания преобразуется в энергию генерируемых колебаний. В качестве активных элементов часто используются электронные приборы в сочетании с цепями обратной связи.
Если подводимая в пассивные цепи энергия превосходит потери энергии в них, то любой возникший в них колебательный процесс будет нарастать. Если потери энергии превышают её поступление, то колебания затухают. Энергетическое равновесие, соответствующее стационарному режиму генераторов электрических колебаний, возможно лишь при наличии у элементов системы нелинейных свойств. Если цепи, в которых возбуждаются и поддерживаются электрические колебания, сами по себе обладают колебательными свойствами (такие, как колебательный контур или объёмный резонатор), то частота и форма генерируемых колебаний определяются частотой и формой собственных колебаний этих цепей. В зависимости от диапазона частот генерируемых колебаний различают генераторы очень низкой частоты (3—30 кГц), низкой частоты (30—300 кГц), высокой частоты (300 кГц —300 МГц) и т. д.