2.25)Свойства металлов

Характерные свойства металлов

• Металлический блеск (характерен не только для металлов: его имеют и неметаллы иод и углерод в виде графита)

• Хорошая электропроводность

• Возможность лёгкой механической обработки (см.: пластичность; однако некоторые металлы, например германий и висмут, непластичны)

• Высокая плотность (обычно металлы тяжелее неметаллов)

• Высокая температура плавления (исключения: ртуть, галлий и щелочные металлы)

• Большая теплопроводность

• В реакциях чаще всего являются восстановителями

Свойства металлов подразделяются на физические, химические, механические и технологические.

Физические свойства металлов.

К физическим свойствам относятся плотность, плавление (температура плавления), теплопроводность, тепловое расширение.

• Плотность — количество вещества, содержащееся в единице объема.

• Плавление — способность металла переходить из кристаллического (твердого) состояния в жидкое с поглощением теплоты.

• Теплопроводность — способность металла с той или иной скоростью проводить теплоту при нагревании.

• Электропроводность — способность металла проводить электрический ток.

• Тепловое расширение — способность металла увеличивать свой объем при нагревании.

Химические свойства металлов.

Химические свойства металлов характеризуют отношение их к химическим воздействиям различных активных сред. Каждый металл обладает определенной способностью сопротивляться этим воздействиям. Основными химическими свойствами металлов являются окисляемость и коррозионная стойкость.

• Окисляемость — способность металла вступать в реакцию в кислородом под воздействием окислителей.

• Коррозионная стойкость —способность металла сопротивляться коррозии.

• Механические свойства металлов.

• К механическим свойствам металлов относят твердость, прочность, вязкость, упругость и пластичность.

• Твердость — способность металла сопротивляться проникновению в него более твердого тела.

• Прочность — способность металла сопротивляться разрушению под действием внешних сил.

• Вязкость — способность металла сопротивляться быстро возрастающим ударным нагрузкам.

• Упругость — способность металла восстанавливать свою первоначальную форму и размеры после снятия действующей нагрузки.

• Пластичность — способность металла, не разрушаясь, изменять свою форму под действием нагрузки и сохранять полученную форму после снятия нагрузки.

Технологические свойства металлов.

Технологические свойства металлов определяют их способность подвергаться различным видам обработки. Основными технологическими свойствами металлов являются ковкость, свариваемость, жидкотекучесть, прокаливаемость, обработка резанием.

• Ковкость — способность металла изменять свою форму в нагретом или холодном состоянии под действием внешних сил.

• Свариваемость — способность двух частей металла при нагревании прочно соединяться друг с другом.

• Жидкотекучесть — способность расплавленного металла легко растекаться и хорошо заполнять форму.

• Прокаливаемость — способность металла закаливаться на ту или иную глубину.

• Обрабатываемость резанием — способность металла подвергаться механической обработке режущим инструментом с определенной скоростью и усилием резания.

2.26) Температура - физическая величина, характеризующая среднюю кинетическую энергию частиц макроскопической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия. В равновесном состоянии температура имеет одинаковое значение для всех макроскопических частей системы.

Для измерения температуры выбирается некоторый термодинамический параметр термометрического вещества. Изменение этого параметра однозначно связывается с изменением температуры.

Давление - физическая скалярная величина, равная отношению:

• - перпендикулярной составляющей силы, равномерно распределенной по поверхности тела; к

• - площади этой поверхности.

Атмосферное давление - давление атмосферного воздуха на находящиеся в нем предметы и на земную поверхность. В каждой точке атмосферы атмосферное давление равно весу вышележащего столба воздуха с основанием, равным единице площади; с высотой атмосферное давление убывает. Показателем давления служит высота ртутного столба в мм, уравновешиваемого давлением воздуха. В системе СГС атмосферное давление измеряется в миллибарах (мбар), в системе СИ - в гектопаскалях (гПа).

При повышении температуры воздух расширяется и конвективно поднимается, а давление падает. При уменьшении температуры воздух сжимается, становится более плотным, а давление растет. Распределение атмосферного давления по земной поверхности обусловливает движение воздушных масс и атмосферных фронтов, определяет направление и скорость ветра.Агрега́тное состоя́ние — состояние вещества, характеризующееся определёнными качественными свойствами: способностью или неспособностью сохранять объём и форму, наличием или отсутствием дальнего и ближнего порядка и другими. Изменение агрегатного состояния может сопровождаться скачкообразным изменением свободной энергии, энтропии, плотности и других основных физических свойств.Выделяют три основных агрегатных состояния: твёрдое тело, жидкость и газ. Иногда не совсем корректно к агрегатным состояниям причисляют плазму. Существуют и другие агрегатные состояния, например, жидкие кристаллы или конденсат Бозе — Эйнштейна.Изменения агрегатного состояния это термодинамические процессы, называемые фазовыми переходами. Выделяют следующие их разновидности: из твёрдого в жидкое — плавление; из жидкого в газообразное — испарение и кипение; из твёрдого в газообразное — сублимация; из газообразного в жидкое или твёрдое — конденсация; из жидкого в твёрдое — кристаллизация. Отличительной особенностью является отсутствие резкой границы перехода к плазменному состоянию.Определения агрегатных состояний не всегда являются строгими. Так, существуют аморфные тела, сохраняющие структуру жидкости и обладающие небольшой текучестью и способностью сохранять форму; жидкие кристаллы текучи, но при этом обладают некоторыми свойствами твёрдых тел, в частности, могут поляризовать проходящее через них электромагнитное излучение.

Для описания различных состояний в физике используется более широкое понятие термодинамической фазы. Явления, описывающие переходы от одной фазы к другой, называют критическими явлениями. При глубоком охлаждении некоторые (далеко не все) вещества переходят в сверхпроводящее или сверхтекучее состояние. Эти состояния, безусловно, являются отдельными термодинамическими фазами, однако их вряд ли стоит называть новыми агрегатными состояниями вещества в силу их неуниверсальности.Неоднородные вещества типа паст, гелей, суспензий, аэрозолей и т. д., которые при определённых условиях демонстрируют свойства как твёрдых тел, так и жидкостей и даже газов, обычно относят к классу дисперсных материалов, а не к каким-либо конкретным агрегатным состояниям вещества.

2.27) ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ, встречающиеся в природе вещества и процессы, которые позволяют человеку получить необходимую для существования энергию. Энергия, которую дают почти все эти источники, поступает целиком от Солнца. Ископаемые топлива - уголь, нефть и газ - являются остатками органической жизни, в свое время существовавшей за счет солнечной энергии. Поскольку круговорот воды в природе обеспечивается также солнечной энергией, то и гидроэлектростанции тоже связаны с нею. Сила ветра, которая создается за счет неравномерности нагрева разных участков атмосферы, опять же определяется Солнцем. Движение волн и приливов зависит от тепловой энергии Солнца и от колебаний величины притяжения, вызванных движением Солнца и Луны. Эти колебания океана также можно использовать для получения электричества. И мы используем солнечную энергию напрямую, например, для нагрева воды в домашних условиях или для получения электричества от фотоэлектрических элементов. Источником геотермальной энергии является тепло, поступающее от раскаленных пород в глубинах Земли. Другим важным источником энергии - на этот раз ядерной - являются радиоактивные металлы, такие как уран, плутоний и торий. Химическая и Механическая энергия

Наиболее ранний источник энергии, или первичный двигатель, используемый людьми, был животного происхождения, то есть, энергия, полученная из одомашненных животных. Позже, с развитием цивилизации, чтобы привести в движение суда и ветряные мельницы использовалась энергия ветра, ручьи и реки использовались для вращения водных колёс различного назначения. Вращающийся вал ветроэнергетической установки или водяного колеса мог тогда использоваться для перемалывания зерен в муку, подъёма воды на высоты для сельскохозяйственных нужд, или имели любой другой вид использования. Движение ветра и воды, так же как вращение колеса или вала, представляет форму механической энергии. Источник животной мощности - в конечном счете химическая энергия, содержавшая в еде и полученная путём переваривания этой пищи людьми и животными. Химическая энергия, содержавшая в древесине и других горючих материалах, использовалась в древние времена как источник тепла для приготовления пищи и согревания. В начале индустриальной революции гидроресурсы использовались, чтобы через систему валов или ремней снабдить этой энергией различные машины.

Тепловая энергия

Изобретение парового поршневого двигателя, который преобразовывает химическую энергию топлива в тепловую энергию, а тепловую энергию в механическую, представлял из себя совершенно новый источник энергии. Паровой поршневой двигатель называют двигателем внешнего сгорания, так как топливо для создания пара, используемого в нем, сгорает вне двигателя. В 19-ом столетии был разработан двигатель внутреннего сгорания; вид топлива, в зависимости от типа двигателя, сгорал прямо в камерах этого двигателя, чтобы снабдить его механической энергией. И паровые двигатели и двигатели внутреннего сгорания нашли своё применение не только как стационарные источники мощности для различных целей, но и как источники для перевозок, например - в пароходах, локомотивах железной дороги (паровых и дизельных), автомобилях. Вся их работа в конечном счете зависит от сгорания топлива.

Электроэнергия

В начале 19-ого века был разработан ещё один источник энергии, который не нуждался в обязательном сгорании топлива - электрогенератор, или генератор постоянного тока. Генератор преобразовывает механическую энергию проводника, двигающегося в магнитном поле в электроэнергию, используя правило электромагнитной индукции. Большое преимущество электроэнергии, или электричества, как его обычно называют, состоит в том, что оно может быть легко послано на большие расстояния. В результате это - наиболее широко используемая форма энергии в современной цивилизации; она с лёгкостью преобразовывается в световую энергию, чтобы осветить, в тепловую, что бы нагреть или, через электродвигатель, обратно в механическую. Крупномасштабное производство электроэнергии стало возможным с изобретением гидротурбины, которая эффективно преобразовывает прямолинейное движение падающей воды или расширяющегося пара во вращательное движение ротора большого генератора.

Ядерная энергия

Развитие ядерной энергии сделало доступным другой источник энергии. Тепло ядерного реактора может использоваться для производства пара, который приведёт в движение гидротурбину электрогенератора, винт большого судна или некоторую другую машину. В 1999, 23% электричества, генерируемого в Соединенных Штатах, вырабатывалось на ядерных реакторах; однако ещё с 1980-ых годов, строительства и запуски ядерных реакторов в Соединенных Штатах замедлились из-за проблемы утилизации радиоактивных отходов и опасности, представляющей ядерной реакцией для населения планеты.

Экологические Рассмотрения

Потребление энергии в современном обществе устойчиво растёт не столько из-за растущей распространённости и доступности этой энергии, как из-за большого числа высокотехнологичных, популяризируемых и доступных по цене товаров, которое значительно улучшают комфорт населения, но при этом являются самыми мощными потребителями энергии. Например, несмотря на выпуск большего количества топливосберегающих автомобилей (средние количество киллометров проезда на 100 литров бензина увеличились на 34% с 1975 по 1990 года), потребление топлива транспортными средствами в Америке увеличилось на 20% с 1975 и 1990. Повышение потребления бензина обуславливается увеличением количества километров в среднем проезжаемым транспортным средством и в то же время 40%-ым ростом числа транспортных средств на дорогах. С 1990 года КПД бензиновых двигателей изменилось относительно немного, в то время как число автомобилей, расстояние, на которое они перемещаются и общая сумма потребляемого топлива, продолжают увеличиваться.

В результате увеличения потребления энергии повысилось беспокойство об истощении природных ресурсов и сохранении экологической безопасности. Урон экологии и здоровью населения наносится как использованием ресурсов планеты в качестве энергоносителя, так и при авариях при транспортировке этих энергоносителей от места добычи к месту переработки в топливо, то есть, непосредственно в источник энергии, а так же и в результате загрязнения отходами производства при переработке. Большая часть расходуемой энергии в конечном счете генерируется сгоранием ископаемого топлива, такого как уголь, нефть, и природный газ, и у мира есть только ограниченного количество этих ресурсов, которые вскоре будут израсходованы. Кроме того, при сгорании этих топлив выделяются различные вещества (см. загрязнение), такое как моноокись углерода и двуокись серы, которые представляют угрозу здоровья и могут способствовать общему загрязнению среды обитания, выпадению кислотных дождей и глобальному потеплению. Кроме того, защитники окружающей среды становятся все более и более встревожены распространяющимися разрушениями микрофлоры чувствительных к чистоте окружающей среды участков планеты (тропические леса, арктической тундры, прибрежного шельфа) во время добычи и транспортировании их ресурсов.

Поиск Новых Источников энергии

Экологические последствия выработки энергоносителей привели многие нации в мире к вводу более строгих правил добычи и потребления природных ресурсов. Благодаря этому, поиск новых альтернативных источников энергии и методов сбережения использываемой энергии ускорился. Именно термоядерному реактору часто дают право быть возможным решением наших энергетических проблем. На данный момент атомные электростанции используют ядерное деление, которое требует дефицитных и дорогостоящих видов топлива и производит потенциально опасные отходы. Другой источник энергии - солнечная энергия. Земля получает огромное количество энергии каждый день от солнца, но задача заключается в том что бы использовать эту энергию где необходимо в подходящее время и в соответствующей форме. Например, солнечная энергия может быть получена только в дневное время, но больше электроэнергии для обогрева и освещения нам необходимо ночью. Несмотря на технические достижения в развитии солнечных батарей, энергия, полученная таким образом пока не выигрывает конкуреную борьбу. Хотя несколько солнечных электростанций уже работают по всему миру и в частности, в Калифорнии, они еще не способны конкурировать с электростанциями обычного типа из экономических соображений. Некоторые ученые предложили использовать геомагнитную внутреннюю теплоту как источник энергии. Геотермальная энергия выделяется естественно в гейзерах и вулканах. В мире часть электричества генерируется комплексами геотермальных электростанций, а в Исландии, которая является геологически очень активной, примерно 90% домов нагреты геотермальной энергией. Ещё один возможный источник энергии - энергия приливов и отливов. Несколько электростанций были подключены к электросетям и два раза в день генерировали электроэнергию силой отливов и приливов океана, но широко не используются, так как гидротурбины не могут работать непрерывно и потому что строиться они должны по индивидуальным проектам для каждого побережья имеющего мощный прилив. Другим направлением исследований и экспериментов с топливом является поиск альтернатив бензину. Можно использовать метанол, который произведен из древесины, угля или природного газа; этиловый спирт, алкоголь, произведенный из зерна, сахарного тростника, и других растений сельского хозяйства и в настоящее время используемый в некоторых типах американского моторного топлива (например, gasohol и E85, смесь 85%-ого этилового спирта и 15%-ый бензин); сжатый природный газ, который намного меньше загрязняет атмосферу чем бензин и в настоящее время используется 1.5 миллионами транспортных средств во всем мире; и электричество, которое могло бы реально стать более дешевым и менее загрязняющим окружающую среду, особенно если бы было сгенерировано путём преобразования солнечной или ветровой энергии.

А́томная электроста́нция (АЭС) — ядерная установка для производства энергии в заданных режимах и условиях применения, располагающаяся в пределах определённой проектом территории, на которой для осуществления этой цели используются ядерный реактор (реакторы) и комплекс необходимых систем, устройств, оборудования и сооружений с необходимыми работниками (персоналом) (ОПБ-88/97).

По типу реакторов

Атомные электростанции классифицируются в соответствии с установленными на них реакторами:

• Реакторы на тепловых нейтронах, использующие специальные замедлители для увеличения вероятности поглощения нейтрона ядрами атомов топлива

• Реакторы на лёгкой воде

• Реакторы на тяжёлой воде

• Реакторы на быстрых нейтронах

• Субкритические реакторы, использующие внешние источники нейтронов

• Термоядерные реакторы

По виду отпускаемой энергии

Атомные станции по виду отпускаемой энергии можно разделить на:

• Атомные электростанции (АЭС), предназначенные для выработки электрической энергии. При этом на многих АЭС есть теплофикационные установки, предназначенные для подогрева сетевой воды, используя тепловые потери станции.

• Атомные теплоэлектроцентрали (АТЭЦ), вырабатывающие как электроэнергию, так и тепловую энергию.

Гидроэлектроста́нция (ГЭС) — электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища.Для эффективного производства электроэнергии на ГЭС необходимы два основных фактора: гарантированная обеспеченность водой круглый год и возможно большие уклоны реки, благоприятствуют гидростроительству каньонобразные виды рельефа.

Особенности

• Себестоимость электроэнергии на российских ГЭС более чем в два раза ниже, чем на тепловых электростанциях.

• Турбины ГЭС допускают работу во всех режимах от нулевой до максимальной мощности и позволяют быстро изменять мощность при необходимости, выступая в качестве регулятора выработки электроэнергии.

• Сток реки является возобновляемым источником энергии.

• Строительство ГЭС обычно более капиталоёмкое, чем тепловых станций.

• Часто эффективные ГЭС более удалены от потребителей, чем тепловые станции.

• Водохранилища часто занимают значительные территории, но примерно с 1963 г. начали использоваться защитные сооружения (Киевская ГЭС), которые ограничивали площадь водохранилища, и, как следствие, ограничивали площадь затопляемой поверхности (поля, луга, поселки).

• Плотины зачастую изменяют характер рыбного хозяйства, поскольку перекрывают путь к нерестилищам проходным рыбам, однако часто благоприятствуют увеличению запасов рыбы в самом водохранилище и осуществлению рыбоводства.

• Водохранилища ГЭС, с одной стороны, улучшают судоходство, но с другой — требуют применения шлюзов для перевода судов с одного бьефа на другой.

• Водохранилища делают климат более умеренным.

Теплова́я электроста́нция (или теплова́я электри́ческая ста́нция) — электростанция, вырабатывающая электрическую энергию за счет преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения вала электрогенератора.

Типы

• Котлотурбинные электростанции

• Конденсационные электростанции (КЭС, исторически получили название ГРЭС - государственная районная электростанция)

• Теплоэлектроцентрали (теплофикационные электростанции, ТЭЦ)

• Газотурбинные электростанции

• Электростанции на базе парогазовых установок

• Электростанции на основе поршневых двигателей

• С воспламенением от сжатия (дизель)

• C воспламенением от искры

• Комбинированного цикла