fy,che,ma,ze atd.

Komplexní impedance

19. října 2008 v 20:33 | krista

Komplexní impedance

Mějme sériový RL obvod s generátorem střídavého napětí u(t)=Umejw t (obr. 1). Podle 2. Kirchhoffova zákona je .
Toto je lineární diferenciální rovnice prvního řádu, která má partikulární řešení ve tvaru i(t)=Kejw t Po dosazení do rovnice dostaneme
,
z čehož je a tedy .
Impedance Z=u(t)/i(t)=R+jw L je komplexní číslo s reálnou částí R a imaginární částí w L.
Nyní vezměme sériový RC obvod se stejným generátorem napětí (obr. 2). Podle 2. Kirchhoffova zákona je . Opět položíme i(t)=Kejw t a máme , z čehož .
Tedy .
Impedance Z=u(t)/i(t)=R-j/w C je opět komplexní číslo s reálnou částí R a imaginární částí -1/wC.
Prvky elektrických obvodů můžeme popisovat jejich komplexní impedancí. Rezistor má komplexní impedanci R, cívka jwL a kondenzátor -j/wC.
Jelikož je komplexní impedance komplexním číslem, můžeme ji znázornit v komplexní rovině. Dostaneme fázorový diagram (obr. 3, 4).

zemní plyn

16. září 2008 v 18:20 | krista

ZEMNÍ PLYN

se na přední místo ve světové energetické bilanci dostal až ve druhé polovině našeho století. V některých zemích se dnes využívá dokonce více než ropa. V současné době stoupá těžba zemního plynu každoročně až o 8 %.
Číňané prý znali a využívali zemní plyn již v 10. století před Kristem.
Od ložisek jej rozváděli bambusovými trubkami až do domácností. Při kultovních obřadech starých Parsů se užíval zemní plyn jako palivo pro posvátný očišťující oheň. Kolem roku 405 to zaznamenal Ktesias, řecký lékař u dvora perského krále.
Ve Spojených státech amerických navrtal roku 1884 George Westinghouse zemní plyn 500m hlubokým vrtem. Zahájil tak období využívání tohoto plynu k ohřívání a svícení. V Evropě začal být plyn z ropných polí využíván rozsáhleji až ve 30. letech 20. století. Například k vyhřívání martinských pecí v polské Stalowe Woli. V Rumunsku začali pokládat potrubí z oblasti ropných ložisek okolo Ploešti do Bukurešti po trase asi 60 km dlouhé dokonce již v roce 1934.
Úctyhodné technické výkony si vynutila těžba z ložisek v Severním moři, jak jsme se o ní zmiňovali již v případě těžby ropy ve stejné oblasti. Přes moře se zemní plyn převáží ve speciálních nádržích, v kapalném stavu při teplotě minus 161° C. Náklady na toto zpracování i dopravu za těchto specifických podmínek jsou pochopitelně značně vysoké.
Příborské ohníčky:
Dodnes můžeme mezi Příborem, Frýdkem Místkem a Českým Těšínem v oblasti naší ostravské černouhelné pánve pozorovat zajímavý přírodní jev. Především večer nebo v noci vás určitě zaujmou třepotavé plamínky vysoké 2 cm, ale i 30 cm, které jako by vycházely z podzemí. Jejich původ není nijak zázračný. Hoří to metan - důlní plyn provázející uhelná ložiska. V místech starých pokusných vrtů nebo i na přirozených puklinách uniká metan do ovzduší a pak už stačí jen nepatrná jiskřička a - "věčný plamínek" je na světě.
Potrubí na přepravu plynu.

CESTY PLYNU

Největším producentem zemního plynu se v 80. letech staly sibiřské oblasti tehdejšího Sovětského svazu z 630 miliard krychlových metrů plynu ročně pocházely dvě třetiny ze Sibiře.
Pro spojení našich plynovodů se sovětskými se roku 1967 začal stavět plynovod Orenburg. Stal se základní částí "plynové" magistrály vedoucí od sibiřských ložisek do západní Evropy. Dokáže dopravit 15,5 miliardy krychlových metrů ročně, z toho bylo 2,8 miliardy krychlových metrů určeno pro bývalé Československo. To se stalo významnou křižovatkou mezinárodních plynovodů s délkou soustavy více než 4 000 km a přepravní kapacitou kolem 60 miliard krychlových metrů ročně. zdroj.simopt.cz

příklady na elektrická měření s řešením

16. září 2008 v 18:18 | krista
Jaký musí být odpor r bočníku, aby se po jeho připojení k ampérmetru zvětšil rozsah ampérmetru s vnitřním odporem R=0,2 W pětkrát?

Řešení:


Podle 1. Kirchhoffova zákona platí nI=I+I´.
Napětí je v obou větvích mezi A, B stejné, tj. RI=rI´.
Po dosazení dostáváme
Číslo n udává, kolikrát chceme zvětšit rozsah ampérmetru.
Odpor bočníku bude .
-----------------------------------------------------------------------------
Jaký rezistor musíme připojit do série s voltmetrem o vnitřním odporu R=100 W, chceme-li zvětšit jeho rozsah desetkrát?

Řešení:


Platí:
---------------------------------------------------------------------
Měřme odpor rezistoru metodou přímou. Jak se bude lišit odpor R naměřený v zapojení 2.3.1 a 2.3.2? Vnitřní odpor ampérmetru je RA, voltmetru RV, ampérmetr ukazuje proud A, voltmetr ukazuje napětí V.

Řešení:

a)
Platí A=I+IV
IV=V/RV
Tedy I=A-V/RV.
Na rezistoru R je napětí V. Z Ohmova zákona je tedy
Tato metoda je vhodná, je-li odpor voltmetru mnohem větší než naměřená hodnota V/A.
b)
Na ampérmetru je napětí UA, na rezistoru napětí U. Platí UA+U=V, tedy U=V-UA. Rezistorem prochází proud A.
Odpor rezistoru je tedy .
Tato metoda je vhodná, je-li odpor ampérmetru mnohem menší než naměřená hodnota V/A.
-----------------------------------------------------------------------
K měření odporu se často používá Wheastoneův můstek (obr. 2.4.1). Odvoďte podmínku rovnováhy na tomto můstku, tj. nalezněte takovou hodnotu RX, při které ampérmetrem neprotéká žádný proud. Hodnoty R1, R2 a R3 jsou známé.
Poznámka: Můstkové metody jsou výhodné pro přesnost měření. Při přímém měření měříme proud a napětí na prvcích, kdežto při můstkovém měření ampérmetrem prochází velmi malý proud a můžeme využít nejcitlivějších rozsahů ampérmetru.

Řešení:


Ampérmetrem neprotéká žádný proud, tedy body A, B jsou na stejném potenciálu. Tedy poklesy napětí na R1 a R2, resp. na R3 a RX jsou stejné.

Rovnice vydělíme a dostaneme
-----------------------------------------------------------------
Kapacitu bezeztrátových kondenzátorů lze měřit v zapojení na obr. 2.5.1. Odvoďte podmínku rovnováhy na můstku, tj. nalezněte takovou hodnotu CX, při které ampérmetrem neprotéká žádný proud. Hodnoty R1, R2 a CN jsou známé.

Řešení:


Ampérmetrem neprotéká žádný proud, tedy body A, B jsou na stejném potenciálu. Tedy poklesy napětí na R1 a CN, resp. na R2 a CX jsou stejné.

Rovnice vydělíme a dostaneme
--------------------------------------------------------------
K měření indukčnosti se používá například Maxwellův můstek (obr. 2.6.1). Odvoďte podmínku rovnováhy na tomto můstku, tj. nalezněte takovou hodnotu RX a LX, při které ampérmetrem neprotéká žádný proud. Hodnoty R1, R2 , R3 a C jsou známé.

Řešení:


Komplexní impedance jednotlivých větví jsou
Ampérmetrem neprotéká žádný proud, tedy body A a B jsou na stejném potenciálu. Tedy se rovnají poklesy napětí na R1 a sériové kombinaci RX a LX také poklesy napětí na R2 a paralelní kombinaci R1 a C.

Z toho je
Po vyjádření jednotlivých impedancí
Reálné, resp. imaginární části na obou stranách rovnice se sobě rovnají.
Reálné části:
Imaginární části:
---------------------------------------------------------
Jiným typem můstku používaným k měření indukčnosti je Owenův můstek (obr. 2.7.1). Odvoďte podmínku rovnováhy na tomto můstku, tj. nalezněte takovou hodnotu RX a LX, při které ampérmetrem neprotéká žádný proud. Hodnoty R1, R2 , R3 , C1 a C2 jsou známé.

Řešení:


Komplexní impedance jednotlivých větví jsou
Body A a B jsou na stejném potenciálu. Tedy se rovnají poklesy napětí mezi BC a BD a také poklesy napětí mezi CA a DA.

Z toho
Po dosazení
Reálné, resp. imaginární části na obou stranách rovnice se sobě rovnají.
Reálné části:
Imaginární části:

příklady na polovodičové prvky s řešením

11. září 2008 v 17:56 | krista
Je dán obvod na obr. 3.1.1, kde U=3 V. Určete proud I procházející obvodem. Charakteristiky diod jsou na obr. 3.1.2.

Řešení:

Diody jsou zapojeny sériově, platí tedy UD1+UD2=U. Jelikož charakteristiky nejsou lineární, použijeme grafický součet.
Proudy na diodách jsou nelineární funkcí napětí, ID1=f1(UD1), ID2=f2(UD2). Funkce jsou prosté. U=UD1+UD2=f1-1(ID1)+f2-1(ID2). Jelikož ID1=ID2=I, je U=f1-1(I)+f2-1(I).
Tedy: charakteristiku diody D1+D2, která je ekvivalentní sériovému spojení diod D1 a D2, určíme tak, že při konstantních hodnotách proudu sčítáme napětí na jednotlivých diodách. Z výsledné charakteristiky pak odečteme proud procházející diodou D1+D2 při napětí U=3 V.
Tedy I=1,2 mA.
----------------------------------------------------------
Je dán obvod na obr. 3.2.1, kde U=3 V. Určete proudy ID1 a ID2 procházející diodami D1, D2.Určete charakteristiku diody ekvivalentní paralelnímu spojení diod D1, D2. Charakteristiky diod jsou na obr. 3.2.2.

Řešení:

Na obou diodách je stejné napětí U, platí tedy ID1+ID2=I.
Proudy na diodách jsou nelineární funkcí napětí, ID1=f1(UD1), ID2=f2(UD2). I=ID1+ID2=f1(UD1)+f2(UD2).
Tedy: charakteristiku diody D1D2, která je ekvivalentní paralelnímu spojení diod D1 a D2, určíme tak, že při konstantních hodnotách napětí sčítáme proudy protékající jednotlivými diodami.
Z charakteristik odečteme proud procházející jednotlivými diodami při napětí U.
Je ID1=1,5 mA, ID2=2,4 mA, I=3,9 mA.
----------------------------------------------------
Je dán obvod na obr. 3.3.1, kde U=3,5 V. Určete napětí na jednotlivých diodách a proudy jimi protékající. Charakteristiky diod jsou na obr. 3.3.2.

Řešení:

Obvod postupně zjednodušíme:
Je UD2D3=UD2=UD3
ID2D3=ID1
U=UD1+UD2D3
ID1+D2D3=ID1
Graficky najdeme charakteristiky diod D2D3 a D1+D2D3 (viz příklady 3,1a 3,2 ).
Odečteme proud procházející D1+D2D3 při napětí U. To je i proud procházející D1, tedy ID1=1,1 mA. Na charakteristice D1 odečteme pro proud ID1 příslušné napětí UD1=2,4 V.
Proud procházející D1+D2D3 je zároveň proudem procházejícím D2D3. Odečteme tedy příslušné napětí UD2D3=1 V, což je zároveň napětí UD2=UD3. Pro toto napětí odečteme z charakteristik proudy ID2=0,5 mA, ID3=0,6 mA.
Shrneme výsledky: napětí UD1=2,4 V, UD2=UD3=1 V.
proudy ID1=1,1 mA, ID2=0,5 mA, ID3=0,6 mA.
--------------------------------------------------------------------
Je dán obvod na obr. 3.4.1, kde U=7 V, R=1000 W. Určete napětí na jednotlivých prvcích a proudy jimi protékající. Charakteristiky diod jsou na obr. 3.4.2.

Řešení:

Budeme postupovat obdobně jako v příkladu 3,3, k VA charakteristikám diod si navíc dokreslíme VA charakteristiku rezistoru.
Nahrazujeme:
Je ID1=ID2=ID1+D2
I=IR+ID2
UR=UD1+UD2=UD1+D2=U(D1+D2)R
Hodnoty proudů a napětí jsou:
ID1=1,3 mA, UD1=3,2 V
ID2=1,3 mA, UD2=3,8 V
IR=7 mA, UR=7 V
----------------------------------------------------
Je dán obvod na obr. 3.5.1, kde U1=5 V, U2=20 V, R1=R2=1000 W, R3=500 W. Určete napětí na diodě a proud jí protékající. Charakteristika diody jsou na obr. 3.5.2.

Řešení:

Jelikož nás zajímá jen napětí na diodě a proud diodou a ostatní prvky obvodu jsou lineární, použijeme Théveninovu větu.
Napětí na svorkách A, B: Rezistorem R2 protéká proud , tedy úbytek napětí na R2 je UR2=R2I=1000.10-3V=1 V. Napětí mezi A, B je tedy UAB=R3.0+R2I -U1=(1000.0,01-5) V=5 V.
Ekvivalentní rezistor:

Tedy ekvivalentní obvod je
Určíme zatěžovací přímku:
Je ID=1,7 mA
UD=3,3 V
------------------------------------------------------
Na obr. 3.6.1 je hybridní náhradní schéma tranzistorového zesilovače zapojeného se společným emitorem. Je dáno u(t)=0,01sin(wt) V, R=600 W, hie=1500 W, hre=2.10-3, hfe=60, hoe=40 mS a G=100 mS. Najděte výstupní napětí u2(t).

Řešení:

Použijeme 1. a 2. Kirchhoffův zákon.
2. Kirchhoffův zákon v obvodu E-B je: -u(t)+(r+hie)ib+hreu2=0
1. Kirchhoffův zákon pro uzel C zní: hfeib+(hoe+G)u2=0
Dosadíme a vypočteme u2:
-0,01sin(w t) V+(2100 W)ib+2.10-3u2=0
60ib+(140.10-6S)u2=0
Toto je soustava dvou rovnic o dvou neznámých. Řešením dostaneme u2= -3,45sin(w t) V.
-----------------------------------------------------------------------
V zapojení na obr. 3.7.1 určete hodnotu proudu I a napětí U. Je dáno U0=9 V, R=2 kW a spád napětí mezi bází a emitorem tranzistoru je UBE=0,7 V.

Řešení:

Napětí U je napětí na tranzistoru, tedy U=0,7 V.
Na rezistoru R je napětí UR=U0-U=7,3 V a protéká jím tedy proud I=UR/R=4,15 mA.
-------------------------------------------------
Nalezněte pracovní bod tranzistoru v zapojení na obr. 3.8.1. Je dáno UCC=15 V, UBB=2,2 V, R=500 W, R1=20 kW. Pokles napětí na přechodu báze-emitor je uBE=0,2 V. Charakteristika tranzistoru je na obr. 3.8.2.

Řešení:

Podle Kirchhoffových zákonů platí IE=IB+IC a UBC=UBE-UCE.
Z 2. Kirchhoffova zákona dostaneme pro smyčky s1 a s2:
Vyjádříme proudy:
Bázovým obvodem tedy protéká proud
Rovnice pro proud IC je, podobně jako u diody, rovnicí zatěžovací přímky. Po dosazení je .
Pracovní bod je průnikem zatěžovací přímky a VA charakteristiky příslušné pro proud IB=0,1 mA.

Je tedy ICp=20 mA, UCp=5,3 V.
zdroj by- lucy lp

energie

11. září 2008 v 17:55 | krista

ENERGIE

Bez energie by nebylo života ani dnešní civilizace.
Lidé se postupně naučili využívat energii vody a větru a později i páry, která jim poprvé umožnila získat zdroj síly nezávislý na přírodě. Jako nejvýhodnější typ energie se ukázala energie elektrická, na kterou dnes převádíme často i jiné druhy energie.
Člověk využíval energii odjakživa, ještě dřív, než si to byl vůbec schopen uvědomit. Bez životadárných paprsků Slunce by ostatně život na modré planetě nebyl ani možný. Sluneční energie je dodnes zdrojem života: umožňuje pomocí fotosyntézy přeměnu anorganických látek v organické a stojí na samotném počátku potravního řetězce. Na jeho konci, na vrcholku pyramidy je opět člověk. Slunce však dodává i teplo a světlo a prostřednictvím rostlin a živočichů další zdroje jak silu svalů, tak energii paliv: dřeva, uhlí, ropy. V posledních desítiletích se objevily články i elektrárny, které přímo převádějí energii slunečního svitu na elektrickou. Jsou ovšem zcela závislé na svém zdroji a ten není k dispozici kýžených 24 hodin denně.
Ostatně i další přirozené zdroje energie, které se člověk naučil využívat, souvisejí s energií Slunce, motoru celé naší sluneční soustavy: je to vítr, voda i žhavé jádro Země.
Řekli jsme, že energie je motorem pokroku, ale pak se nabízí otázka, proč začal člověk ve větší míře zdroje energie (nehledě na energii svalů) využívat vlastně až docela nedávno? Základní důvody jsou dva: konzervativizmus lidí na straně jedné a snadná dostupnost laciné energie z práce člověka a zvířat na straně druhé. Než však budeme své předky obviňovat ze zaostalosti, uvědomme si, že:
1. na rozdíl od nás dokázali žít v trvalé harmonii s přírodou,
2. užívali vlastně pouze obnovitelné zdroje energie,
3. užívali v podstatě bezodpadové technologie,
4. předali nám (až do 19. století) nezdevastovanou přírodu.
Toto vše se nám v průběhu necelých 200 let, co průmyslová revoluce začala nabírat celosvětové měřítko, podařilo postavit na hlavu. A hlavní zásluhu na tom má 20. století! Někdy se zdá, že cena pokroku je až příliš vysoká.

REVOLUCE

Nehledě na četné revoluce v dějinách, které měly v té či oné zemi změnit sociální strukturu, proběhly v lidské společnosti ve skutečnosti revoluce pouze dvě. O jedné, průmyslové, jsme již mluvili. Prvním skokem však byla revoluce neolitická. Člověk se přestal spoléhat na dary přírody (lov a sběr), usadil se a začal pěstovat rostliny a chovat užitková zvířata. Jeho přirozený tradicionalismus se tím ovšem nezměnil. I dnes v době etapy vědeckotechnické revoluce platí, že nejmenší sklon ke změnám mají obyvatelé venkova. Je to dáno tím, že tu byl odedávna rytmus prací sladěn s přírodními cykly a měl svou neměnnou podobu. Jakékoliv vychýlení ze strany přírody nebo člověka znamenalo neúrodu, hlad a často i smrt. A na venkově žila až do konce 19. století naprostá většina celé populace (v řadě zemí je tomu tak ostatně dosud). O nechuti ke změnám vypráví už historka ze starověké Číny.
V jednom z malých státečků žil rolník Wučang fu. Každý den za úsvitu vzal velký džbán a celý den s nim oddaně sestupoval do hluboké studny, aby nabral vodu pro závlahu svých poliček. Za den stačil zavlažit jedno pole. Jel kolem učený Teng Si, zastavil a začal Wučang-fua poučovat:
"Existuje stroj, vzadu těžký a vpředu lehký, kterému se říká mostová studna. Tím lze za jediný den bez únavy zavlažit sto polí." Ale rolník mu odpověděl: "Můj Mistr mě učil: Jestliže věděni o strojích má své přednosti, pak má jistě také své vady." Nejde o to, že bych neznal mostovou studnu, ale nechci ji používat. Mohl byste, pane, pokračovat v cestě? Zavodňuji své pole celým srdcem a nedokáži se změnit."
Historka hovoří za vše. Jen bychom si měli uvědomit, že konzervatizmus má i své kladné stránky. Stráží hodnoty společnosti a zaručuje její stabilitu. Dokonce, pokud není zkostnatělý, nebrání ani pokroku.
Druhým pádným "důvodem" proti využívání zdrojů energie, které - jak ještě uvidíme - znal člověk již nejpozději na sklonku doby kamenné, byla snadno dostupná síla zvířat i přebytek lidí, ať otroků, či znevolněných rolníků.
Dokládá to i proslulý římský učenec Marcus Terentius Varro (opíral se přitom o mnohem starší názory Aristotela), který rozlišoval tři typy nářadí: mluvící otroky, polomluvící zvířata a konečně němé, což bylo nářadí podle našich představ. Filosof Aristoteles však zároveň správně poznamenal, že kdyby: "člunky samy od sebe tkaly a paličky samy hrály na kytharu, nebylo by třeba otroků". Ovšem těch bylo dost. A tak se většina objevů možného využití energie ve starověku (i dlouho poté) měnila jen v hříčky a kuriozity. Výjimky byly dvě: energie vody, nejpozději od 3. tisíciletí př. Kr. využívaná především k závlaze (vodní kolo na čerpání, méně na mletí), a energie větru, sloužící jako pohon plachetnic v námořní dopravě. Zároveň byl člověk odedávna výborný pozorovatel a dokázal se v přírodě inspirovat. Když si všiml, jak vítr podporuje hoření, zavedl si umělý vítr měchy.
Bylo by také nespravedlivé přičítat tradicionalismus jen venkovanům. Hovoří se běžně o "konzervativních" Angličanech, ale právě v téhle zemi byla odstartována průmyslová revoluce. Ovšem přes množství vynálezů i v Anglii novoty v mnoha případech těžko prorážely stojaté vody. Svědčí o tom potíže s prvními dopravními prostředky poháněnými párou. I když silniční parovozy nedosahovaly zpočátku žádné závratné rychlosti a kočár s koňmi je hravě předjel, nové neznámé stroje budily takovou nedůvěru, že jejich provoz byl svázán řadou kuriózních pravidel. Opatrní zákonodárci nejen stanovili maximální rychlost (zhruba 6 km/h !), ale před vozem musel utíkat běžec s červeným praporkem a trubkou a upozorňovat solidní měšťany, že se blíží funící parovůz. Provoz také musel probíhat ve stanovených denních hodinách. Teprve přenesení páry na koleje prolomilo omezení rychlosti a záhy nastal opačný efekt. Sázekmilovní Britové se začali předstihovat v dosažené rychlosti. Neodradily je v tom ani výpočty ctihodných univerzitních (!) učenců. Ty totiž dokládaly, že při rychlosti větší než 46 km/h se cestující ve vlaku udusí následkem vzduchoprázdna, které mělo díky rychlosti ve vagónech vzniknout.
www.simopt.cz

náhradní schéma tranzistoru

11. září 2008 v 15:55 | krista

Náhradní schéma tranzistoru

Mějme dvojbran skládající se z časově nezávislých, pasivních nebo aktivních prvků. Označme proudy a napětí podle obrázku. Napětí a proudy mají konstantní i časově proměnnou složku, icelk.(t)=I0+i(t), ucelk.(t)=U0+u(t). Uvažujme jen časově proměnné složky proudu a napětí. Malá písmena na obrázku představují jen tyto proměnné složky.
Nahraďme nyní tento dvojbran náhradním obvodem, který získáme pomocí vztahů mezi proudy a napětími. Existuje více možností. Zvolme často používané hybridní náhradní schéma. Slovo hybridní znamená, že schéma obsahuje jeden zdroj napětí a jeden zdroj proudu.
Předpokládejme, že io=f(uo, ii). Pak můžeme io rozvinout v Taylorovu řadu . Omezíme se jen na rozvoj do prvního řádu. Označíme a dostáváme rovnici .
Toto představuje první Kirchhoffův zákon pro výstupní obvod.
Dále vezmeme výstupní obvod. Předpokládejme ui=f(ii,uo). Rozvineme opět do Taylorovy řady . Označíme a přepíšeme na tvar
Tato rovnice představuje druhý Kirchhoffův zákon pro vstupní obvod. Na základě těchto dvou rovnic můžeme náhradní schéma nakreslit takto:

Toto je jen jedna z možností, jak hybridní náhradní schéma nakreslit, existují i jiné možnosti.
Toto hybridní náhradní schéma se používá zejména u tranzistoru.
Mějme tranzistor v zapojení se společným emitorem (viz obrázek).
Platí rovnice uvedené výše, tj. pro vstupní obvod (báze-emitor) -ube+hreuce+hieib=0 a pro výstupní obvod (kolektor-emitor) -ic+hoeuce+hfeib==0.
Písmena u a i, která mají jako indexy jen malá písmena, představují pouze časově proměnné složky proudů a napětí. Velká písmena (časově neproměnné složky) vyjadřují pracovní bod tranzistoru.
Je
Veličiny h mají následující význam:
hfe.....proudové zesílení
hie.....vstupní odpor
hoe.....výstupní vodivost
hre.....přenos napětí z výstupu na vstup
Hybridní náhradní schéma je formálně stejné i pro tranzistor v zapojení se společnou bází nebo se společným kolektorem. Existují i jiná hybridní náhradní schémata.

Kirchhoffovy zákony

11. září 2008 v 15:52 | krista

Kirchhoffovy zákony:

Dva Kirchhoffovy zákony patří mezi základní zákony elektrických sítí a jsou velmi často používány při jejich řešení.
1. Kirchhoffův zákon: Součet všech proudů přitékajících do uzlu sítě je v každém okamžiku roven nule. Tomu odpovídá matematické vyjádření , kde proudy tekoucí do uzlu bereme se záporným znaménkem a proudy vytékající z uzlu s kladným znaménkem.
2. Kirchhoffův zákon: Součet napětí na všech prvcích (aktivních i pasivních) podél uzavřené smyčky je v každém okamžiku roven nule, tj. . Přitom napětí na pasivních prvcích vyjadřujeme jako U=ZI, kde Z je impedance prvku a I proud jím protékající. Je-li smyčka orientována souhlasně se šipkou značící směr proudu nebo polaritu zdroje, bereme příslušný člen s kladným znaménkem, v opačném případě se záporným znaménkem.
Volba směru šipek na začátku je libovolná, potom se však už musí dodržovat.

Měření napětí a proudu

11. září 2008 v 15:44 | krista
Měření napětí a proudu
Jedním ze základních elektrických měřicích přístrojů na školách jsou a asi ještě nějakou dobu zůstanou deprézské měřicí přístroje, tj. přístroje s otočnou cívkou. Před všemi digitálními multimetry mají totiž jednu velikou přednost - nepotřebují ke svým základním činnostem, tj. k měření napětí nebo proudu baterie nebo připojení na rozvodnou síť (přívlastek "rozvodnou" nesmíme dnes, v době počítačových sítí, již opomínat). Navíc si v současné době i výrobci číslicových ručních přístrojů uvědomují přednosti analogové indikace a vybavují své číslicové multimetry navíc analogovým sloupcovým displejem. Věnujme se proto chvíli deprézským měřicím přístrojům. Výchylka ručičky deprézského přístroje je úměrná proudu, který protéká otočnou cívkou, a sice první mocnině tohoto proudu. Je tedy třeba si uvědomit, že i při měření napětí musí měřený zdroj dodat do otočné cívky proud, aby způsobil její vychýlení. Proud protékající otočnou cívkou na plnou výchylku přístroje je jednou ze základních charakteristik deprézského přístroje. Tento proud zjistíme nejsnáze tak, že se podíváme na nejcitlivější stejnosměrný proudový rozsah přístroje (pokud se jedná o universální, tedy vícerozsahový přístroj). U běžných přístrojů bývá 1 mA, u citlivých systémů 20 nebo dokonce jen 10 mA. Vyjadřuje se v kW/V. 1 kW/V znamená tedy přístroj s proudem 1mA na plnou výchylku, 50 kW/V přístroj se spotřebou 20 mA a 100kW/V přístroj se spotřebou 10 mA (údaj v kW/V má tedy rozměr A-1a znamená vlastně počet výchylek na 1 A, například 100kW/V znamená 105 výchylek na 1A, tj. na jednu výchylku 10-5A). Uvědomme si, že údaj např. 50kW/V nám nic neříká o vlastním vnitřním odporu měřicího systému, ten bývá v řádu jednotek kW, to znamená, že na plnou výchylku na přístroji se spotřebou 20 mA na plnou výchylku zůstává napětí řekněme okolo 0.1 V. Z údaje v kW/V však můžeme spočítat vnitřní odpor deprézského přístroje jako celku (tj. i se sériovými odpory), je-li použit jako voltmetr. Je-li například údaj 50kW/V a měříme na rozsahu 10V, pak sériový odpor k otočné cívce přístroje je spočítán tak, aby celkový odpor měřicího přístroje byl 500 kWa obdobně na jiných rozsazích. Předpokládám, že by pro nikoho nebyl problém spočítat tento sériový odpor, když by byl znám proud na plnou výchylku IP a vnitřní odpor měřicího systému RM. Zkusme si to: Mějme určit sériový odpor RS pro deprézský systém na rozsahu UR a známe IP a RM. Znamená to, že při přiložení napětí URmusí přístroj ukázat plnou výchylku, tj. systémem musí protékat proud IP. Z Ohmova zákona tedy RS = - RM+(UR/IP).
Při použití deprézského systému jako ampérmetru musíme pro měření proudů větších než je proud na plnou výchylku Ippoužít bočníku, tj. odporu zapojeného paralelně s měřicím systémem. Existuje i tzv. Ayrtonův bočník, který si můžeme představit jako potenciometr připojený paralelně k měřicímu systému, oba typy bočníků představuje obrázek 2.1.
obr. 2.1
Zde předvedeme výpočet odporu RBpouze jednoduchého bočníku, Ayrtonův si můžete spočítat jako domácí cvičení. Předpokládáme parametry systému dané stejnými symboly jako nahoře, proudový rozsah, pro který bočník počítáme, označme IR.
Proud I tekoucí do uzlu bočník, měřicí systém, se bude větvit na dvě části, které dohromady podle 1. Kirchhoffova zákona musí dát celkový měřený proud. Část protékající měřicím systémem bude rovna pro plnou výchylku IP, tedy
IP=IRRB/RM=I.RB/(RM+RB).
IP,IR a RMznáme, jedinou neznámou v této rovnici je odpor bočníku RB. Všimněte si, že v případě tohoto jednoduchého bočníku bude spád napětí na přístroji s bočníkem stejný jako na samotném měřicím systému, tj. RM.IP. To u Ayrtonova bočníku nebude platit, tam bude pro vyšší proudové rozsahy spád napětí na kombinaci vyšší, než je na systému. Pro vysoké proudové rozsahy vycházejí odpory bočníků velmi malé a má-li mít přístroj přepínané rozsahy, vzniká problém s přechodovým odporem přepínače, který může být srovnatelný s odporem bočníku. Proto řada univerzálních měřicích přístrojů má pro vyšší proudový rozsah, např. 10 A, zvláštní připojovací zdířku, aby se tomuto problému předešlo.
Zatím jsme se zabývali konstrukcí měřicího přístroje s deprézským systémem. Předpokládejme nyní, že máme k dispozici buď deprézský nebo jakýkoli jiný měřicí přístroj, známe jeho vnitřní odpory pro měření proudu a pro měření napětí a chceme určité měření provést. Je třeba si uvědomit, že každým měřením ovlivňujeme měřený obvod, že měřením vlastně měníme měřený obvod na obvod obsahující původní obvod a měřicí přístroj. Tato změna může v řadě případů způsobit jen malou chybu, ale v některých případech je třeba analýzu ovlivňování měřeného obvodu měřicím přístrojem provést. Předpokládejme nejprve měření proudu ampérmetrem s vnitřním odporem RAv jednoduchém obvodu složeném ze zdroje napětí E s vnitřním odporem Ri a jednoho rezistoru s odporem RL, viz obrázek 2.2.
obr. 2.2
Podle Ohmova zákona je zřejmé, že proud protékající obvodem bude dán podílem napětí E a součtu všech tří odporů, I=E/(Ri+RL+RA). Nebude-li tedy RA « Ri + RL, naměříme jiný proud, než ten, který by protékal rezistorem s odporem RLbez připojeného ampérmetru. Mějme na paměti, že moderní digitální multimetry nejsou v tomto směru žádnou výjimkou, mají též svůj vnitřní odpor a též ovlivňují měřený obvod. Obdobně je tomu při měření napětí. Předpokládejme stejný měřený obvod, složený ze zdroje o napětí E a vnitřním odporu Ri, zapojeného na rezistor s odporem RLa předpokládejme nyní, že chceme změřit napětí na rezistoru RLvoltmetrem s vnitřním odporem RV, viz obrázek 2.3.
obr 2.3
K tomu, abychom vypočítali, jaké napětí vlastně naměříme (v tomto a v předchozím příkladu se nezabýváme vůbec přesností měření, tedy odečtu na měřicím přístroji, předpokládáme prostě, že jsme z výchylky nebo údaje na displeji schopni přesně stanovit napětí, jaké je na voltmetr přiloženo, nebo proud, který ampérmetrem protéká), nahraďme obvod se zdrojem E, vnitřním odporem Ri a rezistorem RL Théveninovým ekvivalentem se zdrojem E'=E.RL/(Ri+RL) a vnitřním odporem Ri' = RiRL/(Ri+RL). Tento zdroj bude tedy napájet náš voltmetr s vnitřním odporem RVa tedy na voltmetru bude napětí UV=E'. RV/(Ri'+RV). Přitom napětí E' je to napětí, které chceme měřit, tedy napětí na rezistoru RLbez připojeného voltmetru. Jedině tedy v případě, že odpor voltmetru Rv » Ri' můžeme očekávat, že naměřené napětí bude rovné předpokládanému, jinak bude relativní chyba dE'/E' vzniklá připojením voltmetru zhruba rovna dE'/E' » -Ri'/RV, tj. naměříme napětí menší než je skutečné. Uvedený jednoduchý vzorec pro chybu měření platí jen pro poměr Ri'/RV« 1, jinak je nutné použít přesný vzorec uvedený výše. Jednoduchou úvahou s využitím vnitřního odporu voltmetru můžeme rozšířit i měřicí rozsah voltmetru, např. je-li měřicí rozsah voltmetru VRvoltů a vnitřní odpor 10 MW, pak připojením rezistoru o odporu 40 MW do série s voltmetrem získáme voltmetr s rozsahem 5.VR. (Pozor na bezpečnost a na úraz elektrickým proudem, rezistor 40 MW musí vydržet napětí 4.VR !)
Než začneme probírat měření odporu, řekněme si něco o rozvodu elektrické energie. Bývá zvykem, že absolventi gymnasia, pokud se o tuto problematiku sami nezajímají, nemají v této otázce příliš jasno, i když se jedná, např. při přípravě pokusů, o jejich bezpečnost. Třífázové elektrické napětí vyrobené v elektrárně (mimochodem, víte, že napětí generované v elektrárně má efektivní hodnotu cca 25 kV?) se transformuje nahoru, aby se zmenšily ohmické ztráty ve vedení při přenosu energie (kolikrát zvýším napětí, tolikrát zmenším proud a ohmické ztráty jsou úměrné protékajícímu proudu). Při velmi vysokém napětí však dochází vlivem elektrického pole v okolí vodičů vysokého napětí k průrazu vzduchu, obklopujícího vedení, vzduch se ionizuje a vzniká vodivý kanál např. k uzemňovacímu vedení nebo k uzemněnému stožáru (jistě si vzpomínáte, když jste byli v mlze v blízkosti vedení vysokého napětí na zvuky, které toto vedení vydává - jsou to zvuky vyvolané krátkými průrazy vzduchu). Aby se tyto ztráty sršením zmenšily na minimum, vyrábí se vysokonapěťové vedení ve formě dvou nebo tří nebo i více vodičů pro jednu fázi paralelně, jejichž vzdálenost je udržována distančními vložkami. Je to proto, aby se zvětšil efektivní průměr vedení a elektrické pole v okolí vedení, které je nepřímo úměrné tomuto efektivnímu průměru, se zmenšilo. Rozvod velmi vysokým napětím se používá jen na velké vzdálenosti, pro danou oblast se napětí snižuje na 22 kV a ty se rozvádějí do jednotlivých lokalit, které mají dále své transformátory na převod dolů na napětí 380/220V. Takový transformátor mají i jednotlivé provozy, které spotřebovávají větší množství elektrické energie. V současné době se připravuje v rámci evropské integrace přechod na rozvodnou soustavu 400/230 V. Rozvod napětí 380/220V v městě se provádí většinou kabelem v zemi, v menších obcích i vrchním vedením. V přípojné skříni k objektu se vedení jistí proti možnému zkratu tzv. nožovými pojistkami s hodnotou jištěného proudu cca 100A a po příchodu do objektu ještě jednou, pro rodinný domek je typická hodnota 35A na fázi. Takto jištěné vedení vede do domovní rozvodné skříně, kde se jistí již automatickým jističem s hodnotou proudu zpravidla 25A, následuje elektroměr a obvody jednotlivých místností, kde se typicky jistí zvlášť světelné obvody jističem 6A a zásuvkové obvody jističem 10A. Pouze speciální zásuvky, kde se předpokládá vyšší spotřeba, např. u automatické pračky (topení, nikoli motor), se jistí jističi 16A. Jistič, jak víte, má dva vypínací mechanismy, jeden elektromagnetický pro rychlé vypnutí v případě zkratu (podle normy by měl vypnout do 0,4 s), jeden bimetalový pro odpojení v případě trvalého přetížení na cca 140%. Jističe jistí vedení ke světlu, případně k zásuvkám, které pak může mít menší průřez použitého vodiče, nikoliv tedy připojené spotřebiče, ty by měly mít (a ve velké většině také mají) svou ochranu tavnou nebo tepelnou pojistkou apod. Údaj uvedený na zásuvce, např. 220V/16A nemusí vůbec souviset s napětím, na které je zásuvka připojena a proudem, na které je vedení jištěno, jsou to pouze maximální hodnoty napětí a proudu, při kterých může být zásuvka použita. Zásuvky jsou, ovšem, typizované a podle platných norem by se měly použít jen na nominální tedyjmenovité napětí, vy ale budete muset pracovat v reálném prostředí, kde se můžete s odchylkami setkat. Protože se ještě i dnes můžete setkat s rozvodem 120V, je důležité se informovat před zapojením spotřebiče, jaké je nominální napětí v síti, a přesvědčit se, že spotřebič je na toto napětí vyroben, případně nastaven.
Přejděme nyní k měření odporů. Základní metodou měření odporů je metoda přímá, tj. metoda založená na Ohmově zákoně. Změříme-li tedy napětí na neznámém rezistoru a současně proud tímto rezistorem, můžeme vypočítat odpor rezistoru z Ohmova zákona jako poměr napětí na odporu a proudu tímto odporem. Používáme tedy dva měřicí přístroje, jeden na napětí, druhý na proud. A hned tu máme komplikaci: přístroje jdou k měřenému rezistoru zapojit dvěma způsoby, viz obrázek 2.4!

obr. 2.4a
Výběr mezi těmito dvěma možnostmi závisí na vzájemném vztahu vnitřních odporů přístrojů a odporu měřeného obvodu, jak ukážeme tímto způsobem. Předpokládejme nejprve obvod podle obrázku 2.4a. Napětí na sériové kombinaci ampérmetru a měřeného odporu je rovno podle 2. Kirchhoffova zákona V=A.R + A.RA, kde V a A jsou údaje přečtené (opět s absolutní přesností) na voltmetru a ampérmetru. Neznámá hodnota odporu R je tedy dána jako R=V/A-RAcož znamená, že skutečná hodnota odporu R je menší, než ta, která vychází z naměřeného poměru V/A. Zapojíme-li ampérmetr tak, aby měřil proud voltmetrem a měřeným odporem R, dostaneme vztah
V=A.RV.R/(RV+R)
z čehož
R=(V/A).(1-(V/A)/RV)-1.
Je-li tedy odpor ampérmetru mnohem menší než naměřené V/A, je vhodnější první metoda, je-li odpor voltmetru mnohem větší, než naměřené V/A, je vhodnější druhá metoda, jsou-li splněny obě podmínky, můžeme si vybrat. V každém případě je pak hledaný odpor roven s dostatečnou přesností naměřenému poměru V/A.

obr. 2.4b
Uvedený způsob nepočítá s odporem připojovacích vodičů. Pro zvlášť malé odpory, nebo pro větší proudy použité při měření, je třeba proto metodu na obrázku 2.4b modifikovat tak, jak je znázorněno na obrázku 2.5.

obr. 2.5

ropa a zase ropa

4. září 2008 v 23:56 | krista

ROPA

Zatímco uhlí pod kotly parních strojů roztáčelo kola průmyslu po celé minulé století a dodnes se využívá jako palivo ve stovkách tepelných elektráren k výrobě páry ženoucí parní turbíny, ropu čekal jiný úkol. I když i ji spalujeme za účelem získání tepla či při výrobě elektrické energie, stala se především symbolem věku automobilů. Bez nafty a benzinu, které získáváme právě z ropy, umlkly by miliony motorů na celém světě.
Ropa je surovina všestranně užitečná, především v chemickém průmyslu. Vyrábí se z ní všechno možné od léků až třeba po prášky na praní. Přesto se však stala naprosto nepostradatelnou především jako surovina energetická. Přes všechno úsilí vědců a techniků nepodařilo se totiž zatím vymyslet prakticky použitelný mobilní motor, který by ke své práci nepotřeboval benzin nebo naftu. Vždyť elektromobily se už po desítky let nezbavily svých "dětských nemocí" a ani s atomovými motory v běžné dopravě asi nemůžeme příliš počítat.
Automobil K. Benze.

SPALOVACÍ MOTOR

Parní stroj byl velice užitečný vynález, nehodil se však všude. Byl rozměrný, hlučný a vyžadoval odbornou obsluhu. Měl také velice nízkou účinnost. To je mimo jiné způsobeno tím že výroba energie probíhá ve dvou stupních. Nejprve musí teplo vznikající v topeništi přeměnit vodu v kotli na páru a teprve ta pohání píst stroje. Při celém procesu se spousta tepla bez užitku ztrácí. Od tohoto poznání byl už jen krok k nové myšlence spalovat palivo přímo ve válci a vyhnout se tak všem ztrátám při přenosu tepla.
Byl to sice jen krok, ale nebylo snadné jej udělat. Bylo třeba vynalézt spalovací motor.
Za prvního předchůdce dnešních spalovacích motorů je považován motor poháněný výbuchy střelného prachu, tudy však opravdu cesta nevedla. Řešení leželo jinde chvíli se dokonce zdálo, že v tradičním uhlí.
Roku 1786 obdržel francouzský inženýr Phillipe Lebon ( 1767 -1804) patent na výrobu svítiplynu z dříví. V patentu se mluví mimo jiné o použití plynu k osvětlování, k topení, k výrobě mechanické síly ...
Při výrobě svítiplynu ve velkém bylo nahrazeno dříví mnohem vhodnějším uhlím a již nic nebránilo nástupu "plynového věku".
V drobných řemeslnických dílnách se malými plynovými motory poháněly výrobní stroje. Dokonce i tehdy, když nebyl v místě rozvod plynu z plynárny. V takovém případě si v dílně vyráběli plyn na místě z koksu, uhlí nebo dříví pomocí vlastních generátorů.
A právě tyto malé stabilní plynové motory nás teď zajímají. Ani ne tak kvůli nim samotným, jejich čas už dávno skončil, ale ...
Souboj o nejlepší spalovací motor poháněný plynem mezi sebou svedli dva vynálezci - německý obchodník Nikolaus Otto (1832-1891 ) a ve Francii žijící Belgičan Jean Etienne Lenoir ( 1822 -1900). A právě ten druhý z nich rozšířil svůj patent o zdánlivě nevýznamný dodatek: "...aby plyn mohl být nahrazen parami vodíku smíšeného se vzduchem, petroleje a jiných paliv." Těchto pár slov znamenalo, že se právě zrodil nový motor, pohon osvobozený od plynového potrubí či od objemného generátoru. Pohon, který je schopen vydat se sám do světa. V roce 1863 si to Lenoir vyzkoušel v praxi - sestrojil jednoduchý vůz, vybavil jej svým motorem a vyrazil z Paříže do Joinvillele-Pont a zpět. Bezděky tak zahájil "věk automobilů".
A také z ropy, dosud nijak nevyhledávané, učinil surovinu číslo jedna.

BŮH ZVANÝ AUTOMOBIL

Na začátku dnešního "automobilového opojení" bylo mnoho důmyslných a vytrvalých mužů posedlých myšlenkou nového dopravního prostředku. Jestli nelze na některé zapomenout, pak jsou to především Karl Benz (1844 - 1929) a Gottlieb Daimler (1834 - 1900). Takřka ve stejnou dobu postavili každý svůj již v praxi použitelný spalovací motor, rvali se s problémy jako je karburátor, vhodné zapalování, dostatečný počet otáček a desítky dalších.
Roku 1866 zkoušel Benz svůj nový motor v trojkolce vlastní konstrukce. Jeho pokusy nevyvolaly takřka žádnou pozornost, a tak se jeho žena Berta rozhodla zasáhnout. Bez vědomí manžela vypůjčila si podnikavá žena "rodinný automobil" a se svými dvěma syny, patnáctiletým Eugenem a čtrnáctiletým Richardem, se vydala navštívit babičku. Celou cestu z Mannheimu do Pforzheimu a zpět, dlouhou 113 km, ujeli bez větších problémů.
Moderní čtyřdobý zážehový motor (šestiválec s objemem 3 litry)
Benze tento nesporný úspěch velmi povzbudil. Znovu se pustil do práce a roku 1893 dokončil již čtyřkolový automobil Viktoria (Vítězství), s kterým už prorazil i obchodně.

MOTORY PRO MILIONY

Již jsme si řekli, že hlavní předností spalovacích motorů proti jejich parním bratrancům je spalování paliva přímo v pracovním prostoru - ve válci.
Spalovací motory dnes dělíme na dvě základní skupiny - motory zážehové a vznětové. Do válce zážehového motoru je nasávána palivová směs - benzinové páry smíšené se vzduchem - a po stlačení pístem je směs zapálena. K zapálení směsi se užívá elektrická jiskra, která přeskočí na kontaktech automobilové zapalovací svíčky.
Princip činnosti čtyřdobého zážehového motoru. Základem činnosti zážehového motoru je jeho pracovní oběh. U čtyřdobých motorů proběhne sled všech fází za 4 zdvihy pístu, tj. za dvě otáčky klikové hřídele. 1) sání - píst jde do dolní úvrati. Nad pístem vzniká podtlak, který způsobuje, že směs paliva a vzduchu vniká otevřeným sacím ventilem do prostoru válce. 2) stlačování - píst jde do horní úvrati a směs je stlačována až na 1,1 MPa. Před dosažením horní úvrati (předstih) přeskočí na elektrodách zapalovací svíčky elektrická jiskra, od které se směs zapálí. 3) rozpínání - hořením směsi vzniká teplota až 4 000°C, která způsobí prudké stoupnutí tlaku až na 5 MPa. Rozpínající se plyn tlačí na píst. 4) výfuk - před dolní úvratí se začne otevírat výfukový ventil a spálené plyny odcházejí výfukovým potrubím.
U vznětových motorů je do válce nasáván nejprve čistý vzduch. Ten je pístem prudce stlačen až na tlak okolo 4 MPa, což jej ohřeje na teplotu až 700 stupňů Celsia. V tom okamžiku se do horkého vzduchu ve válci vstříkne motorová nafta a ta se vysokou teplotou sama vznítí a shoří.
Otcem vznětového motoru byl německý inženýr Rudolf Diesel (1858 -1913). Patent na nový typ motoru získal roku 1892, první prakticky využitelný "dieselův" motor však spatřil světlo světa až za pět let. Od té doby doznal mnoha zlepšení. Původně byly tyto motory používány hlavně kvůli stabilitě pro pohon generátorů a jako velké lodní motory. Rychle se rozšířily i do lokomotiv a nákladních automobilů, dnes se stále více uplatňují i v automobilech osobních. Sám vynálezce se dožil jen prvních úspěchů - jedné bouřlivé noci záhadně zmizel z paluby lodi přeplouvající Lamanšský kanál z Francie do Anglie.
Princip činnosti čtyřdobého vznětového motoru. 1) píst nasává vzduch do válce otevřeným sacím ventilem. 2) ventil se uzavírá a píst stlačuje vzduch (až na 5 MPa), což způsobuje jeho ohřátí (až na 700°C). 3) při maximálním stlačení se vstříkne palivo (tlakem 7 až 30 MPa) a jemně rozptýlené se vznítí, plyny tlačí píst dolů. 4) výfukový ventil se otevře a píst vytlačí spálené plyny z válce.

SPALOVACÍ TURBÍNY

Stejně jako vodní kolo překonala vodní turbína a parní stroj turbína parní, také spalovací motory mají své následníky - spalovací turbíny. Jejich vítězství však není zdaleka tak jednoznačné jako v prvých dvou příkladech. Spalovací plynová turbína je motor s rotačním pohybem oběžného kola, na jehož lopatky působí horký plyn. Bývají to většinou výfukové plyny spalovacích motorů. Stejně jako pístové motory, rozdělujeme i spalovací turbíny na zážehové a vznětové.
Turbíny dnes téměř úplně vytlačily pístové motory v letectví. Umožňují totiž mnohem menší rozměry motoru a jsou i jednodušší.
Na silnicích se však zatím neuplatnily, mají totiž mnohem vyšší spotřebu paliva. Aby pracovaly hospodárně, musejí jít stále na plný výkon a to na zemi není možné. Snad se časem prosadí na železnici nebo u těžkých nákladních tahačů, kde je velký výkon prvořadým kritériem. Zatím byly v praxi použity jen u závodních vozů, například ve Formuli 1 použili spalovací turbínu Pratt and Whitney ve voze Lotus. Vůz se spotřebou až 160 l paliva nedojel však v seriálu F1 na lepším místě než osmém.
Plynová turbína. Vzduch vstupuje sacím hrdlem do kompresoru 1, z něhož je vytlačován do spalovacích komor 2. Zde se do něj rozprašuje palivo. Teplem vzniklým při jeho spalování se několikanásobně zvětší objem spalin, které velkou rychlostí proudí do turbín 3. Při průchodu jim předávají značnou část energie a potom vystupují zmenšenou rychlostí do ovzduší.

NEOBVYKLÁ PALIVA

Běžnými palivy pro miliony spalovacích motorů, hýbajících dnes celým světem, jsou motorová nafta a benzin, získávané z přírodní ropy. Z ropy se získává i letecký benzin a také palivo pro trysková letadla v podstatě obyčejný petrolej. Benzin se dá ovšem v případě nouze vyrábět i z uhlí. V době 2. světové války, kdy nemělo Německo přístup ke zdrojům ropy, byl benzin vyráběn z hnědého uhlí i na našem území. Některá civilní vozidla používala v té době ještě kurióznější palivo - dřevoplyn. Do běžných benzinových motorů byl přiváděn místo benzinové směsi plyn, vyráběný v jakési příruční plynárničce.
Tvořila ji malá válcová pec z ocelového plechu. Na jejím roštu se nedokonale spalovalo dřevo nebo dřevné uhlí. Vrstvou rozžhaveného paliva byl veden vzduch a vodní pára. Vzniklá směs hořlavých plynů (vodíku a kysličníku uhelnatého) se nasávala do válců motoru.
Modernějším palivem je směs propanu a butanu, plynů vznikajících při zpracování ropy. Stejně jako se dá pomocí propanbutanových bomb vařit či svítit, dá se na ně i jezdit. Z hlediska znečišťování ovzduší je to dokonce výhodnější - proto se automobily s motory na toto palivo užívají třeba v centrech velkých měst nebo v lázních - ale z ekonomických i technických důvodů nelze předpokládat, že by to byla paliva budoucnosti.
U některých motorů byl s úspěchem použit jako palivo i líh nebo benzen. Zkoušela se dokonce i směs jemného uhelného prášku se vzduchem. Ne že by motor neběžel, ale teorie, experiment je jedna věc a běžná praxe druhá.

NEOBVYKLÉ MOTORY

Po neobvyklých palivech zaměřme svou pozornost i na ne zcela běžné motory. Kmitavý pohyb pístu ve spalovacích motorech způsobuje totiž často konstruktérům těžkou hlavu. Hledal se proto motor, ve kterém by se píst nepohyboval stále sem a tam, ale plynule kroužil. Vzniklo několik řešení, ale v praxi se uplatnil zatím jen motor německého konstruktéra F. Wankla. Má malé rozměry, snáší i podřadná paliva, zaručuje klidný chod. Nevýhodou je obtížné utěsnění pracovního prostoru, ve kterém rotuje píst.
U Wankelových motorů probíhají vlastní fáze sání, komprese, práce a výfuku současně. Na obrázku jsou rozlišeny různými barvami (světlemodrá = sání, tmavomodrá = komprese, žlutočervená = zážeh, hnědá = výfuk).
Motor s rotačním pístem.
Zatímco Wankelovy motory se do automobilů některých typů skutečně montovaly, tzv. rotační motor s posuvnými písty zůstává dosud ve stadiu pokusů. Uvidíme.
Už v roce 1916 sestrojil skotský vynálezce R. Stirling originální motor, ve kterém spalování probíhalo mimo válec.
Jeho vynález upadl na dlouhá léta v zapomenutí, až v 60. letech se konstruktéři k němu opět vrátili. V 70. letech jej testovali dokonce v koncernu Ford a zjistili, že má nejlepší parametry v čistotě výfukových plynů. V té době se ovšem tímto problémem zabývaly již i ostatní renomované automobilky a zejména japonské firmy vyvinuly motory, které jsou velmi "čisté" a přitom jejich hromadná výroba je technologicky jednodušší než zcela nové, nezvyklé konstrukce.
http://www.simopt.cz

provoz elektrárny

24. srpna 2008 v 12:06 | krista

PROVOZ ELEKTRÁRNY

Provoz v tepelné kondenzační elektrárně je složitý proces. Tvoří jej několik technologických okruhů: okruhy paliva, vzduchu a kouřových plynů, strusky a popela, vody a páry a okruh výroby elektřiny.

UHLÍ

Celý řetěz výroby elektřiny v klasické tepelné elektrárně začíná uhelným hospodářstvím. Uhlí lze rozdělovat podle různých vnějších znaků, ale i podle dalších parametrů, jako je například spalné teplo, obsah prchavé hořlaviny, petrografické složení apod. Žádné z těchto kritérií ale neumožňuje samo o sobě bezpečně rozlišit jednotlivé druhy, protože mezi nimi není ostrý přechod. Spokojme se tedy se zásadním rozdělením uhlí do tří hlavních skupin: uhlí hnědé, uhlí černé a antracit. Většina uhelných elektráren ČR spaluje tzv. hnědé energetické uhlí, což je vlastně nízkokalorické hnědé uhlí.

Do elektrárny se uhlí dopravuje pásovými dopravníky, po železnici nebo loděmi. Pásové dopravníky lze použít pouze v případech, kdy je elektrárna postavena v blízkosti dolu, jako je tomu například v Tušimicích.
Většina elektráren využívá železnici. K zajištění provozu na jediný den je zapotřebí v průměru deseti vlaků uhlí o třiceti vagónech. Spotřeba uhlí závisí na jeho výhřevnosti. Velmi přibližně lze říci, že na jednu vyrobenou MWh se spálí přibližně 1t uhlí.
Uhlí, které se do elektrárny dopraví, se musí před použitím nejprve upravit. Projde drticí stanicí a uhelnými mlýny, ve kterých se mele na jemný prášek. Vlhké palivo se špatně mele, a proto se musí sušit. Suší se bud' před mletím, nebo přímo za mletí. Čím je prášek jemnější, tím je spalování podobnější spalování plynu. Ventilátory pak uhelný prášek spolu se vzduchem vhánějí do hořáků kotle. Ve spalovací komoře palivo shoří. Původně se uhlí spalovalo na roštech, jak je známe například z pokojových kamen. Ale vzrůstající potřeba spalovat ve stále větším množství nekvalitní uhlí vedla ve dvacátých letech tohoto století k dalšímu vývoji ohnišť. Roštové ohniště je vhodné pro elektrárny s omezeným výkonem (až asi do 150 t/h páry). Práškové ohniště dokáže spálit palivo s obsahem popele až do 55 % s účinností vyšší než ohniště roštová.
Největším technickým problémem, který museli konstruktéři práškových ohnišť řešit, byl vysoký úlet popílku do ovzduší, a snadné nebylo ani vyvinout vhodný způsob podávání uhelného prášku do hořáků.


Kotel elektrárny Poříčí.
Moderním a velmi účinným způsobem spalování je spalování fluidní. To vyžaduje sice výstavbu nových typů spalovacích zařízení, ale zato přináší výhody v menším množství škodlivých látek v kouřových plynech. Fluidnímu spalování se říká rovněž spalování ve vznosu. Jeho základní princip je jednoduchý. Vychází z poznatku, že jemně mleté uhlí se v proudu vzduchu a ve vhodně zvoleném tvaru spalovacího prostoru chová jako vroucí kapalina.
Částice uhlí jsou obaleny vzduchem a proces hoření je pak velmi rychlý. Navíc je snadno regulovatelný přimícháváním spalin a popele zpátky do hořící vrstvy tak, aby spalovací teploty byly v rozmezí 700 - 900 ° C.
Po shoření paliva padá část popela do spodního prostoru ohniště jako struska. Odtud se po zchlazení vodou a případném drcení dopravuje do zásobníků a dále pak potrubím, vyloženým čedičem, na skládku, které se říká odkaliště. To je součástí elektrárny. K ukládání popela se používají přírodní prohlubně po vytěžené nerostné surovině nebo staré lomy.
Část popela je ale v podobě jemných částeček unášena ve spalinách. Aby neznečišťovala ovzduší, je dnes popílek zachycován v elektroodlučovačích. Součástí moderních elektráren jsou ještě další zařízení, v nichž se ze spalin oddělují oxidy síry a dusíku.

VZDUCH

Aby se dosahovalo dobrého hoření, je přiváděn do spalovací komory spolu s rozemletým uhlím ventilátory i vzduch. Množství přiváděného vzduchu závisí na chemickém složení paliva. Pro lignity je spotřeba vzduchu nižší, pro kvalitní, černé uhlí je nejvyšší. Orientačně se uvažuje, že pro výrobu 1 kWh elektřiny se spotřebuje asi 1 kg paliva, z něhož vznikne 7m3plynů.

VODA A PÁRA

Voda, která obíhá v hlavním uzavřeném okruhu kotel - turbína - kondenzátor - kotel, je chemicky upravená, aby v ní nebyly žádné zbytky minerálů a aby nepůsobila korozi oceli. Proto je součástí každé elektrárny chemická úpravna vody a chemické laboratoře.
Voda je do kotle dodávána napájecími čerpadly. V kotli se voda ohřívá při tlaku dosahujícím až 20 MPa a vypařuje se.

Nejstaršími a nejjednoduššími byly válcové kotle, u nichž kotel tvořil nýtovaný buben o velkém průměru (do 2,5 m) a délce (do 10 m). Výhřevnou plochou byla spodní stěna bubnu ohraničená vyzdívkou vnějšího roštového ohniště a tahy, kterými procházely spaliny do komína.
Kotle plamencové měly větší výhřevnou plochu při zachování stejné velikosti bubnu jako u kotlů válcových. Plamenec se nazývá vlnitá trouba umístěná do vnitřku kotle. Roštové ohniště je uvnitř plamence, plamenec je obklopen vodou kotle.
Kotle trubkové (nebo žárotrubné) jsou dalším stupněm ve vývoji kotlů. Jsou to vlastně válcové kotle, do jejichž vodního prostoru jsou zaválcovány bezešvé trubky, kterými proudí horké spaliny.
Řez parní turbínou.
Pro uvedené kotle je charakteristický velký vodní obsah a naopak malá výhřevná plocha. Bylo proto třeba vyvinout energetické kotle, u nichž by se výhřevná plocha dostatečně zvětšila. Toho se docílilo tím, že výhřevná plocha je tvořena z varných trubek vytápěných zevně spalinami. V trubkách obíhá kotelní voda a vzniká pára. Kotle měly nejprve přirozený oběh vody a šikmé uspořádání trubek, později nahrazené trubkami strmými. Při velkém zatížení kotle se ale mohlo stát, že v části trubky se utvořila pára a trubka zůstala suchá, což někdy vedlo k vyboulení trubky a za určitých okolností k jejímu prasknutí. Tuto nevýhodu odstraňují kotle s nuceným oběhem nebo průtokem vody, tzv. kotle průtlačné.
Sytá pára, která vzniká pouhým varem vody, však obsahuje příliš málo energie, a proto se dále ohřívá spalinami v tzv. přehřívácích na teplotu sahající až k 550 ° C. Tato tzv. ostrá pára pak proudí potrubím do turbíny.
Energii předává nejdříve ve vysokotlakém díle parní turbíny, poté v nízkotlakém díle. Aby se dosáhlo co nejvyšší účinnosti, zavádí se pára po průchodu částí turbíny zpět do kotle k tzv. mezipřihřátí, při kterém se opět zvýší její teplota, a pak se znovu zavede do středotlaké a nízkotlaké části turbíny.
V prvních uhelných elektrárnách se při výrobě elektřiny používaly pístové parní stroje a dynama, stejnosměrné generátory. Vynález turbín znamenal v elektrárenství velký pokrok. U jejich zrodu stáli Švéd Gustav Laval (1883) a Brit Charles Algernon Parsons (1884). Zatímco Lavalova turbína byla rovnotlaká (což znamená, že se tlak páry při průchodu oběžným kolem turbíny nemění). Parsonsova turbína je přetlaková, reakční (pára částečně expanduje v oběžném kole).Obě turbíny lze kombinovat. Rozváděcí ústrojí s příslušným oběžným kolem se označuje jako stupeň. Parní turbíny bývají mnohostupňové. Výhodou parních turbín oproti pomaleji pracujícím pístovým parním strojům je hlavně jejich vyšší účinnost a jednoduchost.

Strojovna elektrárny Hodonín s turbínou 55 MW.
Když pára odevzdala při průchodu turbínou využitelnou energii, přichází do kondenzátoru. Kondenzátor je veliká nádoba, kterou proudí v trubkách chladicí voda vnějšího chladicího okruhu. Pára, která přichází z turbíny, a jejíž teplota je přibližně 40 ° C, se dotykem se studenými trubkami chladicího okruhu ochlazuje a kondenzuje - mění se zpátky ve vodu. Z kondenzátoru se voda (odborně kondenzát) přivádí čerpadly znovu do kotle. Kondenzační teplo odebrané páře v kondenzátoru se musí chladicí vodou ve vnějším okruhu někam odvést. Je-li v blízkosti elektrárny velká řeka, odvádí se do řeky. Pak hovoříme o průtočném chlazení. Tam, kde tato možnost není, se voda odvádí do chladicích věží a ochladí se protitahem vzduchu. V obou případech je teplo zcela bez užitku ztraceno.
Chladící věže jsou dvojího druhu:
  • s nuceným prouděním vzduchu, tzv. ventilátorové (používané u starších druhů elektráren)
  • s přirozeným tahem, tzv. komínové, většinou hyperbolického tvaru

Periodické funkce

24. srpna 2008 v 11:59 | krista

Periodické funkce

Funkce f(x) se nazývá periodická, jestliže existuje takové číslo T tak, že platí f(x+T)=f(x) pro každé x z definičního oboru funkce f. Nejmenší takové číslo T, pro které toto platí, se nazývá perioda funkce f.
Střední hodnota funkce f(x) za jednu periodu T se definuje jako výraz .
Efektivní hodnota funkce f(x) se definuje jako výraz .

Nebezpečný oheň (požáry, hasicí přístroje)

22. srpna 2008 v 19:55 | krista

Nebezpečný oheň


Nekontrolované a nežádoucí hoření je požár.Může způsobit obrovské škody.Nejlepší ochranou proti požáru je znalost vlastních látek,opatrnost a svědomitost.Voda se nesmí použít k hašení elektrického vedení,nebo přístrojů zapojených do elektrické sítě,protože by mohlo dojít ke skratu.

Přenosné hasicí přístroje
Přenosné hasicí přístroje (o celkové hmotnosti do 20 kg). Podle druhu hasiva a konstrukce mají dobu činnosti v rozpětí od 6 do 20 s., vodní až 70 s. Délka dostřiku je zpravidla od 1,5 do 10 m. Vnější povrch nádoby PHP je červený u hasicích přístrojů s náplní oxidu uhličitého - CO2 doplněný pruhem černé barvy 80 mm, umístěným na horním okraji zaoblené části láhve pod hrdlem. PHP jsou opatřeny držadlem umožňujícím přenášení a jsou uzpůsobeny pro pohotovostní upevnění. Jejich konstrukce musí umožňovat opakované naplnění nádoby hasivem a uvedení PHP do pohotovostního stavu po vyprázdnění. V České republice lze obstarávat, instalovat a používat pouze schválené druhy hasicích přístrojů.

Podle druhu hasiva rozdělujeme PHP na:
· vodní,
· pěnové,
· práškové,
· CO2,
· halonové.

Použití PHP
Každý hasicí přístroj musí být opatřen typovým štítkem, který kromě jiných údajů, musí obsahovat vyobrazení jak PHP uvést do činnosti a dále na jakou třídu požárů je vhodný. Co se nesmí hasit a co se musí pravidelně u PHP kontrolovat. Používání PHP je obsahem školení zaměstnanců o požární ochraně.

Požár lesní,poškození až zničení lesních porostů ohněm;dochází k němu v suchých obdobích zapálením přeschlého rostlinného materiálu.Při požáru lesním povrchovém hoří rostlinný materiál nad půdou a hrabanka.Požár lesní podzemní se šíří porostem,za přírodních povětrnostních podmínek se může přenést do korun stromů(požár korunový).Na rašeliništích vznikají požáry podzemní.

Klasifikace požárů
· Třída A: Požáry pevných látek, zejména organického původu, jejichž hoření je obvykle provázeno žhnutím.
· Třída B: Požáry kapalin nebo látek přecházejících do kapalného skupenství.
· Třída C: Požáry plynů.
· Třída D: Požáry kovů.

Vodní PHP, třída požárů A
Vodní PHP jsou vhodné k hašení pevných látek, zejména organického původu. Mají většinou omezený rozsah pracovních teplot 0 - 60 0 C a nesmějí se používat k hašení požárů za přítomnosti elektrických zařízení pod napětím.
Pěnové PHP, třída A, B
Pěnové PHP jsou vhodné především pro hašení kapalin nebo látek přecházejících do kapalného skupenství a pevných látek. Mají většinou omezený rozsah pracovních teplot 0 - 60 0C (vždy uvedeno na typovém štítku). Běžné typy pěnových PHP nejsou vhodné pro hašení polárních kapalin, pokud nejsou naplněny speciální náplní. Nesmějí se používat k hašení požárů za přítomnosti elektrického zařízení pod napětím.


Práškové PHP, třída požárů A, B, C, (D)
Konkrétní rozsah použití PHP je vyznačen na typovém štítku v závislosti na použitém prášku. Těmito PHP lze hasit i požáry za přítomnosti elektrických zařízení pod napětím. Mají široký rozsah pracovních teplot -20 0C až 60 0C. Pro hašení požárů kovů se používá PHP naplněný speciálním práškem a je označený symbolem třídy D. Práškové PHP se nesmí používat k hašení v prašných prostorách nebo hašení sypkých hmot. Nejsou také vhodné k hašení točivých strojů (jsou pak zralé na generální opravu, i když je oheň poškodil jen minimálně) a už vůbec ne na elektronická zařízení (spíše je práškem dorazíte a můžete je vyhodit).

PHP CO2, třída požárů B, C
PHP s náplní CO2 jsou vhodné k hašení elektrických zařízení pod napětím. Dobře hasí i požáry třídy B a C a zejména v uzavřených místnostech. Na volném prostranství dochází zejména při větru k rychlému snížení hasicí koncentrace, a tím i snížení hasebního účinku. Uvedené PHP se nesmí používat k hašení v prašných prostorách nebo hašení sypkých hmot. Je nutné se mít na pozoru při použití v uzavřených prostorách, neboť CO 2 vytěsňuje z tohoto prostoru kyslík, což brání oxidačnímu procesu hoření, avšak také vytváří nedýchatelnou atmosféru a v důsledku nedostatku kyslíku může dojít k nevolnosti, ztrátě vědomí, zranění a případnému úmrtí z důvodu nemožnosti dostat se zohroženého prostoru.

Halonové PHP, třída B, C
Halonové PHP jsou vhodné pro hašení požárů kapalin a plynů.
Jejich použití bylo od 1. dubna 1994 omezeno vydáním zákona o ochraně životního prostředí (zákon č. 211/1993 Sb.). Tvrdost tohoto zákona byla sice zmírněna přijetím zákona č. 86/1995 Sb., o ochraně ozónové vrstvy Země, ale před přijetím tohoto zákona byla většina PHP s náplní halonů zlikvidována (blíže k této problematice viz také Aktual bulletin č. 1/96 a vyjádření Ministerstva životního prostředí vedené pod č.j.: 520/1843/95 ze dne 14. listopadu 1995).

PYROCOOL, univerzální hasivo
Pyrocool je univerzální hasební látka vyvinutá v USA a používaná zejména profesionálními hasičskými sbory. Lze jej použít na hašení požárů všech tříd včetně zařízení pod napětím do 1000V. Výhodou je i jeho ekologická nezávadnost. Hasební účinek je převážně chladivý, používá se i k rychlému ochlazování horkých povrchů. Do hasicích přístrojů se v České republice tento druh hasiva nepoužívá. Máte však možnost si tuto výbornou hasební látku ve formě spreje objednat pro domací nebo motoristické použití zde. Sprej však nelze klasifikovat jako hasicí přístroj podle současných platných právních předpisů, byť jsou jeho účinky v mnoha směrech lepší.

tahák - kometa

22. srpna 2008 v 19:50 | krista
Kometa je malé těleso sluneční soustavy tvořené jádrem a komou. Kometární jádro je tvořeno směsicí "špinavého" ledu (led s křemičitanovými minerály a drobnými minerálními částicemi), při přiblížení ke Slunci tyto látky pod vlivem slunečního větru těkají a jsou ionizovány slunečním zářením, vytváří se koma (obal ionizovaných plynů) a kometární chvost směřující směrem od Slunce. Kometa zanechává po své dráze prachové částice v průměru menší než 1 μm, prachová stopa je 10 - 50 miliónů kilometrů dlouhá. Částice mají primitivní složení, podobné chondritům. Kometární oběžné dráhy jsou parabolické (dlouhoperiodické komety s periodou více než 200 let) anebo krátkoperiodické - oběžné dráhy leží ještě v oběžné dráze Pluta (Kuiperův pás). V Oortově oblaku (na okraji sluneční soustavy) jsou jich pravděpodobně miliardy.

Kometa zpravidla obíhá po značně protáhlé elipse,s periodou několika roků až tisíce roků. Komety s periodou větší než 100 roků se nazývají dlouho periodické ,komety s kratší periodou se nazývají krátkoperiodické .Prakticky veškerá hmota komety (10 na dvanáctou až 10 na osmnáctou kg.) je soustřeďena v jádru ,tvořeném meteorickými částicemi a zmrzlými plyny , které se při přiblížení k Slunci vypařují a tvoří komu. Rezonančním tlakem slunečního záření může vzniknout ohon komety dlouhý až 10 na osmou km a směřující od slunce. Gravitační působení velkých planet ovlivńuje dráhy komety a planety si vytvářejí tzv. rodiny komet, z nichž nejvýznamější je Jupiterova, Rozptýlená hmota komety vytváří meteorický roj. Nejznámější kometa je Halleyova s periodou 75-76 roků,naposled byla viděna v roce 1986.

ropa

16. srpna 2008 v 14:12 | krista

ROPA

Ropa je světležlutá až takřka černá kapalina o hustotě 0,73 i přes 1,00 kg/m3. Tvoří ji směs plynných, kapalných i pevných uhlovodíků. Obsahuje 80 až 85% uhlíku,10 až 15% vodíku, 4 až 7% síry a něco málo dusíku.
Ložiska ropy se vyskytují v hloubkách až několika stovek metrů, většinou mezi dvěma nepropustnými vrstvami okolních hornin a velmi často spolu se zemním plynem.
Vznik ložisek ropy není dosud objasněn tak jednoznačně, jako je tomu u uhelných slojí. Nejrozšířenější hypotéza tvrdí, že ropa vznikla rozkladem obrovského množství odumřelých drobných organismů (živočichů) za příznivých podmínek - pod značným tlakem, za určité teploty a bez přístupu vzduchu.

HISTORIE

Ropa byla známa a pod různými názvy využívána již od starověku. Podle řeckých i římských historiků v 7. století př. Kr. Asyřané a později i Peršané ji těžili ze studní a rozdělovali na různé frakce. Rozlišovali dokonce ropu světlou od tmavé. Světlé říkali "nafata", což značilo "prosakující kapalina". Číňané ropu destilovali snad od 11. století před Kristem. Už v té době prý uměli vrtat do hloubek až 1000 m.
V Evropě známe ropu přinejmenším od 16. století. Její destilace byla zkoušena asi od roku 1605. Výsledkem byla mazadla pro nápravy kol, olej do lamp i základ do lakýrnických prostředků.
Prvenství mezi objeviteli ropy v Evropě se přiznává polskému lékaři I. Lukasiewiczovi. Ten roku 1854 zahájil v Bóbrce u Krosna těžbu a ve stejnou dobu založil i první rafinerii u Jasla. Podle jeho příkladu vznikla pak řada dalších těžebních zařízení. Roku 1909 představovala těžba z karpatských ložisek přes 2 miliony tun ročně, což bylo 5,2 % světové produkce.
Roku 1857 navrtal ropu G. C. Hugens v Lüneburských rovinách ve Wietze, kde je dnes naftařské muzeum. V téže době v Rumunsku vybírali ropu tryskající samovolně ze země lopatami bez vrtání.
V USA bylo první ložisko otevřeno již v srpnu 1853. Stalo se tak v Pensylvánii vrtem hlubokým 22 metrů. Než byly položeny první trubky ropovodu, dopravovala se vytěžená ropa k železnici v soudcích nesených mezky. Od roku 1860 se začala ropa objevovat běžně na trhu. Využívala se ke svícení i k topení. Pensylvánská a kanadská ropa se prodávala dokonce i v lékárnách v malých lahvičkách, neboť se jí přičítaly léčivé vlastnosti.

SPOTŘEBA

Strmý vzrůst spotřeby ropy zaznamenáváme na počátku 20. století v souvislosti s rozvojem automobilismu a s potřebou benzínu. Začíná se s těžbou v Mexiku, v arktických oblastech i na Předním východě.
Od poloviny 20. století světová těžba stále stoupá, v porovnání se stavem před 2. světovou válkou přímo neuvěřitelně:
1937297,5
1950523,3
19601 053,7
19702 336,2
19903 100,0
Údaje jsou uváděny v milionech tun.
Přehledy světové těžby ropy a její ceny se od minulého století často udávají v barelech, někdy též v galonech. Barel je 159 litrů, galon = 3,785 litrů. Barel obsahuje 42 galonů. V letech 1856 až 1860 bylo vytěženo 521 000 barelů, v období 1876 - 1880 to bylo již 98 841 tisíc barelů. K roku 1920 byl roční průměr asi 542 916 tisíc barelů.

TĚŽBA

Ropná ložiska se otevírají a těží hlubinnými vrty, z nichž ropa bud sama vyvěrá, někdy dokonce tryská do mnohametrové výše, nebo se čerpá. V případě samovolného výtoku se pochopitelně z ústí vrtu musí jímat a bezpečně odvádět. Při čerpání lze většinou využívat tlaku plynů, shromážděných ve svrchní části ložiska, pod nepropustnou vrstvou hornin.
Vrty hloubené pro těžbu ropy procházejí nejrůznějšími horninami o různé tvrdosti a soudržnosti. Aby se jejich stěny nezavalovaly a vrt tak nebyl porušen, zabezpečují se stěny vrtu ocelovými rourami - pažnicemi. Pažnice jsou do vrtu spouštěny již v průběhu vrtání - vrtné nářadí jimi prochází. Po dokončení vrtu se na jejich nejsvrchnější části připojuje jímací zařízení.

VRTÁNÍ

Nejjednodušší a také často používaný způsob se nazývá - vrtání nárazové. Vrtným nářadím je v tomto případě dláto upevněné na vrtném soutyčí, které tvoří ocelové trubky spojované závity. Vždy když se hloubka o určitý úsek zvětší, přišroubuje se na vrtné soutyčí další díl. Délka vrtného soutyčí se vždy rovná hloubce vrtu - což může být i několik set metrů.
Vlastní vrtání probíhá tak, že se vrtné soutyčí s dlátem nadzvedne a prudce spustí na dno vrtu. Dláto přitom "odloupne" svým ostřím kus horniny. Před dalším nárazem se soutyčí i s dlátem pootočí, takže dopadá na jiné místo dna vrtu: Dříve se při nárazovém vrtání zavěšovalo dláto na lano. Aby úder byl účinnější, bylo zatěžováno závažím. Při otáčivém (rotačním) vrtání se místo dláta používají tzv. vrtné korunky, většinou osázené průmyslovými diamanty, aby měly co největší tvrdost. Vrtný stroj otáčí soutyčím s korunkou a ta horninu na dně vrtu obrušuje a rozmělňuje.
Vrtat můžeme buď za sucha, nebo s tzv. výplachem. Výplach je kapalina o vysoké hustotě, která chladí vrtný nástroj a také brání zavalení dosud nezapažených částí vrtu. Do vrtu se z povrchu vhání a zase odčerpává. Tímto způsobem se odstraňuje ze dna vrtu rozdrcená hornina a vrt se tak plynule čistí. U vrtání za sucha se drť musí vynášet vzhůru zvláštní válcovou nádobou s odklápěcím dnem.

Těžební ropná plošina na moři.

TĚŽBA Z MOŘSKÉHO DNA

Mnohé pobřežní státy využívají pro těžbu ropy ložiska nacházející se v tzv. šelfu tj. v příbřežní části mořského dna, svažující se zvolna od čáry pobřeží.
Jen v Severním moři, poblíž Anglie či Norska je už dnes těženo na 50 ložisek, jejichž zásoby se odhadují nejméně na 2 miliardy tun ropy a 1500 miliard krychlových metrů zemního plynu. Ropa i plyn se tu těží (z hloubek až 180 metrů) z vrtných plošin umístěných v moři. Jde o technicky velice náročnou operaci ve velmi nepříznivých klimatických podmínkách. Náklady na přípravné práce i provoz jsou vysoké. Těžní plošiny vyžadují neustálou údržbu, prováděnou z velké části hloubkovými potápěči. Při prudkých bouřích, a ty nejsou v těchto končinách nijak neobvyklé, dochází občas i k překocení či potopení věže nebo k jiným haváriím, které ohrožují zdraví i životy posádek těchto těžních plošin.

ROPA - STRATEGICKÁ SUROVINA

Ropa je dnes bezesporu nejdůležitější energetická surovina. Její dostupnost a cena významně ovlivňuje hospodářství ve vyspělých průmyslových zemích. Proto je například pro Českou republiku přímo životně důležité vybudovat urychleně nový ropovod z Německa. Zatím jsme plně závislí na ropovodu z Ruska. Přerušení tohoto ropovodu, z jakýchkoli důvodů, by znamenalo po vyčerpání zásob obrovské omezení dopravy i průmyslové výroby. Jiným způsobem než ropovody nejsme totiž schopni potřebné množství ropy do našich rafinerií dopravit.
V případě války může přístup ke zdrojům ropy přímo ovlivnit výsledek vojenského střetnutí. Proto jsou všechny ropné oblasti, zvláště v rozvojových zemích, stále ve středu pozornosti velmocí.
Ve světovém obchodě s ropou má významné postavení Organizace zemí vyvážejících ropu OPEC, která sdružuje značnou část zemí s nejvyšší produkcí ropy. Výrazně se to ukázalo v roce 1973, kdy arabské země uvalily na vývoz ropy do USA a Evropy embargo (přestaly tam ropu dovážet). Embargo způsobilo v nejvyspělejších průmyslových zemích světa palivovou krizi a vedlo nakonec až k arabsko-izraelské válce.
Ve svých důsledcích však přinesla ropná krize i pozitivní výsledky. Byly rychle nalezeny četné další ropné oblasti a především se mnohem účinněji začaly hledat nové zdroje energie. Bohatý svět si také uvědomil skutečnou cenu ropy, začal s ní šetřit a během velice krátké doby došlo k výrazným energetickým úsporám.

stavební kameny hmoty (nejmenší měřítlo,kosmic.záření,urychlovače a částicová zoo)

16. srpna 2008 v 12:41 | krista
Fyzikové ve Fermilabu hledají nejmenší částice, z nichž je sestavena hmota a zároveň předpovídají a zkoumají, jak spolu tyto částice interagují.
Z čeho se skládá kapka rosy?
Kapka rosy je tvořena mnoha molekulami vody (je jich přibližně 1021 neboli miliarda triliónů). A každou z těchto molekul tvoří atom kyslíku a dva atomy vodíku (chemický vzorec vody je (H2O). Ještě na začátku 20. století byly atomy považovány za nejmenší částice tvořící hmotu.
Každý atom je tvořen jádrem obklopeným elektrony. Elektrony jsou leptony a k jádru je váží fotony. Vodík má ze všech chemických prvků nejjednodušší stavbu a jeho jádro je tvořeno pouze jedním protonem. Proton má také svou strukturu a je tvořen třemi kvarky. Tyto kvarky jsou uvnitř protonu "drženy" gluony stejně jako jsou elektrony vázány k jádru fotony.
Kvarky, leptony a bosony
Fyzikové dnes věří, že hmotu tvoří tři základní typy částic: kvarky, leptony a bosony. Kvarky a leptony tvoří hmotu kolem nás, bosony váží kvarky a leptony dohromady. Každý boson je nositelem jednoho druhu interakce. Např. foton, nositel elektromagnetické síly, váže elektrony k jádru. Různé možnosti, jak mohou být nakombinovány kvarky a leptony, určují různou strukturu a vlastnosti hmoty.Standard Model Chart
První částicoví fyzikové zkoumali kosmické záření, přirozeně vznikající proud vysokoenergetických částic, které na zemi dopadá z okolního vesmíru. Kosmické záření bylo prvním zdrojem nestabilních částic s krátkou dobou života, který měli lidé možnost pozorovat a zkoumat. Později se zjistilo, že většina elementárních částic má velmi krátkou dobu života, proto je nepozoruje ve hmotě, která nás obklopuje (ta je tvořena pouze několika stabilními částicemi). Jednou z nestabilních částic, které se již záhy podařilo objevit, byl mion (µ), který patří mezi leptony.
Nová podivná částice: Lambda
Jednou z částic objevených v kosmickém záření byla částice lambda (λ). V mlžné komoře se ji podařilo identifikovat pomocí charakteristické stopy ve tvaru řeckého písmene (λ) - (lambda). Samotná lambda nenese elektrický náboj, proto za sebou nezanechává v mlžné komoře žádnou stopu, dokud se nerozpadne na dvě částice nesoucí kladný a záporný náboj. A právě tyto opačně nabité částice za sebou zanechávají stopu ve tvaru lambdy. Částice lambda byly prvními objevenými zástupci ze skupiny "podivných" částic, které se rozpadají pomaleji, než bylo podle tehdejších poznatků očekáváno.
Credit: George D. Rochester
Detektor kosmického záření
V tomto detektoru můžete pozorovat kosmické záření, které prochází svazkem scintilačních vláken. Pro člověka je viditelné záření, které ve vláknech vzniká právě při průchodu částic kosmického záření.
Nové technologie umožnily fyzikům postavit v 60. letech 20. století urychlovače, na nichž bylo objeveno mnoho nových částic. Nové částice vznikaly ostřelováním terčů jinými částicemi s velkou energií. Tyto nově vzniklé částice měly krátkou dobu života a rozpadaly se rychle v další dceřiné částice. Se stále se zvyšujícími energiemi objevili fyzikové řadu zcela nových částic. Byly také vypracovány teorie vysvětlující, jak mohou být všechny částice v nově objevené početné ZOO částic sestaveny pouze z několika základních stavebních kamenů.
Urychlovače
Na urychlovačích objevili fyzikové mnoho nových částic.
Jako příklad urychlovače je zde ukázán cyklotron v laboratoři Lawrence Berkeleyho, který měří v průměru 2,2 m.
Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory
Částicová ZOO
Tyto grafy z fyzikálních časopisů z raných 60 let dokumentují objevy mnoha částic. Každé z výrazných maxim v grafu znamená možnost existence nové částice.
Resonances 1
Resonances 2
Kvarkový model
V roce 1964 vznikla teorie kvarků - kvarky byly navrženy jako stavební kameny mnoha dalších částic, které už byly do té doby objeveny. Podle této teorie jsou všechny předměty kolem nás (lidské tělo, domy, zvířata, rostliny atd.) tvořeny třemi základními částicemi: dvěma kvarky - up (horní) a down (dolní) a elektrony. V této době byl kvarkový model pouze jedním z mnoha možných vysvětlení stavby hmoty a po více než deset let od svého vzniku nebyla tato teorie všeobecně přijímána.
V roce 1974 byla ale objevena částice J/y, jejíž vlastnosti skvěle vysvětloval předpoklad, že je složena z dalšího kvarku c a jeho antikvarku (antičástice se značí názvem částice s pruhem). Kvarkový model získal na důvěryhodnosti.
Nové urychlovače posílaly svazky částic se stále vyšší energií na pevné terče a vznikaly částice s vyššími hmotnostmi, které se opět po krátké době rozpadaly. Jedna z těchto částic - upsilon () - měla vlastnosti, které naznačovaly, že nemůže být tvořena žádnými ze čtveřice tehdy známých kvarků (u, d, s a c). Fyzikové z toho usoudili, že upsilon je tvořen novým kvarkem a jeho antikvarkem a tento nový kvark nazvali b - bottom (česky spodek). Leon Lederman, tehdejší ředitel Fermilabu, byl vedoucím experimentu, který vedl v roce 1977 k tomuto objevu. Dnes jsou ve světě postaveny urychlovače, jejichž hlavním úkolem je produkce částice upsilon a zkoumání dalších vlastností b kvarku.

Základní pojmy obvodové elektroniky II

16. srpna 2008 v 11:44 | krista
V průběhu periody střídavého napětí tato nashromážděná energie mění svoji velikost od nuly do maximální hodnoty. Obrázek 1.5. znázorňuje průběhy napětí, proudu, okamžitého výkonu a okamžité energie elektrostatického pole v kondenzátoru v závislosti na čase pro několik period střídavého průběhu.
obr. 1.5
U ideálního kondenzátoru a ideální cívky je fázový úhel j mezi proudem a napětím roven ±p/2 (u kondenzátoru se napětí zpožďuje za proudem, u cívky se proud zpožďuje za napětím). Aplikujeme-li střídavý proud nebo střídavé napětí na obecnou impedanci, může fázový úhel mezi napětím a proudem nabýt libovolné hodnoty mezi -p/2 a +p/2. Označíme-li tento fázový úhel j, můžeme napsat pro okamžité hodnoty proudu, napětí a výkonu:
i = Imcos(wt),
u = Umcos(wt+j),
p = u.i = UmImcos(wt+j).cos(wt).
Na obrázku 1.6. je znázorněn jeden specifický případ, kdy se proud opožďuje za napětím o úhel o něco menší než je p/2. Říkáme, že taková impedance má induktivní charakter, byla by nejspíše složena ze sériové kombinace rezistoru a cívky. Přestože obrázek je kreslen pro tento případ (jinak to v zájmu přehlednosti ani nejde), naše další úvahy platí pro libovolný fázový úhel j. Použitím trigonometrické identity
cos(x).cos(y) = 1/2 [cos(x-y)+cos(x+y)]
dostáváme pro okamžitý výkon vztah
p = 1/2.UmIm [cos(j) + cos(2. wt+j)].
Budeme-li počítat střední hodnotu p přes jednu periodu, bude se tato sestávat ze součtu středních hodnot obou sčítanců. Časová střední hodnota druhého sčítance je však rovna nule, takže dostáváme
P = <p> = 1/2.UmImcos(j) = Uef.Ief.cos(j).
Jak vidno, používali jsme řadu trigonometrických identit (včetně vztahu (Uef)2 = (Um)2/2, takže odvozený výsledek platí pouze pro harmonický průběh napětí a proudu. Výrazu cos(j) se říká účiník (anglicky power factor). Odvozený vztah platí i pro čistě induktivní nebo čistě kapacitní zátěž, kde jest j=±p/2 a tedy P=0. V případě, že se impedance zátěže blíží čisté indukčnosti nebo čisté kapacitě, je reálný výkon malý přesto, že přívodními vodiči mohou téci velké proudy. Je to proto, že v případě, že zátěž není čistě ohmická, vytváříme periodicky energii v magnetickém nebo elektrickém poli a tato energie se do obvodu opět vrací ve vhodné části periody. Proto nazýváme výkon P skutečným výkonem (anglicky active power). Na druhé straně můžeme definovat část výkonu, která se pouze používá na vytváření energie v cívkách, eventuálně kondenzátorech obvodu. Říkáme jí jalový výkon (anglicky reactive power) a značíme Q. Jalový výkon je definován jako Q = UefIefsin(j), kde jmá již definovaný význam zpoždění proudu za napětím. Na uvedené definice skutečného a jalového výkonu lze též nahlížet podle obrázku 1.7.
obr. 1.6
Zde máme nakresleny fázory napětí a proudu, které svírají mezi sebou úhel j. Fázory napětí a proudu budeme značit U a I (není nutné zavádět pro komplexní veličiny jiná označení, pracujeme prostě s nimi jako s komplexními čísly, jsou-li to reálné veličiny, tím lépe). Velikosti těchto fázorů jsou po řadě Uef a Ief. Projekce napětí do směru proudu je Uef.cos(j), projekce proudu do směru napětí je Ief.cos(j). Skutečný výkon je tedy dán součinem proudu a napětí, které jsou ve fázi. Naopak projekce napětí do směru kolmého ke směru proudu je Uef.sin(j) a rovněž projekce proudu do směru kolmého k napětí je Ief.sin(j). Jalový výkon je tedy dán součinem proudu a napětí, které mají navzájem fázový posun ±p/2. Na skutečný a jalový výkon se můžeme formálně dívat jako na složky fázoru v komplexní rovině , viz obrázek 1.8 :
obr. 1.7
obr. 1.8
Definujeme pak komplexní výkon
S = P + jQ = Uef.Ief(cos(j) + jsin(j)).
Je zřejmé, že velikost S je rovna Uef.Ief a říkáme jí zdánlivý výkon. Komplexní výkon lze vyjádřit ještě jedním vztahem, uvědomíme-li si, že fázor proudu I je vlastně komplexní číslo a existuje tedy k němu číslo komplexně sdružené (geometricky je to fázor s opačným znaménkem fázového úhlu) I*. Pak můžeme pro komplexní výkon napsat S=U.I*. Důkaz je jednoduchý, napíšeme si prostě fázory napětí a proudu ve tvaru komplexní exponenciely:
U = Uefexp(j(wt+j)), I = Iefexp(jwt).
I* je pak Ief exp(-jwt) a tedy S=U.I*=UefIefexp(jj), c.b.d. K procvičení se v operacích s komplexními čísly dokažte (pro teoretickou práci někdy užitečné) vztahy
P = 1/2.(UI* + U*I), Q = 1/2.(UI* - U*I).
Vyjádříme-li si impedanci Z na které výkon počítáme jako
Z = U/I = (Uef/Ief)exp(jj) a Z = R + jX,
můžeme pro komplexní výkon napsat S = Uef Iefexp(jj) = Ief2(Uef/Ief)exp(jj) = Ief2Z = Ief2R + jIef 2X.
Je tedy (S = P + jQ) P = Ief2R a Q=Ief2X. Tyto vztahy nám říkají, že odporová složka zátěže spotřebovává skutečný výkon, imaginární složka zátěže (induktance, kapacitance, je-li jaká) spotřebovává jalový výkon. Přitom induktance spotřebovává kladný jalový výkon, kapacitance záporný jalový výkon. Pokud máme připojeny dvě zátěže, jednu induktivního a druhou kapacitního charakteru, obě zátěže dohromady budou spotřebovávat jen rozdíl mezi oběma jalovými výkony. To je princip kompenzace účiníku. Převažuje-li například v továrně induktivní zátěž elektrických motorů, zapojuje se paralelně k zátěži motorů kapacitní zátež, aby došlo ke kompenzaci spotřebovaného jalového výkonu. Místo formulace "kapacitní zátěž spotřebovává záporný jalový výkon" můžeme říkat, že kapacitní zátěž vytváří kladný jalový výkon. Vzhledem k tomu, že fyzikální podstata jalového výkonu je vlastně akumulace energie v magnetickém nebo elektrickém poli, musí platit (odobně jako platí pro skutečný výkon) zákon zachování jalového výkonu, tedy kolik jalového výkonu se v systému produkuje, tolik se jej musí spotřebovat. Nakonec jednotky. Skutečný výkon Watt, W, kilowatt, kW, megawatt, MW. Jalový výkon var (Volt-Ampér-Reaktivní), kvar, Mvar. Zdánlivý výkon Voltampér, VA, kVA, MVA. Je zřejmé, že z hlediska jednotek jsou tyto jednotky totožné, pomáhají jen určit, který typ výkonu máme na mysli, uvádíme-li například na elektrickém motoru výkon 1kVA.
Pojem elektrické energie (práce) odvozujeme z pojmu výkonu. Pro elektrickou energii budeme užívat symbol a (okamžitá hodnota) a A (celková hodnota za určitý čas). Vztah mezi elektrickým výkonem a prací je (pro okamžité hodnoty) p=da/dt, pro celkovou energii (práci)
Jednotkou elektrické energie je joule (J), pro měření spotřeby elektřiny se ještě používá kilowatthodina (kWh). Nepleťte si kWh s ampérhodinou (Ah), to je jednotka "kapacity" akumulátoru, tj. jednotka náboje, který je možné do akumulátoru "uschovat" a opět odebrat.
Z dalších jednotek si jen připomeneme jednotku kapacity, farad (F) a indukčnosti, henry (H). Převodní vztahy k základním jednotkám můžeme odvodit několika způsoby, já dávám přednost použití Coulombova a Biot-Savartova zákona. Konstanta k v Coulombově zákoně F=k.qq'/r2 závisí na prostředí, ve kterém jsou náboje q a q' umístěny. Je-li tímto prostředím vakuum, je tato konstanta (označíme ji ko) konstantou univerzální závislou pouze na volbě systému jednotek měření. V SI soustavě jednotek definitoricky stanovena jako ko=(4peo)-1, kde eo je tzv. permitivita vakua definovaná jako eo=107/(4pc2) Fm-1, kde c je rychlost světla ve vakuu. Číselně (s dostatečnou přesností) eo=8.854.10-12 F.m-1=8.854 pF.m-1. Obdobně v Biotově-Savartově zákoně ve tvaru B=k1.I/r je definována konstanta k1 pro vakuum jako k1o/2p, kde µo je permeabilita vakua, která má v soustavě SI hodnotu µo=4p.10-7 H.m-1=0.4p µH.m-1. Mezi konstantami eo a µo platí tedy definiční vztah eoµoc2=1. Z těchto vztahů plynou následující převodní vztahy mezi H, F a základními jednotkami: H=kg.m2.s-2.A-2, F=A2.s4.kg-1.m-2. Farad i Henry jsou opět pro praktické účely mnohdy příliš velké jednotky; jejich zlomky se označují předponami obdobně jako je uvedeno pro proud.

Základní pojmy obvodové elektroniky

16. srpna 2008 v 11:40 | krista
Základní pojmy obvodové elektroniky
Tato kapitola vymezuje základní pojmy obvodové elektroniky užívané v tomto učebním textu. Obvykle jsou tyto pojmy definovány v rámci přednášky Elektřina a magnetismus a proto, jsou-li vám známy, můžete tuto kapitolu přeskočit. Osobně doporučuji kapitolu projít a přesvědčit se, zda to, co si pod uvedenými pojmy představujete, souhlasí s tímto textem.
Ve skriptech je užita výhradně soustava jednotek SI. Z definic základních jednotek připomenu pouze ampér (A), který je definován na základě silových účinků mezi dvěma rovnoběžnými vodiči, umístěnými ve vakuu ve vzdálenosti od sebe 1 metr, kterými protéká stejný proud. Tento proud je roven 1A právě když vodiče na sebe působí silou 2.10-7 N na každý metr délky.
V řadě případů je ampér příliš velkou jednotkou a proto se užívají jeho zlomky, zavedené v řadě po násobení 10-3: mA=10-3A,µA=10-6A, nA(nanoampér)=10-9A, pA(picoampér)=10-12A, fA(femtoampér)=10-15A. Další standardně zavedená předpona je atto=10-18, v běžné praxi se s ní však nesetkáte. Z násobků ampéru lze uvést kA=103A, který se používá při popisu proudového odběru u velkých motorů, pecí, při rozvodu elektrické energie apod. Připomeňme ještě, že konvenční směr proudu ve vodiči je, na základě úmluvy, definován jako směr opačný ke směru, jakým se ve vodiči pohybují nosiče náboje, tj. elektrony.
Další jednotky užívané v elektronické praxi jsou odvozené. Není možné připomenout všechny, takže jen ty nejdůležitější. Coulomb (C) je jednotkou elektrického náboje a je definován jako ampérsekunda, A.s. Elektrický proud je tedy náboj, který proteče průřezem vodiče za jednotku času, tedy i [A] = dq [C] / dt [s] (rozměr derivace se rovná podílu rozměrů). Volt (V) je jednotkou napětí neboli rozdílu potenciálů. Je definován jako práce vykonaná přenesením jednotkového náboje v elektrickém poli, tedy mezi dvěma místy v elektrickém poli je rozdíl potenciálů 1V právě když při přenesení náboje mezi těmito místy vykonáme práci 1J. K tomu je zapotřebí vědět, že elektrické pole je pole konzervativní a že tedy tato práce nezávisí na dráze, po které náboj přenášíme. Z toho plyne převodní vztah mezi voltem a základními jednotkami, V=J/C=kg.m2.A-1.s-3. Je-li mezi dvěma body obvodu potenciálový rozdíl U, pak náboj q koná práci qU, pokud se pohybuje z místa vyššího do místa nižšího potenciálu. Ve zdroji, jakým je např. baterie nebo generátor v elektrárně, se elektrickému náboji práce dodává, když se náboj pohybuje od svorky zdroje s nižším potenciálem ke svorce zdroje s vyšším potenciálem. Potenciálový rozdíl mezi svorkami zdroje, který nedodává proud, se nazývá elektromotorická síla (ems, v angličtině emf, electromotoric force).
Okamžitý elektrický výkon na součástce elektrického obvodu je definován jako součin okamžitého napětí a okamžitého proudu (okamžité veličiny značíme malými písmeny), p = u.i. Základem této definice je experimentální pozorování nebo následující úvaha: Předpokládejme homogenní vodič (například válcového tvaru) délky x, na který připojíme napětí u. Vlivem elektrického pole dojde k pohybu nosičů náboje ve vodiči, neboť na nosiče náboje ve vodiči bude působit elektrické pole e = u/x silou f = q.e, kde q je celkový náboj prošlý průřezem vodiče za čas t, q=i.t. Pohybující se nosiče náboje ve vodiči konají práci tím, že při srážkách s atomy v mříži předávají část své energie. Vykonaná práce je
a = f.x = q.e.x = i.t.e.x = i.t.u.
Práci vykonanou za jednotku času nazýváme výkonem, p = a/t = i.u. (Tato úvaha je rovněž založena na experimentálním pozorování, a sice na tom, že síla f působící na náboj q v elektrickém poli e je rovna f=q.e.) Jednotkou výkonu je Watt (W). Abychom mohli rozlišovat znaménko proudu, který teče v elektrickém obvodu, zavedeme následující znaménkovou konvenci, viz obrázek 1.1.
obr. 1.1
Potenciálový rozdíl mezi dvěma místy elektrického obvodu budeme značit orientovanou šipkou, směřující od místa s vyšším potenciálem k místu s nižším potenciálem. Proud protékající obvodem budeme rovněž značit orientovanou šipkou s tím, že mezi dvěma body obvodu, mezi kterými nedochází k rozvětvení, musí proud zachovat svůj směr; jinak je jeho orientace libovolná. Zavedený okamžitý výkon budeme brát s kladným znaménkem, pokud mezi dvěma místy obvodu, kde výkon počítáme, bude souhlasit orientace šipek proudu a napětí, jinak bude mít znaménko záporné. Pro případ, že se jedná o čistě odporovou zátěž můžeme též, s použitím Ohmova zákona napsat pro okamžitý výkon vztahy p=u.i=i2.R=u2/R.V případě střídavého proudu můžeme tyto rovnice aplikovat v každém časovém okamžiku.
obr. 1.2
Obrázek 1.2. ukazuje průběh okamžitého napětí, proudu a okamžitého výkonu na rezistoru s odporem R. Je vidět, že okamžitý výkon má střední hodnotu nenulovou a že se mění od 0 do hodnoty um.im, kde um a im jsou amplitudy napětí a proudu na rezistoru.Pro pojem okamžitého výkonu neexistuje žádné praktické využití, co nás v praxi skutečně zajímá je střední výkon, který budeme značit P. P je tedy časová střední hodnota okamžitého výkonu, P =
= <p> = <i2>.R = <u2>/R. Je velmi důležité si uvědomit, že kvadrát střední hodnoty veličiny je něco úplně jiného než střední hodnota kvadrátu této veličiny. V našem případě střední hodnota kvadrátu je nenulová, kladná (na obrázku 1.2. naznačena čárkovaně), kvadrát střední hodnoty (pro střídavý průběh napětí a proudu) je nula.
S pojmem středního výkonu jsou spojeny pojmy efektivní hodnoty proudu a napětí. To jsou například hodnoty udávané v elektrickém rozvodu, tedy např hodnota napětí 220V v zásuvce je hodnota efektivní, nikoli maximální, okamžitá nebo střední. Efektivní hodnoty jsou definovány jako odmocniny ze středních hodnot kvadrátu veličiny. (Jistě znáte definici efektivní hodnoty přes tepelné účinky jako takovou hodnotu stejnosměrné veličiny,která má stejné tepelné účinky jako střídavá veličina; tyto dvě definice jsou totožné, přesvědčte se o tom.) Tedy
Ief = (<i2>)1/2, uef = (<u2>)1/2.
Protože platí, že u=R.i, platí jistě také, že u2=i2R2 a tedy, že <u2>=<i2>.R2. Odmocníme-li, dostaneme vztah Uef=IefR. Protože jistě platí, že
<u2> = Uef Uef a <i2> = Ief Ief,
platí také, že
P = <u2> / R = Uef Uef / R = Uef Ief.
(Stejný výsledek bychom dostali ze vztahu P = <i2>R) Efektivní hodnoty jsou tedy proto tak užitečné, že z hlediska výkonu s nimi můžeme pro střídavé průběhy počítat jako kdyby se jednalo o stejnosměrné veličiny.
V případě, že napájíme střídavým proudem ideální indukčnost L (tedy indukčnost, která nezávisí na protékajícím proudu a která je vytvořena z vodiče o nulovém odporu), se energie dodávaná zdrojem nedisipuje, ale periodicky shromažďuje v indukčnosti a vydává do obvodu. Okamžitý výkon má střídavý průběh a jeho střední hodnota je tedy rovna nule. Průběh napětí na indukčnosti, kterou protéká střídavý proud, je znázorněn na obrázku 1.3. spolu s průběhem okamžitého výkonu. Na obrázku 1.4. je průběh proudu, okamžitého výkonu a okamžité energie magnetického pole nashromážděné v indukčnosti w=1/2.Li2.
obr. 1.3
obr. 1.4
Zde je nutné upozornit na to, že ideální indukčnost neexistuje, má vždy nenulový odpor, na kterém se disipuje energie a je-li vybavena feromagnetickým jádrem, je indukčnost nelineární funkcí protékajícího proudu (může nastat magnetická saturace) a vlivem hystereze (ta nastává jako důsledek přemagnetovávání magnetických domén ve feromagnetickém materiálu) vznikají další ztráty energie spojené s tímto efektem.
V případě kondenzátoru připojeného na střídavé napětí jím protéká proud daný vztahem i=C.du/dt. Obdobně jako v případě indukčnosti má okamžitý výkon střídavý průběh a jeho střední hodnota je tedy rovná nule. Okamžitá energie elektrického pole v kondenzátoru je rovna w=1/2.C.u2.

Zákony elektrických obvodů (sítí)

16. srpna 2008 v 11:23 | krista
Abychom rozlišili obvod jako základní součást od významu obvod = zadaný obvod, budeme, pokud to bude třeba, v dalším užívat pro zadaný obvod názvu síť (anglicky network). Nejprve definujme názvosloví:
-nelineárním prvkem nazýváme dvojpól, který se nedá reprezentovat (složit) ze základních pasivních a aktivních prvků. Závislost napětí na nelineárním prvku je obecnou nelineární funkcí procházejícího proudu u=F(i). Příkladem nelineárních prvků je polovodičová dioda, cívka s feromagnetickým jádrem, žárovka, termistor apod.
- součástí (prvkem) sítě míníme následující:rezistor, cívku, kondenzátor, ideální zdroj napětí, ideální zdroj proudu, nelineární prvek. Spojovací vodiče neuvažujeme jako prvky elektrického obvodu, pokud můžeme předpokládat, že na nich nevzniká žádný spád napětí (jsou jen součástí schematu elektrického obvodu, ale nijak nevcházejí do výpočtů); jinak nahradíme spojovací vodiče vhodnou reprezentací složenou ze základních prvků.
- uzel je bod v síti, kde se stýkají nejméně dva prvky.
- větev je část sítě mezi dvěma sousedními uzly, kde se stýkají nejméně tři prvky. Je charakterizována tím, že všemi prvky v jedné větvi protéká stejný proud (prvky mohou být ve větvi zapojeny do serie, ale ve větvi může být také jenom jeden prvek).
- uzavřený obvod (smyčka) je myšlená dráha v síti, která začíná a končí v témže uzlu a je zkonstruována tak, že každou větví procházíme jen jedním směrem.
- síť nazýváme lineární, pakliže je její odezva lineární, tj. způsobí-li příčina x1(t) (například změna napětí zdroje, změna odporu rezistoru apod.) následek y1(t) a příčina x2(t) následek y2(t), pak příčina Ax1(t)+Bx2(t) (A,B jsou konstanty) způsobí následek Ay1(t)+By2(t). Jinými slovy síť je lineární, jestliže neobsahuje nelineární prvky, tj. jestliže velikosti odporů, kapacit a indukčností prvků v síti použitých nezávisejí na proudu prvkem nebo napětí na prvku. Síť obsahující nelineární prvky můžeme linearizovat, jestliže se omezíme na takový rozsah proudů a napětí na nelineárních prvcích, ve kterém můžeme s dostatečnou přesností použít aproximace nelineárních prvků pomocí základních pasivních a aktivních prvků (tzv. náhradní zapojení). Například polovodičová dioda je typickým příkladem nelineárního prvku, má exponenciální voltampérovou charakteristiku, která pro vyšší proudy v propustném směru přechází na lineární závislost (uplatňuje se stejnosměrný odpor diody). Pro použití v usměrňovačích, kdy dioda pracuje v propustném směru většinu času v režimu vyšších proudů (v závěrném směru je možno považovat s velmi dobrou přesností proud diodou za nulový), můžeme polovodičovou diodu nahradit seriovou kombinací zdroje napětí reprezentujícího úbytek napětí na diodě a odporu, který získáme ze směrnice přímky, kterou diodovou charakteristiku aproximujeme. Tento náhradní obvod již bude lineární a bude na něj možné použít metody analýzy obvodů, které si dále popíšeme. Obdobná linearizace se dá s dostatečnou přesností provést prakticky ve všech případech, kdy je do obvodu zapojen nelineární prvek, a proto se v tomto textu budeme zabývat pouze lineárními sítěmi.
3.1. Princip superpozice
Princip superpozice vyplývá z definice lineární sítě. Mějme lineární síť ve které máme zapojeno n zdrojů (napětí nebo proudu; již jste si jistě všimli, že používáme názvů zdroj napětí, rezistor, cívka apod. bez přívlastku "ideální"; je to proto, že reálné prvky budeme hned nahrazovat jejich náhradním zapojením složeným z ideálních prvků; žádné jiné než ideální prvky se proto v našich zapojeních nebudou vyskytovat). Studujme odezvu těchto zdrojů ve větvi s indexem k, tj. hledejme proud Ik. Princip superpozice nám říká, že tuto odezvu můžeme najít tak, že najdeme proudy od jednotlivých zdrojů s indexem i (i jde od 1 do n), tj. Iki tak, že ponecháme v síti jen zdroj s indexem i a ostatní nahradíme jejich vnitřními odpory (tj. kde je zdroj napětí zkratem, kde je zdroj proudu, necháme obvod rozpojen) a příspěvky Iki sečteme,
tj. Ik=Ik1+Ik2+Ik3+ ...+Ikn.
Princip superpozice nám pomáhá, jsou-li v obvodu zapojeny dva zdroje o různých kmitočtech, např. jeden je stejnosměrný, druhý střídavý.
3.2. Kirchhoffovy zákony
První Kirchhoffův zákon:
Součet všech proudů tekoucích do uzlu sítě se v každém okamžiku rovná nule (proudy tekoucí do uzlu bereme se záporným znaménkem, proudy tekoucí z uzlu s kladným znaménkem). Zákon je obvodovým vyjádřením rovnice kontinuity, tj. zákona zachování náboje.
Druhý Kirchhoffův zákon:
Součet všech napětí na prvcích (aktivních i pasivních) podél uzavřeného obvodu (smyčky) je v každém okamžiku roven nule. Zákon je obvodovým vyjádřením faktu, že elektrické pole je konzervativní, tj. že práce podél uzavřené dráhy se rovná nule.
3.3. Théveninova věta (věta o ekvivalentním generátoru)
Lineární dvojpól lze vždy nahradit jedním zdrojem napětí a jedním rezistorem v serii. Napětí ekvivalentního zdroje je rovné napětí na nezatížených svorkách dvojpólu, odpor ekvivalentního rezistoru je roven odporu mezi svorkami dvojpólu, když všechny zdroje uvnitř dvojpólu nahradíme jejich vnitřními odpory. Théveninovu větu můžeme s výhodou použít, když se ve studované síti zajímáme jen o stav jedné, nebo několika málo větví; pak postupným zjednodušováním sítě podle Théveninovy věty dojdeme k výsledku většinou rychleji a elegantněji než použitím Kirchhoffových zákonů.
Duální analogií Théveninovy věty je Nortonova věta, která hovoří o ekvivalenci lineárního dvojpólu paralelní kombinaci zdroje proudu a rezistoru (vodivosti). Z těchto dvou vět pak plyne
3.4. Věta o ekvivalenci reálného zdroje napětí a reálného zdroje proudu
Zdroj napětí E s vnitřním odporem Ri je na svých svorkách ekvivalentní zdroji proudu s velikostí E/Ri s paralelně zapojenou vodivostí o velikosti 1/Ri. Nakreslete si schemata a zamyslete se nad orientací šipky ukazující směr proudu ve zdroji proudu.

uhlí 2

15. srpna 2008 v 23:40 | krista

DOBÝVÁNÍ A DOPRAVA

Dobývat - to znamená rozrušit uhelnou sloj a dopravit uhlí k těžní jámě - můžeme různými způsoby. Kdysi se to dělávalo ručně krumpáčem, lopatou a vozíky taženými koňmi. Později se objevily sbíječky poháněné elektřinou nebo stlačeným vzduchem.Dnes se užívá moderní mechanizace.
Připravený, chodbami ohraničený blok uhlí se rozrušuje například uhelnými pluhy nebo brázdičkami. Rozpojené uhlí se pak jinými stroji - nakládači - sype na dopravní pás a ten je odváží do vozíků na dopravních chodbách. Plné vozíky vyváží těžní klec na povrch. Někdy vedou dopravní pásy až k těžní jámě. Svůj náklad tam vysypou do speciálních velkých nádob (celé zařízení se jmenuje skip), kterými je vyvážen na povrch.

VRTÁNÍ A STŘELNÉ PRÁCE

Vynález střelného prachu z Číny se nejprve uplatnil ve 14. a 15. století v evropském válečnictví. Při něm horníci bývali nasazováni při různých podkopových pracích k překonání hradeb a jistě poznali vůni i účinky střelného prachu. Teprve tyrolský horník Kašpar Weindl se pokusil za úředního dohledu 8.ledna 1627 o "mírový" odstřel horniny. Bylo to v Báňské Štiavnici a je o tom písemná zmínka. Vynález se rychle rozšířil. Horníci ručně vrtali (vysekávali) jen díry pro nálože místo předchozí a pomalé celoplošné ubírky horniny želízkem a mlátkem.
Celkový pohled na důl v řezu.
Dlátem asi palcového průměru se vybíjely díry až 40 cm hluboké, ty se do poloviny naplnily střelným prachem a utěsnily kolíkem nebo jílovou ucpávkou. Ucpávkou procházelo stéblo, také naplněné střelným prachem. Po zapálení iniciovalo (přivedlo k výbuchu) vlastní nálož. Vrty pro střelnou práci se později, též namáhavě, vyvrtávaly ručně nebozezem, pak i strojně.
Abychom se dostali k uhelné sloji, musíme často prorazit dlouhé chodby v okolních horninách, které jsou zpravidla mnohem tvrdší než uhlí, takže nemůžeme použít dobývací stroje.
V takovém případě se většinou používají střelné práce. Do horniny se navrtají dostatečně dlouhé díry (vrty), nabijí se trhavinou a odpálí. Rozmělněná hornina se z dolu vyveze a uloží na odval. Nebo se na jiném místě v dole použije do vyrubaných prostorů.
Ruční vrtání se dnes používá jen výjimečně, existují pojízdné vrtací stroje schopné vrtat několik vrtů najednou bez velké námahy pro obsluhu.
Využití trhavin nesmírně ulehčilo těžkou práci havířů. Do značné míry se stalo v hornictví významným mezníkem.

ZAKLÁDÁNÍ

Při hlubinné těžbě nelze vyrubat beze zbytku celou sloj, která je často velice rozsáhlá. Aby se důlní díla nezavalila (přestože jsou opatřena výztuží), je třeba nechávat tzv. ochranné pilíře, uhelné bloky, které podpírají nadložní vrstvy. Ještě důležitější je to v hustě obydlených krajinách, kde v důsledku vzniku velkých podzemních prostor poklesává často krajina na povrchu, budovy praskají a boří se, vznikají bezodtokové kotliny zaplňované přitékající vodou.
Ke zmírnění těchto negativních účinků se vytěžené prostory znovu naplňují tzv. zakládkou. Na potřebná místa se bud' zafoukává, nebo zaplavuje vodou. Už z toho je zřejmé, že zakládka musí být speciálně upravená, velmi jemná hornina (např. písek ap.).

POVRCHOVÉ DOBÝVÁNÍ

V místech, kde jsou uhelné sloje nehluboko pod povrchem (mohou to být i desítky metrů), je výhodnější dobývat je nikoliv hlubinným způsobem, ale přímo z povrchu.
V takovém případě je nutno odvést veškeré nadložní horniny pokrývající uhlí a uložit je někde v blízkosti na tzv. výsypku. Při obrovských množstvích přemisťované zeminy, rozsáhlém a hlubokém uhelném lomu, není pak divu, že oblast povrchového dobývání získává vzhled bezútěšné měsíční krajiny.
Povrchové dobývání je však levnější a ekonomičtější. Dá se jím vytěžit také takřka 100 % uhelných zásob, což je při hlubinné těžbě nesplnitelný sen. Pokud se při těžbě postupuje uvážlivě a citlivě, nemusí být konečné škody ani příliš vysoké. Jámy po vybraném uhlí se dají částečně zase zasypat a využít případně jako vodní nádrže. Cenná ornice z nadložních vrstev nad slojí se může převézt na jiné místo. Zbylé výsypky se dají rekultivovat, aby sloužily jako sady, vinohrady nebo třeba jako lyžařské svahy.
Kolesové rýpadlo K 800 má výkon kolem 5 000 m3 sypané zeminy za hodinu, korečkové rýpadlo má obdobný teoretický výkon mezi 700 - 1000 m3. Do lžíce lopatkového rýpadla se vejde přes 3m3 odebírané zeminy (skrývky) nebo uhlí.

SKRÝVKA, TĚŽBA A DOPRAVA

Pod pojmem skrývka se rozumí odstranění nadložních vrstev horniny nad uhelnou slojí a jejich doprava na co nejbližší místo, kde by nepřekážely těžbě. Provádí se lopatovými, kolesovými nebo korečkovými rýpadly s co nejvyšším výkonem. Pro dopravu se vesměs používají široké pásové dopravníky, často o délce několika kilometrů.
K nejmohutnějším zařízením pro těžbu skrývky patří technologické celky, skládající se z obřích kráčejících korečkových rýpadel, spojených s pásovým mostem dopravujícím horninu od rýpadla.
Po odstranění nadloží se uhlí dobývá rovněž rýpadly. Ta jej nakládají přímo v jámě uhelného lomu buď na velkokapacitní nákladní automobily, nebo do železničních vagónů na provizorním kolejišti.
I když se i uhelné lomy musí odvodňovat a některé zvláště hluboké lomy se musí i uměle větrat, je těžba mnohem jednodušší než hlubinná. Je náročná na dobrou organizaci, neboť se většinou pracuje v nepřetržitém plynulém pracovním cyklu.

uhlí

15. srpna 2008 v 23:39 | krista

UHLÍ

Energetika současné technické civilizace na naší planetě se opírá především o využívání ložisek uhlí, ropy a zemního plynu opravdových "černých" pokladů Země. Přestože jsme si už dnes všichni vědomi, že spalování uhlí v topeništích či ropy ve spalovacích motorech není příliš ekonomické a rozhodně nepřispívá životnímu prostředí, nemáme dosud pro nejbližší perspektivu vhodnější zdroje energie, které by je mohly plně nahradit.
V 19. století si široké využití parního stroje na železnici a lodích, v cukrovarech, pivovarech a strojírnách vynutilo, že na výrobu páry bylo místo nedostatkového dřeva stále více využíváno uhlí. Hornictví, které se již od starověku soustřeďovalo hlavně na dobývání rud, soli a jiných surovin, našlo nový směr - těžbu uhlí.

ZE ŽIVOTOPISU UHLÍ

Dějiny lidstva se obvykle dělí na pravěk, starověk, středověk a novověk. Geologové rozdělili čas dosud vyměřený této planetě podle významných geologických událostí na jednotlivé éry dlouhé mnoho milionů let a ty opět na kratší úseky periody, epochy, věky, doby...Stáří jednotlivých hornin pomáhají vědcům často určovat zkamenělé zbytky rostlin či živočichů, typických pro jednotlivá období.
Pustíme-li se po stopách vzniku uhlí, ale i ropy a zemního plynu, můžeme nejstarší období, prahory a starohory, vynechat. Zaměříme se až na karbon a perm, spadající do geologického "středověku". Právě tehdy vznikala totiž nejvýznamnější ložiska uhlí.
Horotvorné pochody probíhající v druhohorách změnily velkou část zemského povrchu na mělká a bahnitá moře a jezera. Takřka skleníkové prostředí vyvolávalo bujný vzrůst všech možných druhů rostlin. Můžeme si o nich udělat celkem věrný obrázek, neboť se nám zachovalo obrovské množství jejich zkamenělin, otisků listů i jiných částí. Máme tedy hodnověrnou představu o lesích s vidličnatě se rozvíjejícími Sigillariemi a Lepidodendry, o porostech kapradí a plavuní a o přesličkách Calamites vyrůstajících z močálů. Většina těchto rostlin se na rozdíl od jejich "potomků", s kterými se běžně setkáváme dodnes, vyznačovala "obřími" rozměry.
Geologické hodiny Země.
Vlhké horko a sucho se v tomto světě často střídalo s mohutnými srážkami, které náhle zvyšovaly hladinu jezer i řek a ničily porosty. Na trouchnivějících zbytcích bujně vyrůstala nová generace rostlin. Vznikaly tak obrovské nakupeniny organického materiálu. Když se při dalších horotvorných pohybech dostaly tyto zbytky pod nové vrstvy hornin, vytvořily se ideální podmínky pro vznik uhlí. Rozkladem rostlinných těl bez přístupu kyslíku, za stálého působení tlaku horních vrstev a zmenšování objemu tlející masy se hromadil především uhlík.
Proces karbonizace (prouhelnění) trval miliony let. Zjednodušeně lze pak říci, že čím déle trval (v závislosti na tlaku i teplotě), tím kvalitnější uhlí je jeho výsledkem. Při kratší době prouhelňování, nižším tlaku a teplotě asi o 150 až 200 ° C vznikala rašelina. Ta se časem měnila na hnědé uhlí. Při větším tlaku a teplotách mezi 300 až 500 ° C pokračoval proces přeměny na černé uhlí a antracit. Vždy se přitom zvětšoval obsah uhlíku a klesalo množství kyslíku. Do vzniklé uhelné hmoty se tak koncentrovala energie přijímaná rostlinami ze země, vody a vzduchu ve své podstatě energie slunečního záření.
Díky rozličným podmínkám vzniku můžeme dnes rozlišovat i různé typy uhlí s odlišnými chemickými a fyzikálními vlastnostmi, např. také s různou výhřevností. Jejich použitelnost ovlivňují i různé negativní příměsi. Například většina našeho hnědého uhlí obsahuje značný podíl síry, která se při jeho spalování uvolňuje do ovzduší a přináší těžké ekologické škody. Zařízení umožňující vyčištění zplodin hoření od síry jsou velice drahá řádově skoro stejně jako celá elektrárna.

CESTA K UHLÍ

Uhlí nacházíme ve vrstvách nejrůznějších mocností od tloušťky milimetrové až po desítky metrů. Tyto vrstvy jsou uloženy vodorovně (tak vznikaly), ale také v nejrůznějších polohách, jak byly v následných geologických procesech pootočeny či jinak přemístěny.Uhelným vrstvám se obecně říká sloje.
Uhelné sloje můžeme dobývat různými způsoby, v základě však rozlišujeme dobývání hlubinné a dobývání povrchové, které je výhodnější, pokud se sloje nalézají nehluboko pod dnešním povrchem země.

HLUBINNÉ DOBÝVÁNÍ

Základem pro hlubinné dobývání uhlí je vyhloubení svislé jámy - šachty z povrchu až k uhelné sloji. Šachty nemůžeme v krajině přehlédnout - tyčí se totiž nad nimi těžní věže.Šachtou sjíždějí horníci do dolu a vytěžené uhlí se vyváží na povrch. Šachtou se do dolu dopravuje také potřebný materiál a energie - vedou tudy všechna potřebná potrubí i elektrické kabely.
Od šachty se pak razí všechny chodby potřebné k co nejekonomičtějšímu vytěžení ložiska. Jsou to chodby převážně vodorovné a často v několika patrech nad sebou. Svislý rozměr slojí nebo souborů slojí bývá i mnoho desítek metrů.
Vodorovné chodby (říká se jim odborně horizontální důlní díla) se označují podle svého účelu. Například tzv. překopy vedou "hluchou" horninou od jámy k uhelné sloji. Svážné chodby (jsou raženy pod určitým potřebným úhlem) spojují horizontální chodby jednotlivých pater atd.
Velké uhelné ložisko je při svém dobývání nakonec protkáno složitým systémem chodeb o délce mnoha kilometrů.
Způsobů vlastního dobývání ze sloje je mnoho. Volba záleží na mnoha okolnostech, většinou na tvaru sloje, vlastnostech (např. pevnosti) uhlí a sousedních hornin. Vždy však musí být při těžbě zabezpečeno několik základních předpokladů. Především je to zabezpečení důlních děl proti zavalení uhlím nebo horninou, větrání dolu a většinou i odvodňování dolu.

VYZTUŽOVÁNÍ

Pokud se důlní díla razí v pevné skalní hornině, není nutno je příliš vyztužovat. Jsou-li však ražena v uhlí či v nesoudržných horninách (a to je u uhelných ložisek takřka vždy), je třeba vyražené chodby a prostory vyztužit, aby odolávaly velkým tlakům vrchních vrstev zvaných nadloží. Dnes se pro vyztužování nejdůležitějších chodeb, např. dopravních, které slouží i mnoho desítek let, používá betonová (železobetonová) výztuž. U krátkodobějších děl poslouží ocelová výztuž. Tam, kde se přímo dobývá, jsou stojky na potřebnou výšku nastavitelné - vybavené hydraulikou. Pokud tlak převýší únosnost stojky, ta se nezničí, ale pouze se zmenší (stlačí) její délka.
Dříve se pro vyztužování používalo výhradně dřevo. Dřevěné výztuže byly velmi pracné, spotřebovalo se na ně mnoho cenného dříví a prakticky se jen některé daly při opuštění díla znovu použít. Zkušení horníci je však dlouho postrádali, neboť při zvýšení tlaku nadložních vrstev "varovaly". Než totiž byly nadložním tlakem zničeny a dílo zavaleno, dřevěné stojky praskotem namáhaného dřeva upozornily havíře, že je nejvýš nutné co nejrychleji utéci.
V porubech, tj. v místech, kde se uhlí přímo dobývá, nelze budovat stabilní výztuž, neboť porub stále postupuje dopředu za těženou uhelnou stěnou. Tam se pro ochranu pracovníků používá tzv. posuvná výztuž. Je to ocelová hydraulická výztuž s pevnými štíty, chránícími horníky před tlakem i shora padajícími kusy uhlí či horniny. Výztuž se posunuje za postupujícími dobývacími mechanismy. Vydobytý prostor za postupující výztuží se většinou zakládá, tzn. vyplňuje horninovým materiálem, nebo úmyslně (řízeně) zavaluje horninami ze stropu.
Kombajn ve stěnovém porubu.

NÁVŠTĚVA V DOLECH

Před třiceti či padesáti lety vyhlížela asi takto:
Sjedeme dolů. Důl je několik set metrů hluboký. Klec se zastavila na patře. Odtud se rozebíhají velké zděné a elektricky osvětlené chodby na všechny strany. Na zemi jsou koleje, po nichž jezdí malé vlaky s vozíky naplněnými uhlím nebo zpět zase prázdné pro uhlí. Hlavní chodba se dělí a my odbočíme do postranní chodby, která nás zavede na pracoviště. To již není osvětleno elektricky. Rozsvítíme si proto ruční kahany, které jsme dostali na cestu. Proti nám občas zasvítí světlo jiného kahanu a ze tmy zazní srdečné: "Zdař Bůh ", starý pozdrav horníků.
Přicházíme k místu, kde se rubá uhlí. Několik horníků odlamuje uhelnou vrstvu pneumatickými (na stlačený vzduch) sbíječkami a připravuje zásobu, kterou jiní nakládají na běžící pás nebo na vozíky. Aby se stropy neprobořily, podpírají se dřevěnými vzpěrami, které chrání život horníků. Vyrubané části se někdy zasypávají přiváženým kamením - zakládkou nebo se samy zavalují probořováním stropů.
Od takové těžby z jednotlivých porubů, které promyšleně postupovaly v ložisku, aniž by se vzájemně ohrožovaly, přešlo se na frontální přístupy. V délce několika desítek metrů se odebírala celá stěna chodby. Podřezáním stěny dole, ručně při počvě, jak říkají havíři, a následným ručním a později strojním sbíjením uhlí směrem k spodnímu zářezu.Toto stěnové dobývání se rozvinulo v několik způsobů dalších. Byly vyvinuty brázdicí stroje, jejichž ozubené řezací řetězy uhelný pilíř podřezávají. Vznikly pluhy a škrabáky. Pak i rubací stroje kombinované s nakládacími kombajny. Hoblují stěnu do hloubek i přes 60 cm. Jiné stroje frézují svými otáčejícími se hlavami strop i počvu se záběrem (hloubkou řezu) až 0,8 metru za hodinu najedou i 700 metrů po stěně. Sem tam z jedné strany na druhou. Některé stačí svým záběrem i na sloj o mocnosti (výšce) přes tři metry!

VĚTRÁNÍ

Všechna důlní pracoviště musí být větrána. Jednak samozřejmě proto, aby tam mohli horníci vůbec pracovat, jednak je potřeba z dolu odvádět nejrůznější škodlivé či nebezpečné zplodiny, např. po střelné práci.
Nejjednodušší je přirozené větrání, kdy z jedné strany (většinou těžní jámou - šachtou) je do dolu vzduch přiváděn a druhou (tzv. větrnou jámou) zase odváděn ven. Cirkulaci vzduchu v důlních dílech je většinou třeba pomáhat velkými ventilátory buď na vstupní, nebo výstupní straně. Přirozený větrný proud prochází všemi průchozími díly a větrá je. V dole je však řada "slepých" děl, nedokončených chodeb nebo pracovišť, která nemají "východ". Do nich se čerstvý větrný proud přivádí širokým potrubím, tzv. lutnami, pod tlakem.

ODVODŇOVÁNÍ

Většina hlubokých dolů trpí přítokem spodních vod. Pro jejich odstranění se hloubí pod úrovní nejspodnějšího patra ještě tzv. žumpa, kde se voda z celého dolu soustřeďuje a čerpadly vyčerpává z dolu na povrch. V historii, kdy neexistovala dostatečně výkonná čerpadla, znamenala důlní voda občas takové potíže, že kvůli ní musel být důl i opuštěn.
 
 

Reklama
Reklama