← All posts tagged физика

Времz время от времени интересуюсь новостями энергетики и роли высоких технологий в росте эффективности энергетических затрат. В прошлый раз смотрел на КПД солнечных батарей и перспективы его повышения: #2700891 Ну а сегодня настал черед эффективности двигателей внутреннего сгорания и двигателей вообще, в том числе ракетных.

Еще пару лет назад, читая книгу Мичио Каку "Физика будущего" — #1896920 — порядком охладел к электромобилям (да и гибридам): сегодня бензин дает примерно в 40 раз больше энергии, чем электрическая аккумуляторная батарея той же массы. Машина с покрытием из солнечных батарей пока тоже не сильно эффективна и слишком дорога в производстве, хотя помечтать можно: прогресс неумолим. Ну так и ДВС эволюционируют!

Поверхностное гугление и чтение вики приводит к выводу о большей эффективности дизельных ДВС. Русская вики говорит, что в России почти все грузовики и автобусы оснащены дизелем. Написана и баснословная оценка КПД выше 50% (и "обычно до 40-45%"), наверняка без оглядки на экологичность. Может правильнее говорить о 35-40%?

Что же касается бензиновых ДВС, то пишут о перспективах двигателей на цикле Аткинсона, в отличие от традиционных на цикле Отто (или их среднем — цикле Миллера). Поскольку Лента писала о термическом КПД в 37-38%. Похоже, тут речь идет именно о гибридах.

Интересное сравнение дизелей и бензиновых ДВС — в блоге БМВ. Основной вывод: чем современнее модель, тем менее заметна разница в технологиях и стоимости ремонта.

О КПД ДВС для вдумчивого чтения (с картинками!): rotor-motor.ru

Ну и наконец самое интересное. По удельной мощности ДВС лучше разве что парового двигателя. Если мы хотим не ездить, но летать по воздуху или, чего уж там, в космосе, то следует использовать турбореактивный (в первом случае, чтобы окислитель загребать по мере движения) или вообще ракетный двигатель. Оказывается, и тут есть куда стремиться! Речь о детонационном горении, и ЖРД с его использованием есть! О нем можно посмотреть слайды в посте users.livejournal.com и конкретно — этот слайд

На картинке — P-V диаграмма цикла Отто.

Будучи знаком с астрономическими высокоэффективными приемниками излучения, сиречь ПЗС-матрицами с азотным охлаждением и квантовой эффективностью, близкой к 100%, все хотел разобраться в более насущной, пригодной в народном хозяйстве утилизации энергии излучения. А именно, в физике, ограничивающей эффективность (и да, стоимость) солнечных батарей. Спасибо хабру, разобрался.

Время от времени проскакивают новости о новом рекорде КПД фотоэлементов. Современный рекорд КПД — 44.7%. Это при значении предела Шокли-Квайссера 33.7%!

О пределе с пояснениями, как пеодолеть предел и картинками из вики
Картинка "best research cell efficiencies": nrel.gov Она же есть в вики: en.wikipedia.org

Это все к тому, что у солнечных батарей юбилей, 60 лет! Все начиналось с КПД в 6%. Первым спутником с солнечными батареями, запущенным 17 марта 1958 г, был Vanguard 1. Спустя всего пару месяцев, 15 мая 1958 гполетел Спутник-3, первый советский по-настоящему научный спутник, на котором также стояли солнечные батареи.

Срыв покровов в английской вики:
The effective temperature of the Sun is 5778 K. Using Wien's law, it is often concluded that this corresponds to a peak emission at a wavelength of 502 nm. This is the wavelength of green light, and it is near the peak sensitivity of the human eye.

The claim is then made that the human eye evolved to be most sensitive to the peak emission from the Sun. In fact, Wien's law says that the Sun's peak emission per unit wavelength is at 502 nm. When the spectrum is reckoned per frequency interval, the Sun's peak emission appears at a frequency of 3.43x10^14 Hz; this means that the peak emission per unit frequency is at 3.43x10^14 Hz, which corresponds to a wavelength of 883 nm and is well into the infrared. That is, the apparent "peak" of the spectrum is significantly affected by the bookkeeping convention by which one describes the spectrum. (Evolution of the eye was more likely influenced by the spectral absorption properties of water than by the Sun's spectrum: Soffer, B. H.; Lynch, D. K. (1999). "Some paradoxes, errors, and resolutions concerning the spectral optimization of human vision". American Journal of Physics 67 (11): 946–953. Heald, M. A. (2003). "Where is the 'Wien peak'?". American Journal of Physics 71 (12): 1322–1323.) en.wikipedia.org

Кто бы мог подумать!

В русской вики нет замечательной статьи по переопределению базовых единиц Си: en.wikipedia.org Замечательная идея, приходящая в голову всякому, кто понимает физический смысл фундаментальных констант и современную точность их измерения. Действительно, как только человечество научилось точно измерять время, а специальная теория относительности (СТО) узаконила постоянство скорости света (формально — в 1905 году ;), стал логичен переход от идеальной линейки в палате мер и весов в качестве стандарта к измерению времени, за которое свет пройдет определенное расстояние (в системе Си именуемое метром).

В настоящее время достаточно точно измеренные значения фундаментальных констант позволяют использовать их как опору всей системы единиц. Возможно, уже в этом году система Си если не перейдет, то по крайней мере сделает шаги к переходу на новые определения.

Лично у меня при взгляде на ПИАР-картинку сразу возник вопрос: коль скоро есть уверенность в достижении лучших точностей измерения времени на отличных от цезия стандартах (см., например, ту же вики ru.wikipedia.org ), как тогда быть с будущими переопределениями? В отличие, скажем, от определения числа Авогадро, скорость света и количество переходов в атоме Цезия определены в Си железобетонно, то есть exactly, точно — и точка.

А вы знали о существовании беспилотников времен I мировой? Крайне любопытно было прочитать о первом полете беспилотного летательного аппарата, оуществленном 4 октября 1918 года: compulenta.computerra.ru

Тема беспилотников, как вы понимаете, меня заинтересовала благодаря вбросам Amazon — computerra.ru после которых не замедлили появиться аналогичные сообщения от DHL: computerra.ru Техническая осуществимость доставок по воздуху теперь, увы, совсем не главный фактор на пути реализации идеи: наверняка по воробьям, едва они появятся, решат пострелять... Обе компании, к слову, показывают почти идентичные квадролеты.

Ну и чтоб два раза не вставать, замечательная история про эволюцию профиля крыла самолета: avia.d3.ru Гиф: 3.bp.blogspot.com ютуб: youtu.be
Думаю, многие знают про объяснение каплевидной формы крыла самолета особенностью обтекания потоком воздуха и возникновением подъемной силы, но не все так просто! Мне это хорошо стало понятно, когда у нас в планетарии появился простой экспонат с двумя вариантами крыла в как бы аэродинамической трубе. Один вариант — традиционный, второй — симметричное крыло; у крыльев в потоке можно менять угол атаки. И ведь не скажешь, что с симметричным крылом самолет не полетит! Подъемная сила в таком случае меньше, но она есть: ru.wikipedia.org
Симметричные крылья широко применяются в пилотажных самолетах, где важно сохранять аэродинамические свойства аппарата при переворачивании. Кроме того, симметричные профили (если я не ошибаюсь) применяются у хвостовых элементов.

Аэродинамика вообще тема захватывающая. Когда проектировали космический корабль Восток-1, на котором слетал в космос и вернулся Ю.А. Гагарин (а до него — несколько дворовых собак), решено было делать его форму сферической. Представьте, какая будет аэродинамика у шара при движении с огромной скоростью через плотные слои атмосферы! Удивительно, насколько быстро был спроектирован и сам КА, и системы терморегулирования (после трагической смерти первой собаки на орбите — Лайки — от перегрева), и процедура посадки. Тогда, на рубеже 50-х и 60-х, вычислительных мощностей для расчета аэродинамических свойств не было, приходилось моделировать либо аналитически, либо опытным путем. Об этом подробно описано в книге Антона Первушина "108 минут, изменившие мир", всем интересующимся советую!

Пропустил очень интересную летнюю новость: Учёные провели поиск веществ, которые потенциально можно использовать в качестве аналогов графена. Результаты их исследований опубликованы в журнале Physical Review X: Two-Dimensional Materials from Data Filtering and Ab Initio Calculations prx.aps.org (PDF в свободном доступе). В общей сложности обнаружено 92 претендента.

Цитата: Графен — уникальный материал, представляющий собой одиночный слой атомов углерода, собранных в шестиугольную решётку. Графен обладает на удивление высокой механической прочностью, сочетающейся с необычной двумерной электронной структурой. У графена, однако, имеется один важный недостаток — в нём отсутствует запрещённая электронная зона, необходимая для функционирования транзисторов — основы всей современной электроники.

Не так давно было показано, что во многом аналогичными графену свойствами обладают нитрид бора, имеющий такую же шестиугольную атомную структуру, и дихалькогениды переходных металлов (например, дисульфид молибдена MoS2). Эти материалы, являясь полупроводниками, обладают также и запрещённой зоной. Однако систематического поиска других альтернатив до сих пор не проводилось.

Восполнить этот пробел взялись учёные из французского Национального центра научных исследований (CNRS) в Нанси. Используя большую базу свойств различных веществ, путём численного моделирования они нашли в базе те вещества, из которых можно относительно легко получить прочные однослойные атомные структуры. Таких веществ обнаружилось 92, в том числе, что характерно, и графен, нитрид бора и множество дихалькогенидов переходных металлов. Однако 40 найденных веществ ранее в качестве аналогов графена никем не предлагались.

Таким образом, как отмечают учёные, графен уже нельзя считать в полной мере уникальным материалом.

Источник: physh.ru

Шумиха по поводу открытия бозона Хиггса потихоньку ушла. Опубликовано уже достаточно много интересных статей, О Хиггсе было рассказано в нескольких популярных лекциях. Привожу ссылки по теме. Жизнь после Хиггса, лекция Алексея Семихатова: polit.ru Рассказано очень просто. Чувствуется, что автор — переводчик ;)
Очень хорошие обзорные статьи были опубликованы в журнале "успехи физических наук"(УФН, статьи доступны в pdf): К открытию на Большом адронном коллайдере новой частицы со свойствами бозона Хиггса. В.А. Рубаков ufn.ru
Лекции Рубакова в сети недоступны, их можно было послушать в "популярном лектории" (к/т 35 мм): elementy.ru и elementy.ru
Еще одна статья, уже по коллайдерам: Коллайдеры частиц высоких энергий: прошедшие 20 лет, предстоящие 20 лет и отдалённое будущее. В.Д. Шильцев ufn.ru КДПВ — оттуда. В двух словах: строить коллайдер, на порядок превосходящий по возможностям БАК, будет невероятно сложно, скорее, речь может идти о его модернизации.
Весь выпуск журнала, где по теме есть еще пара статей Л.Б. Окуня: ufn.ru

Юрий Васильевич Гуляев: Глубина проникновения, d, электромагнитных волн в организм человека зависит от длины волны и диэлектрической проницаемости тканей. Она порядка длины волны, λ, деленной на корень квадратный из диэлектрической проницаемости. При средней диэлектрической проницаемости тканей человека ~50, глубина проникновения равна примерно одной седьмой λ. Так, электромагнитная волна телевизионного канала «Россия» (2-я программа) проникает в тело человека примерно на 20 см. С такой же глубины исходят тепловые электромагнитные волны, генерируемые тканями организма на данной частоте. Степень же воздействия электромагнитной волны зависит от ее интенсивности: если сунуть руку в работающую микроволновую печку, она там вполне может свариться. nkj.ru

Юрий Васильевич Гуляев: Одним из важных направлений работы нашего Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук был прием и расшифровка очень слабых электромагнитных сигналов, приходящих к нам, например, при изучении планет Солнечной системы и космического пространства. Так, наш институт совместно с другими организациями впервые в мире осуществил радиолокационное исследование планеты Венера и построил первую карту поверхности этой планеты, несмотря на то, что она всегда покрыта густыми облаками. Поэтому вполне естественной для нас была идея применить нашу уникальную сверхчувствительную аппаратуру к приему слабых сигналов, исходящих от человека и его органов в процессе их жизнедеятельности, что мы и сделали и продолжаем делать. На этой основе разрабатываются новые методы ранней неинвазивной диагностики состояния человека, что чрезвычайно важно для превентивной медицины. Могу сказать, что здесь встречаются очень глубокие фундаментальные вопросы, как и в других областях физики, в данном случае – биофизики.
Мы занимаемся только измерениями и компьютерной расшифровкой физических полей и излучений человека с целью создания методов ранней неинвазивной медицинской диагностики. Именно неинвазивной, что означает отсутствие какого-либо воздействия на человека. В этом-то и прелесть наших методик, что они совершенно не воздействуют на человека и поэтому абсолютно безвредны. nkj.ru <nkj.ru>

Вышло сразу несколько статей с результатами обработки всей имеющейся на сегодня статистики по поиску бозона Хиггса. Еще год-полтора — и можно будет праздновать победу статистической значимости по всем каналам над сегодняшней неопределенностью ;) По крайней мере, хотется верить. См. elementy.ru

...доктор Михаил Гафт... рассказывает, что студенты-физики университета в Тель-Авиве действительно пользуются причудливым профессиональным жаргоном, представляющим собой гибрид из слов на иврите и английском с изрядной примесью русского мата. berkovich-zametki.com К тому, что "Курс" Ландау-Лифшица-Питаевского является еще и крупным вкладом в мировую языковую культуру.
Интересные там истории. Вообще, не испытываю я симпатий к Ландау как к человеку. Кстати, это показательно, что за распространение антисталинских листовок он отсидел всего год, а потом — как ни в чем ни бывало — продолжал заниматься своим делом. Показательно не в отношении его личности и его заслуг, но того времени, которое сегодня принято показывать превратно