| |
Очень интересен класс фторорганических
жидкостей. В зарубежной литературе они называются перфторуглероды.
По сути, это эквивалент обычным органическим жидкостям, только вместо атома водорода
везде находится атом фтора. Например есть аналоги органическим соединениям, таким
как пентан С5H12
- перфторпентанС5F12,
гексан С6H14-
перфторгексанС6F14,
триэтил(пропил,бутил)амин - перфтортриэтил(пропил,бутил)амин и т.п. Существует
даже перфтортрансформаторное масло. (В отличие от настоящего трансформаторного
масла перфтортрансформаторное масло при нормальных условиях является твердым веществом
и используется в качестве морозостойкой смазки). Наличие фтора на месте водорода
означает, что вещество полностью окислилось, ведь фтор является самым сильным
окислителем, более сильным, чем кислород. Поэтому фторуглеродные жидкости инертны
по отношению к любым воздействиям, в.т.ч. стабильны под действием электрического
поля и температуры. Поскольку они ни с чем не взаимодействуют, они не растворяют
масла, резину, воду и т.п. Высокие характеристики фторуглеродных жидкостей важны
для применений. Замена атома H на атом F приводит к
новым свойствам и новым возможностям:
- негорючесть;
- высокая термическая и химическая стабильность;
- инертность по отношению к металлам, твердым диэлектрикам и резинам;
- нетоксичность, отсутствие цвета и запаха;
- возможность подбора жидкостей с различными точками кипения и
замерзания;
- низкая растворимость воды и высокая растворимость газов;
- отсутствие растворимости любых нефторированных материалов;
- высокий коэффициент температурного расширения.
Проведенные
нами исследования поведения некоторых жидкостей при постоянном и переменном напряжении
показывают, что по электрофизическим параметрам: удельное сопротивление, tg d,
электрическая прочность, они значительно превосходят аналогичные показатели любых
других жидкостей, включая минеральные масла. Они нетоксичны, неокисляемы, имеют
низкую вязкость, в.т.ч. в низкотемпературной
области. Ряд жидкостей имеют точку замерзания -70 °С
и ниже. Основное препятствие к более широкому использованию - сравнительно высокая
цена. Это препятствие может быть устранено. В настоящее время имеется задел по
разработке новой, более дешевой технологии получения перфторуглеродов.
Приведем
численные значения некоторых электрофизических параметров. Диэлектрическая проницаемость
e=
1.8-2, tgd<
10-4, r>
(1012-1015)
Ом×м,
электрическая прочность - до 500 кВ/см.
Важной особенностью является достаточно высокая электрическая прочность в газообразном
(парообразном) состоянии - до 200-300 кВ/cм,
т.к. фторуглеродные молекулы имеют высокое сродство к электрону, т.е. они являются
электроотрицательными веществами. Из других свойств отметим не только негорючесть,
но и термостабильность до температуры более 400 °С.
Хотя теплопроводность фторуглеродов в два-три раза ниже, чем у трансформаторного
масла, однако исключительно высокий коэффициент температурного расширения приводит
к возникновению мощных конвективных потоков. При этом конвективный теплоотвод
оказывается в 3-4 раза выше, чем у трансформаторного масла. Главный недостаток
- дороговизна - они дороже трансформаторного масла в несколько десятков раз.
К
настоящему времени в энергетике эти жидкости не нашли широкого применения. За рубежом применяются для охлаждения мощных выпрямителей и
инверторов, преобразующих переменный ток в постоянный ток, для СВЧ устройств.
Предполагаемое создание компактных пожаробезопасных испарительных
трансформаторов для электротранспорта и компактных ЗРУ возможно только
на основе перфторуглеродных жидкостей.
Цель работы - Изучение вращения тела вокруг закрепленной оси на примере маятника Обербека. Приборы и материалы - маятник Обербека, нить с грузами и перегрузками, милисекундометр. Теория. При вращательном движении твердого тела вокруг закрепленной оси все точки тела описывают окружности в плоскостях, перпендикулярных к оси вращения с центрами лежащими на этой оси. Если ось вращения - одна из главных осей инерции тела, то основное уравнение динамики вращательного движения твердого тела выглядит следующим образом 1) и преобразуется к виду 2); где - момент импульса твердого тела, - сумма всех моментов сил приложенных к телу, I - момент инерции тела относительно оси вращения, N - сумма проекций моментов сил на ось вращения, - угловое ускорение тела. В этой работе, для изучения вращения тела, я использовал маятник Обербека. Твердое тело выполнено в виде крестовины из стержня с насажанными грузами m1. Вращатель-ный момент N создается натяжением нити Т, переброшенной через шкив радиуса r, насажанный на ту же ось, что и крестовина. К нити привязан груз (с перегрузками) суммарной массы m. Экспериментально проверяя правильность следствий, вытекающих из уравнения 2). Без учета момента сил трения в оси подшипника шкива уравнение 2) принимает вид 3) здесь принято во внимание, что Т=Т' (нить невесома). Используя для описания движение платформы с перегрузком второй закон Ньютона и учитывая связь между ускорением платформы с перегрузком и угловым ускорением крестовины, получим еще два уравнения: 4) 5) . Знаки проекции величин, входящих в 4), соответствуют положительному направлению оси Х, ко-торый направлен от оси вращения вертикально вниз. Из уравнений 3) и 5) получаем: 6) . Так как платформа с перегрузком из состояния покоя движется прямолинейно с постоянным ус-корением, то проходимое ими расстояние меняется со временем по закону: 7) Исключая из 6) и 7) ускорение получим формулу для момента инерции маятника 8) . Уравнение 8) получено без учета момента силы трения в оси подшипника шкива. Предполагая, что этот момент практически не зависит от угловой скорости вращения маятника, то есть является постоянным, можно экспериментально определить его величину Для этого к концу нити намотанной на любой из шкивов прикрепляется платформа с перегрузками суммарной массой m, поднятая на высоту h. Очевидно, что до того момента, когда маятник начнет вращаться, система маятник - платформа обладает потенциальной энергией mgh