Omówwienie działania silnika spalinowego (konstrukcji niemieckiego inżyniera Otta) W silniku tym wykorzystuje się siłę powstającą w wyniku wybuchu mieszanki paliwowo-powietrznej (inicjowanym przez iskrę). Siła ta powoduje przemieszczenie się tłoka które to z kolei zamieniane jest na ruch obrotowy. Poniższy rysunek przedstawia schemat działania takiego silnika: (1) (3) (2) (4) (5) SSANIE SPREZANIE I ZAPLON PRACA WYDECH (1) zawór wlotowy, (2) świeca zapłonowa, (3) zawór wylotowy, (4) tłok, (5) korbowód Cykl pracy silnika spalinowego składa się z czterech etapów. Podczas pierwszego następuje zassanie mieszanki paliwa i powietrza (itwarty zawór wlotowy). Następnym etapem jest sprężenie mieszanki paliwowo-powietrznej do wysokiego ciśnienia (obydwa zawory są wówczas zamknięte). W momencie maksymalnego sprężenia następuje, powodowany iskrą świecy zapłonowej, zapłon i wybuch mieszanki, co powoduje gwałtowny wzrost ciśnienia i silnik wykonuje pracę (tłok przesuwa się w dół, oba zawory są zamknięte). Po wykonaniu pracy następuje otwarcie zaworu wylotowego i przemieszczający się w górę tłok wypycha gazy spalinowe i silnik powraca do położenia w którym następuje otwarcie zaworu wlotowego i ssanie. Jak widać cykl działania silnika składa się z 4 etapów, ale tylko w jednym z nich wykonywana jest praca, dlatego najczęściej stosuje się silniki 4 cylindrowe (zapewnia to płynność działania, ponieważ zawksze w którymś cylindrze jest wykonywana praca) 2
Omówwienie działania silnika elektrycznego Silnik elektryczny wykorzystuje fakt występowania siły elektrodynamicznej, czyli działającej na przewodnik z prądem umieszczony w polu magnetycznym. Gdy rozważany przewodnik nawinięty jest np. na prostokątną ramkę, to siła elektrodynamiczna powoduje jej obrót. Jedynym problemem natury inżyniersko-technicznej jest to jak zasilać obracającą się ramkę, oraz jak zmieniać kierunek prądu (aby silnik obracał się w jedną stronę). Problem ten rozwiązuje się np. umieszczając tzw. komutator do którego dociskane są doprowadzajce prąd do uzwojeń, szczotki. Schemat silnika prądu stałego przedstawia poniższy rysunek: Jak widać ramka podłączona jest z komutatorem do którego poprzez szczotki dostarczane jest zasilanie. Zaletą silnika elektrycznego jest jego bardzo duża sprawność dochodząca do 90% (silniki spalinowe mają sprawność około 50%). 3
Omówienie działania silnika parowego Silnik parowy jest jednym z przykładów silnika cieplnego, czyli urządzenia zamieniającego energię wewnętrzną na pracę mechaniczną. Pomijając wszelkie aspekty techniczne budowę silnika parowego da się przedstawić na poniższym rysunku: turbina KOCIOL para wodna, wysokie cisnienie i temperatura woda dostarczanie ciepla (ZR. CIEPLA) pompa odbior ciepla (CHLODNICA) Opis: Podgrzewamy wodę a potem parę wodną w kotle do wysokiej temperatury i ciśnienia. Para ta rozprężając się na łopatkach turbiny wykonuje pracę, po czym ulega sklopleniu w chłodnicy i jako woda jest przepompowywana do kotła. Analizując działanie np. silnika parowego można dostrzec następujące prawidłowości: aby silnik pracował w sposób ciągły to zachodzące w nim procesy muszą mieć charakter cykliczny (stan początkowy układu musi być odtwarzany) w każdym silniku musi istnieć źródło ciepła i chłodnica, tylko część energii wewnętrznej zamieniana jest na pracę, reszta zostaje oddana do chłodnicy, 4
Telegraf Działanie telegrafu, mimo iż jest on dzisiaj nieużywany jest istotne, ponieważ na podobnej zasadzie działają inne środki przekazu informacji, a ponadto jest ono szalenie proste. Schemat telegrafu przedstawia poniższy rysunek: wiadomosc (np. telegram) kodowanie wiadomosci alf. Morsa zamiana alf. Morsa na imp. elektryczne przesyl imp. elektrycznych do odbiorcy zamiana imp. elektrycznych na alf. Morsa dekodowanie wiadomosci Przesyłanie sygnału elektrycznego może odbywać się za pomocą drutów telegraficznych; w poźniejszym czasie używano do tego celu fal radiowych. Telefon Działanie telefonu polega na przesłaniu mowy za pomocą kabla albo fal elektromagnetycznych. W odróżnieniu od telegrafu przesyłanie informacji odbywa sie w obie strony i przedstawione jest to na poniższym schemacie: zamiana fali dzwiekowej na s..elektr.i odwr modulator i multiplexer linia transmisyjna demodulator i demultiplex zamiana syng. elektrycznego na fale i odwr. Linia transmisyjna może być tu szalenie skomplikowana bo obejmuje zarówno centrale jak i przekaźniki telefonii komórkowej. W przypadku transmisji cyfrowej dodaktowym elementem toru jest przetwornik analogowo-cyfrowy i cyfrowo-analogowy. Radio i telewizja W obu przypadkach mamy do czynienia z jednokierunkowym przekazem dźwięku lub obrazu i dźwięku. Schemat przesyłu sygnału przedstawiony jest na rysunku: studio radiowe lub telewizyjne modulator i nadajnik linia transmisyjna odbiornik i demodulator wzmacniacz ekran i glosnik W studio telewizyjnym rozproszona fala świetlna i fala akustyczna zostają zamienione na sygnał elektryczny, który przed wysłaniem musi być odpowiednio przygotowany (modulacja). Tor transmisyjny to albo fala w powietrzu, albo napięcie w przewodniku. Po dotarciu do odbiornika trzeba sygnał zdemodulować zamieniając go potem na obraz i dźwięk. 5
Internet W odróżnieniu od poprzednich sposobów przekazu informacji w internecie mamy do czynienia jedynie z sygnałem cyfrowym. Internet jest to układ połączonych ze sobą komputerów w ten sposób aby awaria jednego nie powodowała zakłócen w działaniu całej sieci. Strukturę komunikacji sieciowej opisuje standard OSI (Open Systems Interconnection) zakładający istnienie 7 warstw: 1. Warstwa fizyczna, np. IEEE 802.3 określa strukturę kabla sieciowego 2. Warstwa łącza danych, np. PPP określa sposób działania modemu 3. Warstwa sieciowa, np. IPv4 czy IPv6 określające drogę sygnału 4. Warstwa transportu, np. TCP busuje strumień danych 5. Warstwa sesji, synchronizuje dane 6. Warstwa prezentacji, tłumacząca dane 7. Warstwa aplikacji, Poszczególne warstwy komunikują się w systemie klient-serwer. Interesującym jest też np. to że nawet wysyłając e-maila dosiebie ze swojego komputera dane przebywają najpierw całą drogę w dół (od aplikacji do fizycznej) a potem z powrotem w drugą stronę. Znaczenie najważniejszych odkryć dla rozwoju nauki o przemysłu Pomimo wielości i rożnorodności odkryć naukowych niektóre z nich mają o wiele większe znaczenie niż pozostałe (nawet gdy nie są jakoś wyrafinowane naukowo). Są one swoistymi kamieniami milowymi za którymi otwiera się kolejna nowa era Pomijając cały dorobek z czasów wcześniejszych takimi momentami przełomowymi dla fizyki są: działalność Galileusza, jego odkrycia astronomiczne ale przede wszystkim to że jako pierwszy zaczął stosować metodę naukową w opisie przyrody odkrycie Kopernika ustawiające Ziemie i Słońce na właściwych miejscach i uświadamiące nam że nie jesteśmy w centrum. sformułowanie rachunku różniczkowego i mechaniki klasycznej (Newton- Liebnitz i inni) 6
wynalezienie silników dzięki którym nie jesteśmy zdani jedynie na swoje mięśnie doprowadza do rewolucji wprzemyśle wprowadzenie elektryczności pod strzechy dzięki prostej w budowie i efektywnej prądnicy prądu zmiennego odkrycie jądra atomowego (przede wszystkim jego rozmiaru) i reakcji jądrowych oraz wykorzystanie energi jądrowej sformułowanie mechaniki kwantowej opisującej przyrodę w skali mikro i przewidującej zjawiska dzięki którym możliwa jest konstrukcja większoci współczesnych urządzeń Historyczny kontekst wielkich odkryć naukowych Mądre przysłowie mówi, że potrzeba jest matką wynalazków i ilekroć pojawiało się jakieś zapotrzebowanie to pojawiały się nowe odkrycia. Niestety wielu przypadkach tą potrzebą były działania wojenne; w tym kontekście należy wymienić choćby odkrycia: radaru, maszyn liczących, prochu czy bomb jądrowych i termojądrowych. Również i trwająca po II wojnie światowej zimna wojna spowodowała wiele ważnych odkryć, szczególnie w zakresie poznawania układu słonecznego (np. loty na Księżyc). Dyskusyjną dzisiaj sprawą jest pytanie: czy globalizacja ma pozytywny wpływ na odkrycia naukowe. Dostępność informacji i możliwość wykorzystywania pomysłów ludzi na całym świecie to oczywiście pozytywne aspekty tego zjawiska, ale doprowadziło ono także do pewnej jednorodności myślenia, co korzystnym się być nie wydaje. 7