середа, 9 жовтня 2013 р.

Ампер Андре Марі

Ампер Андре Марі, фізик, математик

Ампер Андре Марі

Андре-Марі Ампер (фр. Andre Marie Ampere).
Роки життя: 22 січня 1775 - 10 червня 1836.
Знаменитий французький фізик, математик і натураліст.
Член Паризької Академії наук. Член багатьох академій наук, зокрема іноземний почесний член Петербурзької Академії наук (1830).
Джеймс Максвелл назвав Ампера «Ньютоном електрики».
Ампер Андре Марі народився 22 січня 1775 р. в родині ліонського комерсанта. Батько його мав гарну бібліотеку, і ще чотирнадцятирічним хлопчиком Ампер прочитав з великим захопленням всі 20 томів знаменитої «Енциклопедії» Дідро і Даламбера. Коли бібліотека батька була вичерпана, Ампер став їздити в міську бібліотеку, щоб вивчати праці великих вчених. Протягом декількох тижнів він опанував латинську мову, щоб читати твори в оригіналі. (Згодом він досконало оволодів грецькою та італійською мовами.) Ампер захоплено вивчав математику і природні науки за працями Ейлера, Бернуллі та інших учених.
З 1803 р. Ампера призначають викладачем Ліонського ліцею.
Наукові схильності Ампера виявилися рано. У 13 років він представив Ліонській академії твір про квадратуру круга, вважаючи, що знайшов рішення старовинного завдання про побудову квадрата, рівного за площею колу. У 1802 р. Ампер публікує роботу з теорії ймовірностей «Міркування про математичну теорію гри», після чого в 1804 р. йому було запропоновано місце, правда, поки репетитора, в Політехнічній школі Парижа. У 1807 р. він став її професором.
Життя Ампера була важким, його весь час переслідували нещастя: страта батька, втрата першої дружини, невдалий другий шлюб, невдале життя сина і т. д.
Працюючи викладачем, Ампер не кинув заняття математикою, і в 1814 р. за ряд цікавих робіт був обраний членом Паризької академії наук. З 1820 р., з того пам'ятного засідання академії 4 вересня, Ампер посилено зайнявся електрикою, розробивши її новий розділ - електродинаміку. І те, що зробив Ампер, викликає у нас захоплення, а те, як він зумів це зробити, - подив.
Пам'ятник Амперу в Ліоні
З величезним нетерпінням Ампер дочекався засідання 11 вересня, на якому Apaгo, зібравши нескладну установку, продемонстрував досвід Ерстеда. Так, вчені своїми очима побачили, що електрика і магнетизм взаємодіють одна з одним.
Схвильований Ампер стрімголов біжить до слюсаря, щоб замовити необхідні прилади, поставити їх вдома і терміново все щойно побачене виконати своїми руками. Поки слюсар виконував замовлення, Ампер сам спорудив невеликий лабораторний стіл. У його розпорядженні опинився спочатку невеликий вольтів стовп. Вчений переконується, що магнітна стрілка, піднесена до проводу, повертається, якщо ланцюг замкнутий. Якщо ж ланцюг розімкнути, то ефект повністю зникає. Отже, магнітні явища супроводжують не статичну, а вольтовско-гальванічну напругу, причому величина магнітного дії залежить від інтенсивності руху електрики. Для виміру цієї інтенсивності Ампер вперше у світі вводить поняття сили струму. Не випадково, що одиниця сили струму - ампер - увічнила цей факт.
На наступному засіданні академії, 18 вересня 1820-го, хоча до цього часу частина приладів ще не була готова, Ампер вирішив виступити і розповісти про те, що йому вже ясно, і про те, що і за допомогою яких приладів треба ще перевірити. Ампер закінчив свій виступ наступними словами: «Я описав прилади, які я маю намір побудувати, і серед інших гальванічні (тобто такі, що обтікаються струмом) спіралі і завитки. Я висловлюю думку, що останні повинні виробляти у всіх випадках такий же ефект, як магніти, ... і зведу тим самим всі магнітні явища до чисто електричних ефектів ». Воістину пророчі слова. А впевнений тон Ампера, яким вони були висловлені, змушує думати про те, що основні контури його вчення, що зводять магнетизм до круговим струмів, стали йому зрозумілі протягом одного-двох тижнів.
І ось 19 вересня Ампер поспішає зі своїми помічниками виявити передбачуваний ефект, а він вперто не спостерігається. Знову досліди і знову безрезультатні. Адже 25 вересня Ампер повинен продемонструвати все те, про що стверджував на минулому засіданні академії. Не втрачаючи впевненості, шукав він причину невдач, вирішивши, нарешті, що виною всьому є слабкість батарей. З великими труднощами діставши потужніший вольтів стовп, Ампер з фанатичною наполегливістю знову взявся за досліди. І досліди один за одним почали підтверджувати його припущення. Більш того, два прямих провідника, по яких протікав електричний струм, притягувалися і відштовхувалися, як магніти. І коли 25 вересні 45-річний Ампер знову піднявся на кафедру академії, він вже міг довести свої погляди, висловлені тиждень тому. Він демонструє взаємодію не тільки спіралеподібних струмів, але й прямих. Він формулює нікому досі не відомий закон: «Два електричних струми притягуються, коли вони йдуть паралельно в одному напрямку; вони відштовхуються, коли йдуть у протилежних напрямках». Ще не встигає пройти здивування аудиторії, як Ампер продовжує: «Всі явища, які показують взаємодію струму і магніту, відкриті Ерстед, входять як приватний випадок до законів тяжіння електричних струмів». Так було зроблено нове велике відкриття. Цікаво відзначити, що на цьому ж засіданні Apaгo розповів, як йому вдалося намагнітити швейну голку, пропускаючи через неї струм. Ампер тут же зауважив, що намагнічування можна значно підсилити, якщо взяти провід у вигляді спіралі, як це робив він, і вкласти всередину голку. Отже, нічого не підозрюючи Ампер винайшов електромагніт! Але він не придав цьому великого значення, не оцінив його зауваження і Араго. А честь відкриття електромагніту дісталася англійському фізику Вільяму Стерджену в 1825 р.
Робота Ампера над створенням електродинаміки тривала аж до 1826 р., коли вийшов у світ його основний, узагальнювальний всі досліди труд під назвою «Теорія електродинамічних явищ, виведена з досвіду». У цій роботі Ампером була розроблена не тільки якісна теорія, але і кількісний закон для сили взаємодії струмів. Це один з основних законів електродинаміки, з якого випливає цілий ряд наслідків. Багато фізиків відзначали універсальність формули Ампера, проникливість її автора. Мабуть, найбільш ємну і точну характеристику відкриттів Ампера дав основоположник теорії електромагнітного поля Д. Максвелл: «Дослідження Ампера, в яких він встановив закони механічної взаємодії електричних струмів, належать до числа найбільш блискучих робіт, які були проведені будь-коли в науці. Теорія і досвід в повній силі і закінченості вилилися відразу з голови цього «Ньютона електрики». Його твір завершений за формою, недосяжний за точністю висловів та в кінцевому рахунку призводить до однієї формули, з якої можна вивести всі явища, представлені електрикою, і яка назавжди залишиться основною формулою електродинаміки». Важко уявити собі більш високу оцінку, ніж та, яку дав англійський фізик своєму французькому колезі.
Могила Ампера (з сином)
Але важке життя великого французького вченого не стало легше незважаючи на його популярність. Він і раніше був змушений витрачати свої останні гроші на покупку необхідного устаткування. За три-чотири місяці, закинувши роботи з електродинаміки, Ампер інспектував училища далеких департаментів, перевіряючи ненависні для нього витрати на крейду, чорнило, меблі, контролюючи знання учнів з різних предметів. Він мучився від свого безсилля, від необхідності витрачати дорогоцінний час на абсолютно дріб'язкові заняття, посильні для будь-якого інспектора. Після повернення до Парижа з нього вимагали звіти, паперові циркуляри. Чиновникам Франції, мабуть, приносило задоволення «ставити на місце» вченого, цього «дивного» Ампера - хай не зазнається. А він був надзвичайно, до хворобливості скромний. І коли його праці були оцінені належним чином, «Ньютона електрики» вже не було в живих. Він помер в Марселі у 1836 р. по дорозі на південь, де сподівався поправити своє нікуди не придатне здоров'я. У 1869 р. прах Ампера з Марселя був перевезений в Париж на Монмартрське кладовище. На його надгробному пам'ятнику викарбувані слова: «Він був так само добрий і так само простий, як і великий».
Ф. М. Дягілєв. З історії фізики і життя її творців.

Карл Фрідріх Гаусс

Карл Фрідріх Гаусс: біографія. Реферат

Народження та дитинство К. Ф. Гаусса. Наукові надбання Гаусса. Творчість Гаусса
Карл Фрідріх Гаусс народився 30 квітня 1777 р. у Брауншвейгу – одному з німецьких князівств, які на той час ще не були об'єднані в єдину централізовану державу. Батько Карла спочатку працював слюсарем, а згодом став садівником, суміщаючи це заняття з обов'язками рахівника в торговельній конторі якогось купця.
Він був людиною суворою, навіть грубою. Мати Карла була дочкою каменяра; від природи вона була жінкою розумною, розважливою, доброю і веселою. Карл був її єдиною дитиною, і вона безмежно та щиро любила його. Син відповідав їй такою самою гарячою любов'ю. Від матері він успадкував розважливість і м'яку вдачу.
Читати і писати Карл навчився сам: йому досить було знати лише кілька букв, підказаних матір'ю, щоб цілком оволодіти технікою читання.
Вже в ранньому дитинстві у хлопчика виявились особливі здібності до математики. Пізніше він сам жартома говорив: "Я навчився рахувати раніше, ніж розмовляти". Розповідають про такий випадок. Якось до батька Карла зібралися товариші по роботі, щоб розподілити зароблені за тиждень гроші. Тут же був і трирічний Карл. Коли батько закінчив розрахунки, які він проводив уголос, щоб усі чули їх, і оголосив наслідки, Карл вигукнув: "Татку, ти помилився!" Присутні були вражені заявою малої дитини, але батько підрахував усе спочатку. Коли він назвав нову цифру (а раніше він справді зробив помилку), Карл радісно вигукнув: "Тепер правильно!"
У 1784 р. Карла віддали до народної школи. Перші два роки навчання він нічим не відзначався серед товаришів, його виняткові здібності до арифметики виявилися у третьому класі. Якось учитель дав учням досить складне завдання з арифметики: відшукати суму деякої кількості натуральних послідовних чисел. Учитель вважав, що учні досить довго шукатимуть відповідь. Але через кілька хвилин Карл розв'язав задачу.Коли вчитель проглянув розв'язання, то побачив, що малий Гаусс винайшов спосіб скороченого знаходження суми членів арифметичної прогресії. Щасливий випадок звів Гаусса з першим у навчанні учнем цієї самої школи – Бартельсом; вони подружилися, бо обидва були закохані в математику. За порадою товариша Карл почав вивчати твори великих 

Після чотирирічного навчання в школі Гаусс перейшов до гімназії відразу в другий клас. Тут, у гімназії, яскраво виявились інші його здібності – з дивовижною швидкістю і успішністю він оволодів стародавніми мовами — грецькою і латинською. Талановитого юнака представили герцогу Брауншвейгському, який надалі піклувався про його виховання.
По закінченні гімназії Гаусс у 1792 р. вступив до так званої Каролінської колегії. Тут він продовжував успішно вивчати стародавні мови, а разом з тим систематично і поглиблено студіював математичні дисципліни. На цей період припадає його ознайомлення з творами таких видатних математиків, як Ейлер, Лагранж і особливо Ньютон. Епохальний твір Ньютона "Математичні начала натуральної філософії" справив на Гаусса глибоке враження і запалив у ньому той невгасимий потяг до математичних досліджень, який тривав усе його життя.
З 1795 р. Гаусс – студент Геттінгенського університету. Він охоче відвідує лекції з філософії і математики. В цей час він починає свої математичні дослідження. На цей ранній період його творчої діяльності (йому було всього 18 років) припадають такі відкриття й праці: у 1795 р. він винайшов так званий "Метод найменших квадратів"; у 1796 р. розв'язав класичну задачу про поділ кола, з якої випливала побудова правильного 17-кутника, і написав велику й важливу працю "Арифметичні дослідження", яка була надрукована у 1801 р.
Як відомо, ще за часів Евкліда (III ст. до н. е.) задача про поділ кола була предметом досліджень багатьох учених, причому ще тоді було доведено, що за допомогою циркуля і лінійки можна побудувати правильні многокутники, число сторін яких дорівнює: 3×2n, 4×2n, 5×2n, 15×2n,, де n – будь-яке ціле число натурального ряду.
К. Гаусс довів, що за допомогою циркуля та лінійки можна побудувати такий правильний п-кутник, число сторін якого виражається формулою п=22r+1, де r – довільне ціле число або нуль. Якщо r=0, то п=3; r=1, то п=5, r=2, то п=17.
Побудови трикутника і п'ятикутника були відомі ще давнім грекам, але Гаусс першим здійснив побудову правильного 17-кутника.
Дослідження Гаусса про поділ кола мали велике значення не лише для розв'язання цієї складної задачі. Мабуть, ще важливішим було те, що тут він заклав основи загальної теорії так званих алгебраїчних рівнянь, тобто рівнянь виду де коефіцієнти рівняння – комплексні числа.
Дуже важливе значення має доведена Гауссом у 1799 р. основна теорема алгебри про існування кореня алгебраїчного рівняння. На основі цієї теореми доведено таку властивість рівнянь: "Алгебраїчне рівняння має стільки коренів дійсних чи комплексних, скільки одиниць у показнику його степеня". За працю, в якій доведено ці теореми, Гаусс дістав звання приват-доцента.
У першій частині праці "Арифметичні дослідження" Гаусс глибоко проаналізував питання про так звані "квадратичні лишки" і вперше довів важливу теорему з теорії чисел, яку він назвав "золотою теоремою" про "квадратичний закон взаємності". Можна без перебільшень сказати, що теорія чисел, як наука, почала своє справжнє існування саме з досліджень Гаусса. "Арифметичні дослідження" Гаусса в математичній науці створили цілу епоху, а Гаусс був визнаний найбільшим математиком світу.
У 1807 р. йому було надано звання екстраординарного, а пізніше й ординарного професора Геттінгенського університету. В той же час його було призначено директором Геттінгенської обсерваторії.
В галузі астрономії Гаусс працював близько 20 років. У 1801 р. італійський астроном Піацці відкрив між орбітами Марса і Юпітера маленьку планету, яку він назвав Церерою. Спостерігав він цю планету протягом 40 днів, але Церера швидко наближалася до Сонця і зникла в його яскравих променях. Намагання Піацці відшукати її знову виявилися марними. Гаусс зацікавився цим явищем і, вивчивши матеріали спостережень Піацці, установив, що для визначення орбіти Церери досить трьох її спостережень.
Після чого треба було розв'язати рівняння 8-го степеня, з чим Гаусс блискуче справився: орбіта планети була обчислена і сама Церера знайдена. Таким самим способом Гаусс обчислив орбіту іншої малої планети — Паллади. У 1810 р. французький астрономічний інститут за розв'язання задачі про рух Паллади присудив йому золоту медаль. У цей період учений написав і свою фундаментальну працю "Теорія руху небесних тіл, які обертаються навколо Сонця по конічних перерізах" (1809 р.).
Важливі праці створив Гаусс і з аналізу нескінченно малих величин.
Гаусс цікавився і геометрією. Окремі питання, як, наприклад, найважливіша проблема геометрії – проблема V постулату Евкліда – привертали його особливу увагу. У своїх міркуваннях він ішов шляхами, схожими па ті, які проробив Лобачевський, але не опублікував жодної сторінки.
У листі до математика Бесселя Гаусс писав: "Певне, я ще не скоро зможу обробити свої широкі дослідження з цього приводу так, щоб їх можна було опублікувати. Можливо, навіть, що я не зважуся на це протягом усього мого життя, тому що боюсь крику беотійців, який піднімається, коли я висловлюю свої погляди".
Гаусс ознайомився з результатами досліджень Лобачевського за невеликою брошурою "Геометричні дослідження з теорії паралельних ліній", написаною німецькою мовою і виданою у 1840 р. Він зацікавився цією працею і в свої 62 роки вирішив вивчити російську мову, щоб мати можливість читати твори Лобачевського в оригіналі. У листах до своїх друзів Гаусс з великою похвалою говорив про досягнення Лобачевського. Він писав, що праця Лобачевського містить основи тієї геометрії, яка могла б бути і була б цілком послідовною, якби геометрія Евкліда не була правильною. Він писав також, що вже 54 роки (з 1792 р.) має такі самі переконання. Самому Лобачевському Гаусс власноручно написав листа, в якому повідомив російського вченого, що його обрали членом-кореспондентом Геттінгенського математичного вченого товариства.
1830-1840 роки Гаусс присвятив теоретичній фізиці. Його дослідження в цій галузі значною мірою були результатом тісного спілкування і сумісної наукової роботи з В. Вебером.
Разом з Вебером Гаусс створив абсолютну систему електромагнітних одиниць і сконструював у 1833 перший в Німеччині електромагнітний телеграф. Йому належить створення загальної теорії магнетизму, основ теорії потенціалу і багато ін. Отже, важко зазначити таку галузь теоретичної чи прикладної математики, в яку б Гаусс не вніс істотного вкладу.
Через надзвичайно велику вимогливість до себе багато досліджень визначного математика залишилося за життя його неопублікованими (нариси, незакінчені праці, листування з друзями). Цю наукову спадщину Гаусса дуже ретельно опрацьовували в Геттінгенському вченому товаристві. В результаті було видано 11 томів творів Гаусса. Дуже цікавими із спадщини вченого є його щоденник і дослідження з неевклідової геометрії й теорії еліптичних функцій.
Зокрема, з опублікованих матеріалів видно, що Гаусс прийшов до думки про можливість існування поряд з евклідовою геометрією неевклідової в 1818. Проте побоювання, що ідеї неевклідової геометрії не зрозуміють у математичному світі, і, можливо, недостатнє усвідомлення їх наукової важливості були причиною того, що Гаусс їх далі не розробляв і нічого за життя з цих питань не опублікував. Коли опублікував неевклідову геометрію М. І. Лобачевський, Гаусс поставився до цього з великою увагою і запропонував обрати Лобачевського членом-кореспондентом Геттінгенського вченого товариства, але власної оцінки великому відкриттю Лобачевського по суті не дав.
В архівах Гаусса знайдено матеріали із своєрідною теорією еліптичних функцій. Проте заслуга в її розробці й опублікуванні належите К. Якобі і Н. Абелю.
Слід зазначити, що вже сучасники Гаусса розуміли його велич, про що свідчить напис на медалі, викарбуваній на честь Гаусса, - "Король математиків". У 1880 в Брауншвейгу Гауссу поставили бронзову статую.
У 1827 р. Гаусс опублікував велику працю "Загальні дослідження про криві поверхні", зміст якої стосується диференціальної геометрії.
Значні відкриття належать Гауссу і в галузі фізики. Він дослідив і встановив ряд нових законів у теорії рідин, теорії, магнетизму тощо. Наслідком важливих розробок були такі праці: "Про один важливий закон механіки" (1820), "Загальні початки теорії рівноваги рідин" (1832), "Загальна теорія земного магнетизму" (1838).
У 1832 р. Гаусс опублікував важливу статтю "Про абсолютне вимірювання магнітних величин". Він і конструював прилад для вимірювання магнітних величин (магнітометр), виконав перше обчислення положення південного магнітного полюса Землі, яке дало дуже мале відхилення від справжнього положення. Гаусс винайшов електромагнітний спосіб зв'язку (1834).
Не менш успішно він працював і в галузі геодезії. У 1836 р. Гауссу запропонували провести геодезичні вимірювання території Ганноверського королівства. Після проведення підготовчих робіт учений особисто розпочав вимірювання. Працював він над цим 14 років. Він виготовив новий вимірювальний прилад – геліотроп, що діяв за допомогою сонячних променів. Разом з тим практика вимірювань спонукала Гаусса до теоретичних досліджень. Наслідком їх були важливі теоретичні праці, які стали основою дальшого розвитку геодезії.
Характерними рисами досліджень Гаусса є надзвичайна їх різнобічність і органічний зв'язок у них між теоретичною і прикладною математикою. Праці Гаусса мали великий вплив на весь дальший розвиток вищої алгебри, теорії чисел, диференціальної геометрії, класичної теорії електрики і магнетизму, геодезії, теоретичної астрономії. У багатьох галузях математики Гаусс активно сприяв підвищенню вимог до логічної чіткості доведень.
"Арифметичні дослідження" - перший великий твір Гаусса, присвячений окремим питанням теорії чисел і вищої алгебри. Постановка і розробка цих питань Гауссом визначили дальший розвиток цих дисциплін. Гаусс докладно розвинув тут теорію квадратичних лишків, уперше довів квадратичний закон взаємності – одну з центральних теорем теорії чисел. У цьому творі він по-новому докладно розробив теорію квадратичних форм, яку раніше побудував Лагранж, виклав теорію поділу кола, яка багато в чому була прообразом теорії Галуа.
Гаусс розробив загальні методи розв'язання рівнянь виду хn-1=0, а також встановив зв'язок між цими рівняннями і побудовою правильних многокутників, а саме: знайшов усі такі значення n, для яких. правильний n-кутник можна побудувати циркулем і лінійкою, зокрема розв'язав у радикалах рівняння х17-1=0 і побудував правильний 17-кутник за допомогою циркуля і лінійки. Це було першим після старогрецьких геометрів значним кроком уперед у цьому питанні. Одночасно Гаусс склав величезні таблиці простих чисел, квадратичних лишків і нелишків, значень усіх дробів виду 1/Р від р = 1 до р = 1000 у вигляді десяткових дробів, доводячи обчислення до повного періоду (що іноді потребувало обчислення кількох сотень десяткових знаків).
В алгебрі Гаусса цікавила насамперед основна теорема. До неї він не раз повертався і дав понад шість різних її доведень. Усі вони були опубліковані в працях ученого у 1808-1817. У цих працях були дані вказівки відносно кубічних і біквадратичних лишків. Теореми про біквадратичні лишки розглядаються в працях 1825-1831. Ці праці значно розширили теорію чисел завдяки введенню так званих цілих гауссових чисел, тобто чисел виду а+bі, де а і b – цілі числа. У зв'язку з астрономічними обчисленнями, що ґрунтуються на розкладанні інтегралів відповідних диференціальних рівнянь у нескінченні ряди.
Гаусс дослідив питання про збіжність нескінченних рядів, які він пов'язав з вивченням т. зв. гіпергеометричного ряду ("Про гіпергеометричний ряд", 1812). Головне значення цього ряду полягає в тому, що він містить як окремі випадки багато з відомих трансцендентних функцій, що мають широке застосування. Ці дослідження Гаусса разом з працями Коші і Абеля, які ґрунтуються на дослідженнях Гаусса, сприяли значному розвитку загальної теорії рядів.
Хоча Гаусс плідно працював у різних галузях науки, але він сам часто говорив: "Я весь відданий математиці". Математику він вважав царицею наук, а арифметику – царицею математики. В обчисленнях у думці йому не було рівних. Він знав напам'ять перші десяткові цифри багатьох логарифмів і користувався ними при наближених обчисленнях у думці. Розв’язуючи складні задачі, він помилявся дуже рідко, цифри писав чітко. Останні десяткові знаки перевіряв, не покладаючись на таблиці.
Відкриття Гаусса не зробили такого перевороту, як, наприклад, відкриття Архімеда і Ньютона, але через їх глибину, різносторонність, розкриття нових, невідомих до того законів природи в галузі фізики, геодезії, математики сучасники вважали Гаусса найкращим математиком світу. На медалі, виготовленій у 1855 р. на його честь, вигравірувано напис: "Король математиків".
Працював Гаусс сам у невеликому робочому кабінеті; там був стіл, конторка, пофарбована у білий колір, вузенька софа і єдине крісло. Одягнутий він був завжди у теплий халат і шапочку, на вдачу спокійний і веселий. Після напруженої праці Гаусс любив відпочивати: робив прогулянки до літературного музею, читав художню літературу німецькою, англійською і російською мовами. Гаусс високо оцінював російську культуру і шанував талановитий російський народ. У Росії освічені кола, в свою чергу, високо цінували Гаусса як ученого. Петербурзька академія наук першою в світі обрала Гаусса своїм членом-кореспондентом.
16 червня 1849 р. наукова громадськість світу відзначила 50-річний ювілей творчої діяльності "короля математиків". Усі наукові установи, товариства різних країн світу вважали за свій обов'язок сердечно привітати великого математика і висловити йому почуття високої поваги. У цей час Гаусс написав свою останню працю "Матеріали до теорії алгебраїчних рівнянь".
Довгі роки напруженої праці давалися взнаки. Гаусс почав помітно старіти, швидко стомлюватись. У 1851 р. великих страждань завдавали йому безсоння, задишка і кашель. До цього він майже не хворів і за все своє життя тільки двічі вживав ліки.
Але тепер, коли друзі запросили до нього лікаря, який установив хворобу серця і ряд інших змін в організмі, Гаусс почав лікуватись, часто робив прогулянки на свіжому повітрі. Здоров'я його ніби поліпши-лось. Але 23 лютого 1855 р. великого математика не стало. 26 лютого тіло перенесли в обсерваторію, а звідти студенти університету супроводили його на кладовище.

Нікола Тесла



                                    Нікола  Тесла 

 Геніальний винахідник народився в Сербії в містечку Сміляни 9 липня
1856 р. 

У 1884 році Тесла відправився покоряти Америку. На перших порах він
працює у геніального винахідника Томаса Едісона, але скоро між ними
починаються непорозуміння, відкрите протистояння в наукових думках і
Н.Тесла починає самостійно розвивати свої наукові погляди, знаходить
людей, які готові вкладати в його фантастичні проекти мільйони доларів.


У 1895 році Вестингауз ввів у лад найбільшу у світі Ніагарську ГЕС.
Працювали на ній могутні генератори Теслі. Тоді ж винахідник
сконструював ряд радіоуправляючих самохідних механізмів –
«телеавтоматів». 

Наприкінці позаминулого століття в Колорадо Спрінгс для експериментів
Теслі була побудована вежа з великою мідною сферою на верхівці. Там
учений генерував потенціали, що розряджалися стрілами блискавок довжиною
до 40 метрів. Досвіди супроводжувалися громовим гуркотом. Навколо вежі
палала величезна світлова куля. 

На острові Лонг-Айленд почалося будівництво величезного наукового
містечка. Головним спорудженням була каркасна вежа висотою 57 метрів з
величезною мідною "тарілкою" нагорі - гігантським підсилювальним
передавачем. І зі сталевою шахтою, заглибленої в землю на 36 метрів.
Спробний пуск небаченого спорудження відбувся в 1905 році і зробив
приголомшливий ефект. "Тесла запалив небо над океаном на тисячі миль", –
писали газети. Другу вежу - для передачі без проводів могутніх потоків
енергії - винахідник мав намір побудувати в Ніагарському водоспаді. Але
проект через великі витрати було закрито.

В передвоєнні роки Тесла почав працювати над секретними проектами для
військово-морського відомства США. Сюди входила і беспровідна передача
енергії для поразки супротивника, і створення резонансної зброї, і
спроби керування часом. З 1936 по 1942 рік він був директором проекту
"Веселка" – за технологією Стелс, -- в рамках якого відбувся сумно
відомий Філадельфійский експеримент.

Нікола Тесла передбачав можливість людських жертв і затягував проведення
експерименту, наполягав на переробці устаткування. Однак в умовах війни
на це не вистачило ні часу, ні засобів, а жертви вважалися неминучими.
Через десять місяців після смерті Теслі американський військовий флот
провів експеримент по невидимості корабля для радарів. Для цього на
есмінці «Елдрідж» створили "електромагнітний міхур" - екран, що відводив
би випромінювання радарів повз корабель. За допомогою генераторів Ніколи
Теслі. У ході експерименту виявився зовсім непередбачений побічний
ефект. Корабель став невидимий не тільки для радара. Але і для
неозброєного ока. Більше того, свідки запевняють, що зненацька побачили
його в Норфолку, на видаленні в сотні миль. Для задіяних у проекті людей
ця телепортація стала катастрофою. Поки корабель "переміщався" з
філадельфійської бази ВМС у Норфолк і назад, члени суднової команди
цілком втратили орієнтацію. В часі і просторі. Після повернення на базу
багато хто не міг пересуватися, не спираючись на стіни. В авто цієї марки бензиновий
двигун внутрішнього згоряння замінили на електродвигун. Тесла підключив
до електродвигуна коробочку розмірами 60х30х15 см із двома стрижнями, що
стирчать з її. Натиснув педаль газу... Машина працювала без підзарядки
тиждень, поки її тестували фахівці. Потім Тесла забрал свою коробочку,
і більше ніхто її ніколи не бачив.

У 1914 році винахідник запропонував проект, по якому вся земна куля
разом з атмосферою повинний був стати гігантською лампою. Для цього
потрібно лише пропустити по верхніх шарах атмосфери високочастотний
струм, і вони почнуть світитися. Але от як це зробити, Тесла не пояснив,
хоча неодноразово затверджував, що ніяких труднощів у цьому не бачить.

У 1933 році Тесла повідомив у газетах, що відкрив деякі «промені
смерті», здатні знищувати літаки з відстані в 400 кілометрів. На початку
другої світової війни він запропонував купити цю технологію урядам
спочатку США, а потім Великобританії. Але ті й інші чомусь відмовилися.

У 1926 році Тесла установив радіощоглу у своїй лабораторії в Hью-Йорке.
І піймав радіосигнали незрозумілого походження. Одним з можливих джерел
він назвав Марс. Над ним сміялися, але сам учений говорив: «Заради
такого дива я б віддав своє життя!»

Найвідоміший слух, зв'язаний з ім'ям Тесли, - зникнення есмінця
«Елдридж». Нібито вчений перед другою світовою війною почав
співробітничати з ВМФ США, створюючи «екран невидимості» кораблів для
радарів супротивника. Сам Тесла провести експеримент не зумів - він умер
7 січня 1943 року, але через 10 місяців на есмінці «Елдридж» військові
за допомогою генераторів Николи Тесли «надули електромагнітний міхур».
Однак проявився несподіваний ефект. Корабель став невидимий не тільки
для радарів, але і для людського ока. Він зник, а потім його нібито
знайшли в двохстах кілометрах від місця проведення експерименту. Усі
члени екіпажа «Елдриджа» одержали сильні психічні розлади.

Зберігся лист Тесли одному з його друзів. Учений запевняв, що, вивчаючи
високочастотні струми, наткнувся на щось разюче: «Я знайшов думку. І
незабаром ви зможете особисто читати свої вірші Гомеру, а я буду
обговорювати свої відкриття із самим Архімедом».

До речі, намагався зв'язатися з потойбічним світом і заклятим ворогом
Теслі - Едісон.

Після смерті вченого в його готельному номері не знайшли ніяких паперів,
записних книжок, креслень. Можливо, він знищив їх сам? Чи ж вони
потрапили в якісь секретні архіви уряду США? Адже, по слухах, кілька
днів після смерті Тесли в його номері працювали співробітники ФБР.

На його патентах, по суті, виросла вся енергетика ХХ століття. Але цього
йому було мало. Тесла кілька десятиліть працював над проблемою енергії
всього Всесвіту.

З багатьох незавершених робіт геніального Ніколи Тесла збереглися,
принаймні, дві не розшифрованих і не реалізованих до цього дня проблеми.

Одна з них відверто натякає на прямий зв'язок гравітації з
електромагнетизмом, пошуком якої займалися Х.Гюйгенс, И.Ньютон,
МЛомоносов, ХЛоренц, Д.Максвелл, Д.Менделєєв, А.Пуанкаре, Л.Де-Бройлъ,оренц, Д.Максвелл, Д.Менделєєв, А.Пуанкаре, Л.Де-Бройлъ,
П.Лебедєв, П.Дирак, Я.Зельдович, А.Цукрів, А.Мигдал, АЛогунов і ін.

Інша - з ідеєю високо ефективної беспроводной передачі силової
електроенергії на великі відстані по СВЧ каналах.

Обидві зв'язані з ще не розкритою природою гравітації, інерції, тертя,
структурою вакууму і рухливістю заряду. Обидві проблеми в XX столітті
реалізовані не були.

Тільки на стику століть, - у наші дні, маючи результати статистичного
набору даних, включаючи термодинаміку кінетики у всім різноманітті
фазових переходів рідких, твердих і газоподібних середовищ, при обліку
аналізу ефективності повного замкнутого контуру енергомассообміну, у
сполучених нелінійних структурах, від виробництва заряду до його
поширення і перетворення в корисну роботу, ідеї Тесла почали знаходити
своє визнання. Побудовано ряд квантово-релятивістських версій
комплексного (замкнутого) розгляду ефективності циклу:  енергоносії (
електрика ( корисний продукт!!

Електрика вступила в XXI століття центральною науково-технологічною
проблемою енергетики.

 

 

Нікола Тесла в лабораторії в Колорадо-Спрингс. 

Початок 1900 років.

 Список використаної літератури

100 видатних учених світу. – М., 2004.

Никола Тесла: миф, заменивший реальность. – М., 2007.

Ханс Християн Ерстед

Ханс Християн Ерстед ( дат. Hans Christian rsted , 1777 - 1851) - датський вчений, фізик, дослідник явищ електромагнетизму.

1. Ранні роки

Народився 14 серпня 1777 р. в маленькому містечку Рудкебінге, розташованому на датському острові Лангеланн. Його батько був аптекарем, грошей у сім'ї не було. Початкову освіту брати Ханс Крістіан і Андерс отримували де доведеться: міський перукар вчив їх німецькому, його дружина - датському; пастор маленької церкви навчив їх правилам граматики, познайомив з історією і літературою; землемір навчив складанню і вирахуванню, а приїжджий студент вперше розповів їм про властивості мінералів.

З 12 років Ханс допомагає своєму батькові в аптеці. Тут він зацікавлюється природничими науками і вирішує вступати до університет.


2. Навчання в Копенгагенському університеті

Університет в столиці Данії Копенгагені було засновано ще в 1478 р., але загальноосвітня культура його була ще дуже низька. Досить сказати, що з початкуXVIII століття кафедра фізики в ньому була ліквідована з тією метою, щоб посилити курс богослов'я.
В 1794 р. (17 років) Ерстед в якості абітурієнта виїжджає в Копенгаген і цілий рік готується до іспитів, які потім успішно витримує. Його брат пішов за ним в Копенгаген і вивчав там юриспруденцію. Під час навчання Ерстед займається практично всіма можливими дисциплінами. Золота медаль університету була присуджена йому за есе "Кордони поезії та прози".
Він вважав за краще різнобічність професіоналізму. Наступна його робота, також високо оцінена, була присвячена властивостям лугів, а блискуче захищена дисертація, за яку він у 1798 (ледь закінчивши навчання) отримав ступінь доктора філософії, була присвячена медицині. За іншою версією, ступінь доктора філософії він (без захисту) отримав за свій перший опублікований працю "Метафізичні основи природознавства Канта ".
Після закінчення 3-річного навчання в університеті Ерстед отримує звання фармацевта вищого ступеня. Фізику та хімію, фундаментальні для натураліста науки, викладав в університеті за сумісництвом професор медицини.
Випускник-фармацевт влаштовується тимчасовим керуючим однієї зі столичних аптек, але бажання займатися викладанням приводить його до посади ад'юнкта (молодша вчена посаду в академіях і в вузах; помічник академіка або професора.) при університеті. Йому доручається читання двох лекцій на тиждень без оплати праці. Отже, він повинен був продовжувати працювати в аптеці. Ця робота хоч і відволікала від науки, але дозволяла використовувати устаткування аптеки як дослідницької лабораторії.
Три роки викладання в університеті не проходять даром. Старанний ад'юнкт був помічений начальством і відправлений у закордонне відрядження для підвищення наукової кваліфікації. Спочатку Німеччина, де відбулася зустріч відрядженого вченого з людиною, талант і розум якого вплинув на його наукові інтереси. Мова йде про "геніального фантазер" і навіжений, неординарному фізик і хімік Йоганн Вільгельмі Ріттера, принциповому прихильника натурфілософії Шеллінга, ідеї якої полягали в тому, що ніби-то всі сили в природі виникають з одних і тих же джерел. Ці положення і зацікавили Ерстеда. Ось що він писав: "Моє тверде переконання, що велике фундаментальне єдність пронизує природу. Після того як ми переконалися в цьому, подвійно необхідно звернути нашу увагу на світ різноманітності, де ця істина знайде своє єдине підтвердження. Якщо ми не зробимо цього, єдність саме по собі стає безплідним і порожнім міркуванням, провідним до неправильних поглядів ".
Потім Париж, де він слухає лекції вчених першої величини - фізика Шарля, хіміка Бертолле, природознавця Кюв'є. Велике враження на молодого вченого виробляють студентські лабораторії Паризької політехнічної школи - адже тоді в Данії таких не було. І ось його висновок: "Сухі лекції без дослідів, які читають в Берліні, не подобаються мені. Всі успіхи науки повинні починатися з експериментів".
В 1804 р. Ерстед повертається до Данії. Але з роботою в університеті у нього не все ладилося. Він не міг розраховувати на державну оплачувану посаду. Однак після того як Ерстед було доручено відати колекцією фізичних і хімічних приладів, що належать королю він вирішується читати приватні лекції з фізики та хімії.
"Мої лекції з хімії, - писав початківець лектор, - привертають стільки слухачів, що не всі можуть поміститися в аудиторії". Саме цими лекціями Ерстед довів адміністрації університету своє право на оплачувану штатну посаду. У 1806 р. він стає професором фізики, до функцій якого входила обов'язок екзаменувати кандидатів з філософії, а також викладати фізику та хімію студентам-медикам і фармацевтам. "Відтепер, - писав вже штатний професор, - я отримав привілей заснувати фізичну школу в Данії, для якої я сподіваюся знайти серед молодих студентів багато талановитих людей". Після цього призначення фізика була визнана повноправною дисципліною в Копенгагенському університеті. І через сто років один із вихованців цього університету Нільс Бор ( 1885 - 1962) стане одним із творців сучасної квантової фізики.
В 1812 Ерстед знову виїжджає за кордон - в Берлін і Париж. І там він пише роботу "Дослідження ідентичності електричних і хімічних сил". Ця робота свідчить про те, що автор продовжує керуватися своєю філософською концепцією. З 1815 р. Ерстед - неодмінний секретар Датського королівського товариства.


3. Історія відкриття

Історія відкриття, зробленого взимку 1819 - 1820 навчального року (в одних джерелах - 15 лютого, в інших - ще в грудні) включає в себе два варіанти подій:
Ерстед на лекції в університеті демонстрував нагрів дроту електрикою від вольтова стовпа, для чого склав електричну, або, як тоді говорили, гальванічну ланцюг. На демонстраційному столі знаходився морський компас, поверх скляної кришки якого проходив один з дротів. Раптом хтось із студентів (тут показання свідків розходяться - кажуть, це був аспірант, а то і зовсім університетський швейцар) випадково помітив, що коли Ерстед замкнув ланцюг, магнітна стрілка компаса відхилилася в сторону. Однак існує думка, що Ерстед зауважив відхилення стрілки сам.
На користь стороннього спостерігача говорить те, що, по-перше, сам Ерстед був зайнятий маніпуляціями скручування проводів, до того ж навряд чи б він, багато разів проводив такий досвід, став жваво цікавитися його ходом.
Однак попередні дослідження Ерстеда і його захопленість концепцією Шеллінга говорять про зворотне. В деяких джерелах навіть вказується, що Ерстед нібито всюди носив з собою магніт, щоб безперервно думати про зв'язок магнетизму і електрики. Можливо, це вигадка, покликаний зміцнити позицію Ерстеда як першовідкривача. У самому справі, якщо був так заклопотаний проблемою, чому не спробував раніше цілеспрямовано поставити досвід з електричним колом і компасом? Адже компас - одне з найбільш очевидних практичних використань магніту. Тим не менше, не можна заперечувати, що над проблемою зв'язку електрики і магнетизму він замислювався, як втім, і над проблемами зв'язку інших явищ, між якими ніякого зв'язку не було (нагадаємо, він був прихильником концепції Шеллінга).
Для початку Ерстед повторив умови свого лекційного досвіду, а потім став їх міняти. І виявив наступне: "Якщо відстань від дроту до стрілки не перевершує 3/4 дюйма, відхилення складає 45 . Якщо відстань збільшувати, то кут пропорційно зменшується. Абсолютна величина відхилення змінюється в залежності від потужності апарату". (Використовуючи дане повідомлення, А. М. Ампер незабаром запропонує на його принципі магнітоелектричний гальванометр, роль якого в розвитку електричної науки важко переоцінити.)
Далі почалися взагалі чудеса. Експериментатор вирішує перевірити дію провідників з різних металів на стрілку. Для цього беруться дроту з платини, золота,срібла, латуні, свинцю, заліза. І о диво! Метали, які ніколи не виявляли магнітних властивостей, купували їх, коли через них протікав електричний струм.
Ерстед став екранувати стрілку від проводу склом, деревом, смолою, гончарної глиною, камінням, диском електрофора. Екранування не відбулося. Стрілка наполегливо відхилялася. Відхилялася навіть тоді, коли її помістили в посудину з водою. З цього слідував висновок: "Така передача дії крізь різні речовини не спостерігалася у звичайного електрика та електрики вольтаіческого".
Коли сполучну дріт Ерстед ставив вертикально, то магнітна стрілка зовсім не вказувала на неї, а розташовувалася як би по діаметру кола з центром по осі дроту. Дослідник запропонував вважати дію дроту зі струмом вихровим, так як саме вихором властиво діяти в протилежних напрямках на двох кінцях одного діаметра.


4. Публікації та визнання

Уже в червні 1820 Ерстед друкує на латинською мовою невелику роботу під заголовком: "Досліди, пов'язані з дією електричного конфлікту на магнітну стрілку".[1] У ній учений пише резюме: "Основний висновок з цих дослідів полягає в тому, що магнітна стрілка відхиляється від свого положення рівноваги під дією вольтового апарату і що цей ефект проявляється, коли контур замкнутий, і він не проявляється, коли контур розімкнутий. Саме тому, що контур залишався розімкнутим, не увінчалися успіхом спроби такого ж роду, зроблені кілька років тому відомими фізиками. "
У цій же роботі він намагається виробити правило, за допомогою якого можна було б заздалегідь визначити напрям магнітного дії сил, що виникають у провіднику при проходженні по ньому електричного струму. Ось це правило: "Полюс, який бачить негативне електрику входять над собою, відхиляється на захід, а полюс, який бачить його входять під собою, відхиляється на схід".
Досліди Ерстеда ставили науку в скрутне становище. З експериментів випливало, що сила, що діє між магнітним полюсом і струмом в провіднику, спрямована не по сполучає їх прямій, а по нормалі до цієї прямої, тобто перпендикулярно. Цей факт піддавав сумніву всю ньютонівську систему побудови світу. Це відчули перекладачі, які перекладали на французький, італійський, німецький і англійський мови латинський текст датського вченого. Найчастіше, зробивши буквальний переклад, представлявся їм неясним, вони приводили в примітках латинський оригінал.
Після свого відкриття Ерстед став всесвітньо визнаним ученим. Він був обраний членом багатьох найбільш авторитетних наукових товариств: Лондонського Королівського товариства і Паризької Академії. Зокрема в 1830 р. його обрали почесним членом Петербурзької академій наук. Англійці присудили йому медаль за наукові досягнення, а з Франції він отримав премію в 3000 золотих франків, колись призначену Наполеоном для авторів найбільших відкриттів в області електрики. Він продовжив займатися наукою - в 1822 - 23 незалежно від Ж. Фур'є відкрив термоелектричний ефект і створив перший термоелемент. Вивчав стисливість і пружність рідин і газів, винайшов пьезометр (пристрій, що служить для вимірювання зміни об'єму речовин під впливом гідростатичного тиску), намагався виявити електричні ефекти під дією звуку. Займався також молекулярної фізикою, зокрема, вивчав відхилення від закону Бойля - Маріотта.
Ерстед мав не тільки науковим, але і педагогічним талантом, вів просвітницьку діяльність: в 1824 створив Товариство з розповсюдження природознавства, в1829 став директором організованої за його ініціативою Політехнічної школи в Копенгагені. Помер Ерстед в Копенгагені 9 березня 1851. Його ховали як національного героя.

5.Посилання

  1. rsted, Hans Christian: Experimenta circa effectum conflictus electrici in acum magneticam, 1820

четвер, 28 лютого 2013 р.

Ідеальні цикли ДВЗ












Зміст

1. Цикли роботи поршневих ДВЗ
2. Ідеальні цикли ДВЗ
3. Цикли з підведенням теплоти, при сталому об’ємі в тиску(+ККД)
4. Цикли зі змінним підведенням теплоти
5. Список використаної літератури

1.Цикли роботи поршневих ДВЗ

Поршневі двигуни внутрішнього згоряння класифікуються за кількістю тактів в робочому циклі на двотактні і чотиритактні.
Робочий цикл в поршневих двигунах внутрішнього згорання складається з п'яти процесів: впускання, стиснення, згорання, розширення і випуску. У двигуні робочий цикл може бути здійснений за такою широко застосовуваної схемою:
·   У процесі впуску поршень переміщується від верхньої мертвої точки (в.м.т.) до нижньої мертвої точки (н.м.т.), а звільнений надпоршневий простір циліндра заповнюється сумішшю повітря з паливом. Через різницю тисків у впускному колекторі і всередині циліндра двигуна при відкритті впускного клапана суміш надходить (всмоктується) в циліндр в момент часу, званий кутом відкриття впускного клапана φ.
Повітряно-паливна суміш і продукти згоряння (завжди залишаються в обсязі простору стиснення від попереднього циклу), змішуючись між собою, утворюють робочу суміш. Ретельно приготована робоча суміш підвищує ефективність згоряння палива, тому її підготовці приділяється велика увага у всіх типах поршневих двигунів.
Кількість повітряно-паливної суміші, що надходить в циліндр за один робочий цикл, називається свіжим зарядом, а продукти згоряння, що залишаються в циліндрі до моменту вступу до нього свіжого заряду - залишковими газами.
Щоб підвищити ефективність роботи двигуна, прагнуть збільшити абсолютну величину свіжого заряду і його вагову частку в робочій суміші.
·   2. У процесі стиснення обидва клапани закриті і поршень, переміщаючись від н.м.т. до в.м.т. і зменшуючи обсяг надпоршневої порожнини, стискає робочу суміш (в загальному випадку робоче тіло). Стиснення робочого тіла прискорює процес згоряння і цим зумовлює можливу повноту використання тепла, що виділяється при спалюванні палива в циліндрі.
Двигуни внутрішнього згоряння будуються з можливо більшим ступенем стиснення, яка у випадках примусового запалювання суміші досягає значення 10-12, а при використанні принципу самозаймання палива вибирається в межах 14-22.
·   3. У процесі згоряння відбувається окислення палива киснем повітря, що входить до складу робочої суміші, внаслідок чого тиск у надпоршневому порожнини різко зростає.
У розглянутій схемі робоча суміш в потрібний момент у районі в.м.т. підпалюється від стороннього джерела за допомогою електричної іскри високої напруги (близько 15 кв). Для подачі іскри в циліндр служить свічка запалювання, яка ввертається в головку циліндра.
Для двигунів із запалюванням палива від тепла, що виділяється від попередньо стисненого повітря, запальник свічка не потрібна. Такі двигуни забезпечуються спеціальною форсункою, через яку в потрібний момент в циліндр впорскується паливо під тиском в 100 300 кг / см (≈ 10-30 Мн / м ) і більше.
·   4. У процесі розширення розпечені гази, прагнучи розширитися, переміщають поршень від в.м.т. до н.м.т. Здійснюється робочий хід поршня, який через шатун передає тиск на шатунну шийку колінчастого валу і провертає його.
·   У процесі випуску поршень переміщується від н.м.т. до в.м.т. і через другий відкривається до цього часу клапан, виштовхує відпрацьовані гази з циліндра. Продукти згоряння залишаються тільки в обсязі камери згоряння, звідки їх не можна витіснити поршнем. Безперервність роботи двигуна забезпечується наступним повторенням робочих циклів.
Процеси, пов'язані з підготовкою робочої суміші до спалювання її в циліндрі, а також звільненням циліндра від продуктів згоряння, в одноциліндрових двигунах здійснюються рухом поршня за рахунок енергії маховика, яку він накопичує в процесі робочого ходу.
У багатоциліндрових двигунах допоміжні ходи кожного з циліндрів виконуються за рахунок роботи інших (сусідніх) циліндрів. Тому ці двигуни в принципі можуть працювати без маховика.
Для зручності вивчення робочий цикл різних двигунів розчленовують на процеси або, навпаки, групують процеси робочого циклу з урахуванням положення поршня щодо мертвих точок у циліндрі. Це дозволяє всі процеси в поршневих двигунах розглядати в залежності від переміщення поршня, що більш зручно.
Частина робочого циклу, здійснювана в інтервалі переміщення поршня між двома суміжними мертвими точками, називається тактом.
Такту, а отже, і відповідного ходу поршня присвоюється назва процесу, який є основним при даному переміщенні поршня між двома його мертвими точками (положеннями).
У двигуні кожному такту (ходу поршня) відповідають, наприклад, цілком певні основні для них процеси: впуск, стиснення, розширення, випуск. Тому в таких двигунах розрізняють такти: впускання, стиснення, розширення і випуску. Кожне з цих чотирьох назв відповідно присвоюється ходам поршня.
У будь-яких поршневих двигунах внутрішнього згорання робочий цикл складається з розглянутих вище п'яти процесів по розібраної вище схемою за чотири ходи поршня або всього за два ходи поршня. Відповідно до цього поршневі двигуни підрозділяють на двох-і чотиритактні.

2. Ідеальні цикли поршневих ДВЗ

Як відомо, ідеальним циклом силової установки є цикл Карно, складений з оборотних термодинамічних процесів - двох ізотермічних і двох адіабатичних. Однак практично здійснити процес у двигуні внутрішнього згоряння за циклом Карно неможливо. Це пояснюється тим, що двигуни внутрішнього згоряння працюють при великій різниці температур початку й кінця процесу. При такій різниці температур (близько 1000-1700° С : 1273-1973К) процес у двигунах внутрішнього згоряння проходить з дуже великим підвищенням тиску і температури. Максимальний тиск при цьому може досягати 200-300 МПа, а ступінь стиску - близько 400. Тому двигуни внутрішнього згоряння працюють не за циклом Карно, а за іншими, менш економічними, проте практично здійсненними циклами.
Тепер для двигунів внутрішнього згоряння застосовують три цикли, що відрізняються від циклу Карно: цикл з підведенням теплоти при V = const; цикл з підведенням теплоти при р = const і цикл із змішаним підведенням теплоти при υ = const і при р = const. Термічний к. к. д. цих циклів менший від термічного к. к. д. циклу Карно.
Відомо, що під час досліджень термодинамічних процесів умови, за яких вони відбуваються, беруть ідеальними. Розглянемо ідеальні термодинамічні цикли двигуна внутрішнього згоряння.
Припустимо, що:
1) кількість і склад робочого тіла в циклі не змінюються;
2) процеси згоряння палива і вихлоп газу замінено підведенням та відведенням теплоти;
3) тертя між поршнем і стінками циліндра немає;
4) процеси стиску і розширення робочого тіла відбуваються адіабатно (без теплообміну);
5) теплоємність робочого тіла береться сталою, що не залежить від температури.
3. Цикли з підведенням теплоти, при сталому об’ємі в тиску(+ККД)



(рис.1)

Цикл з підведенням теплоти при v = const. Нехай початковий стан газу відповідає точці 1 (рис.1). Під чaс стиску газу за адіабатою 1-2 його питомий об'єм зменшується, а тиски і температура збільшуються. В точці 2 за ізохорою 2-3 до газу підводять питому теплоту Q1 внаслідок чого при сталому питомому об'ємі різко підвищуються тиск і температура. Потім газ, розширюючись за адіабатою 3-4, здійснює питому роботу, а за ізохорою 4-1 від газу відводять питому теплоту Q2. Побудована за кінцевими параметрами газу діаграма, що визначає залежність між його питомим об'ємом у циліндрі і абсолютним тиском дає змогу оцінити питому роботу поршневого двигуна. Процес 1-2-3-4-1 утворює замкнений контур діаграми, площа якої визначає корисну питому роботу за один цикл роботи ідеального двигуна.
Термічний к.к.д. цього циклу визначають за формулою:

η t = 1 – (1/ εk -1),

де ε = υа/υс - ступінь стиску; k - показник адіабати; υ a – питомий робочий об'єм циліндра; υс - питомий об'єм камери згоряння.
Коли знехтувати несталістю показника адіабати k, що змінюється y порівняно вузьких межах, то термічний к.к.д. залежить тільки від ступеня стиску ε. Із збільшенням ступеня стиску термічний к.к.д. циклу збільшується.
В результаті здійсненого колового циклу двигун виконує питому роботу, яку легко визначити по рυ-діаграмі. Повна питома робота ω пов протягом циклу чисельно дорівнює площі 1/ 432 /1 /. Питома робота, витрачена двигуном на стискання - wCT газу по лінії 1-2, чисельно дорівнює площі 1'122'1'. Корисна питома робота wкоp. являє собою різницю wкоp = ω пов - wст і чисельно дорівнює площі 12341.
Цикл з підвищенням теплоти при р = const. Ідеальний цикл двигуна, що працює при р = const, складається з двох адіабат,однієї ізобари та однієї ізохори. Нехай газ від точки 1 до точки 2 стискається за адіабатою з підвищенням тиску і температури. Підведення питомої теплоти Q1 відбувається за ізобарою 2- 3 з підвищенням температури. Потім газ розширюється за адіабатою 3-4 і здійснює питому роботу. І, нарешті, за ізохорою 4 - 1 відбувається відведення теплоти Q2 до холодильника. Термічний к.к.д. циклу визначають за формулою:

η t = (1/[εk -1])*([pk-1]/[k{p-1}])




де ε = υ 1 / υ 2 - ступінь стиску; р = v3/v2- ступінь ізобарного (попереднього) розширення; k - показник адіабати.
Коли виключити з розгляду несталість показника адіабати k, то з формули видно, що із збільшенням є термічний к. к. д. циклу η t збільшується, а з підвищенням р - зменшується.
Цикл із змішаним підвищенням теплоти при v = const і р - const. Для підвищення економічності двигуна було введено цикл із змішаним підведенням теплоти. Він є узагальненням двох раніше розглянутих циклів (при v = const і р = const).
Газ від точки 1 до точки 2 стискається за адіабатою з підвищенням тиску і температури. По лінії 2-3 підводиться частина питомої теплоти Q1 при сталому питомому об'ємі. По лінії 3-4 підводиться решта питомої теплоти Q1 при сталому тиску. По лінії 4-5 газ адіабатно розширюється, і за ізохорою 5-1 питома теплота Q2 відводиться в холодильник.
Характеристиками циклу із змішаним підведенням теплоти є такі величини:
ε = υ 1/υ 2 - ступінь стиску;
р = υ 4/υ 2 - ступінь ізобарного розширення;λ = υ 3/υ 2 - ступінь збільшення тиску на ділянці підведення теплоти.
Термічний к.к.д. циклу визначають за формулою:  

η t = 1 – ([pkλ-1]/[{λ-1}+kλ{p-1}])  
Як видно з формули, термічний к.к.д. циклу збільшується з підвищенням ε та λ і зменшується з підвищенням р.
Порівняння трьох розглянутих циклів. Розглянуті раніше два цикли є окремими випадками циклу із змішаним підведенням теплоти. Так, наприклад, при р = 1 питомі об'єми V2 і V4 дорівнюють один одному, отже, цикл із змішаним підведенням теплоти перетворюється в цикл з ізохорним підведенням теплоти. При λ = 1, коли тиск р2 = р3, цикл є ізобарним.
Порівняння ідеальних циклів, що здійснюються при різних способах підведення теплоти, показують, що:
·   при однакових ступенях стиску η t циклу з ізохорним підведенням теплоти більший, ніж η t циклу з ізобарним підведенням теплоти;
·   при однакових найбільших тисках η t циклу з ізобарним підведенням теплоти більший, ніж η t циклу з ізохорним підведенням теплоти;
·   при однакових невеликих температурах η t циклу з ізобарним підведенням теплоти більший, ніж я, циклу з ізохорним підведенням теплоти.
Цикл із змішаним підведенням теплоти займає проміжне положення між розглянутими двома циклами. При оптимальному ступені стиску її змішаному циклі можна досягти η t вищого, ніж у циклі з ізобарним підведенням теплоти, за рахунок деякого підвищення максимального тиску.

4. Цикли зі змінним підведенням теплоти
Циліндр компресора, закритий з обох боків кришками, має дві порожнини. Такі циліндри називають циліндрам подвійної дії на відміну від циліндрів простої дії, які мають одну робочу порожнину. У стінках циліндра встановлені впускний і випускний клапани, які відкриваються і закриваються за рахунок перепаду тиску між робочою порожниною відповідною камерою (всмоктувальною або нагнітальною). Для охолодження циліндра передбачена водяна сорочка.
Багатоступінчасті компресори
В одноступеневих поршневих компресорах з водяним охолодженням можна стискати гази до 1 МПа через загрозу самозаймання мастила компресора. Вищого тиску досягають в багатоступінчастих компресорах, де газ охолоджується як за рахунок тепловідведення у водяну сорочку, так і в охолоджувачах між ступенями. Застосування багатоступінчастого стискання зменшує витрати потужності на привод компресора і запобігає небезпечному підвищенню температури (вище, ніж температура обвуглення мастила), що має місце при одноступеневому стисканні до високого тиску.
Енергетична ефективність міжступеневого стискання пояснюється тим, що цей процес стискання в окремих ступенях з проміжним охолодженням наближається до ізотермічного. Кількість ступенів, необхідних для досягнення потрібного ступеня підвищення тиску є: z= 2 при ε<6; z = 2 при ε=6...30; z = 4 при ε=30...100 і т.д.
Теоретичні дослідження і результати експериментів показують, що в багатоступінчастому компресорі найменшими витрати роботи будуть при рівномірному розподілі роботи між ступенями або, що одне й те саме, при однакових підвищенням тиску в усіх ступенях компресора.
Компресорні установки складаються з основного (компресор з електродвигуном, масловідділювач, ресивер, економайзер) і допоміжного (фільтр на вході в компресор, контрольно-вимірювальні прилади) обладнання та арматури (зворотний клапан на напірному патрубку, запобіжний клапан на повітрозбірнику, засувка на напірній лінії після повітрозбірника, вентилі на дренажних лініях повітрозбірник і волого-масловідділювачів, вентиль на лінії води, що охолоджує компресор).
Принципову схему компресорної установки (рис. 1) з одним поршневим двоступеневим компресором (при потребі їх можна встановити кілька) показано на рис. 1. Робота цієї установки здійснюється таким чином. Повітря з навколишнього середовищі надходить у повітрозбірник 3, звідки через фільтр 5 подається в циліндр ступеня стискання компресора 2.
Стиснуте повітря в І ступені компресора потрапляє в охолоджувач 8, де віддає теплоту холодній воді, що циркулює в змійовику охолоджувача. Охолоджене повітря надходить у циліндр ІІ ступеня стискання, потім у кінцевий водяний охолоджувач 14, після якого направляється в масловідділювач 15. Далі через зворотний клапан 16 повітря по нагнітальному трубопроводу 17 потрапляє в ресивер 18, з якого подається споживачеві. При роботі компресорної установки вимірюють тиск на нагнітальній та вакуум на впускній магістралях, температуру повітря і води в обох ступенях стискання. Режими роботи установки регулюються за допомогою засувок 11, 13 та 20. Безпека роботи забезпечуються запобіжним клапаном 19.


5.Список використаної літератури

1. Черняк О.В. ; Грибницька Г.Б. «Основи теплотехніки і гідравліки» К., Вища школа 1982 р. ст. 190-193.
2. Драганов Б.Х «Теплотехніка» Київ, «Інкос» 2005 р. ст.166-170.
4. http://znaimo.com.ua/%D0%94%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D1%83%D0%BD_%D0%B2%D0%BD%D1%83%D1%82%D1%80%D1%96%D1%88%D0%BD%D1%8C%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%B7%D0%B3%D0%BE%D1%80%D1%8F%D0%BD%D0%BD%D1%8F#link9