Преобразователи энергии линейные

В настоящее время в нелинейной термодинамике главным образом проводятся теоретические исследования, касающиеся процессов самоорганизации в биологических системах. В то же время применение термодинамического подхода для нахождения условий и способов регуляции энергетического сопряжения конкретных биологических процессов ограничено линейной термодинамикой. Однако в последние годы был получен ряд важных результатов, позволивших распространить область применимости линейных соотношений на биохимические процессы, далекие от равновесия. Это дало возможность провести термодинамический анализ свойств ряда молекулярно-биологических преобразователей энергии и выявить свойства внутренних регуляторных связей, механизм которых остается пока неясным. В этом проявилась сила термодинамического подхода, для применения которого не требуется знания молекулярных механизмов рассматриваемых процессов. [c.6]

Превращение энергии в линейных системах, т. е. в системах, которые можно описать с помощью линейных феноменологических соотношений неравновесной термодинамики, обсуждалось в гл. 4, где было показано, что степень сопряжения — очень полезная величина при описании таких систем. В большинстве случаев ее в принципе можно измерить, что позволяет рассчитать максимальную эффективность системы, а также эффективность при максимальной выходной мощности без каких-либо дополнительных сведений. Эффективность при максимальной выходной мощности часто представляет наибольший интерес и имеет одинаковое значение независимо от того, действует ли в системе постоянная движущая сила (режим источника постоянного напряжения ) или поддерживается постоянный поток ( постоянное значение электрического тока в эквивалентном контуре). Выходная мощность в системах с разумно высокой степенью сопряжения преобразователя энергии при этих двух способах работы достигает максимума при весьма различных величинах нагрузки режим фиксированной силы благоприятен при низких нагрузках, а режим фиксированного потока — при высоких. [c.295]

Если линейный преобразователь энергии должен дать высокую выходную мощность в широком интервале нагрузок, то работа только в одном из указанных режимов смысла не имеет. Целесообразнее снабдить преобразователь специальным устройством, которое регулирует подводимую энергию в зависимости от нагрузки п тем самым оптимизирует режим работы. В технике хорошо известны сервомеханизмы такого типа. Например, в тепловой машине всегда имеется автоматический регулятор. Известно, что регуляторные механизмы весьма важны и в биологии. Преобразователь энергии с таким регулятором мы назовем саморегулируемым. Задача состоит в рассмотрении характеристических соотношений между подводимой и выходной мощностями в системах этого типа. [c.295]

Линейные преобразователи энергии рассматриваемого нами типа, очевидно, имеют две степени свободы, т. е. стационарное состояние определятся двумя контролируемыми извне параметрами. Один из них — обычное нагрузочное сопротивление, которое само по себе достаточно, чтобы фиксировать эффективность работы. Обобщенное нагрузочное сопротивление выражается как [c.296]

Основная причина, ограничивающая верхний предел измерения термоэлектронного манометра, — нарушение линейности градуировочной характеристики при высоких давлениях. Это происходит при эффективной длине ионизации электрона (т. е. при среднем расстоянии, на котором один электрон образует один ион газа), соизмеримой со средней длиной пролета электрона в пространстве ионизации манометрического преобразователя. В этом случае число вторичных электронов, образовавшихся при ионизации, приблизительно равно числу первичных электронов, вылетевших из катода. Вторичные электроны, приобретая энергию, достаточную для ионизации молекул газа, нарушают линейную зависимость между электронным и ионным токами. В газе возникает разряд, при котором ионный ток коллектора не будет пропорционален электронному току и давлению. Если в процессе измерения высоких давлений поддерживать электронный ток постоянным, то наблюдается кажущееся уменьшение постоянной манометра. [c.113]

В связи с тем что а-частицы в манометрическом преобразователе имеют различные энергию и длину траекторий, переход от линейной зависимости ионного тока от давления к насыщению должен происходить плавно. Однако фактически верхний предел измерения радиоизотопного манометра обнаруживается при давлении более низком по сравнению с условием (6. 13), что объясняется рекомбинацией ионов в объеме преобразователя. Вольт-амперные характеристики системы анод—коллектор, полученные экспериментально при различных давлениях, показывают, что с возрастанием давления анодное напряжение, соответствующее току насыщения, увеличивается вследствие наличия объемного заряда в рабочем пространстве преобразователя. Объемная рекомбинация ионов наступает тогда, когда длина свободного пробега иона становится меньше расстояния между анодом и коллектором. Для того чтобы собрать на коллектор возможно большее число ионов, увеличивают анодное напряжение, уменьшают объем ионизации и применяют многостержневой коллектор. Все эти изменения приводят к повышению верхнего предела измерения преобразователя лишь при соответствующем повышении нижнего предела измерения, так как при этом сильно возрастает отношение [c.143]

В магнитострикционном преобразователе происходит двоякое преобразование энергии электромагнитное и магнитомеханическое. Каждое из них сопровождается, потерями энергии, выделяющейся в виде теплоты. Электромагнитное преобразование вызывает потери в обмотке, потери на вихревые токи и на гистерезис в материале преобразователя. С ростом частоты потери на гистерезис возрастают линейно, а потери на вихревые токи — квадратично. [c.124]

В последние годы существенно возрос интерес к ферритам с гексагональной структурой в связи с расширяющейся перспективой их использования в сверхвысокочастотной технике и в качестве постоянных магнитов. Наличие в этих материалах значительных внутренних магнитных полей (полей анизотропии) предопределило возможность их применения в линейных устройствах санти- и миллиметрового диапазона длин волн (малогабаритные резонансные вентили и др.), а низкие значения линии ферромагнитного резонанса открывают перспективу применения монокристаллических гексаферритов в нелинейных сверхвысокочастотных приборах (ограничители мощности, генераторы и преобразователи частот и др.). Возможность достижения высоких значений магнитной энергии (превышающих 31,8-Т-А/м) и относительная дешевизна производства постоянных магнитов на основе твердых растворов гексагональных ферритов определяют их устойчивую конкурентноспособность по сравнению с металлическими магнитами. [c.4]

Влияние частоты ультразвука. О влиянии частотных характеристик ультразвукового поля существуют противоречивые мнения. Так, с одной стороны, отмечается [136], что кавитационный пузырек вырождается в пульсирующий при повышении частоты до 10 и понижении до 10 Гц, а эрозионная активность его не зависит от частоты. С другой стороны, установлено, что эрозионная активность пузырька линейно уменьшается с ростом частоты колебаний в диапазоне от 20 до 500 кГц [112]. Поэтому для технологических ультразвуковых установок в машиностроении в качестве оптимального принят диапазон частот от 18 до 44 кГц, поскольку уменьшение частоты в область слышимых звуков приводит к повышению уровня шума, а увеличение частоты более 44 кГц — к снижению КПД преобразователей. Однако повышение частоты может привести к положительным эффектам, так как в этом случае могут возникнуть более равномерное кавитационное поле и более интенсивные акустические течения. Эффект очистки при повышении частоты можно также объяснить тем, что за счет уменьшения длины волны увеличивается возможность проникновения ультразвуковой энергии в капиллярные области между частицами зернистого материала. [c.75]

Для того чтобы считать устройство точечным преобразователем, вовсе не важно, какой принцип лежит в основе его работы. Достаточно, чтобы длина и ширина устройства были значительно меньше длины волны и чтобы эффективность работы его либо принципиально не зависела от направления движения волн, либо устройство могло самостоятельно отслеживать изменение этого направления и переориентироваться в пространстве. Особенный интерес к точечным преобразователям связан с тем, что они не только могут обладать достаточно высокими КПД преобразования, использоваться как в одиночку, так и совместно, образуя целые энергосистемы, но и с тем, что они собирают энергию с участка фронта волны, превышающего их линейные размеры и могут применяться в качестве волнозащитных устройств. [c.143]

Метод диаграмм позволяет нам лучше понять сущность феноменологической стехиометрии 2 и степени сопряжения д. В гл. 4 было показано, что эти величины весьма полезны при описании работы линейных преобразователей энергии. Теперь можно объяснить их на примере однонаправленных циклических потоков а, Ь и с для систем, аналогичных описанным на рис. 5.1. Для этого перепишем уравнения (5.25) и (5.26) следующим образом [c.84]

Важно понять, что данная ТП не является единственной могут существовать другие условия, когда / и /2 одновременно проходят через точку перегиба при изменении Xi и неизменном Х2 и наоборот. В этом случае взаимность отсутствует. Следовательно, хотя линейное поведение обнаружено при сугубо физиологических условиях в эксперименте in vitro и поэтому, как предполагается, может проявляться также и in vivo, возникает вопрос имеется ли основание предполагать, что такое поведение отражает наличие ТП Ответ можно получить из анализа устойчивости. Исследование уравнений (6.46) и (6.47) показывает, что даже в этой простой модели константа скорости отличается от константы первого порядка на множитель g Ail)F/i r Анализ устойчивости выходит за рамки этой главы, но возможно, что именно в приближенной линейности и взаимности, присущей высокосопряженному преобразователю энергии в ТП, заключен определенный физиологический смысл, так как в этом случае выполняются условия локальной асимптотической устойчивости [16,24]. Хотя крайне маловероятно, что все, что можно извлечь из точной линейности и взаимности, например минимум диссипации энергии и критерий эволюции [10], можно применить к описанной здесь системе, тем не менее существование приблизительной линейности и взаимности может автоматически обеспечить правильную траекторию и, следовательно, даст возможность получить из эксперимента такую информацию, которую в настоящее время, по крайней мере для эпителиальных тканей, невозможно получить каким-либо другим способом. [c.113]

Был проведен аиализ системы последнего типа путем рассмотрения последовательно соединенных преобразователя энергии (с линейными свойствами) и регулятора, модифицирующего работу первичного источника энергии [12]. Выход регулятора соединен с входом преобразователя. Нелинейность заключена в регуляторе. Диаграмма такой системы представлена на рис. 12.4. Можно отметить, что характеристики стабильности системы неоднократно рассматривались и подробно изучены (см., например, [66,68]). В приведенной схеме петля обратной связи возвращается к регулятору от преобразователя энергии, а не от какой-либо произвольной точки за пределами выходных терминалов . Это важное свойство системы. Регулятор пе пользуется никакими источниками информации о нагрузке, кроме тех, которые основаны на работе самого преобразователя. Было показано (см. приложение к этой главе), что если преобразователь энергии пе полностью сопряжен, действует в пределах между состояниями статического напора и установившегося потока и характеризуется однозначным адаптационным откликом па любую нагрузку, то его поведение всегда можно описать одним и тем же общим уравнением, которое можно рассматривать как каноническое уравнение регулятора. В своей простейшей форме это выражение сводится к соотношению Хилла между силой и скоростью. Такая интерпретация приводит к весьма примечательному заключению степень сопряжения преобразователя дается выражением [c.279]

Таким образом, для системы в целом с этой точки зрения пониженная степень сопряжения — это та цена, которую приходится платить за наличие регуляции. Использование энергии на чисто регуляторные нужды в биоэнергетических механизмах в настоящее время признается как явление весьма общего значения [33]. Вероятно, всю систему можно рассматривать как преобразователь энергии с переменной степенью сопряжения и под понимать величину, которая сама подстраивается под нагрузку. Величина д тоже не обязана быть постоянной, но ее постоянство является существенным свойством рассматриваемого здесь класса преобразователен. Полезно отметить, что если бы / гег были постоянными, причем система в целом вела бы себя как линейная, то регуляция описанного типа все еще была бы возможна и А возрастало бы с ростом нагрузки. Поскольку /г неизбежно снижается с ростом нагрузки, когда система переходит из режима установившегося потока в режим статического напора, Лге должно падать в соответствии с уравнением (12.30). Это привело бы к возрастанию А по уравнению (12.29) в условиях постоянства Лсоь Однако такая система была бы неоправданно неэффективной, так как потребовались бы очень низкие значения д ои чтобы обеспечить мало-мальски равномерную мощность на выходе в широком интервале нагрузок. [c.285]

Регуляция по стехиометрии , основанная на кинетических факторах. Регуляторная схема, описанная выше, имеет тот недостаток, что регулятор является диссипативным устройством. В результате эффективность всей системы, рассчитанная на основе полного сродства, всегда будет ниже, чем эффективность самого преобразователя энергии. Как уже отмечалось, такова может быть цена, уплачиваемая за регуляцию. Однако Борнхорст и Минарди [9] попытались решить проблему, исключив потери, и выдвинули феноменологическую модель, действующую при постоянном сродстве. При этом регуляция осуществляется путем изменения стехиометрических коэффициентов. Изменение коэффициентов в этой модели связывается с моделью скольжения филаментов в сокращающейся мышце. Предполагается, среди прочего, что 1) поперечные мостики, которые рассматриваются как фундаментальные субъединицы, представляют собой линейные преобразователи энергии с постоянными стехиометрическими коэффициентами (такое же предположение лежит в основе модели регуляции путем изменения сродства), 2) число активных поперечных мостиков меняется в зависи- [c.285]

Если соображения, которые приводят к уравнению (12.23), действительно правильно отражают основы наблюдаемых меха-нохимических свойств мышцы, то ее можно рассматривать как регулируемый линейный преобразователь энергии с постоянными коэффициентами. Однако можно, как обсуждалось ранее, рассматривать мышцу и как преобразователь энергии с переменными коэффициентами. Разница между этими двумя способами описания может оказаться лишь результатом выбора модели черного ящика или рабочего элемента. Было бы странно, если бы систему, описываемую вторым способом и подчиняющуюся уравнению Хилла, невозможно было охарактеризо- [c.291]

Мышца в принципе может относиться к классу простых саморегулируемых преобразователей энергии [12], поскольку механохимический процесс может быть линейным и, по-видимому, удовлетворяет требованиям стационарности и неполного сопряжения. Если это так, то соотношение Хилла между силой и скоростью содержит лишь один параметр, подлежащий уточнению, — степень сопряжения. [c.293]

Показано, что характеристическое гиперболическое соотношение между силой и скоростью для мышц (уравнение Хилла) приводит к концептуальной модели, основанной на понятии саморегуляции. Теоретический анализ саморегулируемых линейных преобразователей энергии проведен в приложении. Анализ показывает, что уравнение Хилла содержит всего один параметр, подлежащий уточнению, — степень сопряжения этот параметр можно определить из кривизны графика зависимости между силой и скоростью. В частности, для икроножной мышцы лягушки получена степень сопряжения около 90 %, соответствующая максимальной эффективности 40 %. [c.294]

Приложение вывод уравнения Хилла для саморегулируемых линейных преобразователей энергии [c.295]

Более сложный способ графического представления (диаграмма входа — выхода) показан на рис. 12.7. В основе этой диаграммы лежит тот факт, что феноменологические уравнения, будучи линейными, описывают аффинное преобразование. Выходное пространство можно отобразить на входном пространстве и обратно. При таком преобразовании прямые линии переходят в прямые, а параллельные — в параллельные. Такая операиия просто переводит каждую точку одного пространства в точку другого пространства. Следовательно, любая кривая на диаграмме представляет траекторию в обоих пространствах одновременно (в сущности, это двумерная проекция четырехмерього графика). Диаграмма входа — выхода дает сведения как о самой системе, так и о способе ее работы. Действительно, ири подходящем выборе осей координат диаграмму можно использовать на практике при управлении такими преобразователями энергии или получить с ее помощью сжатое графическое описание их поведения. Когда степень сопряжения приближается к нулю, выходное пространство вырождается в одну прямую линию, т. е. оси статического напора и установившегося потока сливаются. Когда сопряжение приближается к полному, наклон [c.298]

Каждый рентгеновский фотон, попадающий в детектор, вызывает один импульс напряжения. Однако, поскольку на детектор приходят рентгеновские фотоны с различной энергией, нужно измерить амплитуду импульса, которая пропорциональна энергии каждого фотона. Электронная схема, выполняющая эту задачу, состоит из трех частей линейный (импульсный) усилитель, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и память. Для иллюстрации их функций рассмотрим рентгеновский фотон Ре К-Ьз,2, который образует в детекторе 1662 электрона. Предусилитель преобразует этот заряд в напряжение, скажем, 32 мВ. Дальнейшее усиление в линейном усилителе приведет к колоколообразному импульсу амплитудой 3,20 В. Амплитуда импульса измеряется АЦП, приводя к цифровому значению 320. В результате содержимое памяти по адресу (или канала) 320 будет увеличено на единицу. При повторении этого процесса для каждого рентгеновского фотона, попавшего в детектор, в память будет записан спектр. Используют память с числом каналов 1024 (1К) или 2048 (2К) (здесь К — килобайт. — Перев.). Если каждый канал соответствует 20 эВ, это покрывает диапазон энергий от О до 20 или от О до 40кэВ. [c.79]

Следует отметить также, что после прохождения слоя материала спектральный состав немоноэнергетического излучения изменяется, так как кванты различной энергии поглощаются по-разному. Обычно фотоны низких энергий затухают быстрее, поэтому эффективный линейный коэффициент ослабления увеличивается, а прошедшее излучение становится по спектральному составу более жестким, это использует в целях фильтрации. При анализе интенсивности прошедшего излучения или мощности экспозиционной дозы в широком пучке следует учитывать, что часть квантов, рассеянных вторично, также попадает на индикатор или первичный измерительный преобразователь и увеличивает мощность экспозиционной дозы. Это увеличение учитывается умножением на коэффициент накопления или путем уменьшения линейного коэффициента ослабления на 1ш<ц. [c.297]

Типичный представитель группы IV — так называемый плот Коккереля (английского изобретателя). Первое звено этой системы — приемник энергии волн в виде плота из нескольких звеньев 1, шарнирно соединенных между собой. При прохождении вдоль плота поверхностных волн его звенья изменяют наклон относительно друг друга, стремясь расположиться по уровню свободной поверхности очередной волны. Происходит как бы своеобразная кусочная линейная аппроксимация профиля волны звеньями плота. При этом совершается работа, используемая вторым преобразователем 2. В качестве второго преобразователя работают насосы, накачивающие рабочую жидкость в гидравлический аккумулятор 3. Следовательно, механическая энергия колебаний звеньев плота преобразуется в энергию гидравлического потока, запасаемую в гидравлическом аккумуляторе. Оттуда, по мере надобности, рабочая жидкость поступает в гидравлический двигатель 4, вращающий генератор электрической энергии 5 [c.34]

Преобразователи частоты A S 611 и A S 617 оснащаются двумя преобразователями с модулями IGBT, один из которых включается на стороне блока питания вместо диодного моста, другой — на стороне двигателя и предназначенный для регулирования частоты вращения. Это делает возможным двухстороннее направление потока энергии и работу в четырех квадрантах. Перед линейным преобразователем устанавливается фильтр, подавляющий высшие гармоники. [c.260]