Лекции по "Естествознанию"

 
 
 
21. Техническое использование переменного  тока. 
 
Используется  для передачи и распределения электрической энергии преимущественно благодаря простоте трансформации его напряжения почти без потерь мощности.  Двигатели, основанные на переменном токе, меньше по габаритам, проще по устройству, надёжнее и дешевле. Переменный ток может быть выпрямлен, например полупроводниковыми выпрямителями, а затем с помощью полупроводниковых инверторов преобразован вновь в переменный ток другой, регулируемой частоты; это создаёт возможность использовать простые и дешёвые безколлекторные двигатели.  Переменный ток широко применяется в устройствах связи (радио, телевидение, проволочная телефония на дальние расстояния и т. п.). 
 
22. Закон Фарадея и принцип действия электрических трансформаторов. Линии электропередач. 
 
ЭДС, создаваемая во вторичной обмотке, может быть вычислена по закону Фарадея, который гласит, что: 
 
 
 
Где 
 
U2 — Напряжение на вторичной обмотке, 
 
N2 — число витков во вторичной обмотке, 
 
Ц — суммарный магнитный поток, через один виток обмотки. Если витки обмотки расположены перпендикулярно линиям магнитного поля, то поток будет пропорционален магнитному полю B и площади S через которую он проходит. 
 
ЭДС, создаваемая в первичной обмотке, соответственно: 
 
 
 
Где 
 
U1 — мгновенное значение напряжения на концах первичной обмотки, 
 
N1 — число витков в первичной обмотке. 
 
Поделив уравнение U2 на U1, получим отношение: 
 
 
Работа трансформатора основана на двух базовых принципах: 
 
1.Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле . 
 
2. Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке. 
 
На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате  электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку. В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать. 
 
^ Линия электропередачи (ЛЭП) — один из компонентов электрической сети, система энергетического оборудования, предназначенная для передачи электроэнергии посредством электрического тока. Также электрическая линия в составе такой системы, выходящая за пределы электростанции или подстанции.  
 
Различают воздушные и кабельные линии электропередач. 
 
По ЛЭП также передают информацию при помощи высокочастотных сигналов  и ВОЛС. Используются они для диспетчерского управления, передачи телеметрических данных, сигналов релейной защиты и противоаварийной автоматики. 
 
23. Взаимодействие электромагнитного поля и движущегося заряда. Сила Лоренца. Принцип действия электрогенераторов. 
 
На электрический заряд, движущийся в магнитном поле, действуетсила Лоренца, равная 
 
  
 
где q - величина заряда, Кл; u — скорость заряда, м/с; В  
 
— магнитная индукция поля, Г. Эта сила направлена перпендикулярно векторам u и В. 
 
Если проводящий контур движется а стационарном магнитном поле, то в нем наводится э.д.с. индукции, поскольку на каждый свободный заряд — носитель тока в проводнике, перемещающийся вместе с проводником в магнитном поле, действует сила Лоренца, поэтому на отрезке длиной l, движущемся в поле с магнитной индукцией В со скоростью u возникает э.л.с., равная E=-B l u, B  
 
На этом основаны электромеханические электрогенераторы, в которых на статоре размещена обмотка, через которую пропускается постоянный ток, в результате чего в зазоре между статором и ротором (якорем) создается сильное магнитное 
 
поле. На поверхности ротора уложена вторая обмотка, в которой при вращении ротора и пересечении в результате этого силовых линий магнитной индукции создается электродвижущая сила. 
 
Сила Лоренца используется в кольцевых ускорителях заряженных частиц для многократного прогона их (в процессе разгона) по одному и тому же пути.  
 
24. Электромагнитное излучение и его природа. Шкала электромагнитных волн, области применения различных частотных диапазонов в технике и технологиях. 
 
Источником электромагнитного излучения всегда является вещество. Но разные уровни организации материи в веществе имеют различный механизм возбуждения электромагнитных волн. Так электромагнитные волны имеют своим источником токи, протекающие в проводниках, электрические переменные напряжения на металлических поверхностях (антеннах) и т. п. Инфракрасное излучение имеет своим источником нагретые предметы и генерируются колебаниями молекул тел. Оптическое 
 
излучение происходит в результате перехода электронов атомов с одних орбит возбужденных) на другие (стационарные). Рентгеновские лучи имеют в своей основе возбуждение электронных оболочек атомов внешними воздействиями, например, бомбардировкой электронными лучками. Гамма-излучение имеет источником возбужденные ядра атомов, возбуждение может быть природным, а может явиться результатом наведенной радиоактивности.  Шкала электромагнитных волн:  
 
От 1011-103 мкм – электромагнитные волны 
 
103-0,74 мкм – инфракрасное излучение (ИКИ) 
 
0,74--0,4 мкм – видимый свет 
 
0,4мкм- 0,004 мкм – видимый свет 
 
0,01-5 Ч10 -6 мкм – ультрафиолетовое излучение (УФИ) 
 
5Ч105-10-6 мкм и далее – рентгеновские лучи  
 
Электромагнитные волны иначе называются радиоволнами.  
 
Длинные и средние волны огибают поверхность, хороши для ближней и дальней радиосвязи, но обладают малой вместимостью; короткие волны — отражаются от поверхности и обладают большей вместимостью, используются для дальней радиосвязи; 
 
^ УКВ — распространяются только в зоне прямой видимости, используются для радиосвязи и в телевидении; 
 
ИКИ — применяются для всякого рода тепловых приборов; 
 
видимый свет — используется во всех оптических приборах; 
 
УФИ — применяется в медицине; 
 
Рентгеновское излучение используется в медицине и в приборах контроля качества изделий; гамма-лучи — колебания поверхности нуклонов, входящих в состав ядра, используются в парамагнитном резонансе для определения состава и структуры 
 
вещества. 
 
25. Свойства металлов (электропроводность, звукопроводность, твёрдость, пластичность, ковкость, плавкость, плотность). 
 
Металлы  — группа элементов, обладающая характерными металлическими свойствами, такими как высокая тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск.  
 
Характерные свойства металлов: 
 
1. Металлический блеск (характерен не только для металлов: его имеют и неметаллы йод и углерод в виде графита). 
 
2. Хорошая электропроводность. 
 
3. Пластичность. 
 
4. Высокая плотность. 
 
5. Высокая температура плавления. 
 
6. Большая теплопроводность. 
 
7. В реакциях чаще всего являются восстановителями. 
 
Электропроводность — это способность тела проводить электрический ток, а также физическая величина, характеризующая эту способность и обратная электрическому сопротивлению.  
 
Твёрдость — свойство материала сопротивляться проникновению в него другого, более твёрдого тела —индентора. Твёрдость измеряют в трёх диапазонах: макро, микро, нано. 
 
Пластичность — способность материала без разрушения получать большие остаточные деформации. Мерой пластичности является удлинение д при разрыве. Чем больше д, тем более пластичным считается материал.  
 
Ковкость 
 
Способность  металлов и сплавов подвергаться ковке и другим видам обработки давлением. Ковкость характеризуется двумя показателями — пластичностью, то есть способностью металла подвергаться деформации под давлением без разрушения, и сопротивлением деформации. У ковких металлов относительно высокая пластичность сочетается с низким сопротивлением деформации. 
 
Плавкость – свойство металлов переходить из твердого кристаллич. состояния в жидкое при нагревании. Среди металлов есть тугоплавкие металлы.  
 
Плотность  — скалярная физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму.  
 
26. Сущность параметров давления и температуры, их влияние на фазовое состояние вещества, использование на практике, в технике и технологиях. 
 
Энергия есть мера движений материи, удельная энергия — мера движения материи, заключенной в единице объема. ^ Удельная энергия газа, выраженная в Дж/м3, есть давление этого газа, выраженное в Па (Паскалях), или. что то же самое, в Н/м2, т.е. силе, выраженной в Ньютонах, приходящейся на единицу площади, выраженной в кв. м.: 
 
 

 
^ Физическая сущность давления газа на поверхность заключается в упругой передаче молекулами импульсов движения этой поверхности при изменении своего направления движения в результате соударения с этой поверхностью. Таким образом, давление будет тем больше, чем больше число молекул в единице объема и чем выше их скорость. 
 
Температура — это мера энергии одной молекулы газа: 
 
  
 
где m — масса молекулы, u — ее скорость, k = 1,38 • 10-23 Дж/град. 
 
Для перехода тел из одного состояния в другое — из твердого в жидкое или из жидкого в газообразное нужно затратить дополнительную энергию — энергию плавления или энергию парообразования соответственно. Для воды эта энергия составляет 6,013 и 40,683 кДж/моль. При обратных фазовых переходах (конденсации или кристаллизации) происходит выделение тепла. Благодаря этому явлению не происходит полного замерзания рек и озер. Дождь идет теплым, что важно для растений. Практическое применение теплоты плавления или 
 
парообразования заключается в первую очередь в учете ее при расчете затрачиваемого на плавление или парообразования тепла. Данное физическое явление может быть в ряде случаев полезно использовано, например, для поддержания постоянства температуры в некотором объеме. В этом случае плавящееся или испаряющееся теле нужно специально подбирать или менять его 
 
давление. Следует учитывать, что температура фазовых переходов зависит от давления (фазовая диаграмма с тройной точкой). Это используют на практике, например, применение скороварок убыстряет процесс приготовления пищи, т. к. температура кипения воды повышается. В горах, где давление воздуха ниже, мясо варится более продолжительное время. 
 
27. Источники энергии. Способы преобразования энергии. ТЭС, ГЭС, АЭС. Альтернативная энергетика. 
 
1. Гидроисточники и геотермальные источники (основаны на воде). Энергия геотермальных вод – это энергия подземных горячих вод. 
 
2. Энергия ветра (в США планируется к 2020 году увеличить ветроэнергию в 50раз). 
 
3. Гелиоэнергетика (использование солнечной энергии). Солнце (звезда) выделяет энергию путем термоядерного синтеза.  
 
^ 4. АЭС (атомные электростанции). Используют энергия деления ядер. Первая АЭС была построена 27 июня 54 года в г. Обнинск.  
 
Принцип работы основан на цепной реакции деления урана.  
 
1кг урана выделяет в миллион раз больше энергии, чем 1кг каменного угля.  
 
^ Способы преобразования энергии: 
 
1. Получение тепловой энергии при сжигании топлива.  
 
2. Преобразование, заключенной в топливе тепловой энергии, в механическую работу. 
 
3. Преобразование тепла, высвобождающегося при сгорании топлива и деления ядер электроэнергию. 
 
Паровая машина была создана во второй половине 19в. английским изобретателем Дж.Уаттом. Далее в 1886 немецкий электрик В. Сименс изобрел динамо-машину (электрогенератор). 
 
^ ТЭС (тепловая электростанция) при сжигании ископаемого топлива получаются тепло и пар, подаваемый на турбогенераторы, вырабатывающие электроэнергию. В качестве топлива используются уголь, нефтепродукты или природный газ. КПД современной ТЭС – около 40%.  
 
^ ГЭС (гидроэлектростанция): Принцип работы основан на преобразовании потенциальной энергии падающей воды в кинетическую энергию вращения турбины, связанной с генератором, преобразующим кинетическую энергию в потенциальную. КПД ГЭС – 60-70%. 
 
^ АЭС (атомная электростанция) Принцип работы основан на цепной реакции деления урана. Деление ядер сопровождается выделением огромного количества энергии. По энергоёмкости ядерное топливо значительно превосходит все другие виды потребляемого топлива. КПД АЭС – 32%. 
 
^ Альтернативная энергетика - совокупность перспективных способов получения энергии, которые распространены не так широко, как  традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования при низком риске причинения вреда экологии района. 
 
Направления альтернативной энергетики: 
 
1. Ветроэнергетика 
 
2. Гелиоэнергетика 
 
3. Альтернативная гидроэнергетика(водопадные ГЭС). 
 
^ 4. Геотермальная энергетика. 
 
5. Космическая энергетика (Получение электроэнергии в фотоэлектрических элементах, расположенных на орбите Земли. Электроэнергия будет передаваться на землю в форме микроволнового излучения).  
 
6. Биотопливо. 
 
28. Ядерная энергия и проблемы ее использования. Термоядерный синтез. Энергоэффективные технологии. 
 
^ Ядерная энергия - это внутренняя энергия атомного ядра, выделяющаяся при ядерных реакциях. Энергия, которую нужно затратить для расщепления ядра на составляющие его нуклоны наз-ся энергией связи ядра. Энергия связи ядра, рассчитанная на один нуклон, наз-ся удельной энергией связи. 
 
Энергия связи ядра складывается из энергии притяжения нуклонов друг к другу под действием ядерных сил и энергии взаимного отталкивания протонов под действием электростатических сил. Каждый нуклон сильно взаимодействует лишь с небольшим числом соседних. Поэтому уже начиная с альфа-частицы удельная энергия связи слабо растет с увеличением атомного веса, достигая максимума у ядра железа Fe (А=56), после чего идет спад. 
 
Из-за электростатического отталкивания протонов реакции ядерного синтеза могут развиваться, если кинетическая энергия ядер велика. В земных условиях осуществлены две термоядерные реакции - слияние двух дейтронов и синтез дейтрона т тритона. 
 
^ Термоядерный синтез – это реакция слияния лёгких ядер при больших температурах с выделением энергии. 
 
Недостатком ядерных энергий синтеза легких ядер - термоядерных реакций явл-ся необходимость получения высоких начальных температур и трудность удержания устойчивой плазмы. Эти трудности не преодолены до настоящего времени, и программы термоядерных реакций в наст. время свернуты во все мире. 
 
Альтернативой ядерных АЭС явл-ся иные источники, экологически безопасные. К ним относятся солнечная энергия, энергия ветра. рек, морских волн и приливов. 
 
29. Поведение веществ в электрических полях. Диэлектрики и пьезоэлектрики и их применение технике и технологиях. 
 
Всякое вещество, помешенной в магнитное и электрическое поле испытывает воздействие со стороны этого поля. Это воздействие для разных веществ различно, соответственно различна и реакция веществ на поле. 
 
Диэлектрики — это вещества, не проводящие электрического тока. Молекулы диэлектрика эквивалентны электрическим диполям. В отсутствие внешнего электрического поля электрические моменты диполей диэлектрика, не являющегося сегнетоэлектриком, расположены хаотично, и их результирующий момент равен нулю. Во внешнем же электрическом поле диэлектрики поляризуются, т.е. переходят в состояние, когда дипольные моменты молекул отличны от нуля. В таком состоянии диэлектрики называютсяполяризованными. 
 
Различают: 
 
— ориентационную поляризацию, которая состоит в повороте осей жестких диполей молекул полярного диэлектрика вдоль направления электрического поля; 
 
— электронную поляризацию диэлектрика с неполярными молекулами, состоящую в возникновении у каждой молекулы индуцированного электрического момента и осуществляющуюся в жидкостях и газах; 
 
— ионную поляризацию в кристаллических диэлектриках, например, в Nа-Сl, имеющих ионные кристаллические решетки, состоящую в смешении положительных ионов решетки вдоль поля, а отрицательных — в противоположную сторону. 
 
В результате образуются в противоположных направлениях как бы дополнительные (поляризационные) заряды, создающие внутри диэлектрика дополнительное поле, направленное против внешнего поля. Диэлектрики широко используются в конденсаторах.  
 
Пьезоэлектриками называется группа кристаллических диэлектриков, у которых в отсутствие внешнего электрического поля при механических деформациях в определенных направлениях на гранях кристаллов возникают электрические заряды противоположных знаков. Обратный пьезоэлектрический эффект заключается в изменении линейных размеров под действием электрического поля. Пьезоэлектрическим эффектом обладают кварц, турмалин и ряд других веществ. Эффект широко используется в радиотехнике в генераторах высоких частот высокой стабильности и точности, в которых кварцевые или керамические пластины с металлизированными обкладками используются в качестве стабилизаторов частоты. Прямой пьезоэффект используется в пьезозажигалках, в звукоснимателях электропроигрывателей грампластинок, в эхолокаторах и во взрывателях. Обратный пьезоэффект используется а излучателях ультразвука или звуку. Ультразвук широко используется в медицине, в морской технике и в промышленности. 
 
30. Поведение веществ в магнитных полях. Ферромагнетики и ферриты и их применение технике и технологиях. 
 
Всякое вещество, помещенной в магнитное и электрическое поле испытывает воздействие со стороны этого поля. Это воздействие для разных веществ различно, соответственно различна и реакция веществ на поле. 
 
Магнитиками называются все среды, способные намагничиваться в магнитном поле, т. е. сознавать собственное магнитное поле. ^ По магнитным свойствам магнетики разделяются на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. 
 
Для характеристики намагничивания вещества— вводится вектор интенсивности намагничения, пропорциональный векторной сумме магнитных моментов молекул, находящихся в единице объема: 
 
I=cmH  
 
где , cm — магнитная восприимчивость вещества, 
 
H — напряженность магнитного поля. У диамагнетиков cm < 0, у парамагнетиков cm > 0. Внесение диамагнетиков в магнитное поле ослабляет его, внесение парамагнетиков усиливает магнитное поле. 
 
^ К диамагнетикам относятся инертные газы, некоторые металлы (цинк, золото, ртуть), кремний, фосфор и многие органические соединения. К парамагнетикам — газы (кислород, окись азота), платина, палладий, соли железа, кобальта и никеля 
 
и сами эти металлы. 
 
Ферромагнетизм заключается в способности вещества реже усиливать магнитное поле, добавляя к внешнему полю поле своих молекул за счет их ориентации по внешнему полю. К ферромагнетикам относятся железо, никель, кобальт и некоторые сплавы. 
 
Ферромагнетики широко используются в катушках индуктивности для увеличения 
 
значения индуктивности при малых габаритах, поскольку индуктивность 
 
  
 
гае S — сечение сердечника, l — длина магнитной силовой линии. 
 
Ферромагнетики широко используются в трансформаторах, электромагнитах и 
 
обычных магнитах. 
 
Ферриты — это порошкообразные ферромагнетики, спрессованные совместно с диэлектрическим наполнителем в твердое состояние. Обладают пониженными потерями на вихревые токи и используются поэтому в высокочастотных индуктивностях. 
 
Явлением магнитострикции называется изменения формы и объема ферромагнетика при его намагничивании. Используется в ультразвуковых магнитострикционных вибраторах. 
 
31. Новые материалы. Синтетические материалы. Полимерные материалы. Термопласты и реактопласты, эластомеры, пластмассы и их применение технике и технологиях. 
 
Материалы – это ступени нашей цивилизации, а новые материалы – это трамплин для прыжка в будущее, меняющий облик нашего бытия. Синтетические материалы получают это вещество с помощью химических реакций. 
Во время реакции происходит соединение простых молекул в сложные. Такое соединение химики называют словом «синтез». В древности широко применялся один вид материала – камень. несколько тысячелетий назад удалось выплавить железо. Сейчас железо уступает другим материалам и прежде всего полимерам.Разнообразная одежда из полиэфира, полиэтиленовая посуда и т.п. – все это производится из полимеров. Многие детали современных самолетов изготавливаются из композиционных полимерных материалов. один из них – кевлар – по важному показателю прочность, масса превосходит даже самую высокопрочную сталь. Пластмассы – это материалы на основе природных или синтетических полимеров, способные принимать заданную форму при нагревании под давлением и устойчиво сохранять ее после охлаждения. Пластмассы различаются по эксплуатационным свойствам. виду наполнителя и типу полимера. Полимерные материалы широко применяются в строительной индустрии для изготовления рам, кровли и облицовочных плит.  
 
Эластомеры – еще одна разновидность полимерных материалов. К ним относится каучук, из которого производится широко распространенная резина, обладающая отличительным свойством – эластичностью. такое свойство объединяет многие эластичные материалы в одну группу эластомеров. Долгое время был известен только один вид эластичного материала – природный каучук. Натуральный каучук имеет сравнительно невысокие термостойкость и малостойкость, подвержен старению. Современные технологии позволяют получить синтетический каучук с лучшими свойствами. Превосходными качествами обладает силиконовый каучук. Сфера применения эластомеров весьма разнообразна – от машиностроения до обувной промышленности, но все же значительная их доля идет на изготовление шин, потребность в которых с ростом количества автомобилей постоянно возрастает. Термопласты — полимерные материалы, способные обратимо переходить при нагревании в высокоэластичное либо вязко-текучее состояние. При обычной температуре термопласты находятся в твердом состоянии. При повышении температуры они переходят в высокоэластичное и далее — в вязко-текучее состояние, что обеспечивает возможность формования их различными методами.  
 
Реактопласты (термореактивные пластмассы) — пластмассы, переработка которых в изделия сопровождается необратимой химической реакцией, приводящей к образованию неплавкого и нерастворимого материала. 
 
32. Производство металлов (сталь, чугун, алюминий). 
 
Металлургия – это область науки техники производства связанная с промышленным производством металлов из природного сырья. Вся металлургия разделяется на цветную и черную. Черная металлургия включает добычу и обогащение руд черных металлов, а также производство чугуна, стали и ферросплавов. К цветной металлургии относят добычу обогащенных руд цветных металлов, производство цветных металлов и их сплавов. К цветным металлам относят все металлы и сплавы кроме железа и его сплавов. Медь, свинец, никель, алюминий, цинк, олово, титан, магний. 
 
^ Чугуны – сплавы железа с углеродом, при содержании углерода более 2.14%. Чугун выплавляют в доменных печах объемом до 5000 м3, куда руду, кокс и флюсы загружают чередующимися слоями, опускающимися вниз печи под влиянием собственной массы. В нижнюю часть печи — горн через отверстия — фурмы подают   под   давлением нагретый воздух, необходимый для поддержания горения топлива. 
 
Кокс, сгорая в верхней части горна, образует СО2 ;ij[C+O2 = CO2), который поднимается вверх по печи и, встречая на своем пути раскаленный кокс, переходит в оксид углерода: CO2-f-: -f-C=2CO. Оксид углерода восстанавливает оксиды железа до чистого железа по схеме Fe2O3->-F3O4-»-FeO-> -HFe . 
 
Сталь – это сплавы железа с углеродом, при содержании углерода менее 2.14%. Сталь получают в кислородных конверторах, мартеновских печах и электропечах. 
 
Алюминий: получают из оксида алюминия Al2O3 электролитическим методом. Используемый для этого оксид алюминия должен быть достаточно чистым, поскольку из выплавленного алюминия примеси удаляются с большим трудом. Очищенный Al2O3 получают переработкой природного боксита. 
 
Основное исходное вещество для производства алюминия - оксид алюминия. Он не проводит электрический ток и имеет очень высокую температуру плавления (около 2050 oC), поэтому требуется слишком много энергии. Поэтому алюминиевые заводы наиболее выгодно строить в регионах, где есть свободной доступ к источникам электроэнергии. 
 
33. Радиоактивность и закон радиоактивного распада. Изотопы. Технологии утилизации радиоактивных отходов и материалов. 
 
У каждого химического элемента из таблицы Менделеева есть порядковый номер, который указывает заряд ядра, число протонов или электронов. Число атомной массы показывает суммарное число частиц.  
 
^ Сущность радиоактивности: есть некоторые химические элементы и их изотопы, которые самопроизвольно могут излучать частицы или волны.  
 
Виды радиоактивных лучей: 
 
1. альфа лучи (поток ядер Не) 
 
Это положит. заряженный состоящий из двух протонов и двух нейтронов, обладают большой ионизирующей способностью, но маленькой проникающей.  
 
2. бета лучи (потом электронов(-) и позитронов(+)) 
 
3. гама лучи (электромагнтиное коротковолновое жесткое излучение) 
 
большая проникающая способность, но мал. ионизирующая.  
 
^ Закон радиоактивного распада. 
 
Nt = N0 * e - t 
 
Число радиоактивных ядер экспоненциально убывает со временем.  
 
T Ѕ - период полураспада (ПП). 
 
ПП – это время, через прошествие которого число радиоактивных ядер остаётся половина от начального количества (50%). 
 
Смысл постоянного радиоактивного распада – вероятность распада одного ядра.  
 
^ Изотопы – это такие элементы, у которых одинаковое количество протонов, но разное число нейтронов.  
 
Одним из самых надежных способов утилизации РАО является сплавление их со стеклом. Процесс ведется в стекловарных печах. Ввиду высокой активности отходов, доступ обслуживающего персонала к оборудованию, находящемуся за биозащитой невозможен. Некоторые виды РАО, среди которых есть чрезвычайно активные, поступают в твердом виде и количество таких РАО постоянно растет. Переработка переводит их в порошки, пригодные для спекания в керамику, которую затем убирают в хранилище. Предлагается утилизация радиоактивных отходов (РО) в специальных СВЧ печах путем непрерывного процесса стеклования в толстом слое гарнисажа, что позволяет значительно снизить температурную нагрузку на стенки печи и вследствие этого нет необходимости в футеровки и водяном охлаждении. Можно также использовать технологию заплавления РАО в стекло при температурах 1000-1300 С. При этом, проведение технологического процесса будет намного проще и безопаснее, чем в холодном тигле. 
 
34. Энергосберегающие технологии. 
 
ЭТ – технологии направленные на сохранение топливно-энергетических ресурсов.  
Цель энергоэффективных технологий – полезность потребления. ЭТ - это использование меньшего количества энергии, чтобы обеспечить тот же уровень энергетического обеспечения зданий или технологических процессов на производство.  
 
В настоящее время наиболее насущным является бытовое энергосбережение, а также энергосбережение в сфере ЖКХ.  
Актуальным также является обеспечение энергосбережения в АПК. 
 
^ Экономия электрической энергии: 
 
Освещение. Наиболее распространенный способ экономии электроэнергии - оптимизация потребления электроэнергии на освещение. Ключевыми мероприятиями оптимизации потребления электроэнергии на освещение являются: 

•  
  максимальное использование дневного света (повышение прозрачности и увеличение площади окон, дополнительные окна);
•  
  повышение отражающей способности (белые стены и потолок);
•  
  оптимальное размещение световых источников (местное освещение, направленное освещение);
•  
  использование осветительных приборов только по необходимости;
•  
  повышение светоотдачи существующих источников (замена люстр, плафонов, удаление грязи с плафонов, применение более эффективных отражателей);
•  
  замена ламп накаливания на энергосберегающие (люминесцентные, компактные люминесцентные, светодиодные);
•  
  применение устройств управления освещением (датчики движения и акустические датчики, датчики освещенности, таймеры, системы дистанционного управления);

 
Электропривод 

•  
  оптимальный подбор мощности электродвигателя;
•  
  использование частотно-регулируемого привода 

 
Электрообогрев и электроплиты 

•  
  подбор оптимальной мощности электрообогревательных устройств;
•  
  оптимальное размещение устройств электрообогрева для снижения времени и требуемой мощности их использования;
•  
  повышение теплообмена, в том числе очистка от грязи поверхностей устройств электрообогрева и конфорок электроплит;
•  
  местный (локальный) обогрев, в т.ч. переносными масляными обогревателями, направленный обогрев рефлекторами;
•  
  использование масляных обогревателей с вентилятором для ускорения теплообмена в квартире;
•  
  использование устройств регулировки температуры, в т.ч. устройств автоматического включения и отключения, снижения мощности в зависимости от температуры, временных таймеров;
•  
  использование тепловых аккумуляторов;

 
35. Промышленные биотехнологии. Пищевые  технологии. Производство лекарственных  препаратов, продуктов питания. 
 
Биотехнологии - это использование живых организмов и биологических процессов в промышленном производстве ферментов, витаминов, белков, аминокислот, антибиотиков и т.д. 
 
^ Основные направления биотехнологии: биотехнология пищевых продуктов, препаратов для сельского хозяйства, препаратов и продуктов для промышленного и бытового использования, лекарственных препаратов, средств диагностики и реактивов. 
 
^ Пищевые технологии - особые технологии для разработки, массового выпуска, упаковки, приготовления и хранения всех видов пищевых продуктов. Разработка новой, усовершенствованной пищевой продукции сама по себе является целой наукой, усилия которой направлены на улучшение генетического кода злаков, бобовых и овощей с целью повышения сопротивляемости заболеваниям и процессу старения и получения больших урожаев. Улучшение генетического кода важно также при массовом производстве мяса и рыбы. В таких же приближенных к идеальным условиях можно выращивать и животных. Машины и электронное оборудование для массового изготовления продуктов питания растительного и животного происхождения весьма радикально совершенствуется год от года. Подача продукции потребителю и создание упаковок являются еще одним аспектом, на котором сосредоточены усилия ее создателей, ведь она должна выглядеть достаточно привлекательно в магазине и достаточно аппетитно на столе. Современная кухня оснащена различными механическими и электронными приспособлениями для приготовления пищи и, конечно же, ее хранения 
 
^ Производство продуктов. Наибольшую популярность как источники белка приобрели семена масличных культур — сои, семян подсолнечника, арахиса и других, которые содержат до 30 процентов высококачественного белка. По содержанию некоторых незаменимых аминокислот он приближается к белку рыбы и куриных яиц и перекрывает белок пшеницы. Белок из сои широко уже используется в США, Англии и других странах как ценный пищевой материал. Эффективным источником белка могут служить водоросли.  
 
Применяя обычные технологические линии по производству синтетических волокон, можно получать из искусственных белков длинные нити, которые после пропитки их формообразующими веществами, придания им соответствующего вкуса, цвета и запаха могут имитировать любой белковый продукт.  
 
^ Производство лекарств. 
 
Антибиотики — самый большой класс фармацевтических соединений, синтез которых осуществляется микробными клетками. В медицине применяют также аминокислоты, например, аргинин. В сочетании с аспартатом или глутаматом он помогает при заболевании печени. K-Na-аспартат снимает усталость и облегчает боли в сердце, его рекомендуют при заболевании печени и диабете. В медицине также используют зеленую водоросль Scenedesmus. Ее культивируют в жидкой питательной среде (установки дают до 80 тонн водорослей в год), извлекают и проводят экстракцию этиловым спиртом. Биомассу отделяют и подвергают ферментативному гидролизу щелочной протеазой. Около 50% белков при этом распадается до пептидов. Гидролизат содержит почти все незаменимые аминокислоты. 
 
36. Топливные элементы. Водородная энергетика. 
 
Топливный элемент – это электрохимический генератор, устройство, обеспечивающее прямое преобразование химической энергии в электрическую. Хотя то же самое происходит в электрических аккумуляторах, топливные элементы имеют два важных отличия: 1) они функционируют до тех пор, пока топливо и окислитель поступают из внешнего источника; 2) химический состав электролита в процессе работы не изменяется, т.е. топливный элемент не нуждается в перезарядке.  
 
^ Принцип действия. Топливный элемент состоит из двух электродов, разделенных электролитом, и систем подвода топлива на один электрод и окислителя на другой, а также системы для удаления продуктов реакции. В большинстве случаев для ускорения химической реакции используются катализаторы. Внешней электрической цепью топливный элемент соединен с нагрузкой, которая потребляет электроэнергию. 
 
^ Типы топливных элементов. Существуют различные типы топливных элементов. Их можно классифицировать, например, по используемому топливу, рабочему давлению и температуре, по характеру применения. 
 
Топливные элементы применяются в: электрических станциях, аварийных источниках энергии, электромобили, морской транспорт, авиация, космос.  
 
^ Водородная энергетика.  
 
Водородная энергетика использует  водород  как носитель  энергии. Водородная энергетика также включает: получение Н2 из воды и др. прир. сырья; хранение Н2 в газообразном и сжиженном состояниях или в виде искусственно полученных хим. соед., напр. гидридов интерметаллических соединений; транспортирование Н2к потребителю с небольшими потерями. Водородная энергетика пока не получила массового применения. Методы получения Н2, способы его хранения и транспортировки, к-рые рассматриваются как перспективные для водородной энергетики, находятся на стадии опытных разработок и лаб. исследований. Выбор Н2 как энергоносителя обусловлен рядом преимуществ, главные из к-рых: экологич. безопасность Н2, поскольку продуктом его сгорания является вода, высокая теплопроводность, а также низкая вязкость, что очень важно при его транспортировании по трубопроводам; практически неогранич. запасы сырья, если в кач-ве исходного соединения для получения Н2 рассматривать воду . Водород м. б. использован как топливо во многих хим. и металлургич. процессах, а также в авиации и автотранспорте как самостоятельное топливо, так и в виде добавок к моторным топливам. 
 
37. Электрогенератор. Электродвигатель. Применение их в технике и технологиях. 
 
Электрический генератор — это устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию. 
 
^ Классификация электромеханических генераторов 
 
По типу первичного двигателя: Турбогенератор — электрический генератор, приводимый в движение паровой турбиной или газотурбинным двигателем; Гидрогенератор — электрический генератор, приводимый в движение гидравлической турбиной; Дизель-генератор — электрический генератор, приводимый в движение дизельным двигателем;Ветрогенератор — электрический генератор, преобразующий в электричество кинетическую энергию ветра; По виду выходного электрического тока: Генератор постоянного тока, Коллекторные, Вентильные, генератор переменного тока, однофазный генератор. 
 
^ Электрический двигатель  — это электрическая машина , в которой электрическая энергия преобразуется в механическую, побочным эффектом является выделение тепла. 
 
^ Принцип действия. В основу работы любой электрической машины положен принцип электромагнитной индукции. Электрическая машина состоит из неподвижной части — статора и подвижной части — ротора. В роли индуктора, на маломощных двигателях постоянного тока, очень часто используются постоянные магниты. 
 
^ Принцип действия 3х фазного асинхронного электродвигателя. При включении в сеть в статоре возникает круговое, вращающееся, магнитное поле, которое пронизывает короткозамкнутую обмотку ротора, и наводит в ней ток индукции, отсюда, следуя закону ампера, ротор приходит во вращение. Частота вращения ротора зависит от частоты питающего напряжения и от числа пар магнитных полюсов. Разность между частотой вращения магнитного поля статора и частотой вращения ротора характеризуется скольжением. Двигатель называется асинхронным, так как частота вращения магнитного поля статора не совпадает с частотой вращения ротора. Синхронный двигатель имеет отличие в конструкции ротора. Ротор выполняется либо постоянным магнитом, либо электромагнитом, либо имеет в себе часть беличьей клетки (для запуска) и постоянные или электромагниты. В синхронном двигателе частота вращения магнитного поля статора и частота вращения ротора совпадают. Для запуска используют вспомогательные асинхронные электродвигатели, либо ротор с к.з обмоткой. 
 
^ Эл. двигатели применяются очень широко, в частности, применяются в жилищном и капитальном строительстве, в горнодобывающей и металлургической промышленности, энергетике, на транспорте. 
 
^ Сегодня электрогенераторы используются на самых разных объектах. Например, генераторы могут быть востребованы: 

•  
  На производственных и строительных объектах для увеличения мощности основных источников;
•  
  В банках или больницах в качестве резервного источника питания для увеличения мощности оборудования, или на случай отключения электричества;
•  
  В частных домах и коттеджах (как в одиночных, так и в целых поселках), в качестве аварийного источника электроснабжения;
•  
  Спасательными службами для экстренного обеспечения электроэнергией в случае любых чрезвычайных происшествий;
•  
  На мероприятиях, проводимых вдали от источников энергии и нуждающихся в мощном электроснабжении, например, на концертах или спортивных событиях.

30. Основные научные достижения  в биологии и генетике. Роль  ДНК и РНК в системе управления  генетической информацией. Наследственность  и изменчивость. 
 
Первая попытка положить основание научного подхода к биологическим наукам принадлежит Аристотелю, кот. собрал накопившиеся до его времени фактич-й материал и дополнил его множеством собственных наблюдений. 
 
Значительный подъем биологических наук наблюдается в XVI веке. Большое значение имеет применение микроскопа, изобретенного в конце XVI века, открывшего целый мир. Джон Рэ установил понятие вида, подготовив обновление систематики животных. Гарвей - англ-й врач и анатом в 1629 г. опубликовал свои взгляды на кровообращение, положившее начало современной физиологии. Продолжатель Гарвея Галлер - швейцарский естеств-ль разработал систему классиф-и растений. Бонне - выдающийся швейц-й естест-тель сформулировал общность бесполого размножения. Огромную роль в развитии биол-х наук сыграл Линней - один из основателей Стокгольмской академии наук и ее первый президент. Дарвин отчетливо сформулировал идею естественного отбора. 
 
Ламарк первым вполне ясно и определенно высказался в пользу изменчивости видов. Господ-м направлением к концу XIX в. стал дарвинизм. Основы современной генетики заложены Г. Менделем, кот. сформулировал законы дискретной наследственности. Морган обосновал хромосомную теорию наследственности. Вавилов - основоположник учения о биолог-х основах селекции и центрах происхождения культурных растений. Лысенко возродил в советской биологии ламаркистскую теорию наследственности.Генетическая инженерия — совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы . Генетическая инженерия служит для получения желаемых качеств изменяемого или генетически модифицированного организма. Клонирование — метод получения нескольких идентичных организмов путем бесполого (в том числе вегетативного) размножения. 
 
Для бактерий клонирование является единственным способом размножения. Однако обычно, когда говорят о клонировании бактерий, имеют в виду намеренное размножение какой-то бактерии, выращивание её клона, культуры. У растений естественное клонирование происходит при различных способах вегетативного размножения. У животных клонирование происходит при амейотическом партеногенезе и различных формах полиэмбрионии.  
 
В зависимости от того, какой моносахарид содержится в структурном звене полинуклеотида - рибоза или 2-дезоксирибоза, различают  

•  
  рибонуклеиновые кислоты (РНК) и
•  
  дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК).

 
В главную (сахарофосфатную) цепь РНК входят остатки рибозы, а в ДНК – 2-дезоксирибозы. 
Нуклеотидные звенья макромолекул ДНК могут содержать аденин, гуанин, цитозин и тимин. Состав РНК отличается тем, что вместо тимина присутствует урацил. 
 
^ Дезоксирибонуклеиновая кислота́ (ДНК)  - макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. Основная роль ДНК в клетках  - долговременное хранение информации о структуре РНК и белков. 
 
^ Рибонуклеиновые кислоты (РНК) — одна из трех основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов. Основная роль РНК – непосредственное участие в биосинтезе белка. 
 
 Наследственность — свойство организмов передавать особенности строения и жизнедеятельности из поколения в поколение. 
 
Изменчивость — общее свойство всех организмов приобретать новые признаки в процессе индивидуального развития. 
 
31. Ген. Геном. Генотип. Генная инженерия. Клонирование. 
 
Ген — структурная и функциональная единица наследственности, контролирующая развитие определённого признака или свойства. Совокупность генов родители передают потомкам во время размножения. Геном — совокупность наследственного материала, заключенного в гаплоидном наборе хромосом клеток данного вида организмов.  
 
^ Генная инженерия- совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы. Генетическая инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментомбиотехнологии, используя методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, цитология, генетика, микробиология, вирусология. Клонирование – искусственное выращивание организмов с одним и тем же генотипом. Клон- это совокупность клеток или организмов, происшедших от общего предка путем бесполого размножения и имеющих одинаковый генотип. 32.Биотехнологии – прикладное направление современной биологии. Применение биотехнологий в различных отраслях народного хозяйства. 
 
Биотехнология — дисциплина, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, а также возможности создания живых организмов с необходимыми свойствами методом инженерии. Биотехнологией часто называют применение генной инженерии в XX—XXI веках, но термин относится и к более широкому комплексу процессов модификации биологических организмов для обеспечения потребностей человека, начиная с модификации растений и одомашненных животных путем искусственного отбора и гибридизации. С помощью современных методов традиционные биотехнологические производства получили возможность улучшить качество пищевых продуктов и увеличить продуктивность живых организмов. До 1971 года термин «биотехнология» использовался, большей частью, в пищевой промышленности и сельском хозяйстве. С 1970 года учёные используют термин в применении к лабораторным методам, таким, как использование рекомбинантной ДНК и культур клеток, выращиваемых invitro.Биотехнология основана на генетике, молекулярной биологии, биохимии, эмбриологии и клеточной биологии, а также прикладных дисциплинах — химической и информационной технологиях и робототехнике. 33. Технологии строительства. 
 
Технология строительства - совокупность типов используемых строительных материалов и методов возведения построек. В настоящее время вопрос о применяемой технологии представляется наиболее запутанным, поскольку происхождение и название любой технологии давно уже носят условный характер, а наличие тех или иных атрибутов в технологии вовсе не позволяет однозначно трактовать ее как, например, финскую, канадскую или немецкую. 
 
Кирпичный или каменный дом в представлении большинства соотечественников является самым предпочтительным, хотя и затратным вариантом как наиболее надежный, долговечный, и способный соответствовать любому проживанию: и постоянному и временному. 
 
Деревянный дом – вот настоящее поле приложения современных технологий строительства. 
 
Простейшая и древнейшая технология строительства из дерева– сруб из обычного нецилиндрованного бревна, строится вручную. Используется редко, стоит не дешево. 
 
Канадская технология – каркасно-щитовая. Основа этой технологии строительства - каркас из дерева, между стойками которого прокладывают синтетический утеплитель. Щиты могут быть изготовлены из вагонки, сайдинга, гипсокартона и т.п. с разнообразными наполнителями. 
 
Немецкая технология строительства, по существу, является разновидностью канадской. Отличие заключается в том, что каркас дома изготавливается из металла, что повышает прочность и долговечность всей конструкции. 
 
Финская технология строительства, или лучше сказать «условно-финская» заключается в использовании оцилиндрованного бревна или клееного бруса 
 
Клееный брус – почти идеальная технология строительства по-фински. Суть заключается в склеивании в производственных условиях тщательно подобранных, обработанных и высушенных ламелей из хвойных пород (сосна, ель, лиственница) в единый брус заданной толщины. 
 
Конечно, вышеперечисленные технологии затрагивают лишь малую толику вариантов  из, поистине, гигантского разнообразия применяемых в строительстве технологий. 
 
34. Развитие химических технологий. Химические процессы. Виды катализа. Применение катализа в химических технологиях. 
 
Химическая технология — наука о наиболее экономичных и экологически целесообразных методах и средствах переработки сырых природных материалов в продукты потребления и промежуточные продукты. Основные процессы 
 
Все процессы химической технологии разделяют в зависимости от общих кинетических закономерностей протекания процесса на пять основных групп: