Получение электрической энергии

Атомная физика.

Экспериментальные факты, лежащие в основе квантовой теории. Волновые и корпускулярные свойства материи.

1900. Планк. Исследование равновесного э/м излучения. Излучение и поглощение света веществом происходит порциями – квантами.

 – энергия кванта излучения, эрг×с – постоянная Планка.

Двойственность природы излучения – наличие корпускулярных и волновых свойств.

1905. Эйнштейн. Исследование фотоэлектрических явлений. При распространении в пространстве свет ведет себя подобно совокупности частиц, чья энергия определяется формулой Планка. Частицы – фотоны – обладают также и волновыми свойствами (интерференция, дифракция).

Фотоэффект: ,  – максимальная энергия вылетающих электронов,  – работа выхода. При   – красная граница фотоэффекта.

Основные постулаты квантовой механики. Волновая функция, матрица плотности.

Описание эволюции квантовомеханических систем. Уравнения Гейзенберга и Шредингера. Стационарные состояния.

Туннельный эффект – прохождение частицей потенциального барьера, когда ее полная энергия меньше высоты барьера.

Эффект Зеемана. При помещении источника в магнитное поле его спектральные линии испытывают расщепление. Оно связано с расщеплением самих энергетических уровней, поскольку атом, обладающий магнитным моментом, приобретает в магнитном поле дополнительную энергию.

Системы тождественных частиц. Бозоны и фермионы. Принцип Паули. Квантовые частицы, обладающие одинаковым набором квантовых чисел, неразличимы в принципе.

Вторичное квантование свободного электромагнитного поля. Взаимодействие атома с квантованным излучением.

Теория упругого рассеяния. Борновское приближение

1922. Комптон. Рассеяние фотонов на свободных электронах.

, где  и  – длины волн рассеянного и падающего излучения,  – угол рассеяния,  – комптоновская длина волны.

1885 – зафиксированы серии Бальмера: .

 – обобщенная формула Бальмера (n>m). n=1 – серия Лаймана, 2 – Бальмера, 3- Пашена, и т.д.

 – композиционный закон Ритца.

1927. Дифракция электронов на кристаллах.  – длина волны де Бройля.

1922. Опыты Штерна и Герлаха.

, где  – магнитный момент.

Проекция момента на магнитное поле может принимать только дискретные значения.

Пучок атомов пропускался сквозь сильно неоднородное поперечное магнитное поле. Наблюдалось расщепление пучка, что являлось следствием квантования проекции магнитного момента.


Атом водорода по Бору.

В основе модели Бора лежит резерфордовская планетарная модель атома, квантовый постулат Планка о том, что осциллятор, имеющий собственную частоту колебаний , может получать или отдавать энергию только дискретными порциями , и предложенный самим Бором принцип соответствия, согласно которому движения электрона по орбите большого радиуса, когда электрон почти уже оторван от ядра, должно подчиняться законам классической физики.

Уравнение движения электрона: ,

Предположим, что, двигаясь по орбите большого радиуса , атом в соответствии с классической электродинамикой излучает свет на частоте , равной частоте вращения электрона. Согласно квантовому постулату Планка, излучение испускается атомом дискретными порциями с энергией . Значит, атом имеет дискретный набор уровней энергии :

При  разность  можно заменить на .

.

При условии :  (*)

Ценность теории Бора состоит в возможности экстраполяции формулы (*) к низким значениям . Поскольку это противоречит исходному пункту теории (предположения о большом радиусе электронной орбиты), Бор заменил его квантовым постулатом: , где  – импульс электрона.

, ,  Å – 1-й боровский радиус.

Значения некоторых величин для общего случая: .

Обобщение на 2D-случай: , где  – радиальное квантовое число,  – азимутальное квантовое число. Условия квантования Бора-Зоммерфельда:

 – обобщенные импульсы.

Обобщение на 3D-случай: , где  – экваториальное квантовое число,   – широтное квантовое число. Условия квантования для данного случая:

Обобщенные импульсы: .

ПРИМЕРЫ ВЫБОРА ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ СХЕМ ТЕПЛОНАСОСНЫХ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Теплонасосная система теплоснабжения здания канализационно-насосной станции № 3 в Куркино

Здание канализационно-насосной станции размером в плане 15х12 м сострит из двух этажей для персонала и подземного технологического помещения, содержащего емкость с установленными в ней погружными фекальными насосами.

Тепловой нагрузкой надземной части является система отопления, а подземной - система вентиляции. Централизованное теплоснабжение отсутствует, в проекте рассмотрен вариант традиционного теплоснабжения от электрических бойлеров. Принципиальная схема ТСТ здания КНС-3 в Куркино представлена на рисунке 4. В качестве альтернативы рассматривается энергосберегающая теплонасосная система теплоснабжения (ТСТ) с использованием вторичных энергетических ресурсов и нетрадиционных возобновляемых источников энергии.

Принципиальная схема ТСТ здания КНС-3 в Куркино

1. Тепловой насос;

2. Циркуляционный насос;

3. Электрокотел-догреватель системы отопления;

4. Электрокотел-догреватель системы вентиляции;

5. Вентиль;

6. Обратный клапан;

7. Теплообменник утилизации тепла сточных вод;

8. Термоскважина;

9. Калорифер системы вентиляции;

10. Датчик температуры.

Рис. 4.

Нагрузки теплоснабжения по проекту:

Вид нагрузки

Величина нагрузки, кВт

Температура в помещении °С

Отопление

37,2

+18

Вентиляция

101,6

+5

После рассмотрения проекта рекомендовано для снижения нагрузок применить утепленные ограждения надземной части, а в системе вентиляции установить теплообменник-рекуператор для подогрева приточного воздуха вытяжным, что позволяет повысить минимальную температуру приточного воздуха перед калорифером с -26 до -9 °С и снизить нагрузку вентиляции до 45,9 кВт (на 54%).


На главную