Э.Т. Брук, В.Е. Фертман - «Ёж» в стакане. Магнитные материалы - от твердого тела к жидкости (1163240), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Чтобы уменьшить неравномерность охлаждения обмотки, а также снизить внутреннее тепловое сопротивление участка обмотка — корпус, ротор машины отделяют от статора герметичной перегородкой и заполняют образовавшуюся полость жидкостью. Снизив таким образом максимальную температуру обмотки, можно увеличить полезную мощность на валу. Поиски возможностей увеличения полезной мощности опять привели к использованию в двигателях магнитной жидкости. Напомним, что катушки статора трехфазного двигателя создают вращающееся с постоянной скоростью магнитное поле, которое к тому же неоднородно по объему двигателя. Следовательно, если охлаждающая жидкость обладает магнитными свойствами, то она начнет вращаться вслед за полем. Оказалось, что это ротационное движение приводит к дополнительному понижению температуры обмотки статора, что позволяет увеличить нагрузку на валу двигателя.
Такая конструкция электрическок машины с использованием имеющегося магнитного поля для интенсификации тепло- переноса гораздо проще конструкции, в которой на ротор ставят специальные лопатки, увлекающие жидкость во вращение. На этом примере наше знакомство с вращающимся магнитным полем заканчивается. Его действие позволило нам позабавить вундеркиндов, а также сконструировать электрическую машину, обладающую компактной 236 системой охлаждения. Остается напомнить, что схема взаимодействия магнитных моментов и вращающегося поля сохраняется и при более распространенных физических условиях, когда частицы вращаются в потоке жидкости, а внешнее поле неподвижно.
КАК ТОЛЬКО БУДУТ СОЗДАНЫ ТЕРМОЯДЕРНЫЕ СТАНЦИИ «Энергетический кризис!» — эта фраза, часто звучащая в последние годы, означает резкий разрыв между возрастающими потребностями современного общества в энергии и ограниченностью запасов «традиционных» видов топлива. Мировые запасы энергоресурсов при существующих темпах их добычи и потребления будут истощены к концу ХХ или к началу ХХ! столетия. Только развитие ядерной и термоядерной энергетики может обеслечить человечеству любые потребные ему количества энергии.
Ранее мы уже говорили, что будущее, несомненно, принадлежит термоядерной реакции синтеза легких ядер в более тяжелые. В относительно «легко» осуществляемой реакции, протекающей при температуре порядка миллионов градусов, возможно взаимодействие между ядрами тяжелого водорода (дейтерия), а также дейтерия и трития (сверхтяжелого водорода). В последней реакции продуктами синтеза являются ядра гелия (а-частицы) и нейтроны. Эта реакция сопровождается большим выделением тепла.
Приведем лишь один пример, часто упоминаемый в наши дни: энергия дейтерия, содержащегося в одном стакане водопроводной воды, равна энергии, выделяющейся при сжигании 300 л бензина. В одной из конструкций термоядерного реактора, предназначенного для управляемого синтеза, нагретая дейтерий-тритиевая плазма удерживается от соприкосновения со стенками тороидальной вакуумной камеры (иначе они расплавятся) магнитным полем. Для преобразования энергии нейтронов в тепло и отвода его к парогенератору вокруг зоны термоядерной реакции располагают так называемый бланкет, который предполагается заполнять жидким литием. Бланкет находится между стенкой вакуумной камеры и источником сильного поля — сверхпроводящими магнитами, следовательно, магнитное поле в бланкете уже имеется.
Кроме того, в теплоносителе существует большая разность температур, которая поддерживается для отвода тепла, интенсивно выделяющегося при термоядерном синтезе. Этих двух условий достаточно, чтобы создать преобразователь тепловой энергии в механическую, используя магнитную жидкость в качестве рабочей среды. Преобразование становится особенно эффективным вблизи температуры Кюри. На рис. 38,а показана схема такого преобразования. Холодная жидкость поступает в сечение (, и изотермический вход в магнитное поле заканчивается а сечении 2. Затем при постоянном магнитном поле жидкость нагре.вается между сечениями 2 и 8.
Выход изотермического потока ' нагретой магнитной - 38. ЙРиицип иейосредсгееииого преобразования мдлоа©Й энергии в кинетическую зверю© иотока магнитной ЖИДХОСТИ. жидкости завершается в сечении 4. Взаимодействие магнитного поля с холодной жид- костью, намагниченность которой выше (см. зависимость М от Т на рис. 38, б), приводит Рис. 39. Устройство для ореобраэования тепловой энергии в механическую: 1 — тенлоноснтель; 2 — нагретая магнитная жидкость; 8— хладагент; 4 — охлажденная магнитная жилкость; Б — турбина; 6 — магнит. к повышению давления в ней р, по сравнению с давлением на выходе р,. Перепад давления и, следовательно, кинетическая энергия дви- 240 жущейся в замкнутом контуре жидкости будут тем выше, чем больше разность намагниченностей в сечениях 2 и 8.
Движущаяся жидкость может совершать работу, если на ее пути поставить, например, турбину (рис. 39). Коэффициент полезного действия такого преобразователя будет повышаться с приближением температуры в сечении 8 к температуре Кюри, так как намагниченность жидкости стремится при атом к нулю. Другое условие эффективного преобразования — высокая напряженность внешнего магнитно- ГО ПОЛЯ.
Такие преобразователи, которые характеризуются значительным соотношением между вырабатываемой мощностью и массой генератора, могут найти применение и в космиче- СКОЙ Т6ХНИК6. Вследствие зависимости намагниченности от температуры также может возникнуть конвективное перемешиванне неизотермической магнитной жидкости в замкнутом объеме: в неоднородном магнитном поле нагретые и холодные объемы жидкости втягиваются в область высокой напряженности с разной силой. Использование этого механизма наиболее перспективно для охлаждения тепловыделяющего элемента, генерирующего магнитное поле (мощные магнетроны, трансформаторы, силовые кабели) или находящегося в зоне магнитного поля (бланкеты термоядерных реакторов).
Теплообмен в магнитном поле будет усиливаться и при вынужденном движении магнитной жидкости: жидкость при зтом дополнительно перемешивается неоднородным полем. !6 Зак. 236У 241 СЕМЬ РАЗ ОТМЕРЬ... В Международной системе единица силы тока — ампер — определяется как сила неизменяющегося тока, который, проходя по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызывал бы между этими проводниками силу, равную 2 ° 1О ' Н на каждый метр длины. Точность, с которой ампер воспроизводят во Всесоюзном научно-исследовательском институте метрологической службы им.
Д. И. Менделеева на токовых весах, в практических измерениях, конечно, не нужна. Измерять, однако, зачастую приходится силу тока, в тысячу раз большую, т. е. килоамперы. И тогда возникают проблемы не с точностью измерения, а с самим принципом действия электроизмерительных приборов. Среди таких измерительных приборов можно выделить группу, где в качестве чувствительных элементов используются жидкости, например ртуть, электролиты, диэлектрики, которые служат чувствительным элементом.
Например, силу электрического тока, проходящего через проводящую жидкость, можно найти, измеряя подъем жидкости в отводной трубке, расширяющейся в результате нагрева током. Эти приборы просты, дешевы, надежны: в них нет механических передач, устройств для создания противодействующих и успокаивЗющих сил.
Известна, что в неоднородном магнитном поле на магнитное тела действует механическая сила. Первоначально это явление было использовано для измерения свойств жидких сред, когда о магнитных жидкостях еще не было известно. Устройство для измерения магнитной восприимчивости парамагнитных жидкостей имело вид Ы-образной трубки, частично заполненной исследуемой средой. Одно колено с находящимся в нем столбиком жидкости помещается в неоднородное магнитное поле, создаваемое электромагнитом.
Под действием поля жидкость перемещается в трубке так, что в коленах возникает разность уровней, по которой находится магнитная восприимчивость жидкости (так называемый метод Квинке). Обратная задача выглядит так: зная магнитные свойства среды, по высоте ее подъема можно определить величину магнитного поля и, следовательно, силу тока, питающего электромагнит. Магнитная жидкость как нельзя лучше подходит для этой цели. Ее относительная магнитная проницаемость существенно превосходит значения магнитной проницаемости парамагнетиков, что способствует увеличению точности измерений.
Кроме того, магнитная жидкость удовлетворяет требованиям измерительной техники к стабильности свойств ра- 243 м параметрам обычно в однородных и неодивость в определенном бочей среды. К таки относят: устойчивость породных полях; устойч диапазоне температур; временную устойчивость при данной температуре; повторяемость свойств при повторном получении по одной и той же технологии. Коэффициенты, характеризующие стабильность свойств магнитной жидкости при воздействии различных внешних факторов и ее качество, показывают перспективность применения МЗГНИТНЫХ ЖИДКО- стей в измерительных устройствах раз- ЛИЧНОГО НЗЗНЗЧЕНИЯ и позволяют определить ожидаемые интервалы для чувстви- ТЕЛЬНОСТИ И ТОЧНОСТИ. Рис. 46.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
