Лекции по Электрическому приводу

Всплывание пузырей газа в вязкоупругой жидкости. Скорости всплывания пузырей газа в неподвижной вязкоупругой жидкости с высотой возрастают. В условиях описываемых опытов размеры пузырей по мере подъема практически не изменялись, поэтому причиной ускорения движения поднимающихся пузырей нельзя считать рост архимедовой силы. По данным экспериментов этот эффект более четкое выражен у удлиненных пузырей. Непосредственные измерения давления по высоте столба жидкости показали, что оно меняется неравномерно. Датчик, установленный на стенке трубы, регистрирует повышение давления с момента прохождения крайней верхней точки контура пузыря через уровень расположения датчика. По мере поднятия пузыря показание датчика увеличивается, достигая максимального значения в нижней части пузыря. После прохождения пузыря показание датчика быстро восстанавливается до значения, соответствующего гидростатическому давлению. Наблюдаемый эффект можно объяснить кинетикой развития нормальных напряжений в вязкоупругой жидкости при внезапном наложении сдвигового течения. При прохождении головы пузыря через уровень расположения датчика начинается движение жидкости в зазоре между стенкой трубы и поверхностью пузыря. По мере подъема пузыря время движения жидкости в данном сечении увеличивается, соответственно возрастают нормальные напряжения. Это приводит к повышению давления по высоте пузыря от головной части к нижней, и, следовательно, к появлению дополнительной силы, приложенной к пузырю снизу вверх. Вследствие этого скорость подъема пузыря возрастает. Если высота пузыря небольшая, то за время его прохождения через выбранное поперечное сечение трубы нормальные напряжения не успевают достичь максимального значения и выталкивающая сила будет невелика. Таким образом, существует оптимальная высота пузыря, поднимающегося в заданной жидкости, при которой время его подъема будет наименьшим.
Движение в капилляре с переменным сечением. Рассмотрим результаты опытов по изучению движения вязкоупругой жидкости в двух прямолинейных капиллярах, один из которых имеет постоянный диаметр, а другой – периодически изменяющийся по длине, причем средний диаметр второго равен диаметру первого капилляра. Течение во всем диапазоне исследования происходит с очень малой скоростью, поэтому число Рейнольдса во всех случаях не превосходит нескольких единиц. Если для первого капилляра зависимость Q - р имеет вид прямой линии, проходящей через начало координат, то для капилляра с переменным сечением эта зависимость отклоняется к оси давлений. В силу малости числа Рейнольдса появление дополнительных сопротивлений объясняется релаксационными свойствами жидкости, но не связано с возникновением инерционных сил из-за переменности (скорости в капилляре). При движении через систему сужающихся и расширяющихся каналов с малой скоростью напряжения, вызванные деформацией жидкости, успевают релаксировать, и по сравнению с вязким сопротивлением ими можно пренебречь. С увеличением скорости движения упругие напряжения не успевают релаксировать, поэтому общее сопротивление возрастает. Таким образом, помимо числа Re течение дополнительно характеризуется новым параметром, равным отношению времени релаксации жидкости к характерному времени процесса.
Жидкий канат. Если тяжелую нефть, густое масло или мед лить на тарелку с достаточно большой высоты, то на некотором расстоянии от тарелки струйка жидкости начинает закручиваться колечками. Это связано с тем, что падая струйка сжимается и выгибается. Вследствие действия упругих напряжений струйка не может разорваться. Поэтому, если количество падающей жидкости больше, чем может сразу поглотить жидкость, находящаяся в тарелке, то струйка начинает завиваться. Витки некоторое время находятся на поверхности, постепенно поглощаясь слоем жидкости.
Эффект "зонтика". При введении в состав полимерной системы некоторых видов наполнителей, например песка, она приобретает вязко-сыпучие свойства. Реологические свойства вязко-сыпучей среды помимо вязкости характеризуются углом внутреннего трения, что легко представить по аналогии с кучей песка, у которой угол откоса имеет постоянное для данной системы значение. При изменении этого угла песок начинает сыпаться.
На движение вязко-сыпучей системы существенно влияет сила тяжести. Если поместить пробку из вязко-сыпучего материала в вертикальную трубу, то наблюдается следующее интересное явление – страгивающее усилие сверху вниз превосходит усилие, которое нужно приложить, что заставить пробку двигаться вверх.
Далее приведены в кратком виде некоторые эффекты в полимерных жидкостях.
Рассмотрим течение жидкости по наклонному желобу полукруглого сечения. В обоих случаях поток ламинарный. Поверхность ньютоновской жидкости плоская, за исключением участков у границ, в то время как поверхность полимерной жидкости слегка выпуклая.
Эффект, происходящий при медленном течении жидкости из широкой трубы в узкую. В полимерной жидкости образуются вихри, направленные вверх против течения, в результате чего часть жидкости захватывается этими вихрями и не проникает в узкую трубу.
Эффект, в котором наблюдается течение около цилиндра, колеблющегося в поперечном направлении, называется акустическим потоком. Высокочастотные колебания создают вторичное течение в окружающей жидкости. При этом направление течения в полимерной жидкости противоположно тому, которое имеет место в ньютоновской жидкости.
Что происходит, когда в трубку, наполненную жидкостью, бросают один за другим два шарика? В ньютоновской жидкости второй шарик всегда будет догонять первый и, в конце концов, столкнется с ним. В полимерной жидкости то же самое произойдет, если второй шарик бросить почти сразу за первым. Но если шарик опустить через определенный критический интервал времени, то при падении второй шарик будет отталкиваться от первого.
Рассмотрим случай, когда вращающийся диск на дне сосуда приводит к течению, при котором в ньютоновской жидкости поверхность в центре опускается (образуется воронка), а в полимерной жидкости поднимается.
Пусть вращающийся диск помещен на поверхность каждой из рассматриваемых жидкостей. Возникающий первичный поток, направлен по касательной к диску, вызывает затем вторичный поток. При этом ньютоновская жидкость отбрасывается вращающимся диском так, что у стенок сосуда она движется вниз, а затем вблизи оси сосуда вновь поднимается вверх. В полимерной жидкости также имеется вторичное течение, но движение происходит в противоположном направлении.
В ньютоновской жидкости сифонный эффект действует лишь тогда, когда его засасывающий конец расположен ниже поверхности жидкости. Однако полимерную жидкость можно выкачать из сосуда, даже если имеется некоторое расстояние между поверхностью жидкости и концом сифона.
Эффект увлечения.
Эффект увлечения появляется в результате:
1) возникновения потока электронов в металле или полупроводнике в условиях, когда фононы не находятся в тепловом равновесии, а образуют направленный поток, направленный при наличии градиента температуры. В образце, на концах которого создана разность температур, возникает поток фононов, пропорциональный градиенту температуры. В результате столкновения электронов с фононами, возникает электронный поток, а в замкнутой цепи появляется ток. Если образец электрически разомкнут, то в нем возникает ЭДС. В отличии от акустоэлектрического эффекта электроны увлекаются потоком некогерентных фононов.
2) появления электронного потока в результате передачи импульса от фононов электронам в твердом проводнике. Эффект наблюдается в оптических и СВЧ областях в полупроводниках, в полуметаллах (Bi) и некоторых металлах. Эффект увлечения обнаруживается в виде тока и ЭДС. В полупроводниках наблюдается наряду с продольным и ток называемый поперечный эффект (появление тока, направленного перпендикулярно импульсу фонона).
Применение: в устройствах регистрации ИК-излучения, для измерения временных характеристик излучения импульсных лазеров [3].
Радиометрический эффект – возникновение силы отталкивания между двумя близко расположенными пластинами в разреженном газе, находящимися при разных температурах (Т₁ > Т₂). Холодная пластина со стороны, обращенной к горячей, бомбардируются молекулами газа, имеющими в среднем более высокую энергию, чем молекулы, бомбардирующие эту пластину с противоположной стороны. В результате между пластинами возникает сила отталкивания. При достаточно низких давлениях газа Р, когда средняя длина свободного пробега молекул больше расстояния между пластинами, сила отталкивания.

Применение: в радиометрических манометрах.

Пинч-эффект – эффект самосжатия разряда, свойство электрического токового канала в проводящей среде уменьшать свое сечения под действием собственного, порождаемого самим током, магнитного поля. Пинч-эффект сопровождается развитием различных плазменных неустойчивостей, ток то местное пережатие пинча, его изгибы и винтовые возмущения. Нарастание этих возмущений приходит чрезвычайно быстро и ведет к разрушению пинча.
Для мощных импульсных пинчей в разреженном действии характерно, что при некоторых условиях они становятся источниками нейтронного и рентгеновского излучений.
Применение: используется в системах управляемого термоядерного синтеза (УТС) [3].
Фотомагнитоэлектрический эффект – возникновение электрического поля в освещенном полупроводнике, помещенном в магнитное поле.
Электрическое поле перпендикулярно магнитному полю и потоку носителей тока (электронов проводимости), диффундирующих в полупроводнике в направлении от освещенной стороны полупроводника, где поглощенные фотоны образуют электронно-дырочные пары, к неосвещенной. Эффект наблюдается прирезкой неоднородной концентрации неосновных носителей тока, где достигается при сильном поглощении света. Открыт в 1933 г. советским физиком М. М. Носковым [3].