Műszaki Élet, 1973. január-június (28. évfolyam, 1-13. szám)
1973-01-05 / 1. szám
A korszerű erősáramú stésének lehetőségei (OMFB-tanulmány) A MŰSZAKI ÉS TERMÉSZETTUDOMÁNYI EGYESÜLETEK SZÖVETSÉGÉNEK LAPJA XXVIII. ÉVFOLYAM, 1. SZÁM. ÁRA: 2,50 FT 1913. JANUÁR 5. A műanyag-feldolgozás problémái — A műszakiak keresete a vidéki építőiparban — Mibe kerül egy régi teherautó? — Jubilál a Húzótüske — A szaknyelvekről — Mire készül a tejipar? A fizika mindig is foglalkozott szilárdtestekkel, a szilárdtestfizika fogalommá mégis csak mintegy húsz éve vált. Körülbelül ebben az időben állt össze egységes fogalmi épületté gondolatvilágunkban a kvantummechanika törvényszerűségeivel meghatározott viselkedésű részecskéktől a makroszkópos anyagi világig terjedő átfogó fizikai kép. A kvantummechanika mint magyarázó elv, vagy legalábbis mint alapvető formalizmus a fő rendező erő ebben a világban. A diszkrét energiaszintek feltételezése teremtette meg az összhangot elmélet és kísérleti tapasztalatok között. A kvantummechanika tanított meg minket annak a ténynek a felismerésére, hogy az anyag alapállapota nem a nyugalom, mint azt a klasszikus mechanika feltételezte. A „kvantuminga” alapállapota a V2 hőse energiájú nullaponti lengés, ahol 00 az inga saját frekvenciája. Kvázi részecskék Az alapállapotból a gerjesztés a kvantummechanika törvényei által megszabott energiaszintekre emeli a rendszert. A szilárdtest atomjai nem függetlenek egymástól, képiesen egymásra hangolt rezonátorok hálózatának gondolhatjuk őket. Ha valamelyikük — például egy fénykvantumot elnyelve — gerjesztett állapotba kerül, energiájának egy részét tovább adja, egy gerjesztési hullám fut végiig a szilárdtesten. Ezek a gerjesztési energiák azonban csak diszkrét adagokban, kvantumokban adódhatnak át, ami sok tekintetben a részecskékhez teszi őket hasonlókká, amolyan „kvázirészecskék”. E fogalom bevezetésével szemléletesebbé válik a folyamat leírása. Beszélünk kvázirészecskegázról, annak a hőmérséklettel változó sűrűségéről, a kvázirészecskék ütközéséről. A szilárdtest atomjai és molekulái megadják az anyag vázát, meghatározzák a tér geometriáját, és ezt a teret benépesítik a szilárdtest dinamikus sajátságait kifejező kvázirészecskék. A szilárdtest fizikájának ilyetén leírása legtalálóbban a szilárdtest legegyszerűbb és legtökéletesebb alakzatára, a kristályra illeszkedik. A kvázirészecskéknek persze nevük is van: a fonon a kristályrácsban tovaterjedő mechanikai rezgés, a hang kvantuma, a magnón a paramágneses anyagban megjelenő rezgéskvantum, az exciton a molekuláris gerjesztés kvantuma. A kvázirészecskék száma egy testben arányos az atomok számával és függ a hőmérséklettől is. Például a fononokra az arányossági tényező 1 K' hőmérsékleten 10*. Ez akkori sűrűséget jelent — tudjuk, hogyaz atomok száma köbcentiméterenként 1023 —, hogy leírásuk csak a statisztikus fizika eszközeivel lehetséges. A kvantumstatisztika két fajt, részecskét ismer: a fermionok kizárják, hogy egy rendszeren belül két részecske ugyanabban az állapotban legyen, míg a bosonok előszeretettel népesítik be ugyanazt az állapotot, a kvázirészecskék is beilleszkednek viselkedésükkel ebbe a kétféleségbe, felvételük nem tette szükségessé újabb részecske fajta bevezetését. A kvázirészecskék felhasználásával a kristályok energia spektruma geometrikus ábrákkal szemléletesen bemutatható. A kvázirészecskék jellemzőit az impulzustér energianívói határozzák meg, amint erre az 1—4. ábra szolgáltat példát. Kvantumosság nagy léptékben Ha a szilárdtest valódi vagy kvázirészecskéi mozgásukat szigorú koordinációtól megszabottan végzik, a mikrojelenségek léptéke megváltozik, és a kvantumos viselkedés a szilárdtest makroszkópos sajátosságaiban jelenik meg. A nagy méretekben érvényesülő kvantumhatások legnevezetesebb jelenségei: a szupravezetés, a hélium szuprafolyékony állapota és a szilárdtest lézer. A szupravezetőben az elektronok úgynevezett Cooper-párokba állnak össze, s ezek a hősönként viselkedő párok a külső villamos térerősség hatására az atomrácson keresztül haladnak anélkül, hogy az atomokkal kölcsönhatásba lépnének, vagyis ellenállás nélkül mozognak. A kvantumtörvények érvényesülését néhány érdekes kísérlet demonstrálja. Néhány éve ismeretes a Josephson-hatás: a szupravezető árama egy közbeiktatott vékony, 10—20 angstrom vastagságú dielektin(Folytatása a 18. oldalon) 1öld 1. ábra: Alumíniumkristály izoenergetikus fonon szintjei 2. ábra: Réz (fent) és alumínium (lent) Fermi-nívói A gépjármű-fejlesztésben néhány év óta előtérbe került az aktív és passzív biztonság fokozása. Az aktív biztonság növelésének — mint ismeretes — egyik hatásos eszköze a féknyomaték-szabályozás. Az első szabadalmi bejelentések a 20-as évek közepéről származnak, s a nálunk is jól ismert német autós kézikönyv (a Bussten) 1941- es kiadásában már a kísérletekről is beszámolt. A kezdeti mechanikus, majd elektromechanikus megoldások után a figyelem ma már az elektronikus szabályozók felé terelődött. A szabályozó különböző menetkörülmények közötti működésével szemben támasztott követelmények ugyanis jelenlegi ismétléink szerint elektronikus áramkörök felhasználásával elégíthetők kii a legjobban. A fák nyomaték-szabályozás szerkezeti megoldását tekintve ma már — mind a személy-, mind a tehergépkocsiknál — eljutott odáig, hogy a fejlesztési periódus többé-kevésbé lezárult, s megindulhat a sorozatgyártás. A szabályozás optimális megvalósítása rendkívül bonyolult feladat, és csak a korszerű elektronika és a logikai áramkörök felhasználása hozhat eredményt. A felmerülő nehézségek érzékeltetésére bemutatunk egy már beváltnak tekinthető szabályozási rendszert. A szabályozási kört a szabályozástechnika alapfogalmai szerint szabályozóra és szabályzati szakaszra bonthatjuk. Az utóbbihoz tartozik a fékrendszer, a kerék és a pálya. A gépjárművezető által „előválasztott” féknyomás a kerékfékszerkezet segítségével féknyomatékká alakul, amely a pálya és a gumiabroncs közötti pillanatnyi tapadási tényező által meghatározott ellennyomatékot vált ki. E két nyomaték összegétől és a kerék forgó tömegeinek nagyságától függ a kerék pillanatnyi mozgási állapota. Ezt a mozgási állapotot mérőérzékelő (legtöbbször valamilyen impulzusadó) „tapintja le”; ennek jelét megfelelő formálás után az elektronikus érzékelő egység összehasonlítja az előírt „referencia”-jellel, s adott esetben vezérli is a féknyomárcsökkentő szelepegységet. Az érzékelő jelet elektronikus úton (differenciáló, négyszögesítő és egyenirányító áramkörökkel) a keréksebességgel és gyorsulással arányos mennyiséggé alakítják, és a különbségképző szervhez vezetik mint ellenőrző jelet, illetve a logikai egységhez mint segédjelét. A szabályozás egyik legfontosabb szerve, a logikai egység az alapjelképző részére beállítójelet szolgáltat, illetve bizonyos körülmények között közvetlenül vezérli a szelepegységet. Alkalmazására azért van szükség, mert a féknyomaték-szabályozási rendszer nem működhet, optimálisan előre beállított alapjellel. A beállítójel logikai összefüggések felhasználásával egy szabályozási cikluson belül többször is változhat. A logikai egységbe valamennyi kerék sebesség- és gyorsulásjelét bevezetik, ezenkívül további segédjeleket, mint pl. a féknyomásjelet. A szabályzott szakasz átviteli függvénye A szabályzott szakasz átviteli viselkedését lényegében a gumiabroncs és a pálya közötti tapadási tényező határozza meg. Ez a gumiabroncscsúszás függvényében nem lineáris átviteli függvényt jelent, amely nagyon sok paramétertől, a többi között az abroncs és a pálya felületi minőségétől, állapotától, a normálerőtől, az oldalkúszási szögtől stb. függ. A kapcsolat az esetek többségében azonos jellegű, a tapadási tényező görbéje egy bizonyos csúszási értéknél maximumot ér el, majd csökken. (A maximumpont meglehetősen széles csúszási intervallumban mozoghat.) Az ilyen jellegű, a maximumponttal stabil és instabil tartományra osztható átviteli függvény a szabá(Folytatása a 18. oldalon) A TFIDIX-rendszerű elektronikus féknyomaték-szabályozással ellátott jármű (a sötét színű) fékútja rövidebb