Műszaki Élet, 1981. január-június (36. évfolyam, 1-13. szám)
1981-03-20 / 6. szám
konvekció a hőáramlás gyakori faj**tája. A forrásban lévő víz mozgása, a kályhából felszálló meleg levegő, vagy a napsütötte úttest feletti légmozgás a konvekció mindennap eseted. Konvekció eredményezi a nagy tengeráramlatokat és az atmoszféra légmozgásait. Felhő képződik, ha meleg, nedves levegő emelkedik konvekciós áramban a magasabb, hideg légrétegekbe, és a konvekció megszakadását jelzi, ha a városok felett megülő hideg légrétegben köd képződik, miközben a magasban levő légrétegek a melegebbek. Fontos szerepe van a konvekciónak a festékrétegek száradásában, de a gázok és egyéb részecskék a tüdőben szintén konvekcióval oszlanak el. Konvekciós hajtóerő okozza a Föld köpenyén úszó kontinensek vándorlását. . Konvekciós áramlás indul meg — a folyadékban vagy a gázban —, ha alulról melegítik. Hatására az anyag alsó része kiterjed és sűrűsége csökken. A könnyebb alsó réteg felfelé törekszik és a felső, hidegebb réteg lesüllyed. Bár ez a jelenség régen ismert, kvantitatív megfogalmazása máig sem sikerült. A konvekció törvényszerűségeinek matematikai kifejezése nagy segítséget jelentene a meteorológiában és a földrengések előrejelzésében. A matematikai nehézségek abból adódnak, hogy a konvekció kialakulásában sok tényező játszik szerepet, ezek kölcsönhatásban vannak, folyamatosan változnak. Bár a konvekció, mechanizmusa pontosan még nem ismert, a konvekciós folyamat általános elméletében jelentős fejlődés, történt az utolsó 20 esztendőben, sa modellek sok esetben jó megközelítést tesznek lehetővé. • A flayleigh-modell Rayleigh leegyszerűsített modellen végezte vizsgálatait, két vízszintes lemez közé zárt folyadékréteg viselkedését elemezte. A folyadék alsó és felső síkjában a hőmérsékletet minden helyen azonos és áldandó értéken tartotta és gondoskodott arról, hogy a két lemez között a hőmérséklet csökkenése függőleges irányban lineáris legyen. Feltételezte, hogy a folyadékon belül csak a nehézségi erő hat, és hogy az a folyadék minden pontján azonos nagyságú, továbbá, hogy a folyadék összenyomhatatlan és végül, hogy a Hőmérséklet változása a folyadéknak csak egyetlentulajdonságát — a sűrűséget — változtatja, azaz, hogy a folyadék térfogata megnő, ha hőmérséklete emelkedik. A folyadékoszlop aljához közeli kis anyagrészecske sűrűsége kisebb a folyadékoszlop átlagos sűrűségénél, de mivel hasonló sűrűségű anyag veszi körül, nem hat rá felhajtó erő. Ha valamilyen csekély zavaró hatás következtében a részecske minimális mértékben felfelé tolódik, sűrűbb környezetbe jut, a felhajtó erő tovább emeli a részecskét még sűrűbb környezetbe, miközben az erő fokozatosan nő. Hasonló meggondolással követhető a folyadékoszlop felső szintjén elképzelt kis részecske mozgása lefelé. A természetes konvekció ezeknek a fel- és lefelé irányuló mozgásoknak az eredménye, és ez végül az öszszes részecske helycseréjét eredményezi. Eszerint az elmélet szerint minden hőmérséklet-különbség — bármilyen kicsi legyen is — konvekciót eredményezhet. A valóságban a konvekció csak akkor indul meg, ha a hőmérséklet-különbség egy küszöbértéket meghalad, ha a részecske gravitációs energiája pótolni tudja a viszkozitás és a hővezetés következtében elhasználódó energiát. A Rayleigh-modell számos egyszerűsítése ellenére jól mutatja az összefüggéseket. Hiányossága, hogy csak az erőket és azok kölcsönhatását vizsgálja, de nem tér ki a mozgásra, a hővándorlás lefolyására. Ha a meleg részecskék mindenütt felfelé haladnak, a felső hidegebb részecskéknek lefelé kell mozogniuk. De egyszerre két irányban — ugyanazon a helyen és irányban .■— ez nem lehetséges. A valóságiban a részecskék zárt pályán mozognak. Körmozgást végző cellák, alakulnak ki, s a cellák alakja nagymértékben függ a kísérleti összeállítás alakjától. Tégla formájú edényben a részecskecsere a rövid oldallal párhuzamos, legömbölyített élű, hengerszerű képződmények forgása útján jön létre. Kör keresztmetszetű edényben a forgó tömegek gyűrű alakot vesznek fel. A valósághoz közelebb áll az a modell, amelynél a folyadék felül szabadon érintkezik a levegővel. Ilyenkor a felületi feszültség is belejátszik a mozgás mechanizmusába, sok esetben ez a domináló erő. Pontosabb elmélet A konvekció pontosabb elméletét 1958-ban, Angliában dolgozták ki. Ez már figyelembe veszi a felületi feszültséget, mely a folyadék felületét csökkenteni igyekszik (a szabadon álló folyadékcsepp* gömb alakot vesz fel). A felületi feszültség által kifejtett erőt a viszkozitás, a belső súrlódás közvetíti a mélyebben fekvő rétegeikhez. A szabad felületű folyadékban a felületi feszültség is mozgató erőként működik, és az általa előidézett konvekció megváltoztatja a folyadékszint kontúrját.. Az anyagáramlás végső mechanizmusa fokozatosan alakul ki, és stabil állapotában sokszög — többnyire hatszögletű méhsejt alakú hálózatot képez a felületen. A hatoldalú calfák közepén felfelé mozognak a meleg részecskék, a hideg részecskék pedig a hatszög kerületén vándorolnak lefelé. Ilyen jelenség figyelhető meg a festékrétegben, ahol száradás közben a kifelé irányuló konvekció is körmozgás formájában alakul ki méhsejt alakú hálózatban. A kalapács lakk néven ismert bevonatok rücskös felülete is úgy keletkezik, hogy fejthálózata száradás után is megmarad. A Föld atmoszférájában a trópusok és a sarkok közötti hőmérséklet-különbségek világméretű körforgást eredményeznek. A sarkoktól az egyenlítő felé haladó, áldandó szelek a Föld forgása következtében délkeleti, illetve északkeletiirányba fordulnak. Az atmoszféra helyi felmelegedése a felszínhez közel kisebb kiterjedésű helyi konvekciók — beleértve a legtöbb vihart is — kiváltója lehet. Az atmoszférikus konvekció elemzésénél figyelembe kell venni, hogy a levegő összenyomható, és ez sűrűségváltozást okozhat — állandó hőmérsékleten is. Ha a levegő sűrűbb rétegbe áramlik, szerepet játszik a sűrítéskor keletkező hő. A nyomással és hőmérséklettel a viszkozitás is változik és a vízpára hőt ad le, ha kondenzál. A felhők maguk is elindíthatnak konvekciót, mert a felső oldalon hőt sugároznak az űrbe, miközben az alsó réteg a Földtől meleget vesz fel. Sok formában és méretben keletkezik konvekció az óceánokban. A napsugár néhány tíz méter mélységiben felmelegíti a vizet, s mivel a víz csaknemkizárólag a felszínen hűl, a mély és a felszíni vízrétegek közötti hőmérsékletkülönbség konvekciós mozgást indíthat meg. Sűrűsége a hőmérsékleten kívül asótartalomtól is függ, e két tényező kölcsönhatása is okozhat áramlást a vízben. A tengervíz összenyomhatósága kicsi, de a legmélyebb rétegekben ez is jelentős szelephez juthat. A konvekció egyik legösszetettebb formája a földköpenyben mutatkozik. Ez repedéseket okozhat a tenger fenekén és a Föld felszínén mozgásba hozhatja a kontinenseket. A mozgást okozó hő az anyag egész tömegében — radioaktív elessek bomlásából — keletkezik. A felszíni hőveszteség következtében a hőmérséklet a mélységgel nő. Az erőjáték összetett, és mivel a földköpeny méréseik számára alig hozzáférhető, a Föld mélyében lefolyó konvekció mechanizmusa csak kevéssé ismert. A viszkozitás a mélységgel növekszik és a konvektív mozgáspálya bizonyos szintjén a nyomás annyira megnőhet, hogy megváltoztatja az anyag kristályos módosulatát. (A Scientific American nyomán) A nem ipari felhasználású mikroprocesszorok új, viharosan fejlődő üzletágat teremtettek: az elektronikus játékszerek és játszógépek piacát. A zsebkalkulátorok és digitális órák iránti kereslet mérséklődik, megkezdődött a telítettség szakasza. A játékok azonban még most vannak a felszálló ágban; a 70-es évek végétől kezdve évente mintegy 25%-kal növekszik — a becslések és előjelzések szerint — az eladások értéke. 1980-ban a világban mintegy 400 millió dollárt tett ki az elektronikus játékok forgalma. Sajnos, a magyar nyelv meglehetősen nehézkesen tesz különbséget a játékszer (például egy baba, számozott kocka, vagy indiánfelszerelés) és a játék, mint módszer (kockázás, kártyajáték, sakk stb.) között, amiket például az angol a toy és a game szavakkal élesen elhatárol egymástól. A játékszerek inkább a gyerekek kedvéért vannak: a beszélő és járó babák, az irányítható tankok (sajnos!) vagy űrhajók. A játékok nagy része is inkább az egyszerűbb elmék szóraktározását keresi, így a különféle labdajátékok, harci események imitálása és irányítása tévéképernyőn, vagy a berendezés saját megjelenítőjén. Ezekhez viszonylag egyszerű algoritmusok és nem túl bonyolult áramköri megoldások is megfelelnek, így az áruk nem túl magas, sőt, egyre csökken, ahogy újabb és újabb típusok jelennek meg. (Pl. 1980 karácsonyára 30—70 dollár között kínáltak különféle elektronikus sport és harci játékokat, ami jól belefér az „ajándékozási” költségszintbe.) 1Y!uök a vásárlóknak ! Az elektronikus játék üzlet másik iránya a felnőtt és tehetős vásárlókat veszi célba. Elsősorban a sakk játékban kínálnak igen változatos játékképességű elektronikus „partnereket”, újabban pedig megjelentek a bridzs játékkal és a nálunk alig játszott, de például az USA- ban vagy a Szovjetunióban igen kedvelt dámajátékkal. Ezekben az elektronikus játékokban jelenleg 2 cég viszi a prímet (hogy meddig, nem tudni, mert gyorsan, bukkannak föl és tűnnek el újabb és újabb cégek a meredek felfutású üzletágakban): az ohioi Tryom és a miami Fidelity Electronics. Az utóbbi, amely korábban orvostechnikai berendezéseket gyártott, hozta piacra 1977-ben a Challenger néven rövid idő alatt népszerűvé vált elektronikus sakkozógépet. A Tryom rögösebb volt, mert bizonyos mértékben előreszaladtak, megelőzve a technológiai fejlődést. Már 1972-ben kidolgoztak egy dámajátékot, amely azonban csak 1979- ben futott be. A késedelmet elsődlegesen az akkori árviszonyok, és a piac felvevőképessége okozta, mert akkoriban még a tévékészülékhez csatlakoztatható labdajátékok uralták a terepet. * a mikroszámítógépes *akk világbajnokság Az árak menetére jellemző, hogy a Tryom kezdeti sikerei idején (tehát 2—3 évvel ezelőtt) több mint 100 dollárért adta dámajátékát. Az új változat az Omar V. (Omar Sharifiről, a neves filmszínészről és kiváló dámajátékosról kapta a nevét) ára már 40 dollár alatt van. A magyarázatot a technológia adja. Az eredeti összeállításban egy teljes nyomtatott áramköri lapot töltött ki a 6800-as mikroprocesszor, a 6 KByte-os memória és a tartozék áramkörök. Az Omar V- ben mindez egyetlen, 40 lábas chipen helyezkedik el, egy Fairchild 3870-es mikrogépen. A készülékben ezenkívül egy folyadékkristályos kijelző van a lépések megjelenítésére, egy 25 billentyűs tasztaláza a lépések bevitelére és egy oszcillátor áramkör az óra vezérlésére. Elemből táplálják, a softwaret asszembli nyelven írták, amit az indokol, hogy a játék algoritmusának be kellett férnie a mikrogép autonómájába. Az igazi szellemi „kihívást” mindenképpen a sakk jelenti, erre utal a Fidelity cég berendezésének neve is (Challenger). Jelenleg már igen széles skálában kaphatók sakkgépek. Az alsó szélen elhelyezkedő Electronic Chelse Toy ára mintegy 50 dollár és öt nehézségi szintje van, így az egészen kezdő és a gyakorlott sakkozó egyaránt használhatja. A sakkozó gépek felső határán van a Voice Sensory Challenger, amelynek az ára sem elhanyagolható, 125 dollár. Ez a mintegy hatszoros ár indokolt, ha megmondjuk, hogy míg az olcsóbb készülékeken a játékos közönséges sakktáblával és figurákkal játszik, a lépéseket, magának kell bebillentyűznie, és a kijelzőn csak az aktuális lépés 2 koordinátája jelenik meg (pl. A2—B3), addig a fejlett változatban egy érzékelővel ellátott sakktáblán mozgathatók a figurák (1. ábra), és a gépnek hangkimenete van, tehát bemondja minden lépését (megrendelés szerint 4-féle nyelv közül az egyikem.) Egy kijelző mutatja a lépésidőket A gépbe 64 mester játszimát is beprogramoztak, gyakorlás céljából. A berendezéssel természetesen, tetszőleges játszimát is le lehet játszani, nyolc nehézségi szint közül választva. Minden sakkprogramnak 3 lényegi része van: a lépésgenerálása, a keresés és a lépés kiértékelése. A lépás generálás a legegyszerűbb feladat, hiszen ehhez csak a játék szabályait és a táblaelrendezést kell beprogramozni. A keresés és a kiértékelés már sokkalta bonyolultabb. A keresésihez jelenleg a mesterséges intelligencia feladatoknál használt ún. előretekintő fastruktúrás keresést (look-ahead treesearching) használják. A gép úgy keresi meg a következő lépést, hogy a kiinduló helyzetből (csomópontból) végigmegy a lehetséges döntési ágakon. Ha mondjuk, mindegyik játékosnál 50 lépést kell értékelni, amiből esetleg 35 megengedett, akkor ez azt jelenti, hogy a számítógépinek 35' állás alapján 'kell meghozni a döntést. Ez nyilvánvalóan lehetetlen gyakorlati szempontból, hiszen a válaszidő korlátos. Vannak különféle stratégiák a döntési eljárások lerövidítésére, bár még mindig az látszik a legelőnyösebbnek, ha minél több állást értékelnek ki. Tehát, megtörtént a kihívás az emberi játékképesség, előrelátás és intelligencia ellen, bár a jelenlegi, személyhez kapcsolódó eszközök még aligha lehetnek jelentős versenytársaik a közepesnél jobb és felkészült sakkozóknak. A reklám kedvéért viszont már meg is rendezték múlt év szeptemberében Londonban az első mikroszámítógépes sakkvilágbajnokságot. A kezdeti sikerek ellenére azonban, eddig egyetlen nagymester sem adta jóváhagyó elismeréseit a mikroprocesszoron alakuló sakk játékokhoz. A bridzs Más a helyzet a briddzsel. Itt akadt egy nemzetközi hírű játékos tekintély, Charles H. Goren, akinek jóváhagyásával és munka közbeni ötleteivel támogatva jelent meg a Tryoim cég Bridgemaster nevű készülékével". Ennek sem éppen olcsó az ára: 400 dollár. A berendezés egy 6800-as mikroprocesszor, 11x32 Kbyt ROM-ot (csak kiolvasásra használható tárak), 8 karakteres displayt tartalmaz. Programozás szerint a gép egytől három játékos ellen tud játszani, vagy saját maga ellen is. A kártyákat leolvasó nyílásokba lehet becsúsztatni. Minden kártya éle mágnesesen kódolva van. Az alapgép az American Standard rendszer konvencióit követi, de kazettás tárolón más konvenciók is kaphatók és bevihetők a gépbe. Az elektronikus játékok áradata, valószínűleg rövidesen elér hozzánk is. A kereslet nyilván megvan, inkább a gyártó hiányzik. Biztatónak tűnik, hogy a vezető cégek fő befektetése néhány — nem sok — alkotó-tervező, akiknek azonban egyidejűleg kell jó hardware- és software-szakembereknek lenniük és amellett jól át kell látniuk a tervezendő játékokat is. Elektronikus játékok 1. A legújabb mikroprocesszoros sakkozógép 2. Bridgemaster MŰSZAKI ÉLET !»