Fizyka

SPIS TREŚCI

I Wstęp

1.Zadania

II Rodzaje hamulców

1. Bębnowe mechanizmy hamulcowe
2. Taśmowe mechanizmy hamulcowe
3. Tarczowe mechanizmy hamulcowe
4. Mechaniczne układy uruchamiające
5. Hydrauliczne układy uruchamiające
6. Podciśnieniowe układy uruchamiające
7. Nadciśnieniowe układy uruchamiające
8. Wykonania niekonwencjonalne
9. Układ hamulcowy samochodu Fiat 125P

Wstęp

Hamulec służy do zmniejszania prędkości pojazdu samochodowego lub do utrzymywania go w bezruchu . Prawidłowość i skuteczność działania hamulców decydują o sprawności oraz bezpieczeństwie ruchu drogowego. Prawie we wszystkich krajach znalazło to odzwierciedlenie w przepisach drogowych ,określających wymagania co do własności i skuteczności działania hamulców .
Ujmując ogólnie , zadaniem hamulców jest zmniejszenie prędkości jazdy aż do jej całkowitego wytracenia wówczas , gdy kierowca uzna za stosowne zatrzymać samochód .
Zależnie od sposobu pracy rozróżnia się następujące mechanizmy hamulcowe:

* chwilowego działania – przystosowany do działania przez krótki czas
z dużą skutecznością i powodujący gwałtowne opóźnienie ruchu pojazdu , np. w niebezpiecznej sytuacji ,

* ciągłego działania – ( tzw. zwalniacz ) – przystosowany do pracy przez dowolnie długi czas i powodujące umiarkowane opóźnienie ruchu pojazdu , np. podczas zjeżdżania po pochyłości ,

* postojowy – przystosowany do utrzymania w bezruchu pojazdu na postoju przez nieograniczony czas , nawet na drodze o dużym pochyleniu .

Hamulce są skonstruowane tak , że kierowca może regulować chwilową skuteczność ich działania przy czym siły hamowania w zasadzie rozkładają się równomiernie na koła poszczególnych osi .
Między siłami hamowania kół osi przedniej i tylnej bywa zachowany pewien stały lub zmienny stosunek , dobrany odpowiednio do rzeczywistego statycznego lub dynamicznego obciążenia osi kół jezdnych .

1. Bębnowe mechanizmy hamulcowe .

a ) Układ – SIMPLEX

Mechanizm hamulcowy o stosunkowo najprostszej konstrukcji
składa się z bębna osadzonego na piaście koła jezdnego
oraz dwóch szczęk zawieszonych na tzw. tarczy hamulca.
Szczęki hamulcowe są zaopatrzone w okładziny z materiału
charakteryzującego się dużą odpornością na ścieranie .
Każda ze szczęk jest ułożyskowana na sworzniu osadzonym
na tarczy hamulca osłaniającej jednocześnie otwartą stronę
bębna hamulcowego .Ze swobodnymi końcami szczęk
współpracuje rozpieracz , który podczas hamowania dociska
szczęki do bieżni bębna . Sprężyna odciągająca działa
odwrotnie tj . po zwolnieniu pedału hamulca zbliża szczęki
do siebie ( oddalając ich okładziny od bieżni bębna ).
Wskutek oporów tarcia podczas hamowania bęben usiłuje
przekręcić dociskaną do niego szczękę , czemu przeciwstawia
się jej sworzeń łożyskowy . W ten sposób siła hamowania
jest przenoszona kolejno poprzez oponę , tarczę koła , piastę
i bęben , sworznie szczęk , tarczę hamulca i elementy zawieszenia
- na ramę pojazdu . Jeżeli szczęki są zawieszone na oddzielnych
sworznia , rozpieracz hydrauliczny działa na obie z jednakową siłą .
Największy luz między okładziną cierną szczęki a bębnem , wzrastający w miarę zużywania się okładziny ( tj.zmniejszania się jej grubości ) , reguluje się krzywką przekręcaną śrubą regulacyjną .

Mechanizm hamulcowy SIMPLEX o szczękach
zawieszonych na sworzniach .

-3-
Wskutek większych nacisków okładzina szczęki współbieżnej
zużywa się znacznie szybciej niż okładzina słabiej dociskanej
szczęki przeciwbieżnej . Ze względów naprawczych wskazane
jest , aby okładziny obu szczęk zużywały się z podobną
intensywnością , co można zapewnić przez :

* zaopatrzenie szczęki współbieżnej w okładzinę o odpowiednio
zwiększonej odporności na ścieranie niż okładzina szczęki przeciwbieżnej ,

* zwiększenie czynnej powierzchni okładziny ciernej szczęki współbieżnej ( zwiększenie kąta opasania ),

* zróżnicowanie nacisków wywieranych przez rozpieracz , tak aby
na szczękę przeciwbieżną działała siła większa niż na szczękę współbieżną .

b) Układ – DUPLEX

Dużą skutecznością hamowania można uzyskać stosując układ
o dwóch szczękach współbieżnych , w którym każda ze szczęk
jest dociskana przez oddzielny rozpieracz i zawieszona na niezależnym sworzniu oporowym.

Mechanizm hamulcowy DUPLEX o dwóch
szczękach współbieżnych podczas jazdy w przód.

-4-
Układ ten zapewnia pełną skuteczność hamowania tylko w jednym określonym kierunku obrotu bębna. W przypadku zmiany kierunku obrotu bębna skuteczność hamowania znacznie maleje , ponieważ wówczas obie szczęki pracują jako przeciwbieżne.

c) Układ – DUO-SERVO.

Wadą prostego układu samo wzmacniającego jest konieczność stosowania rozpieracza mechanicznego o obustronnym działaniu .
Obracaniu się rozpieracza przeciwdziała bowiem nacisk górnego końca szczęki przeciwbieżnej wskutek czego nacisk na pedał hamulca musi być odpowiednio większy niż w przypadku
zwykłego mechanizmu hamulcowego .

Mechanizm hamulcowy o szczękach w układzie
samo wzmacniającym i hydraulicznym rozpieraczem .

Rozpieracz mechaniczny takiego mechanizmu ma jedną krzywkę i osadzony jest przesuwnie . Podczas hamowania szczęka przeciwbieżna opiera się swym górnym końcem o ruchomy zderzak , co zapewnia odciążenie rozpieracza i zmniejszenie wymaganego nacisku na pedał hamulca .

2. Taśmowe mechanizmy hamulcowe.

Taśmowy mechanizm hamulcowy składa się z bębna i opasującej
go taśmy , z reguły zaopatrzonej w okładzinę cierną .W samochodach taśmowe mechanizmy hamulcowe spotyka się obecnie tylko w
planetarnych skrzynkach przekładniowych oraz niekiedy jako hamulce postojowe . Taśmowy mechanizm hamulcowy włącza się przez naciśnięcie taśmy wokół bębna , wskutek czego ślizgająca się po bieżni bębna okładzina utrudnia jego obracanie . Wskutek zaciśnięcia taśmy wokół bębna na obu jej końcach występują siły To oraz to o różnych wartościach , co jest wynikiem samo wzmacniania , tj. progresywnego dodawania się elementarnych sił tarcia działających na obwodzie bębna . Jeżeli siłę To ( większą ) przejmuje wspornik wiążący taśmę z obudową , to wywierając siłę “to” ( mniejszą ) na drugi koniec taśmy można uzyskać znaczną siłę tarcia . Zjawisko to występuje tylko w jednym określonym kierunku obrotu bębna .
Zmiana kierunku obrotu na przeciwny powoduje znaczne zmniejszenie się siły tarcia . Wspomnianą niedogodność można usunąć
przez zamocowanie taśmy do wspornika w środku i napisanie jej przez jednoczesne naciąganie obu końców . Taśma jest w takim przypadku podzielona na dwa odcinki , przy czym jeden z nich współpracuje zawsze z bębnem współbieżnym , a drugi przeciwbieżnie , dzięki czemu hamulec działa z jednakową skutecznością bez względu na kierunek obrotu bębna .

3. Tarczowe mechanizmy hamulcowe

Tarczowy mechanizm hamulcowy różni się w zasadzie od bębnowego tylko tym , że funkcję bębna spełnia sztywna tarcza .
Współpracujące ślizgowo z tarczą hamulca elementy cierne są dociskane równolegle ( a nie promieniowo , jak w mechanizmie bębnowym ) do osi obrotu koła lub wału . Tarczowy mechanizm hamulcowy może być wykonany jako :

* mechanizm z tarczą wirującą : związana z kołem lub wałem ,
tarcza cierna obraca się i jest hamowana przez dociskanie
przesuwnych szczęk osadzonych w nieruchomej obudowie ,

* mechanizm z tarczą nieruchomą : związana z kołem lub wałem
obudowa obraca cię i jest hamowana dzięki dociskaniu
odpowiednich elementów ciernych do nieruchomej tarczy ciernej
lub w skutek rozsuwania członów tarczy ciernej .

a ) System – DUNLOP

Tarczowy mechanizm hamulcowy zakładany na koło samochodu ,
na nieruchomą obudowę zaopatrzoną w dwa rozpieracze
hydrauliczne dwutłoczkowe , umieszczone naprzeciw siebie .
Podczas hamowania tłoczki rozpieraczy zbliżają się do siebie
i za pośrednictwem płytek oraz okładzin zaciskają wirującą
tarczę , związaną z piastą koła .

Tarczowy mechanizm hamulcowy koła samochodu wykorzystuje
się często dodatkowo jako hamulec postojowy . W takim
przypadku obudowa zapatruje się w pomocniczy mechanizm
zaciskowy , sterowany cięgłem i dźwignią ręczną przez kierowcę .

b) System GIRLING .

Tarczowe mechanizmy hamulcowe samochodowych kół jezdnych ,
produkowane według licencji DUNLOP , wyróżniają się jedynie
drugorzędnymi szczegółami wykonania .
Na uwagę zasługuje podwojenie liczby cylindrów i wkładek
ciernych , dzięki czemu promień działania wypadkowych sił
tarcia jest większy , a więc większy jest moment hamujący w porównaniu z równoważnym pod względem czynnych powierzchni
tarcia rozwiązaniem z jedną parą wkładek .

c) System DBA-BENDIX .

Mechanizmy hamulcowe tego typu są stosowane w licznych
samochodach europejskich m.in. w samochodzie Polski Fiat 125P.
Mechanizm taki odznacza się lekkością konstrukcji i nadaje
się do instalowania na dowolne koła jezdne .

Obudowa strzemienia jest nieruchoma , a obejma zaciskowa
może być przesuwana na odpowiednim prowadniku prostopadle
do płaszczyzny tarczy hamulcowej . Wskutek naporu płynu
hamulcowego tłok dociska klocek cierni do tarczy , a
równoważna reakcja przesuwa w przeciwnym kierunku obejmę
zacisku , wskutek czego drugi klocek cierny również jest
dociskany do tarczy hamulcowej .
Ruch powrotny tłoka po zwolnieniu pedału hamulca jest
ograniczony przez pierścień uszczelniający tłok , odkształcający
się wskutek różnicy ciśnień i oporów tarcia .

Konstrukcja mechanizmu hamulcowego tylnego różni się od
konstrukcji mechanizmu hamulcowego przedniego zastosowaniem
samoczynnego nastawnika luzu ( między klockami ciernymi i tarczą )
oraz elementami umożliwiającymi okresowe zaciskanie tarczy
hamulcowej , tj. wykorzystanie mechanizmu jako hamulca postojowego.
Samoczynny nastawnik luzu składa się z gwintowanego sworznia
oraz nakręcanej na nim tulejki odległościowej . Jeżeli wskutek
zużycia klocka ciernego luz miedzy czołem tulejki i dnem tłoka
zwiększy się , wtedy tulejka odległościowa przekręcając się na
sworzniu odpowiednio zmniejsza nadmierny luz . Podczas wyłączania
mechanizmu hamulcowego rozprężające się sprężyny tarczowe
przemieszczają wzdłużnie sworzeń gwintowany , a tulejka odległościowa poprzez łożysko toczne i pierścień oporowy zmusza
tłok do przesuwania się wraz ze sworzniem gwintowanym .

d) System CHRYSLER.

Tarczowy mechanizm hamulcowy ma obudowę ze stopu lekkiego,
przymocowaną śrubami do piasty koła . Zewnętrzne ścianki dwuczłonowej obudowy zaopatrzone są w żebra usztywniające
i jednocześnie ułatwiające odpływ ciepła , wytwarzającego się
podczas hamowania , do powietrza atmosferycznego .

Wewnątrz obudowy znajdują się dwie tarcze hamulcowe w postaci
sztywnych pierścieniowych płyt dociskowych , podtrzymywanych
przez sprężyny i osadzonych na nieruchomym wsporniku .
Małe sprężyny śrubowe usiłują zbliżyć do siebie tarcze hamulcowe .
Pozostałe sprężyny utrzymują tarcze hamulcowe w położeniu
środkowym , a jednocześnie tłumią drgania osiowe .
Na zewnętrznych ścianach tarcz hamulcowych naklejone są segmenty
okładzin ciernych . Wewnętrzne ścianki tarcz hamulcowych mają wnęki na stalowe kule swobodne . Do wewnętrznej tarczy hamulcowej przymocowane są dwa rozpieracze hydrauliczne , których
tłoczki współpracują z występami zewnętrznej tarczy hamulcowej .
Podczas hamowania , wskutek wysuwania się popychaczy tłoczków
z cylinderków rozpieraczy , obie tarcze hamulcowe przekręcają się
w przeciwnych kierunkach o pewien kąt , wówczas kule swobodnie
tocząc się po skośnych bieżniach rozsuwają tarcze hamulcowe
i dociskają ich okładziny do bieżni obudowy . Prawidłowe luzy
spoczynkowe zapewnia urządzenie samoczynnie kompensujące
skutki zużywania się okładzin ciernych .

4). Mechaniczne układy uruchamiające .

Układy mechaniczne do uruchamiania mechanizmów hamulcowych
kół samochodu spotyka się obecnie dość rzadko i głównie
w małych i lekkich pojazdach , z uwagi na trudności w osiągnięciu
dużych przełożeń , skłonność elementów układu do odkształcania się
oraz kłopotliwą regulację . Ze względu na prostotę wykonania ,
mechaniczne układy uruchamiające są natomiast często stosowane
do sterowania ręcznych hamulców postojowych .

Mechaniczny układ uruchamiający może być wykonany jako :

* układ sztywny : zadania cięgieł spełniają sztywne pręty lub drążki,
których sprężystość w niewielkim tylko stopniu wpływa na
rzeczywiste luzy spoczynkowe i czas uruchamiania hamulców .

* układ półsztywny : cięgła są wykonane częściowo jako drążki
lub sztywne pręty , a częściowo z giętkich linek .

* układ elastyczny : wszystkie cięgła układu są wykonane z giętkich
linek .

a) Niezależne sterowanie hamulca postojowego .

Pedał hamulca ustępując pod naciskiem , za pomocą cięgła przekręca
poprzeczny wałek pośredniczący , na którym osadzone są tzw. ramiona , czyli dźwignie jednostronne (w sposób umożliwiający regulację ich kątowych ustawień ) . Podczas obracania się wałka
pośredniczącego dźwignie jednostronne poprzez cięgła sztywne
uruchamiają rozpieracze mechanizmów hamulcowych kół przednich
i tylnych . Odpowiedni dobór długości dźwigni jednostronnych
umożliwia uzyskanie proporcjonalnego do przyjętych obciążeń
osi pojazdu rozdziału sił hamujących na przednich i tylnych kołach .
Ruch dźwigni ręcznej hamulca postojowego jest przekazywany całkowicie niezależnie poprzez cięgła oraz dźwignie , jedynie na rozpieracze kół tylnych

Sztywny układ mechaniczny z wydzielonym hamulcem postojowym .

b) Współzależne sterowanie hamulca postojowego .

Układ mechaniczny z zespolonym konstrukcyjnie układem
uruchamiającym hamulec postojowy , działający na tylne koła ,
wyróżnia się zastosowaniem dwóch wałków pośredniczących .

Sztywny układ mechaniczny z współzależnym hamulcem postojowym .

Ruch pedału hamulca nie oddziaływuje na układ dźwigien i cięgieł
hamulca postojowego dzięki obrotowemu osadzeniu dźwigni
hamulca ręcznego na pierwszym wałku pośredniczącym oraz
wycięciom wodzikowym w końcówkach cięgieł hamulca
nożnego i ręcznego .
-14-

5. Hydrauliczne układy uruchamiające .

Pojazdy samochodowe , zwłaszcza osobowe , najczęściej wyposaża
się w mechanizmy hamulcowe kół uruchamiane przez układy
hydrauliczne . Hydrauliczny układ uruchamiający jest korzystniejszy
niż mechaniczny z uwagi na o wiele mniejszą bezwładność
działania , identyczność nacisków wywieranych na szczęki oraz
całkowity brak wpływu ruchów kół jezdnych na działanie
hamulców , dzięki zastosowaniu elastycznych przewodów
do łączenia rozpieraczy z układem hydraulicznym .

a) Działanie układu hydraulicznego .

Nacisk wywierany na pedał hamulca jest przenoszony na szczęki
przez prawie nie ściśliwą ciecz wypełniającą całkowicie instalacje .
Wskutek obracania się dźwigni pedału hamulca , w pompie
hamulcowej przesuwa się tłoczek , który wytłacza płyn z jej
cylindra do przewodów układu . Pod wpływem wytworzonego
nadciśnienia tłoczki rozpieraczy w mechanizmach hamulcowych
kół rozsuwają się na zewnątrz i za pośrednictwem popychaczy
dociskają szczęki do bębnów . Po zwolnieniu nacisku na pedał
hamulca sprężyny odciągające cofają szczęki do położenia
spoczynkowego i jednocześnie wyciskają płyn z cylinderków
rozpieraczy z powrotem do układu hydraulicznego .

Hydrauliczny układ uruchamiający .

Hydrauliczny układ uruchamiający może pracować przy dość
wysokim ciśnieniu roboczym w instalacji , dzięki czemu rozmiary
pompy głównej i rozpieraczy są na ogół małe .
Hydrauliczny układ uruchamiający powinien być absolutnie
szczelny i nie powinna się w nim znajdować nawet najmniejsza
ilość powietrza . Jeżeli w przewodach znajduje się powietrze ,
uzyskanie wymaganej siły hamowania może nastręczyć trudności ,
ponieważ znaczna część skoku pedału hamulca zostaje zużyta na
sprężanie ściśliwego powietrza . W przypadku dość silnego zapowietrzania może nawet występować konieczność kilkukrotnego
naciskania i zwalniania pedału w celu wytworzenia wymaganego
ciśnienia w układzie , a nadto mechanizmy poszczególnych kół
działają często z niejednakową skutecznością .

b) Dzielony hydrauliczny układ uruchamiający .

Istotną wadą zwykłego hydraulicznego układu uruchamiającego
jest zmniejszenie skuteczności hamowania lub nawet brak
działania hamulców , w przypadku nieszczelności powodującej
wyciek płynu lub zapowietrzanie instalacji .
Aby umożliwić hamowanie pojazdu w przypadku nieszczelności
w jednym z odgałęzień instalacji , stosuje się tzw. . dzielone układy
uruchamiające . Instalacja taka składa się z dwóch układów
uruchamiających mechanizmy hamulcowe , układu przednich oraz układu tylnych kół .

Schemat dwuobwodowego hydraulicznego układu uruchamiającego
hamulce z podwójną główną pompą hamulcową .

-16-
W najprostszym przypadku stosuje się dwie główne pompy
hamulcowe sterowane jednym pedałem . Najczęściej jednak dzielony
układ uruchamiający wyposaża się w podwójną pompę hamulcową ,
tzw. tandem .
Podwójne działanie głównej pompy hamulcowej uzyskuje się stosując
dodatkowy tłoczek , tzw. swobodny , który rozdziela wnętrze cylinderka na dwie komory robocze . Nad cylinderkiem pompy
znajduje się dzielony zbiornik wyrównawczy z płynem , który
przez oddzielne kanaliki zasilające może dopływać do cylinderka
po obu stronach tłoczka swobodnego .

Podwójna pompa hamulcowa ( tandem ).

Podczas naciskania na pedał hamulca tłoczek główny przesuwa się
w kierunku tłoczka swobodnego . Po przesłonięciu kanalika zasilającego tłoczek główny wytłacza płyn z cylinderka do układu
uruchamiającego mechanizmy hamulcowe kół tylnych .
Wskutek wzrostu ciśnienia w cylinderku tłoczek swobodny
zaczyna ustępować przed tłoczkiem głównym i po zasłonięciu
kanalika zasilającego wytłacza płyn do układu uruchamiającego
mechanizmy hamulcowe kół przednich .

-17-
6. Podciśnieniowe układy uruchamiające .

Próby wykorzystania podciśnienia panującego w rurze ssawnej
pracującego silnika gaźnikowego do uruchamiania mechanizmów
hamulcowych czyniono już od roku 1904 . Jednak dopiero w roku 1923 Dewandre opracował instalacje nadającą się do praktycznego wykorzystania .

a) Podciśnieniowy układ DEWANDRE , cechuje zastosowanie całkowicie mechanicznego układu przeniesienia .
Wnętrze cylindra może się łączyć z rurą ssawną silnika lub też
z atmosferą poprzez zawór sterowniczy .
Tłok przesuwający się w cylindrze jest sprzężony łańcuchem
z dźwignią sterowniczą związaną z zaworem , pedałem hamulca
oraz cięgłem uruchamiającym rozpieracz . Jeżeli pedał hamulca jest
zwolniony , i wnętrze cylindra jest połączone z atmosferą , a tłok
dociskany sprężyną oporową opiera się o ściankę . Podczas naciskania na pedał hamulca układ dźwigni zamyka zawór odcinający wnętrze cylindra od atmosfery i jednocześnie otwiera
zawór łączący rurę ssawną silnika z wnętrzem cylindra .
Wskutek wysysania powietrza z cylindra powstaje w nim podciśnienie
(do 0,5…0,6 kG/cm2 ) , a dzięki różnicy ciśnień tłok przemieszcza się
i uruchamia za pośrednictwem dźwigni i cięgieł
mechanizmy hamulcowe kół .

Zasada działania podciśnieniowego mechanizmu uruchamiającego
DEWANDRE .

-18-
Po zwolnieniu pedału hamulca zostaje odcięte połączenie między
wnętrzem cylindra a rurą ssawną i otwiera się połączenie
cylindra z atmosferą , wskutek czego zanika różnica ciśnień
działająca na tłok . Wówczas pod naciskiem rozprężającej się sprężyny powrotnej tłok cofa się do położenia wyjściowego i poprzez układ mechaniczny zwalnia mechanizmy hamulcowe kół .
Kierowca reguluje skuteczność hamowania zwiększając lub zmniejszając nacisk na pedał hamulca , ponieważ dzięki równowadze
układu sił działających na dźwignię każdemu położeniu pedału
odpowiada tylko jedno , ściśle określone położenie tłoka w cylindrze .
Jeżeli nacisk na pedał hamulca jest stały , to oba zawory są zamknięte , w cylindrze panuje określone podciśnienie , a mechanizmy
hamulcowe kół działają z określoną skutecznością .

b) MASTER – VAC -BONALDI .

Urządzenie zastosowane w samochodzie Polski Fiat 125P ,
charakteryzuje zblokowanie podciśnieniowego siłownika wspomagającego
z główną pompą hamulcową .
Zasadniczymi członami urządzenia są : siłownik przeponowy ,
zawór sterowniczy oraz główna pompa hamulcowa . Swoistością
siłownika jest zastosowanie gumowego elementu amortyzacyjnego ,
pośredniczącego w przekazywaniu nacisków między tłokiem
i popychaczem . Podczas wciskania pedału hamulca trzpień sterowniczy
i suwak zaworu sterowniczego zbliża się do pompy
hamulcowej , przy czym suwak umożliwia napływanie powietrza
do komory atmosferycznej . Wskutek różnicy ciśnień po obu
stronach przepony tłok siłownika wywiera za pośrednictwem
elementu amortyzacyjnego i popychacza nacisk wspomagający na
tłok główny pompy hamulcowej .
Oddziaływanie wspomagające
siłownika jest sterowane przez elementy regulacyjne zaworu sterowniczego . W przypadku uszkodzenia siłownika wspomagającego
na tłok pompy hamulcowej działa bezpośrednio trzpień uruchamiany
pedałem hamulca . Aby w tym przypadku uzyskać określone opóźnienie , należy wywrzeć na pedał hamulca kilkakrotnie zwiększony nacisk .

Podciśnieniowe urządzenie wspomagające MASTER – VAC – BONALDI .

7. Nadciśnieniowe układy uruchamiające .

Duże i ciężkie pojazdy samochodowe , zwłaszcza ciężarowe o znacznej ładowności , autobusy i ciągniki , wyposaża się przeważnie
w nadciśnieniowe układy uruchamiające , z uwagi na łatwość uzyskiwania znacznych sił , niezbędnych do uruchamiania mechanizmów hamulcowych kół tego rodzaju pojazdów . Dzięki
znacznej wysokości ciśnienia roboczego , zwykle 5-9 kG/cm2 , osiąga
się duże siły hamowania przy niewielkich wymiarach siłowników
hamulcowych i innych podzespołów instalacji .

a) System WESTINGHOUSE , jest konwencjonalnym
dwuobwodowym i dwuprzewodowym układem uruchamiającym
hamulce ciągnika i przyczepy . Po naciśnięciu na pedał głównego
zaworu sterowniczego powietrze z jednego zbiornika przepływa do
tylnych hamulców , z drugiego do hamulców przednich ciągnika ,
a jednocześnie dzięki uruchomieniu zaworu przekaźnikowego
zaczynają działać hamulce przyczepy .

Dwuobwodowy , dwuprzewodowy system nadciśnieniowy uruchamiania
hamulców WESTINGHOUSE .

b) System BOSCH .

Nadciśnieniowe jednoprzewodowy układ służy do uruchamiania
mechanizmów hamulcowych kół pojazdu silnikowego oraz wszystkich
ciągnionych przez niego przyczep .
Instalacja ma połączone ze sobą szeregowo zbiorniki sprężonego
powietrza , wbudowane na każdym pojeździe (ciągniku lub przyczepie) . Powietrze tłoczone przez sprężarkę jest oczyszczone
w filtrze zaopatrzonym w króciec do pompowania ogumienia
pojazdu . Podwójny zawór sterowniczy reguluje dopływ sprężonego
powietrza do siłowników mechanizmów hamulcowych kół pojazdu
oraz uruchamia zawór sterujący układ hamulcowy pierwszej przyczepy .

8. Wykonania niekonwencjonalne .

Elektromagnetyczne mechanizmy hamulcowe . Współpracujące ślizgowo elementy ciernych mechanizmów hamulcowych są dociskane
do siebie w skutek oddziaływania elektromagnesów . Włączenie
hamulców polega na włączeniu zasilania elektromagnesów energią
elektryczną . Skuteczność hamowania reguluje się zwiększając lub
zmniejszając natężenie prądu przepływającego przez uzwojenia
elektromagnesów .

a) System WARNER .

Elektryczny mechanizm hamulcowy ma elektromagnes pierścieniowy
osadzony na tarczy hamulcowej , która może przekręcać się
o niewielki kąt , a którą w położeniu spoczynkowym utrzymuje
sprężyna odciągająca . Do obracającego się bębna hamulcowego ,
równolegle do elektromagnesu , przymocowany jest pierścień
stalowy .

Elektromagnetyczny mechanizm hamulcowy WARNER .

-23-
Podczas przepływu prądu przez uzwojenie elektromagnes usiłując
przyciągnąć obracający się pierścień – przekręca się zgodnie z kierunkiem obrotu bębna . Wówczas występ obudowy elektromagnesu
naciska na koniec dźwigni , powodując dociskanie szczęk do bębna .
Symetryczne rozmieszczenie szczęk zapewnia jednakową skuteczność
hamowania niezależnie od kierunku obrotu bębna hamulcowego odpowiednio do sposobu położenia , mechanizmy hamulcowe kół
przyczepy mogą być uruchamiane przez naciskanie na pedał hamulca
w pojeździe ciągnącym lub dźwignią ręczną , przy czym hamulce
przyczepy mogą wtedy działać niezależnie .

b) System PAILLARD .

Elektromagnetyczny mechanizm hamulcowy przypomina zwykły
mechanizm bębnowy o dwóch szczękach samonastawnych
w układzie samo wzmacniającym . Mechaniczny rozpieracz jest
uruchamiany przez elektromagnes .

9. Układ hamulcowy samochodu Fiat 125 P .

Samochód ma dwa układy hamulcowe – hydrauliczny działający na cztery koła
i mechaniczny , pomocniczy i postojowy , który działa na koła tylne .

a) układ hamulców hydraulicznych – jest uruchamiany za pomocą pedału . Hamulec jest typu tarczowego z płytkami ciernymi dociskanymi do tarczy tłoczkami , zbiorniki płynu hamulcowego znajdują się w tylnej części pomieszczenia silnika . Serwo hamulców typu podciśnieniowego wywiera nacisk na tłok pompy hamulcowej i zmniejsza siłę wymaganą do przyłożenia na pedał .
Zasadnicze części hamulców tarczowych to tarcze i zaciski . Tarcze hamulców przednich są zamocowane do past kół , a tarcze hamulców tylnych do półosi tylnego mostu . W każdym zacisku znajduje się tłok , oraz dwie płytki cierne .
Docisk płytek ciernych do powierzchni bocznych obracającej się tarczy powoduje hamowanie kół samochodu . W hamulcach tylnych są urządzenia samoczynnie regulujące luz miedzy tarczami i płytkami ciernymi . Tarcze hamulców są chronione przed zanieczyszczeniami osłonami blaszanymi . Samochody Polski Fiat 125 P .Są wyposażone w hamulce o układzie hydraulicznym dwuobwodowym tzn. w dwa niezależne układy hydrauliczne na przednie i tylne koła osobno . Pompa hydrauliczna tych hamulców skład się właściwie z dwóch niezależnych pomp umieszczonych w jednym korpusie . W układ hydrauliczny kół tylnych włączony jest korektor hamowania , którego zadaniem jest regulowanie ciśnienia w tym układzie , w zależności od aktualnego obciążenia . Najniższy możliwie ciśnienie w układzie kół tylnych może wynosić 0,46 ciśnienia pompy hamulcowej .

b) Hamulec ręczny , mechaniczny służy do unieruchomienia samochodu na postoju , może być użyty do hamowania samochodu podczas jazdy tylko w przypadku uszkodzenia układu hydraulicznego . Uruchamiany jest dźwignia umieszczoną na podłodze między siedzeniami przednimi , połączoną z dźwignią zacisków za pomocą cięgien i linek stalowych .

Kondensatory. Niektóre kondensatory wygładzają kształt przebiegu prądu. Inne przepuszczają sygnały i
sprzęgają je ze sobą. Specjalne kondensatory o zmiennej pojemności służą do przestrajania radia i
wyszukiwania stacji.

Pojemnością elektryczną nazywamy zdolność przewodników do gromadzenia ładunków elektrycznych.
Własność tę wykorzystano w kondensatorach.

Kondensator to układ dwóch przewodników (elektrody, opłatki, okładziny) przedzielonych dielektrykiem
(materiałem izolacyjnym).

Jeżeli do kondensatora doprowadzimy napięcie zasilające (U) to na jego okładkach gromadzi się
ładunek równy co do wartości lecz przeciwnego znaku. Proces gromadzenia ładunku nazywamy
ładowaniem kondensatora. Trwa on do chwili gdy napięcie między okładkami osiągnie wartość napięcia
zasilającego. Ładunek jednej elektrody nazywamy ładunkiem kondensatora, a zdolność kondensatora
do gromadzenia ładunku nazywamy pojemnością kondensatora C, którą wyrażamy jako stosunek
ładunku zgromadzonego w kondensatorze do napięcia przy którym został zgromadzony. Czyli C=Q/U.
Jednostką jest jeden farad (1F)

C – jest to podstawowy parametr (podstawowa wielkość) kondensatora, podawana przez producenta.
Pojemność nie zależy od ładunku i napięcia. Stosunek Q do U jest stały dla danego kondensatora.
Pojemność zależy od konstrukcji kondensatora:
a) rodzaju dielektryka (E)
b) wymiarów kondensatora.

Wytrzymałością elektryczną dielektryka nazywamy maksymalną wartość natężenia pola, która jeszcze
nie niszczy własności izolacyjnych dielektryka.

Kondensatory w układach mogą być łączone:
a) szeregowo
b) równolegle
c) mieszanie

Cechy charakterystyczne łączenia szeregowego: (jeżeli nie wiesz jak wygląda łączenie szeregowe
zajrzyj na stronę o rezystorach)
a) ładunki na każdym kondensatorze mają jednakową wartość
b) napięcie całkowite przyłożone do gałęzi jest sumą napięć na poszczególnym kondensatorze
c) dowolną ilość szeregowo połączonych kondensatorów można zastąpić jednym. Zamiana ta nie może
spowodować zmiany napięcia całkowitego U i ładunku zgromadzonego w układzie. Pojemność
zastępczego kondensatora czyli pojemność zastępczą Cz obliczamy ze wzoru:

Cechy charakterystyczne połączenia równoległego: (jeżeli nie wiesz jak wygląda połączenie równoległe
zajrzyj na stronę o rezystorach)
a) napięcie na każdym z kondensatorów jest jednakowe
b) ładunek całkowity jest sumą ładunków na poszczególnych kondensatorach
c) dowolną ilość równolegle połączonych kondensatorów można zastąpić jednym, nie może zmienić się
napięcie U i ładunek układu. Pojemność zastępczą Cz obliczamy ze wzoru:

Cz = C1 + C2 + C3 …

Połączenie mieszane to takie, w którym występuje łączenie równoległe i szeregowe.

Ogniwa słoneczne i panele bateryjne

Ogniwa słoneczne przetwarzają światło na energię elektryczną. Ogniwo słoneczne może być

produkowane z wielu różnych pierwiastków, ale najczęściej używanym jest krzem.

Mówi się o ogniwach pojedynczych (monokrystalicznych), wielokrystalicznych (polikrystalicznych) albo

cienkowarstwowych (amorficznych). Różnica między ogniwem mono- i polikrystalicznym nie jest zbyt

duża, właściwie chodzi o różny sposób produkcji materiału bazowego ogniwa. Dzięki jednolitemu

materiałowi ogniwo monokrystaliczne ma nieco wyższą sprawność, tzn, że wytwarza nieco więcej

energii na jednostkę powierzchni, niż ogniwo polikrystaliczne. Różnica jest jednak niewielka, 12-15% dla

monokrystalicznego i 10-14 % dla polikrystalicznego.

Zwykłe ogniwo słoneczne z krystalicznego krzemu o wymiarach ok. 10 x 10 cm ma nominalne napięcie

ok. 0,5 V. Poprzez połączenie szeregowe ogniw słonecznych, można otrzymać tzw. baterie słoneczne.

Istnieją baterie z różną ilością ogniw, w zależności od zastosowania, jak i od jakości ogniw. Bateria

słoneczna, która będzie używana do ładowania baterii ołowiowych na naszej długości i szerokości

geograficznej, potrzebuje conajmniej 30 ogniw, jeśli chodzi o monokrystaliczne, i 32 ogniwa, jeżeli

chodzi o ogniwa polikrystaliczne. Przy wzrastającej temperaturze napięcie ogniwa spada, co oznacza,

że może być potrzebna bateria z jeszcze większą ilością ogniw ( o ile jest bardzo gorąco w miejscu,

gdzie będzie ona zainstalowana).

Zwykła bateria składająca się z 30-32 ogniw ma maksymalną moc rzędu 40-45 W. Inne wielkości można

otrzymać poprzez albo dołożenie większej ilości ogniw, albo poprzez podział ogniwa na mniejsze

części. Jest to jednak dość drogie, ponieważ wymaga dodatkowych zabiegów w procesie produkcji.

Technika cienkowarstwowa oferuje bardzo wiele zalet z punktu widzenia możliwości produkcyjnych,

ponieważ można bardzo dokładnie określić charakterystykę poprzez ułożenie wzoru połączeń w

specjalny sposób. Bateria cienkowarstowa produkowana jest w ten sposób, że nkłada się cienką

warstwę aktywnego materiału na specjalnie przygotowaną szybę ze szkła. Następnie można przy

pomocy lasera wycinać ogniwa w pożądanych wielkościach i ilościach. Niestety sprawność tego typu

ogniw jest znacznie niższa niż ogniw krystalicznych, ale do prostych zastosowań, np. do zasilania

kalkulatorów, ten typ stał się bardzo powszechny. Standardowa bateria cienkowarstwowa do ładowania

akumulatorów ma zazwyczaj moc ok. 10 W.

Baterii słonecznych używa się normalnie do ładowania akumulatorów lub do bezpośredniego zasilania

jakiegoś rodzaju urządzeń np. pompy wodnej, wentylatora itp. Do ładowania akumulatora buduje się

system złożony z jednego lub wielu paneli słonecznych i regulatora ładującego tak, aby akumulator

mógł być maksymalnie ładowany, jak również zabezpieczony od przeładowania i szkodliwego

głębokiego rozładowania. Akumulatory mogą być różnych typów. Zwykły typ akumulatora

samochodowego nie jest odpowiedni, ze względu na to, że jest skonstruowany tak, żeby oddawać dużo

energii w ograniczonym czasie, a nie do tego, aby dawać mniejsze ilości energii w dłuższym czasie, co

ma zazwyczaj miejsce tam, gdzie mamy doczynienia z urządzeniami słonecznymi. Do tego celu

doskonale nadają się akumulatory ogólnego przeznaczenia, np. takie jak stosowane w układach

podtrzymywania zasilania.

Baterie słoneczne powinny być montowane w ten sposób, aby były maksymalnie wyeksponowane do

światła. Moc wyjściowa jest wprost proporcjonalna do ilości energii odbieranej z baterii. Kierunek

ustawienia powinno się wybierać pomiędzy południowym wschodem i południowym zachodem, a

miejsce powinno być nie ocienione. Panele krystaliczne są szczególnie wrażliwe na zaciemnienie i

nawej jeżeli jedno ogniwo w baterii jest zacienione traci się dużą część energii. Półcień nie jest tak

niebezpieczny, jak całkowite zacienienie. Kąt ustawienia w kierunku słońca ma również znaczenie; w

czasie półrocza zimowego jest ważne, aby panel był ustawiony pod kątem prostym do promieni

słonecznych, podczas gdy w letniej porze roku wystarczy kąt 30-45 storpni. Bateria słoneczna

produkuje energię również wówczas, gdy słońce jest za chmurami, lecz oczywiście energia, która jest

produkowana jest zależna od natężenia promieniowania świetlnego. W słoneczny, letni dzień w Szwecji

napromieniowanie wynosi aż do 1000 W/m2 i w tym czasie można ładować akumulator maksymalnie

prądem 3 A, o ile oczywiście jest on już w pełni naładowany.

W pochmurny, letni dzień napromieniowanie może wynieść tylko ok. 200 W/m2 i wówczas prąd nie

będzie większy niż ok. 0,5 A.

DIODY

Diody przepuszczają prąd tylko w jednym kierunku; służą do prostowania. W tym celu używa się ich w

prostownikach wchodzących w skład zasilaczy. Ogólnie rozpowszechnione są dzisiaj diody świecące

tzw. LED-y. Zastąpiły one wszelkiego rodzaju kontrolki. Są praktyczne dzięki małym wymiarom oraz

niskiej cenie.

Półprzewodniki

Największą grupę elementów aktywnych stanowią urządzenia zbudowane w oparciu o materiały

półprzewodnikowe. Do materiału półprzewodnikowego dodaje się domieszkę pewnego rodzaju. W

zależności od typu domieszki otrzymuje się półprzewodnik typu P lub N

Diody, tranzystory i układy scalone są zbudowane z materiałów półprzewodnikowych.

German

był historycznie pierwszym półprzewodnikiem. Materiał ten ma słabe własności dla wyższych

częstotliwości, dużą niestabilność temperaturową i dużo mniejszą odporność na wysokie temperatury

niż powszechnie stosowany krzem. Zaletą jego jest niskie napięcie progowe, które powoduje, że

tranzystory germanowe można stosować w obwodach mocy np. w przetwornicach napięcia.

Krzem

jest dzisiaj dominującym materiałem półprzewodnikowym. Jest tani. Obecnie można zbudować

tranzystory dużej mocy o dużym wzmocnieniu i częstotliwości granicznej ( fT) aż do kilku GHz, o

napięciach ok. 1000 V lub więcej. Zdarza się również w układach dużej mocy stosowanie tranzystorów

krzemowych o prądach do 1000 A. Nie można jednak tych wszystkich cech uzyskać jednocześnie.

Tranzystory są na ogół optymalizowane w grupach jako tranzystory małej mocy, przełączające albo

dużej mocy. Krzem jest materiałem tanim w odróżnieniu od pierwiastków z grupy III-V układu

okresowego.

Materiały grupy III-V.

Nazwa wynika z położenia pierwiastków znajdujących się w trzeciej i piątej kolumnie układu

okresowego. Są to związki materiałów takich jak arsenek galu (GaAs) i fosforek indu (InP). Arsenek galu

stosuje się przede wszystkim dla zakresu mikrofalowego. Tranzystory polowe zrobione z Arsenki Galu

AsFET, posiadają niskie szumy i dlatego są szczególnie przydatne w stopniach wejściowych np. w

odbiornikach radarowych lub satelitarnych. Posiadają niską modulację skrośną, ale są czułe na

przepięcia, a szczególnie na rozładowania elektrostatyczne. Fosforku indu Używa się przede wszystkim

w optoelektronice.

No i wreszcie coś o diodach…

Podstawowym elementem składowym każdej diody jest złącze P-N. Przewodzi ono prąd w jednym

kierunku i nie przewodzi w drugim. W rezultacie nadaje się doskonale do prostowania prądu zmiennego,

co też jest jego najczęstszym zastosowaniem. Do innych celów stosuje się wiele diod różniących się

odpowiednim doborem parametrów złącza p-n.

Dioda krzemowa występuje dzisiaj najczęściej. Diody przeznaczone do pracy przy małych prądach

mają napięcie progowe (spadek napięcia w kierunku przewodzenia) ok. 0,7 V, podczas gdy diody mocy

mają napięcie progowe 1V lub więcej. Gdy napięcie zaporowe (“odwrotne”) przekroczy wartość

katalogową, dioda ulega zniszczeniu.

Szczególny typ diody – dioda lawinowa nie zostanie uszkodzona po przekroczeniu napięcia

zaporowego. Nadmiar napięcia zostaje zaabsorbowany przez diodę i dlatego nadaje się doskonale jako

zabezpieczenie przeciwko krótkotrwałym impulsom i przepięciom.

Fast recovery, czyli dioda o krótkim czasie wyłączania, przeznaczona jest do układów przełączających.

Czas przełączania wynosi od 1 do 500 ns. Innym wariantem są diody o niskiej upływności z bardzo

niskim prądem wstecznym.

Dioda germanowa dominowała w zastosowaniach zanim została wyparta w latach 60-tych przez diody

krzemowe. Diody germanowe stosowane są nadal jako części zamienne, oraz w niektórych układach,

gdzie przede wszystkim potrzebne jest niskie napięcie progowe np. w detektorach, w sprzęcie radiowym

i video. Dla diod niskoprądowych, spadek napięcia w kierunku przewodzenia zawiera się w przedziale

0,2 – 0,5 V. Napięcie to zależy od wartości prądu ale w mniejszym stopniu niż dla diod krzemowych,

które mają wyższą “rezystancję” w kierunku przewodzenia. Spadek napięcia w kierunku przewodzenia

w diodach germanowych jest z kolei bardziej zależny od temperatury niż s diodach krzemowych.

Dioda Schottky’ego stanowią w większości wypadków alternatywę dla diod germanowych, gdy

niezbędne jest niskie napięcie progowe. Wynosi ono ok 0,4 V. Diody te działają na nośnikach

większościowych, odznaczają się zatem bardzo krótkimi czasami przełączania i nadają się doskonale

do zastosowań w układach bardzo wielkiej częstotliwości i układach przełączających. Diody

Schottky’ego są powszechnie stosowane w zakresie częstotliwości do 100 Ghz.

Dioda Zenera zachowuje się w kierunku przewodzenia jak dioda, ale ma bardzo dokładnie określone

napięcie przebicia w kierunku wstecznym. Diod tych używa się do pracy w kierunku zaporowym i

wykorzystuje się tzw. napięcie Zenera tj. napięcie, przy którym prąd wsteczny diody gwałtownie rośnie.

Dlatego szeregowo z diodą Zenera należy łączyć rezystor lub inny element ograniczający prąd.

Dioda Zenera ma precyzyjnie określone napięcie przebicia. Charakterystyka diody w kierunku

zaporowym musi wykazać bardzo wyraźne przegięcie. Poza tym zmiany napięcia Zenera w funkcji

temperatury powinny być możliwie małe. Najlepsze parametry termiczne mają diody w zakresie napięć

Zenera 5,6 – 6,2 V. Dla napięć niższych współczynnik temperaturowy napięcia Zenera jest ujemny, dla

napięć wyższych dodatni. Często dla otrzymania elementów stabilizacyjnych o bardzo małym

współczynniku temperaturowym napięcia, łączy się diody o dodatnim i ujemnym współczynniku w celu

ich wzajemnej kompensacji. Czasami łączy się zwykłą diodę krzemową (posiada ujemny współczynnik

temperaturowy przy pracy w kierunku przewodzenia) produkowaną seryjnie, z wysokonapięciową diodą

Zenera. Wypadkowa rezystancja szeregowa diod, powoduje jednak, że charakterystyka przebicia

Zenera będzie mniej stroma. Istnieją również diody stabilizacyjne o napięciu poniżej 2 V. Noszą nazwę

stabilitronów. Są to diody pracujące w kierunku przewodzenia, nie są więc diodami Zenera.

Diody zabezpieczające są w zasadzie diodami Zenera, które tłumią krótkotrwałe napięciowe impulsy

zakłócające. Używa się ich do ochrony elementów i układów elektronicznych. Ograniczanie

maksymalnego napięcia jest precyzyjne i bardzo szybkie. Diody wytrzymują wysokie prądy chwilowe,

które powstają przy ograniczaniu przepięć.

Diody pojemnościowe, warikapowe lub waraktorowe, w których wykorzystuje się zjawisko zmiany

pojemności złącz P-N pod wpływem polaryzacji w kierunku wstecznym. Ten mechanizm występuje w

każdej diodzie półprzewodnikowej spolaryzowanej zaporowo, ale dioda pojemnościowa jest specjalnie

przystosowana do tego zadania. To co je różni to sposób domieszkowania półprzewodnika w obszarze

złącza P-N i w związku z tym odpowiednia koncentracja nośników prądu. W zasadzie można

wyodrębnić złącze o liniowym i skokowym rozkładzie nośników prądu. W praktycznym działaniu

uwidacznia się to w różnych wartościach czułości zmian pojemności w funkcji napięcia.

Diody pojemnościowe zastępują kondensatory obrotowe w obwodach strojeniowych. Mogą być również

stosowane w powielaczach częstotliwości, w przełącznikach systemów wąskopasmowych oraz we

wzmacniaczach parametrycznych.

Diak jest triakiem bez wyprowadzonej bramki. Kiedy podane na diak napięcie przekroczy wartość

graniczną, zaczyna on przewodzić do czasu, kiedy prąd stanie się dostatecznie mały. Przewodzi on w

obu kierunkach i używany jest do sterowania triakami.

Dioda stałoprądowa jest właściwie tranzystorem polowym FET, w którym źródło i dren są ze sobą

połączone.

Dioda tunelowa zawiera silnie domieszkowane złącze P+ – N+ które ty się wyróżnia, że jego

charakterystyka prądowo – napięciowa zawiera odcinek o rezystancji ujemnej. Dioda zaczyna

przewodzić już przy bardzo niskim napięciu ok. 0,1 V w kierunku przywodzenia. Wzrost napięcia

powoduje silny wzrost prądu do momentu, w którym krzywa charakterystyki ulega przegięciu, po czym

zaczyna on maleć mimo dalszego wzrostu napięcia tzn. że występuje tzw. ujemna rezystancja. Gdy

napięcie na diodzie wzrośnie do ok. 0,3 V, następuje ponowne przegięcie charakterystyki diody i

rezystancja powtórnie staje się dodatnia. Diody tunelowe dzięki swojej ujemnej rezystancji,

wykorzystywane są jako elementy aktywne generatorów. Ujemna rezystancja kompensuje rezystancję

strat obwodu rezonansowego, czego efektem jest generacja drgań.

Diody PIN są używane jako elementy o zmiennej impedancji w układach elektronicznych bardzo

wielkich częstotliwości. Posiadają małą rezystancję w kierunku przewodzenia i małą pojemność w

kierunku zaporowym. W rezultacie odznaczają się niskim tłumieniem gdy są załączone, a wysokim

tłumieniem kiedy nie przewodzą. Charakterystyczna dla tej diody jest bezwładność przy przełączaniu.

Oznacza to, że dioda nie nadąża ze swoją charakterystyką za zmianami sygnałów wejściowych. W

zasadzie dioda ta funkcjonuje jak rezystor dla wysokich częstotliwości. Bezwładność, czas powrotu do

napięcia zaporowego, zależy od czasu życia nośników mniejszościowych. Diody PIN dla zakresu

mikrofal, mogą mieć t równe kilka ns, ale istnieją również diody PIN, które można stosować aż do kilku

MHz z t równym ms. Dolna granica częstotliwości = 1/2pt. Poniżej tej granicy dioda funkcjonuje jak

zwykłe złącze P-N.

Rezystancja diody PIN w kierunku przewodzenia może się zmieniać od 1 do 10 000 W w zależności od

polaryzacji. Stosowana jest w tłumikach sterowanych prądowo.

Dioda PIN posiada wbudowaną warstwę wewnętrzną i (w idealnym przypadku warstwa półprzewodnika

samoistnego), która znajduje się między obszarem materiału P i materiału N.

Dioda ładunkowa (step recovery) jest typem diody, który podobnie do diody PIN, ma trzy warstwy. Różni

się jednak tym, że zmiana rezystancji odbywa się gwałtownie przy minimalnej zmianie ładunku między

P i N. Umożliwia to uformowanie impulsów prądu o bardzo stromych zboczach i pozwala otrzymać wiele

częstotliwości harmonicznych przebiegu podstawowego. Typowym przykładem zastosowania jest

powielacz częstotliwości dla zakresu wielkich częstotliwości.

Dioda Gunna. Używana głównie w generatorach mikrofalowych. Na powierzchnię arsenku galu o

grubości ok 0,5 mm, naniesiona jest metodą epitaksji cienka warstwa arsenku galu typu N o niskiej

rezystancji. Do drugiej strony struktury, od strony anody, dołączony jest metalowy radiator. Katoda

diody znajduje się po stronie warstwy epitaksjalnej. Po dołączeniu do diody odpowiedniego napięcia,

takiego by natężenie pola elektrycznego w warstwie epitaksjalnej przekroczyło 350 V/mm, nastąpi

generacja obszaru o wysokim natężeniu pola nazwanego “domeną”. Powstająca przy katodzie domena

będzie się powoli przemieszczała w kierunku anody. Droga, po której się ona porusza decyduje o czasie

powtarzania się impulsów. Dioda Gunna dla 10 GHz ma warstwę epitaksjalną ok. 10 mm. Przy

połączeniu diody z rezonatorem, można uzyskać napięcie sinusoidalne. Jednym z wariantów diod

Gunna są diody wykonane z silnie domieszkowanego półprzewodnika. Nazywają się diodami LSA i

mogą generować impulsy mocy wielu kW.

Dioda IMPATT (Avalanche Transition- Time Diod) stosowana jest w generatorach mikrofalowych.

Wykorzystuje się w niej czas przelotu przez warstwę ładunku przestrzennego, podobnie jak w diodach

Gunna i diodach TRAPATT.

Diody TRAPATT jest wariantem diody IMPATT. Nazwa diody jest skrótem od ang. Trapped Plasma

Avalanche Triggered Transit. Ze względu na wartości czasów przełączenia diody Gunna i IMPATT na

ogół nie wytrzymują wyższych częstotliwości niż 3 GHz. Diody TRAPATT mogą jednak być stosowane

aż do ok. 500 Mhz i posiadać moce do 600 W.

Dioda BARITT (Barrier Injection Transit Time) jest zbudowana z dwóch przeciwnie skierowanych złącz

P-N, rozdzielonych wspólnym obszarem typ n. Opóźnienie czasowe powstające w obszarze n powoduje

ujemną rezystancje.

Laser – ( light amplification by stimulated emission of radiation – wzmacnianie światła przez wymuszoną emisję promieniowania ) – generator kwantowy optyczny ; generator spójnego promieniowania elektromagnetycznego z zakresu widma od nadfioletu do dalekiej podczerwieni. W działaniu lasera wykorzystano zjawisko wzmocnienia promieniowania przez emisję wymuszoną w ośrodku , w którym nastąpiło odwrócenie ( inwersja ) obsadzeń.

Zasadniczymi elementami lasera są : ośrodek czynny ( aktywny ) , rezonator optyczny i układ pompujący. Układ pompujący wytwarza w ośrodku czynnym , umieszczonym wewnątrz rezonatora optycznego , odwrócenie obsadzeń. Rezonator jest zbudowany z dwu równoległych , płaskich lub sferycznych zwierciadeł o dużym współczynnik odbicia i możliwie znikomej absorpcji. W praktyce stosuje się wielowarstwowe lustra dielektryczne , które składają się z nieparzystej liczby na przemian ułożonych warstw dielektryków o dużym i małym współczynniku załamania i grubości l/4 ( l – długość fali generowanego promieniowania ). Zwierciadła należy ustawić w odległości L=kl/2n ( gdzie n – to współczynnik załamania ośrodka , a k – to liczba całkowita ) , ponieważ wytwarza się wówczas w rezonatorze fala stojąca. Fotony początkowe promieniowania spontanicznego , których wektor falowy jest równoległy do osi optycznej zwierciadeł , przebiegają wielokrotnie drogę między nimi i wymuszają promieniowanie innych atomów ośrodka czynnego . Jeżeli wzmocnienie promieniowania przekroczy wartość strat , to w rezonatorze optycznym uzyskuje się generację promieniowania . Wyprowadzenie wiązki generowanego promieniowania następuje przez jedno ze zwierciadeł , którego współczynnik transmisji promieniowania D ą 0 . Ponieważ przejście z niższych poziomów wzbudzenia do stanu podstawowego zachodzi średnio w czasie 10-8 s ( taki jest bowiem czas życia tych poziomów ) , a w atomach neonu w skutek zderzeń z atomami helu wzbudzone są poziomy wyższe , więc w obszarze wypełnionym atomami neonu ciągle jest spełniony warunek inwersji obsadzeń . Na rysunku a) ( poniżej ) atomy Ne lasera , znajdujące się w obszarze czynnym zostały wzbudzone na wyższe poziomy energetyczne . Zostały one zaznaczone na rysunku czerwonymi kropkami . Przypadkowa natomiast emisja promieniowania z atomów neonu prowadzi do powstania szeregu lawin . Proces ten związany z emisją wymuszoną został zilustrowany na rysunku b) (poniżej) . Znaczna część lawin ulega zerwaniu po wyjściu z obszaru wypełnionego mieszaniną gazów , a jedynie lawiny fotonów rozwijające się wzdłuż osi x prowadzą do gwałtownego wzmocnienia natężenia promieniowania , które przez półprzeźroczyste zwierciadło może wyjść na zewnątrz patrz rysunki c) , d) , e) , – poniżej . Naturalnie proces ten trwa w sposób ciągły , bowiem cały czas zewnętrzne pole elektryczne o wysokiej częstotliwości powoduje wzbudzenie atomów helu na wyższe poziomy energetyczne .

Światło wysyłane przez laser cechuje duża spójność i monochromatyczność , oprócz tego jest ono w dużym stopniu skolimowane , co zapewnia uzyskanie dużej gęstości powierzchniowej mocy emitowanego promieniowania , rzędu 106 GW/cm2 . Szerokość linii widmowych promieniowania emitowanego przez laser może być mniejsza od szerokości naturalnej linii widmowej.

Ze względu na rodzaj ośrodka czynnego rozróżnia się lasery gazowe , cieczowe ( laser barwnikowy ) , krystaliczne ( laser rubinowy ) lub też szklane ( laser neodymowy ) . Ze względu na charakter pracy lasery można podzielić na pracujące w sposób ciągły ( CW – continuous work ) oraz impulsowo ( P – pulse ) . Lasery impulsowe umożliwiają uzyskanie olbrzymich mocy światła ( ultrakrótkich impulsów gigantycznych ) . Układy laserowe z zastosowaniem nieliniowych zjawisk optycznych umożliwiają otrzymanie wtórnych laserów , emitujących światło o długości fali odpowiednio przetworzonej ( laser ramanowski , powielanie częstotliwości światła ) . Lasery są stosowane w nowoczesnej telekomunikacji ( łączność satelitarna kosmiczna ) , lokacji i nawigacji ( lidar ) , w miernictwie i kontroli ( interferometryczne kalibratory laserowe ) , technologii ( precyzyjna mikroobróbka materiałów ) , w medycynie i biologii ( lancet świetlny , mikropunkcja komórki ) , w elektronicznej technice obliczeniowej w holografii i fotografii ( fotografia ultraszybka , fotografia we mgle ) , w sejsmografii oraz w technice wojskowej . Lasery dużej mocy są stosowane do wytwarzania wysokotemperaturowej plazmy , w której może zachodzić mikrosynteza jądrowa ( spektroskopia laserowa ) .

Laser , pompowanie – wzbudzanie atomów lub jonów substancji czynnej lasera do poziomów metatrwałych . Energia tych poziomów jest następnie wykorzystywana do emisji wymuszonej przez prom. sterujące laserem i przez samą emisję wymuszoną . W laserach jest stosowane pompowanie optyczne lub pompowanie prądowe . Pompowanie optyczne polega na wykorzystaniu , jako źródła energii wzbudzającej , lamp wyładowczych wytwarzających błyski światła , które są pochłaniane przez jony substancji czynnej w laserach krystalicznych , szklanych lub cieczowych .Pompowanie prądowe polega na wykorzystaniu energii prądu elektrycznego przepływającego przez substancję czynną lasera. W laserach gazowych pompowanie prądowe polega na wywołaniu jonizacji gazu przez wyładowanie o wysokiej częstotliwości (pompowanie jonowe).W laserach półprzewodnikowych pompowanie prądowe polega na jednokierunkowym wprowadzeniu swobodnych nośników ładunku w złącze p-n (pompowanie indukcyjne) lub na bombardowaniu złącza wiązką szybkich elektronów.

Laser barwnikowy – laser o pracy ciągłej lub impulsowej umożliwiający ciągłą zmianę długości fali w zakresie 0,35-1,3 mikrometra przez zastosowanie w nim jako ośrodka czynnego kolejno różnych barwników. Barwniki są skomplikowanymi związkami organicznymi silnie pochłaniającymi światło w obszarze widzialnym , np. : fluoresceina i rodamina ( fluorescencja ) . W typowym schemacie poziomów energetycznych barwnika występują dwa rodzaje stanów elektronowych : singletowe S i trypletowe T (rysunek 1).

Drgania i rotacje cząsteczki powodują rozczepienie każdego poziomu elektronowego na wiele poziomów oscylacyjnych i rotacyjnych , które są ułożone tak gęsto że tworzą niemal ciągłe pasma energetyczne (widmo cząsteczkowe).

Emisja promieniowania laserowego odbywa się podczas przejść wymuszonych do poziomów stanu S0 z najniższych poziomów S1 ( o czasie życia rzędu 10-9 s ), które są obsadzone w skutek bezpromienistych przejść z wyższych poziomów S1 ( wzbudzanych bezpośrednio dzięki absorbcji światła pompującego ). Do wzbudzenia barwnika używa się specjalnych lamp błyskowych lub laserów impulsowych , np.: azotowych , o błysku krótkim i szybko narastającym impulsie , tak aby osiągnąć próg akcji laserowej zanim znaczna liczba cząstek przejdzie do stanów T1. Ponieważ pompowanie optyczne barwnika powoduje w nim pewne zmiany , barwnik zużyty powinien być wymieniany przez szybkie przepompowywanie go z dużych zasobników. Ciągłą akcję laserową uzyskuje się znacznie trudniej , np.: przez wzbudzenie barwnika ( wiązką światła lasera argonowego o działaniu ciągłym ) przepływającego odpowiednio uformowaną strugą przez kuwetę , która znajduje się w rezonansie optycznym. Duża szerokość pasma fluorescencji barwnika umożliwia przestrajanie lasera. Tym celu w rezonatorze optycznym umieszcza się element dyspersyjny , np.: odbiciową siatkę dyfrakcyjną , pryzmat lub interferometr Fabry`ego – Perota. Taki element zapewnia dobre warunki generacji fali świetlnej , czyli dużą dobroć rezonatora , tylko dla jej wąskiego przedziału widmowego. W przypadku zastosowania pryzmatu ( patrz rysunek 2a )

rezonator wzmacnia wiązkę o takiej długości fali , dla której kąt padania na ścianę pryzmatu jest kątem Brewstera. W przypadku zastosowania siatki dyfrakcyjnej ( patrz rysunek 2b ) , którą umieszcza się zamiast jednego zwierciadła , akcja laserowa odbija się tylko dla wiązki odbitej przez siatkę dokładnie wzdłuż osi rezonatora. Przy określonym położeniu siatki warunek ten jest spełniony tylko dla jednej długości fali i tylko taką falę może laser emitować. Przez obrót siatki ( pryzmatu ) uzyskuje się płynną zmianę częstotliwości generowanej fali świetlnej , w granicach określonych przez szerokość pasma fluorescencji barwnika.

Najsubtelniejsze strojenie lasera barwnikowego uzyskuje się z pomocą interferometru Fabry`ego – Perota .

Rezonator Fabry – Perota ( patrz rysunek powyżej ) składa się z dwu odbijających lustrzanych płaszczyzn 1 i 2 . Promieniowanie o natężeniu Ioe jest emitowane w środku wnęki w kierunku płaszczyzny 1 . Część promieniowania jest odbijana od tej płaszczyzny w kierunku płaszczyzny 2 , a po odbiciu od niej kierowana z powrotem do źródła . Prąd przepływający przez złącze , przy którym wzmocnienie układu osiąga wartość wystarczającą do tego , aby skompensować straty promieniowania w rezonatorze , nazywa się prądem progowym ITO .

Transmisja promieniowania bardzo silnie zależy od długości fali. Szerokość linii widmowej światła emitowanego przez laser barwnikowy jest większa niż dla lasera gazowego. Wynika to z fluktuacji częstotliwości generowanej fali świetlnej , związanych z mechanizmem zjawisk zachodzących w barwniku. Jednym z ważniejszych osiągnięć technologii lasera barwnikowego jest zastosowanie barwnika w fazie gazowej zamiast roztworu ciekłego. Można wówczas wzbudzić barwnik na drodze wywoływań elektrycznych , co znacznie poprawia wydajność i zwęża linię widmową fali świetlnej. Takie cechy , jak : przestrajalność , możliwość uzyskania bardzo dużej mocy impulsu ( rzędu setek MW ) oraz zastosowania lasera barwnikowego w wielu dziedzinach , a przede wszystkim w spektroskopii laserowej.

Laser gazowy – laser o pracy ciągłej lub impulsowej , w którym ogniskiem czynnym jest gaz , para lub ich mieszanina. Rozróżnia się lasery gazowe: atomowe , w których ośrodkiem czynnym są atomy gazów szlachetnych ; jonowe , w których ośrodkiem czynnym są jony gazów szlachetnych ; cząsteczkowe , w których ośrodkiem czynnym są cząsteczki gazów lub par metali. Laser gazowy ma zazwyczaj postać rury wyładowczej wypełnionej mieszaniną gazów , którą umieszcza się wewnątrz rezonatora optycznego (patrz rysunek 3 ).Światło przebiegające wielokrotnie długość rezonatora , przechodząc przez okienka rury nachylone pod kątem Brewstera ulega polaryzacji liniowej. Takie ustawienie okienek w dużym stopniu zmniejsza odbicie promieniowania ( straty ) przy przejściu przez okienko , przy czym jest wymagana płaska powierzchnia okienek ( z dokładnością około 0,1-

0,03l ; l – długość fali generowanego promieniowania ) oraz ich równoległość ( rzędu kilku sekund kątowych ) . Wzbudzenie gazu osiąga się metodą wyładowań elektrycznych , najczęściej prądem stałym. Odwrócenie obsadzeń poziomów energetycznych , między którymi zachodzić ma akcja laserowa , uzyskuje się w wyniku niesprężystych zderzeń międzyatomowych lub zderzeń atomów ( jonów ) z elektronami.

Lasery gazowe mogą pracować zarówno w sposób ciągły , jak i impulsowo. Promieniowanie generowane przez laser gazowy o pracy ciągłej odznacza się wyjątkowo dużą monochromatycznością ( szerokość linii widmowej może być nawet rzędu kilkudziesięciu kHz ).

Najczęściej stosuje się lasery gazowe : helowo-neonowy ( He-Ne ) , o długości generowanego promieniowania l = 362,8 nm ; argonowy , l = 514,5 nm i 488 nm ; CO2 , l = 10,6 nm .

Laser krystaliczny – laser na ciele stałym ; w którym ośrodek optycznie czynny jest kryształem ( Al2O3 , CaF2 , YAG ) domieszkowanym jonami pierwiastków ziem rzadkich ( Nd3+ , Er3+ ) lub żelazowców (Cr3+ , Ni2+ ). Najbardziej rozpowszechniony laser krystaliczny to laser rubinowy ( Al2O3 ) domieszkowany jonami Cr3+ ( 0,035 % ) , w którym do pompowania optycznego jest stosowana błyskowa lampa ksenonowa. Syntetyczny rubin w postaci walca z dokładnie płaskimi i równoległymi podstawami stanowi rezonator optyczny , w którym światło jest wzmocnione w wyniku wielokrotnych odbić. Stosuje się też niekiedy zewnętrzne zwierciadła płaskie , przy czym jedno jest częściowo przepuszczalne i służy jako wyjście wiązki laserowej. Praca lasera rubinowego jest impulsowa , z czasem trwania impulsu rzędu 10-3 s i energią do kilku dżuli. W laserach krystalicznych o tzw. modulowanej dobroci jest możliwe wytworzenie bardzo krótkich impulsów o czasie trwania kilku ns i mocy jednego GW.

Laser półprzewodnikowy -laser , w którym substancją czynną jest półprzewodnik ( najczęściej arsenek galu lub jego stop z aluminium AlGaAs w postaci diody n-p. ). Nośniki ładunku (dziury i elektrony ) wprowadzone w obszar złącza rekombinują wysyłając promieniowanie , a wypolerowane boczne ścianki kryształów tworzą rezonator optyczny tego promieniowania. Głównymi zaletami lasera półprzewodnikowego są : małe wymiary , prostota konstrukcji i łatwość modulacji promieniowania , co powoduje , że lasery półprzewodnikowe znajdują zastosowanie w układach logicznych i telekomunikacji światłowodowej.

Budowę i charakterystykę lasera półprzewodnikowego przedstawiają

poniższe rysunki .

Laser ramanowski – laser w którym spójne promieniowanie wytwarza się dzięki wymuszonemu zjawisku Ramana w substancji umieszczonej w rezonatorze lasera wzbudzającego. Umożliwia to uzyskanie wielu nowych linii widmowych światła , które ma własności promieniowania laserowego , o częstotliwości n odpowiednio przesuniętych względem częstotliwości promieniowania n0 lasera wzbudzającego : n = n0 m knR , gdzie :nR to częstotliwość drgań własnych danej substancji , k = 1,2,3,…, .

Przy tworzeniu tego referatu korzystałem z pomocy następujących źródeł :

·Ilustrowana encyklopedia dla wszystkich „Fizyka”

·„Fizyka” dla klasy IV technikum i liceum zawodowego

·„Elektronika” – podręcznik dla technikum

Maser ( Microwave Aplification by Simulated Emission of Radiation ) – elektronowy przyrząd kwantowy, generujący lub wzmacniający spójne fale elektromagnetyczne w zakresie mikrofalowym. Działanie masera polega na :

·Doprowadzeniu układu ( atomów lub jonów ) o skwantowanych poziomach energetycznych do takiego stanu energetycznego, aby przeważały w nim elementy wzbudzone, tj. znajdujące się na wyższym poziomie energetycznym ( a więc zdolne do wymuszonej emisji promieniowania ); uzyskuje się to przez dostarczenie do układu energii z obcego źródła w procesie tzw. Pompowania;

·Doprowadzeniu na wejście układu słabej fali elektromagnetycznej wymuszającej ( symulującej ) wyzwalanie zmagazynowanej energii w postaci kwantów promieniowania; fala wymuszająca zostaje przy tym wzmocniona, gdyż do tej energii zostaje dodana energia kwantów wypromieniowanych przez wzbudzone atomy lub cząstki układu powracające do poprzedniego, podstawowego poziomu energetycznego; emitowane promieniowanie jest spójne i monochromatyczne.

Ze względu na rodzaj ośrodka czynnego i konstrukcję rozróżnia się:

a)Masery gazowe ( molekularne generatory i wzmacniacze), w których podgrzane cząstki gazu, np. amoniaku, będące dipolami elektrycznymi, uzyskują różne energie wzbudzenia; podczas przechodzenia przez separator ( układ elektrod wytwarzający silne pole elektrostatyczne ) cząsteczki nie wzbudzone są odchylane, a cząsteczki wzbudzone są skupiane wzdłuż osi separatora i przechodzą dalej do rezonatora; pod wpływem doprowadzonej fali elektromagnetycznej następuje tu wymuszenie emisji promieniowania; pierwsze masery amoniakowe zbudowano w 1954r.;

b)Masery krystaliczne ( kwantowe wzmacniacze paramagnetyczne), w których uzyskuje się właściwości paramagnetyczne niektórych kryształów ( najczęściej rubinu, rutylu i korundu żelazowego ); wzbudzenie atomów kryształów umożliwia się przez obniżenie ich do temperatury ciekłego helu ( 4 O K ) w celu oddzielenia atomów paramagnetycznych od wpływu drgań termicznych sieci krystalicznej oraz przez poddanie działaniu silnego stałego pola magnetycznego; najczęściej stosuje się tzw. trójpoziomową metodę wzbudzania, w której atomy paramagnetyczne mogą wykazywać trzy ściśle określone poziomy energetyczne: minimalny, pośredni i maksymalny; w wyniku oddziaływania „pompującej” fali elektro magnetycznej o częstotliwości odpowiadającej różnicy energii między poziomem minimalnym a maksymalnym część tych atomów zostaje wzbudzona do poziomu najwyższego; jeżeli wówczas doprowadzi się do kryształu falę elektromagnetyczną o częstotliwości odpowiadającej różnicy między poziomem maksymalnym a pośrednim, to fala taka wymusza emisję kwantów promieniowania o tej samej częstotliwości ( powoduje to silne wzmocnienie fali ). Masery krystaliczne stosuje się jako wstępne stopnie wzmacniające ( odznaczające się bardzo małymi szumami własnymi dzięki pracy w temperaturze bliskiej 0O K ) w urządzeniach radiolokacyjnych ( dalekosiężnych ), w łączności satelitarnej itp.

Schemat masera:

a)amoniakowego ( 1- zbiornik par amoniaku; 2- źródło gorących par amoniaku; 3- przesłona; 4- separator kwadrupolowy; 5- wnęka rezonansowa; 6- falowód; 7- korpus chłodzony; 8- ciekły azot; 9- strumień par amoniaku; 10- sygnał wyjściowy; 11- do pompy próżniowej)

b)krystalicznego parametrycznego ( 1- ciekły azot; 2- ciekły hel; 3- naczynie Dewara; 4- wnęka rezonansowa z kryształem parametrycznym; 5- nabiegunniki elektromagnesu; 6- sygnał wejściowy; 7- sygnał wyjściowy; 8- dopływ energii pompującej)

c)krystalicznego ( rubinowego ) o fali bieżącej ( 1- rubin; 2- linia opóźniająca; 3- rubin czerwony; 4- przekładka korundowa; 5- falowód z energią pompującą; 6- sprzęgacz z układem koaksjalnym; 7- sygnał wejściowy; 8- sygnał wyjściowy )

PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ NATURALNA

W 1896r. uczony francuski Henryk Becquerel wykrył niewidoczne dla oka, bardzo słabe promieniowanie wysyłane przez preparaty zawierające uran.Ciała, które wysyłają promieniowanie zaobserwowane przez Becquerela nazwano ciałami promieniotwórczymi lub radioaktywnymi.

Promieniowanie wysyłane przez pierwiastki radioaktywne mają następujące cechy:

1.Zaczerniają kliszę fotograficzną.

2.Wywołuje działanie chemiczne: pod wpływem tego promieniowania tlen zamienia zamienia na ozon;

woda,chlorowodór ulega rozkładowi.

3.Wywołuje luminescencję niektórych substancji np.siarczku cyjanku.

4.Pierwiastki promieniotwórcze stałe wysyłają ciepło, w stanie czystym świecą w ciemności. REAKTOR JĄDROWY

Neutrony wyzwolone podczas rozszczepienia jądra uranu 235U tzw. neutrony wtórne, maja prędkość dużo większą od neutronów wywołujących rozszczepienie.I te neutrony wtórne również mogą wywołać rozszczepienie innych jąder uranu,dzięki temu powstają nowe neutrony zdolne do bombardownia dalszych jąder uranu i w ten sposób może powstać nie zanikająca reakcja, zwana łańcuchową. Urządzenie zawierające materiał ulegający rozszczepieniu i materiał nierozszczepialny, tworzą układ, w którym można wytworzyć reakcję łancuchową w sposób kontrolowany , nazywa się reaktorem jądrowym.).Pierwszy reaktor uranowy o mocy 200 watów został zbudowany w roku 1942 pod kierunkiem Enrico Fermiego w Chicago.

Podstawowymi elementami reaktora są:

-paliwo jądrowe (uran , pluton)

-moderator,który służy do spowalniania neutronów,neutrony zderzają się sprężyście z jądrami lekkich pierwiastków i są spowalniane,moderatorem może być:grafit,beryl a także zwykła woda.

-substancja chłodząca(woda,powietrze,wodór)

-reflektor jest osłona rdzenia reaktora,jego celem jest zwiększenie strumienia neutronów w zewnętrznych częsciach rdzenia

-osłona betonowa

-kanały do wprowadzania substancji,które mają być napromieniowane

-pręty regulacyjne i pręty bezpieczeństwa zbudowane są z substancji pochłaniających neutrony(bor,kadm)

pręty regulacyjne służą do precyzyjnej zmiany strumienia neutronów, poprzez odpowiednie zanurzenie prętów

regulacyjnych można nastawić reaktor na odpowiednią moc

pręty bezpieczeństwa mają za zadanie całkowite przerwanie reakcji łańcuchowej podzczas sytuacji awaryjnej.

Cały rdzeń reaktora zanurzony jest w chłodziwie,którego zadaniem odprowadzaniem ogromnych ilości ciepła powstających podczas pracy reaktora.

Reaktor służy do otrzymywania nowych pierwiastków i sztucznych izotopów promieniotwórczych.

Odkrycie.
Promienie rentgena zostały odkryte w roku 1895 przez Wilhelm Conrad Roentgen.W 1901r. dostał za to odkrycie nagrodę Nobla.Badając właściwości promieni katodowych , Roentgen spostrzegł, że leżący w pobliżu rury katodowej ekran pokryty platynocyjankiem baru świecił wtedy, kiedy rura katodowa była czynna.Roentgen przysłonił ekran czarnym papierem, lecz ekran także świecił.Klisza fotograficzna owinięta w czrny papier także uległa prześwietleniu.Promieniowanie to przechodzi przez szkło, przez czrny papier i przez wiele ciał, które są nieprzeźroczyste dla światła.Roentgen odkryte przez siebie promienie nazwał promieniami X, a później nazwano je promieniami Roentgena.
Wytwarzanie.
Do wytwarzania promieni X służą dwie lampy: jonowa lampa rentgenowska oraz lampa Coolidge’a z żarzoną katodą,która służy do wytwarzania elektronów swobodnych za pomocą zjawiska termoelektrycznego. Jonowa lampa rentgenowska jest bańka szklana,kulista o średnicy kilku lub kilkunastu cm, wypełniona gazem o ciśnieniu kilku dziesiątych Pa.W bańce znajdują się trzy elektrody metalwe:płytka glinowa K, która ma kształt wklęsłej miseczki o środku krzywizny w środku bańki i stanowi katodę, anoda A, która jest połączona metalicznie (zamyka obwód prądowy dla elektronów) z trzecią elektrodą T zwaną antykatodą.Jest to blaszka z trudno topliwego matalu;znajduje się dokładnie w środku bańki i jest ustawiona pod kątem 45° do osi bańki.
W celu uruchomienia lampy podłącza się między katodę i antykatodę napięcie rzędu kilkudziesięciu tysięcy woltów.W bańce takiej występują jony dodatnie, które bombardując katodę wyzwalają z niej elektrony. Elektrony wylatujące z wklęsłej katody tworzą zbieżny strumień promieni katodowych skupiającej się na bardzo małej powierzchni antykatody. Powstają dwa typy promieniowania rentgenowskiego:o widmie ciągłym (promieniowanie hamowania) i o widmie liniowym.Szybko poruszające się elektrony trafiaja na atomy bombardowanego pierwiastka i w ich polach elektrycznych gwałtownie zmieniają kierunki lub zostają wyhamowane.w tym czasie elektron traci częśc swojej energi, która zostaje wypromieniowana w postaci promieniowania hamowania Częstotliwość i energia emitowanego fotonu jest tym większa, im silniej jest hamowany elektron..
E1-E2=h*n=h*c/l

Gdy elektron zostaje całkowicie przez jądro wychamowany, wówczas cała jego energia zamienia się na energię promieniowania.Częstotliwość tego promieniowania jest wtedy największa.

1/2mu2=h*nmax lub 1/2mu2=h*c/lmin

Wielkości nmax i lmin określają krótkofalową granicę widma ciągłego promieniowania rentgenowskiego.

1/2mu2=e*U h*nmax=e*U h*c/lmin =eU ,a więc lmin=hc/eU

Krótkofalowa granica widma promieniowania rentgenowskiego zależy od napięcia przyśpieszającego elektrony.
Powstawanie widma charakterystycznego widma promieni X.
Elektrony promieni katodowych mogą przekazywać swoją energię elektronom atomów antykatody.
Posiadają one dużą energię, a więc mogą wytrącić nie tylko elektrony zewnetrzne ale także elektrony leżące najbliżej jądra.Wytrącony elektron albo wylatuje poza atom i staje się elektronem swobodnym albo zajmuje wolne miejsce w warstwie dalekiej od jądra(nie zapełnionej).Zwolnione miejsce przez niego natychmiast zajmuje elektron z wyższej warstwy,podczas tego przejścia następuje emisja energi w postaci fotonu.
W zależności od energii jaka trzeba dostarczyć, aby wybić elektron można obliczyć częstotliwość i długość emitowanej fali. E=h*n e=h* c/l

Właściwości promieni rentgenowskich
1.Rozchodzą się prostoliniowo
2.Są niewidzialne,ale wywołują fluorescencję
3.Wywołuje jonizację powietrza
4.Przenika przez szkło,czrny papier, a nawet przez płytki metalowe
5.Zaczernia kliszę fotograficzną
6.Są pochłaniane bardziej przez pierwiastki o większej liczbie porządkowej Z

Max Laue skierował prostopadle wiązkę promieni X(o widmie ciągłym) na powierzchnię cienkiego monokryształu i po przejściu przez kryształ pada na kliszę fotograficzną.Na kliszy otrzymujemy zaczernioną plamkę centralną dlawiązki nie ugiętej oraz plamki boczne dla wiązek ugiętych.Zespół regularnie ułożonych plamek nazywa się obrazem Lauego.Regularne ułożenie małych zaczernionych plamek świadczy o tym,że tylko w pewnych kierunkach ugięte promienie X wzmacniają się, w innych zaś znoszą się.Doświadczenie to pokazuje,że zachodzi interferencja promieni X.

Fizycy jako spadkobiercy filozofów przyrody od wieków rozważają nad czasem. Starają się dojść do tego, co decyduje o jego własnościach. Bardzo ciekawe i intrygujące jest to, że najważniejsze, a za razem najbardziej ponadczasowe koncepcje czasu ukształtowały się już wkrótce po narodzinach nowożytnej fizyki.

Izaak Newton, zastanawiając nad istotą czasu, w roku 1687 pisał: Czas absolutny, praw-dziwy i matematyczny, sam z siebie i przez swą naturę, upływa równomiernie bez związku z czymkolwiek zewnętrznym i inaczej nazywa się trwaniem (według niemieckiego miesięcznika „Das Be-ste” cytat ten brzmi inaczej: Prawdziwy, matematyczny czas płynie równo, nie mając odniesienia do żadnych procesów zewnętrznych). Wydaje się na zdrowy rozum, ze nie ma nic bliższego prawdy. Przecież jeśli nastawimy nasz zegarek według zegara na Zamku Królewskim, wskazówki obu mechanizmów będą posuwać się z tą samą prędkością, niezależnie od tego, co robi właściciel zegarka i co stanie się z Zamkiem. Czas płynie bez względu na to, jak usiłujemy nim manipulować. Nawet jeśli nastawię swój zegarek na inny czas, i tak nie odbędę podróży w czasie. Przez ponad 250 lat fizycy byli przekonani, że Newton ma rację i wtedy pojawił się Albert Einstein.

Ten uczony w 1905 roku sformułował między innymi swoje szczegóły dotyczące teorii względności. Powiedział: czas jest względny. Upływa z rozmaitą prędkością w zależności od tempa poruszania się przedmiotów w przestrzeni. Jego praca “O elektrodynamice ciał w ruchu” odnosi się do całej fizyki, ale pod pewnymi względami stoi w poważnej sprzeczności z intuicyjnym rozumieniem czasu i przestrzeni. Jeżeli jego teoria względności odpowiada prawdzie, czas nie jest bytem absolutnym. Wystarczy, byśmy poruszali się dostatecznie szybko, czas zależy bowiem od szybkości podróżującego. Przeczytałam, że fizycy ilustrują to twierdzenie następującą opowiastką: żyła niegdyś para bliźniaków, Ernest i Ernestyna. Ernestyna wyruszyła w jednodniową podróż w przestrzeń. Rankiem wsiadła do rakiety, mknącej prawie z prędkością światła i poleciała w kosmos. Ernest został na Ziemi. Gdy po kilku godzinach siostra wróciła, ku swemu zdumieniu spostrzegła, że jej bliźniaczy brat posiwiał, a jego twarz pokrywają zmarszczki. Podczas podróży siostry na Ziemi upłynęło wiele, wiele lat.

Ernestyna, urodzona tego samego dnia, co jej brat, była teraz od niego o wiele młodsza, tylko dlatego, że z wielką prędkością podróżowała w kosmosie. Fizycy nazywają to zjawisko paradoksem bliźniąt. Chodzi o to, że kobieta żyła w innym układzie odniesienia – szybko poruszającego się statku kosmicznego o własnej skali czasu. Gdy wylądowała, wróciła do układu odniesienia swojego, gdzie czas płynął dużo szybciej.

Przy pomocy niezwykle dokładnych zegarów naukowcy potrafią można dowieść, że paradoks bliźniąt nie jest tylko science fiction. W październiku 1971 roku fizycy amerykańscy Joseph Hafele i Richard Keating umieścili na jego pokładzie jumbo jeta cztery precyzyjne i niezawodne zegary atomowe. Cztery inne zegary zostawiono na Ziemi, miały one pozwolić na porównania. Samolot, który startował z Waszyngtonu, dwukrotnie okrążył Ziemię. Gdy wylądował, uczeni wstrzymali dech w piersiach. Podróżujące zegary w istocie wykazywały około 300 miliardowych sekundy opóźnienia – dokładnie, jak przewidywał Einstein.

Różnica 300 miliardowych sekundy – to niewiele, nawet nie tyle, co mrugnięcie oka. Ale paradoks bliźniąt nadal ma duże znaczenie praktyczne. Statki, sterowane satelitarnie, muszą go brać pod uwagę, w przeciwnym razie zboczą z kursu o ładnych „parę” kilometrów.

Kolejnym przykładem jest zegar umieszczony na wieży Uniwersytetu Harvarda, który, jak wykazały precyzyjne pomiary przeprowadzone w 1960 roku, chodził szybciej niż ten 23 metry niżej.

Teoria Einsteina mówi też, że potężne masy materii – takie jak planety, gwiazdy czy czarne dziury – zniekształcają przestrzeń, a zatem rozciągają bądź ścieśniają czas. Uczony założył, że istnieje stałość prędkości światła. W każdym zakątku wszechświata światło rozprzestrzenia się z jednakową prędkością, niezależnie od szybkości poruszania się jego źródła. Cząsteczki światła zawsze rozchodzą się z prędkością 300 000 kilometrów na sekundę. W matematycznych równaniach teorii względności czas i przestrzeń są nierozerwalnie ze sobą związane – niczym nici w u-tkanym materiale.

Zrozumiałam to, gdy przeczytałam następujący dowód: Załóżmy, że z tego czasoprzestrzennego materiału upleciemy hamak. Każdy, kto utnie sobie w nim drzemkę, musi go w różnych miejscach rozciągnąć. Gdy śpiący się porusza, wybrzuszenia materiału przesuwają się w różne strony. Bardzo podobnie rozciąga się i kurczy czasoprzestrzeń, i to rzeczywiście, nie tylko teoretycznie. Czas Einsteina nie jest już absolutny. Fizyk Claus Kiefer, jeden z czołowych niemieckich badaczy czasu, ilustruje to w następujący sposób: Jeżeli zmienię pozycję swego ciała, obracając się na krześle od biurka w stronę pokoju – zmieniam krzywiznę przestrzeni, a co za tym idzie, czasoprzestrzeń tego pomieszczenia. A zatem czas płynie z różną prędkością w rozmaitych miejscach tego pokoju przed i po wykonaniu w nim ruchu.

W życiu nie zauważamy tego, ale na niezwykle szczegółowych i precyzyjnych aparatach można to udowodnić. Fizycy udowodnili też – usiłując teoretycznie pogodzić ze sobą dwie sprzeczne koncepcje Newtona i Einsteina. Rezultatem tego teoretycznego połączenia była następująca konkluzja: czas znika. Z matematycznego punktu widzenia traci wszelkie znaczenie. Wspominany już fizyk niemiecki mówi: W równaniach pojęcie czasu już nie występuje. To fakt matematyczny, nie do pojęcia z punktu widzenia ludzkiej percepcji.

Nie wspomniałam jeszcze o jednym bardzo ważnym fakcie – o jednokierunkowości czasu. Czas upływa, nigdy się nie cofając. Gdy zwrócimy uwagę na proste zjawiska, a film puścimy do tyłu nie dostrzeżemy istotnej różnicy. Gdy podobnie postąpimy ze zjawiskami bardziej złożonymi, takimi choćby jak roztrzaskujący się o marmurową posadzkę kryształowy wazon, okaże się, że cofający się film przedstawia sytuacje, które nigdy nie występują. Czy ktoś widział, jak roztrzaskany w drobny mak wazon zbiera się z powrotem w pierwotny kształt?

Teraz może coś o szalonych naukowcach i konstruktorach (załóżmy, że ich pomysły da się zrealizować), którzy za wszelką cenę chcą obalić prawo jednokierunkowości czasu. Wyobraźmy sobie, że któryś z nich buduje wehikuł czasu i rusza w przeszłość. Zabija tam swojego dziadka, nim ten zdążył spłodzić syna, czyli ojca szalonego konstruktora. Mordując dziadka unicestwia ojca, a tym samym siebie – nie może istnieć. Czy opłacają się więc podróże w czasie?
Najśmieszniejsze w tym wszystkim jest jednak to, że choć od tylu lat fizycy rozważają nad czasem, podobno jeszcze żaden z nich nie sformułował jasnej i zrozumiałej, ani jakiejkolwiek innej definicji co to właściwie jest cały ten czas.

Eksperyment BELLE

Eksperyment BELLE jest budowany w laboratorium KEK, w poblizu Tsukuby, niewielkiego uniwersyteckiego miasteczka, oddalonego o 60 km od Tokio.

We wspolracy uczstniczy okolo 250 fizykow z 50 laboratoriow.

Wspolpraca jest miedzykontynentalna, bo poza najliczniejszymi Japonczykami, uczestnicza w niej m.in. grupy z Australii, Chin, Indii, Korei, Stanow Zjednoczonych, Tajwanu, Ukrainy, WNP, a takze grupa z Krakowa. Nasza mysl naukowa zadziwia swiat

Celem eksperymentu jest badanie niezachowania parzystosci CP w rozpadach kwarkow b. Niewielkie naruszenie symetrii CP w rzadkich rozpadach mezonow K (zawierajacych dziwny kwark s) jest jedyna, zaobserwowana dotychczas bezwgledna roznica miedzy materia i antymateria. Badanie tego efektu w rozpadach b, nalezacego do trzeciej generacji kwarkow, jest szczegolnie wazne, gdyz wedlug Modelu Standardowego to wlasnie istnienie trzeciej generacji moze odpowiadac za asymetrie CP. W tym celu zaprojektowano eksperyment, w ktorym bedzie sie porownywac rzadkie rozpady mezonow B zbudowanych z lekkiego kwarku (u lub d) oraz antykwarku b oraz ich antyczastek anty-B, zbudownach odpowiednio z lekkiego antykwarku i kwarku b. Poniewaz procesy naruszajace symetrie CP zachodza niezwykle rzadko, trzeba wyprodukowac bardzo duzo takich par, rzedu kilkuset milionow.

Eksperyment BELLE bedzie przeprowadzony na akceleratorze zderzajacych sie wiazek e+e- o energiach odpowiednio 3.5 i 8 GeV. Energia zostala tak dobrana, by w wyniku zderzen powstawaly mezony . Sa one zbudowane z pary kwarkow b anty-b, a jego masa jest niemal rowna masie dwoch mezonow B. Sprawia to, ze rozpada sie najchetniej na pary B – anty-B i stanowi bardzo czyste zrodlo takich par.

Najwazniejsza cecha akceleratora bedzie niespotykane dotyczczas natezenie jego wiazek, pozwalajace na wyprodukowanie 100 milionow par B – anty-B w ciagu roku.

Cel fizyczny eksperymentu naklada takze bardzo wysokie wymagania na detektor.Wynika to stad, ze chcemy nie tylko zaobserwowac naruszenie CP, ale takze zmierzyc efekt ilosciowo w wielu kanalach rozpadow mezonow B. Model Standardowy przewiduje rozna asymetrie, w zaleznosci od tego na jakie czastki rozpadly sie mezony B. Pomiary te beda stanowic zatem niezwykle krytyczny test Modelu Standardowego i moga wskazac na calkiem nowa fizyke. Aby dokladnie zrekonstruowac interesujace nas kanaly rozpadow mezonow B i anty-B potrzebujemy jak najpelniejszej informacji o przypadkach. Chcemy znac ladunki i pedy czastek, ich masy, a takze wierzcholki rozpadow. Dlatego detektor BELLE sklada sie z wielu elementow , z ktorych kazdy rejestruje inne charakterystyki czastek.

Zewnetrzne warstwy detektora BELLE

Na detektor BELLE, przedstawiony schematycznie powyzej, skladaja sie:

Krzemowy detektor wierzcholka pozwalajacy rekonstruowac wierzcholki rozpadow mezonow B (anty-B) i innych krotko zyjacych czastek

Komora dryfowa mierzaca zakrzywienie torow czastek naladowanych w polu magneytcznym. Pozwala to wyznaczyc ich ped i ladunek.

Aerozelowe liczniki Czerenkowa . Czastki przechodzac przez pianke aerozelowa, jesli maja dostatecznie duza predkosc, powoduja emisje fotonow. Jest to tzw. promieniowanie Czerenkowa. Poniewaz efekt ten zalezy od predkosci czastki, w polaczeniu z pomiarem pedu, pozwala na wyznaczenie jej masy. Do identyfikacji czastek beda sluzyly rowniez liczniki czasu przelotu .

Kalorymetr elektromagnetyczny . Mierzymy w nim energie zdeponowana przez fotony.

Komory mionowe . Sa one umieszczone najbardziej na zewnatrz i sluza do identyfikacji mionow. Miony sa leptonami, 200 razy ciezszymi od elektronow. Sposrod naladowanych czastek tylko one moga przejsc przez cala aparature i dotrzec do tych komor.

Jest to tzw. “detektor uniwersalny”. Wiele wspolczesnych ekesperymentow jest wyposazonych w detektory zbudowane wedlug podobnego schematu.