Главные вкладки

    Работы учащихся

    Шурагина Светлана Васильевна

    На этой странице представлены работы учащихся, рефераты по физике.

    Скачать:


    Предварительный просмотр:

    Выполнил

    ученик 9 класса

    Кочанов Максим

    Автомобильная промышленность в России

    1. Развитие и сдвиги в размещении автомобильной промышленности в XX веке

    Как и во многих других странах, в России автомобильная промышленность стала развиваться в тех машиностроительных центрах (Ярославль, Нижний Новгород, Москва), где еще до революции 1917 г. было налажено мелкосерийное производство автомобилей для “верхушки”. После революции построили в Москве завод ЗИЛ, который изначально был задуман как завод, специализирующийся на выпуске грузовых автомобилей, так как именно они требовались стране, в частности, для поднятия сельского хозяйства и моторизации армии. Но один ЗИЛ не мог обеспечить всю страну грузовиками. Поэтому для более полного обеспечения грузовиками страны под личным руководством Сталина и Форда в рекордные сроки возвели завод ГАЗ. Лишь когда страна более-менее выходит из кризиса, городу требуются транспортные средства, начинается выпуск легковых автомобилей на заводе КИМ.

    Основную роль в сдвиге размещения автомобильной промышленности сыграла Великая Отечественная война. Поскольку немцы вели бомбёжку, принимается решение частично перенести автомобилестроительные заводы в восточную часть России, в целях обеспечения бесперебойного производства автомобилей, в частности, ЗИЛ был перенесён часть в МИАСС (Ныне УралАЗ), а часть в Ульяновск (УАЗ). В то время запасные части, в частности кованые и штампованные делали и заготовки, делал Челябинский завод кузнечно-прессового оборудования. Шадринский автоагрегатный завод осуществлял производство карбюраторов, радиаторов и других узлов систем питания, охлаждения и смазки.

    Автомобильная промышленность Российской Федерации на протяжении всех послевоенных лет наращивала как объем выпуска продукции, так и свой научно-технический потенциал, постоянно уменьшая разрыв в техническом уровне между отечественными машинами и лучшими зарубежными аналогами.

    Однако общая нестабильная экономическая и политическая обстановка, сложившаяся в стране в последние годы, привела вначале к замедлению темпов роста, а в 1991 – 1994 гг. — и к существенному сокращению производства автомобильной техники, объема выполняемых научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Эта проблема стала особенно острой в научно-исследовательских институтах отрасли: они практически полностью прекратили поисковые исследования и разработку перспективных концептуальных машин, их узлов и систем, что в ближайшем будущем, безусловно, отразится на техническом уровне наших автомобилей.

    Главные причины такого положения — это существенное сокращение государственного финансирования научных разработок, а также незаинтересованность предприятий вкладывать деньги в долгосрочные проекты. Была и третья причина: определенная растерянность руководства научно-исследовательских и опытно-конструкторских организаций, их неготовность искать новые формы работ и организации своей деятельности. Правда, в последнее время многие научно-производственные организации, институты и заводские конструкторские подразделения вместе с вновь созданными государственными и коммерческими структурами начали приспосабливаться к новым, рыночным условиям. Доказательство тому — возобновление в 1993 г. работ по созданию программ развития автомобилестроения в Российской Федерации и ряде других государств СНГ, развитию автобусостроения и др.

    2. Место и значение автомобильной промышленности в экономике Российской Федерации

    Состояние дел в отечественном автомобилестроении в настоящее время нестабильностью во всех сферах общественной жизни, в особенности, в промышленном производстве в целом по стране. По сообщению Госкомстата России, замедлить спад производства в текущем году пока не удается. В целом за девять месяцев 1995 г. объем промышленного производства снизился на 17,6 %.

    Стремительный рост цен вследствие их либеризации в 1992 г. вызвал неплатежеспособность предприятий, привел к недостатку оборотных средств, сдерживанию процесса производства и дестабилизации их финансового положения. Имеют место резкий спад инвестиционной активности, свертывание долгосрочных строительных программ. О глубоком свертывании деловой активности свидетельствует, например, тот факт, что из 393 пусковых объектов автомобильной промышленности, финансируемых за счет средств федерального бюджета, только три приняты в эксплуатацию и на трех объектах осуществлен частичных ввод мощностей.

    В автомобильной промышленности, как и во всем машиностроении, усиливаются центробежные тенденции в отношениях между традиционными партнерами, рушатся кооперационные связи предприятий, которые оказались разделенными границами вновь образовавшихся независимых государств.

    Производство автомобилей

    в России, Украине, СНГ и Балтии (штук)

     

    За декабрь

    Всего за год

    Темп (%)

     

    1997

    1996

    1997

    1996

    Легковые автомобили

    Всего

    81353

    75691

    981724

    874241

    112.3

    Российская Федерация

    в том числе:

    ОАМО ЗИЛ

    -

    -

    8

    -

    -

    ОАО ГАЗ

    10344

    10378

    124339

    124284

    100.04

    ОАО КамаЗ

    1755

    1507

    17933

    8935

    200.7

    АО АвтоВаЗ

    60838

    58662

    740526

    680570

    108.8

    АО Москвич

    1321

    -

    19920

    2929

    680.1

    АО АвтоУАЗ

    4925

    3656

    51411

    33701

    152.6

    АООТ СеАЗ

    820

    650

    8302

    3671

    226.2

    АО Красный Аксай (г. Ростов-на-Дону)

    1055

    40

    13000

    4062

    320.0

    Ижмаш

    148

    787

    5200

    9149

    56.8

    Украина

    в том числе:

    147

    11

    1085

    6940

    15.6

    ПО АвтоЗаЗ

    136

    11

    1030

    6881

    15.0

    ЛуАЗ

    11

    -

    55

    59

    93.2

    Грузовые автомобили (включая шасси)

    Всего

    13704

    13974

    162548

    151146

    107.5

    Российская Федерация

    в том числе:

    12536

    13333

    148301

    138782

    106.9

    ОАМО ЗИЛ

    1434

    1606

    18281

    7200

    253.9

    ОАО ГАЗ

    7497

    7180

    87482

    80375

    108.8

    ОАО КамАЗ

    584

    2542

    12765

    20814

    61.3

    АО УралАЗ

    520

    269

    5339

    6522

    81.9

    АО АвтоУАЗ

    2390

    1262

    20557

    14760

    139.3

    АО ОЗТП- Сармат (г. Орск)

    -

    4

    55

    193

    28.5

    ЗАО Уральский автомоторный завод

    52

    56

    973

    1402

    69.4

    ОАО ПСА Бронто

    59

    53

    670

    395

    169.6

    Ижмаш

    -

    361

    2171

    7101

    30.6

    АО БАЗ

    -

    -

    8

    20

    40.0

    Украина

    в том числе:

    91

    234

    1620

    1962

    82.6

    ПО АвтоКрАЗ

    91

    231

    1610

    1905

    84.5

    ЛуАЗ

    -

    3

    10

    57

    17.5

    Беларусь

    в том числе:

    1077

    407

    12627

    10402

    121.4

    ПО МАЗ

    968

    323

    11449

    9266

    123.6

    ПО БелАЗ

    109

    83

    1090

    1047

    104.1

    ПО МОаЗ

    -

    1

    88

    89

    98.9

    Автобусы

    Всего

    4238

    3566

    44545

    37562

    118.6

    Российская Федерация

    в том числе:

    4119

    3489

    43079

    35566

    121.1

    ОАМО ЗИЛ

    -

    -

    1

    -

    -

    ОАО ГАЗ

    1006

    534

    8596

    4482

    191.8

    АО НефАЗ

    50

    421

    600

    1395

    43.0

    АО АвтоУАЗ

    2296

    1751

    24475

    21084

    116.1

    АО ЛиАЗ

    43

    11

    129

    234

    55.1

    АО КавЗ

    18

    11

    700

    1078

    64.9

    АО ПАЗ

    689

    760

    8450

    7235

    116.8

    АО ГолАЗ

    9

    1

    100

    28

    357.1

    АО Спецавто

    (г. Энгельс)

    7

    -

    13

    25

    52.0

    АО ОЗТП Сармат

    (г. Орск)

    1

    -

    15

    5

    300.0

    Украина

    104

    74

    1290

    880

    146.6

    ЛАЗ

    104

    74

    1290

    880

    146.6

    Латвия

    -

    -

    66

    1093

    6.0

    АО РАФ

    -

    -

    66

    1093

    6.0

    Беларусь

    15

    3

    110

    23

    478.3

    ПО МАЗ

    15

    3

    110

    23

    478.3

    Троллейбусы

    Всего

    16

    5

    124

    126

    98.4

    Российская Федерация

    АО Троллейбусный завод им. Урицкого

    16

    5

    115

    115

    100.0

    Украина

    ЛАЗ

    -

    -

    9

    11

    81.8

    Похоже, автомобильная промышленность понемногу выбирается из затяжного кризиса. Если брать за точку отсчёта 1996 год, то за прошлый год производство всех категорий автомобилей в целом возросло. Ненамного, конечно (легковые — плюс 7,5 %, автобусы — 18,6 %), но всё же достаточно ощутимо!

    Ситуация же по “легковым” заводам, исходя из таблицы, выглядит так. За исключением отстающих Ижмаша и АвтоЗАЗа, практически все предприятия улучшили свои показатели: здесь и реанимированный АЗЛК, и АвтоВАЗ, и Красный Аксай (сборка Daewoo), который заработал на полную мощность. Новенькие Волги сходят с конвейера без остановки (в новом году легковые автомобили на ГАЗе собирают шесть дней в неделю в три смены, а иногда и по воскресеньям). Всего за 1997 год Горьковским автозаводом было выпущено 220417 автомобилей (по сравнению с 1996 годом прирост на 5,4 %). Лучше всего дела идут у грузового производства (96078 автомобилей — прирост на 13,2 %). Отлично расходятся малютки Ока.

    Ситуация с грузовиками несколько хуже. ЗИЛ вылезает из долговой ямы за счёт бычка, по-прежнему популярна Газель (выпущено 92958 грузовичков, фургонов и микроавтобусов — прирост на 23,1 % по сравнению с пошлым годом; вот-вот на рынке появится вариант с дизелем Steyr), неплохо идут дела в Ульяновске, наращивает производство МАЗ. А вот КамАЗ охватила лихорадка: объём выпуска упал почти в четыре раза!

    Что касается автобусов, то российскую статистику спасают в основном производители микроавтобусов — УАЗ и ГАЗ; неплохо идут дела у ПАЗа. А хороших и массовых больших автобусов (отвёрточная сборка Икарусов — не в счёт) как не было, так и нет… В автомобилестроительном производстве занято, по данным за 1991 г. 1114336 чел., что составляет 97,2 % занятых в 1990 г., в том числе численность промышленно-производственного персонала, составляющая 963386 чел. (97 % к 1990 г.), из них рабочих 771241 чел. (96,8 % к 1990 г.).

    Автомобилестроение остается пока еще одной из высокорентабельных отраслей промышленного производства Российской Федерации.

    Несколько слов о таблице

    Она, к сожалению, далеко не полная. Например, одни автосборочные производства сюда включены, а другие нет. Вазовское подразделение Бронто (оно выпускает удлинённые НИВЫ и броневики) составители почему-то отнесли к “грузовым” заводам; в разряд грузовиков попали ижевские “каблучки” (ИЖ 2715) и Луазы (наверное, составители распределяли автомобили по международной классификации транспортных средств). Но в остальном данные вполне корректны.

    3. Факторы, влияющие на размещение отрасли

    Факторами размещения принято считать совокупность различных пространственных неравнозначных условий и ресурсов, при использовании которых достигаются лучшие результаты с точки зрения избранных критериев и поставленной цели размещаемых производственных объектов.

    Различают следующие группы факторов:

    • природные — количественные запасы и качественный состав природных ресурсов, горно-геологические и другие условия их добычи и использования, климатические, гидрогеологические, орографические условия и т. д.;
    • экологические — охранные и конструктивные мероприятия по бережному использованию природных ресурсов и обеспечению здоровых жизненных и трудовых условий для населения;
    • технически достигнутый и возможный уровень техники и технологии;
    • социально-демографические — обеспеченность трудовыми ресурсами, состояние социальной инфраструктуры;
    • экономические — экономико-географическое и транспортное положение, стоимость, капитальных и текущих затрат, сроки строительства, эффективность производства, назначение и качество продукции, территориальные экономические связи и т. д.

    На размещение автомобильной промышленности не влияют сырьевые и топливно-энергетические ресурсы, слабо влияют районы потребления готовой продукции, решающее влияние оказывают трудовые ресурсы.

    4. Современная география автомобильной промышленности

    4.1. Основные районы и центры специализации автомобильной отрасли промышленности

    В автомобилестроении Российской Федерации сложилась четкая специализация предприятий на выпуск отдельных типов машин. Только "старые" заводы в Москве (ЗИЛ) и Нижнем Новгороде (ГАЗ) выпускают одновременно грузовые и легковые машины. Все остальные специализируются на выпуске отдельных видов и типов машин: грузовых машин среднего тоннажа в Центральном районе (Москва, Брянск), в Волго-Вятском районе (Нижний Новгород), Уральском районе (Миасс), грузовых машин небольшого тоннажа — в Поволжском районе (Ульяновск). Автобусы разной вместительности производят в Центральном районе (Ликино), в Волго-Вятском районе (Павлово), Уральском (Курган). Легковые автомобили высшего класса выпускает Москва, среднего — Волго-Вятский район (Нижний Новгород), малолитражные машины — Поволжский (Тольятти), Центральный район (Москва), Уральский (Ижевск), а микролитражные Юго-Западный (Луцк) районы.

    Возникнув в силу особенностей своего размещения в центральных районах европейской части бывшего СССР (заводы Москвы, Горького, Ярославля), где имелись наиболее благоприятные условия для организации внутри- и межотраслевой кооперации, автомобилестроение в годы войны и послевоенные годы стало развиваться в новых районах (Уральский, Поволжский). К этому времени в этих районах также сложились необходимые условия для массового производства сложной продукции автомобильной промышленности. Помимо Центрального района в важный район автомобильной промышленности превратился Поволжский, где к действующим заводам Тольятти и Ульяновске в 1976 г. прибавился Камский завод тяжелых грузовиков в г. Набережные Челны.

    Каждый из этих районов имеет свою специализацию (Центральный — главным образом на производстве грузовых машин, а Поволжский — преимущественно легковых). Районы автомобильной промышленности формируются на Урале (Ижевск, Миасс, Курган). В восточных зауральских районах страны автомобилестроение только начинает складываться (Чита). Роль зауральских заводов в производстве автомашин еще не велика. В этих районах только формируются те предпосылки, которые обусловили создание районов автомобильной промышленности в европейской части страны.

    Автомобильная промышленность включает в свой состав помимо выпуска машин также производство моторов, электрооборудования, подшипников, прицепов и т. д., которые выпускаются на самостоятельных предприятиях.

    Автомобильные моторы делают не только сами автозаводы, но и ряд специализированных заводов (Ярославский — для грузовиков, Заволжский — для автозавода в Нижнем Новгороде, Омский, Тюменский, Уфимский — для "Москвичей").

    Большинство этих заводов разместилось вне центров автомобилестроения. Они поставляют свою продукцию в порядке кооперации сразу нескольким автозаводам (например, Ярославский — Минскому, Кременчугскому и др., Омский, Тюменский и Уфимский — Московскому и Ижевскому автозаводам).

    Как видим, в бывшем Советском Союзе производство автотранспортных средств располагалось неравномерно (большая часть автозаводов и заводов по выпуску комплектующих изделий находится в России). Тем не менее, почти каждая бывшая республика СССР имела (и сохранила) монопольное производство какого-либо изделия. Так, Украина — единственный производитель средних городских, всех видов туристских и междугородных автобусов, большегрузных лесовозов, трубовозов и многоцелевых автомобилей, автопогрузчиков грузоподъемностью 5 т и выше, а также легковых малолитражных автомобилей первой группы (типа "Таврия"). В республике Беларусь сосредоточено производство тяжелых и сверхтяжелых карьерных самосвалов грузоподъемностью 30 – 180 т и выше, большегрузных магистральных автопоездов типа МАЗ, внедорожных и тяжелых самосвалов МоАЗ. В Молдавии было создано уникальное производство большегрузных (11,5 и 22 т) полуприцепов-рефрижераторов, в Грузии — специальных сельскохозяйственных автопоездов с дизелями, в Армении — автопогрузчиков грузоподъемностью 1 – 2 т и городских автофургонов грузоподъёмностью 1 т, в Азербайджане — малых развозных рефрижераторов, в Киргизстане — сельскохозяйственных самосвалов с предварительным подъемом кузова, в Латвии — особо малых автобусов и автомобилей скорой медицинской помощи, выполняемых на их базе, в Литве — компрессоров для двигателей КамАЗ и ЯМЗ и всех приводных цепей для бензиновых двигателей, мотоциклов и велосипедов, в Эстонии — ремней безопасности. Аналогичные монополисты имеются и в других бывших республиках.

    После распада СССР хозяйственные связи нарушились, что привело к сокращению выпуска и поставок необходимых изделий. У каждого суверенного государства появилось желание организовать собственное производство отдельных наиболее важных для него машин. Однако от желания до его реализации — дистанция огромного размера. Организация собственного производства автомобилей или их компонентов требует длительного времени и больших затрат, которые, как показали первые проработки, оказываются не по силам ряду суверенных государств. Кроме того, производство, рассчитанное на удовлетворение собственных нужд, для большинства из них оказалось бы малорентабельным или даже убыточным.

    Расчеты доказали: с точки зрения как создания производства, так и потребления его продукта необходимо самое тесное сотрудничество государств. Подтверждает их и зарубежный опыт: автомобилестроение мирового сообщества развивается по пути широкой интеграции научного и промышленного потенциала всех стран, а катализаторами интеграции выступают буквально несколько крупнейших фирм-производителей.

    5. Основные направления и перспективы развития автомобильной промышленности

    Основная проблема, без разрешения которой не может быть ни стабилизации экономики, ни всего остального, это увеличение производства нужных обществу товаров. С ней в автомобильной промышленности сейчас переплелась и другая: сохранить (точнее, спасти от разрушения) производство, как самой отрасли, так и имеющийся у поставщиков комплектующих и материалов, в том числе, подшипников. Другими словами, проблема сохранения пока еще не распавшихся, но уже ослабленных коллективов, научной и инженерной инфраструктуры, без которых восстановление (а в последующем — и развитие) отрасли, как бы ее ни стали называть в будущем, растянется на многие годы. Годы, которых экономическая экспансия извне нам не даст.

    К сожалению, в ближайшие годы восстановление, а затем и рост объемов производства будут идти не за счет инновационных усилий и других радикальных, но капиталоемких мер, необходимость которых бесспорна, а главным образом за счет возможностей самой отрасли. Появляются и надежды на то, что правительство все-таки сделает шаги, направленные не на окончательное удушение, а на возрождение и развитие промышленности, прежде всего ее основы — машиностроения. В пользу этого говорит многое: и общественный настрой, и отрезвление ведущих экономистов, постепенно становящихся на позиции здравомыслия, да и хотя бы то, что "дальше ехать некуда". Если же этого не будет, машиностроение, в том числе такая его высокотехничная отрасль, как автомобильная, обладающая, несмотря ни на что, все еще достаточно мощным потенциалом, зачахнет вместе со всеми своими многоотраслевыми кооперантами.

    Основная часть предприятий уже проанализировала свои возможности и пути восстановления прежних объемов выпуска продукции, сохранения рабочих мест в новых, исключительно неблагоприятных условиях. Причем сделала это квалифицированно. Гарантия тому — опыт и знания руководства, накопленные десятилетиями работы в сложнейших условиях, без поблажек и льгот по финансированию, материально-техническому обеспечению, уровню вознаграждения и т. п.

    Ведь нельзя не признать, что заводы еще функционируют именно благодаря директорскому корпусу, действующему вопреки мрачным прогнозам корифеев-экономистов, которые четвертый год грозят массовой безработицей и, вероятно, не отдают себе отчета в социальных последствиях этой опасной для обнищавшего общества пропагандистской кампании.

    Однако нельзя не видеть и того, что уже начались изменения в составе руководства автозаводов. Изменения, далекие от позитивных и снижающие уровень компетентности руководства. По данным некоторых источников, директорский корпус, если брать его в целом, пока еще вполне в состоянии поднять нагрузки, в числе которых важнейшая: восстановить трудовые навыки, утерянные коллективами за годы шатаний.

    Тем не менее, даже самым опытным руководителям придется (и нужно) пересмотреть многие из привычных своих представлений. В частности, отказаться от такого: высокая серийность есть сугубо положительный организационно-производственный фактор, ибо она позволяет оснащать производство автоматизированным узкоспециализированным оборудованием, обеспечивать высокие унификацию изделий и их конструктивную долговечность. Теперь нужен другой взгляд: такое оборудование технологически консервативно, не дает возможности учитывать динамику развития конкурентов, что в условиях рынка смертельно опасно. Хотя, конечно, могут иметь место исключения, вызванные конкретными условиями (например, система "АВВА-ВАЗ"). Но большинству предприятий именно самим предстоит наработать идеи и методы, изыскать ресурсы для восстановления и увеличения объемов производства, создания предпосылок освоения требуемых рынком изделий.

    Направления приложения усилий могут быть следующие. Во-первых, частичная модернизация изделий. Она, в принципе, требует сравнительно небольших изменений и затрат. Однако характер изменений должен быть достаточным, чтобы обеспечить устойчивый сбыт изделия, и в целом экономически целесообразным.

    В этом случае у производителя и поставщиков сохраняется неизменными большая часть основных фондов, сокращаются сроки и объемы подготовки производства, остается клиентура, привыкшая к изделию, и т. п. Модернизация требует и высокой квалификации дизайнеров, ибо, если ограничиться только улучшением технических характеристик при незаметных на первый взгляд изменениях дизайна и декора, то в итоге можно получить при старых внешних формах новую высокую цену. Сигналом к переходу на модернизированное изделие могут служить выявившиеся дефекты, а также статистика рынка. Примером модернизации изделия может служить модель ВАЗ 2107 как частично модернизированная ВАЗ 2105.

    Во-вторых, коренная модернизация изделий и проектирование новых моделей на базе уже существующих с целью наименьших затрат на научно-исследовательские работы (по существу, их обновление). Здесь используются технологические возможности производителя и поставщиков-кооперантов, но, как правило, требуется значительное дооснащение производства. При этом изготовление новых узлов (чаще всего в меньшей серийности) целесообразно организовывать при помощи уже имеющегося агрегатного или специального оборудования, обрабатывающих центров и т. п. Но, естественно, с использованием новой оснастки.

    Прием этот достаточно широко известен. Самые интересные результаты были в свое время получены на ВАЗе. Там при создании автомобиля ВАЗ-2121 "Нива" в ее конструкцию вошло свыше 90 % из числа наиболее фондоемких механических элементов серийных автомобилей. И при новом кузове, тоже унифицированном по ряду дорогостоящих элементов интерьера с серийными моделями. В результате, при относительно небольшой модернизации производства, ВАЗ начал выпускать машину, не имевшую в ту пору аналогов в мировой практике. Поэтому на западных рынках она шла вне конкуренции, пользовалась большим и все возрастающим спросом: требования дилеров увеличить поставки шли непрерывно. Ее экспорт ограничивался боязнью тогдашнего монополиста — "Автоэкспорта" поднять плановый выпуск на последующие годы из-за того, что вдруг появятся конкуренты или по какой-либо другой причине сбыт сократится, а с ним — и премии. Однако конкуренты "Ниве" появились только через два-три года. Так что в коммерческом смысле ее можно назвать автомобилем упущенных возможностей.

    Серьезным резервом восстановления и увеличения объемов выпускаемой продукции на ряде заводов являются так называемые спецпроизводства, достаточно мощные по оснащенности, площадям и численности работников. Но при использовании такого уникального интеллектульно-производственного потенциала нужно, чтобы новое изделие имело определенную идеологическую и технологическую преемственность с ранее выпускаемым. Значит, нужны и меры по совершенствованию последнего в соответствии с новыми тактико-техническими требованиями, а также специально организованная система "проталкивания" нового объекта производства на внешние рынки. Создание такого рода "специзделий", которые при определенном объеме переделок могут стать машинами и гражданского назначения как для внешнего, так и внутреннего рынков, для отдельных предприятий будет самым правильным выходом из положения. Почему понятно: конкурентоспособность Российской колесной спецтехники и отдельных разработок (некоторые, возможно, требуют завершения) сомнений не вызывает.

    Конечно, свобода выбора объекта и в спецпроизводстве должна быть полной, поскольку прежний принцип (закрепление видов техники за отраслями) в условиях рынка противопоказан.

    Вместе с тем, нельзя исключать и перепрофилирование многих спецпроизводств отрасли одновременно с цехами инженерной подготовки и обеспечения. Оно может исключить или хотя бы свести к минимуму импорт многих видов дорожно-строительной техники, некрупного квалифицированного нефтяного оборудования, специальных машин и шасси, комплекса аэродромного обслуживания и т. п., т. е. окажется выгодным для всего народного хозяйства страны. И не придется, как это рекомендуют многие горячие головы, открывать все наши двери настежь, чтобы ввозить из-за рубежа даже то, что в избытке и не хуже может быть сделано дома. (Те, кто дает такие рекомендации, забывают, что Западная Европа пришла к объединению после десятилетий выравнивания и притирки национальных экономик, в том числе, через свободу перемещения трудовых ресурсов и капиталов.)

    Для производителей грузовиков выходом из положения может стать выпуск специализированных шасси, а также выполнение спецзаказов, в том числе и индивидуальных. Выполнение индивидуальных заказов повысит рейтинг продукции среди частных грузоперевозчиков, что повлияет на спрос на продукцию данного предприятия. Так же дело обстоит и с автобусостроением.

    Для производителей легковых автомобилей для поддержания спроса можно расширить список устанавливаемого стандартного оборудования.

    Серьезной возможностью оживления производственно-коммерческой деятельности для производителей автомототехники могут быть кооперационные связи с родственными зарубежными фирмами или их кооперантами, осуществляемые на коммерческих началах. При этом речь должна идти в первую очередь о повышении своего экспортного потенциала, т. е. главной задачей машиностроения России. Причем здесь не только не исключается, а наоборот, даже нужно взаимодействие и в форме совместных предприятий. Хотя, как показал опыт, расчет на иностранные инвестиции, которые "хлынут" к нам, обеспечивая изобилие качественных товаров, оказался явно несостоятельным (вместо ожидавшегося, противоестественного для Запада, но исторически характерного для нас чисто русского альтруизма мы натолкнулись на прагматизм, настороженность, а иногда и враждебность).

    Целесообразен и лизинг, однако нельзя забывать, что он — удовольствие недешевое. Особенно, если речь идет не о дооснащении отдельных операций, а о создании комплектных мощностей, что требует, как известно, особо высокой организационной четкости.

    Вероятно, лучше будут развиваться мелкие отечественные производственные подразделения, отпочковавшиеся от основного предприятия в самостоятельные (производство мелких серий, некоторых комплектующих, товаров народного потребления и т. д.).

    Естественно, организация выпуска новой техники требует нового оснащения, материалов, подготовленных кадров и многого другого. Все вроде понимают это, но и здесь зачастую срабатывает стереотип (выработавшийся не за 70, как принято утверждать, а за последние10 – 15 лет): новое изделие обязательно ассоциируется с новыми же заводскими корпусами; высоким уровнем автоматизации, обеспечиваемой за счет оборудования, приобретаемого по импорту; "валютными" материалами (при наличии своих: вспомним те же бамперы из поликарбоната) и т. п. Однако при таком подходе потребность в валюте и в рублях становится астрономической. Удовлетворить ее в нынешних условиях, естественно, невозможно. Оборудование стареет всегда и везде, например, в США старение парка оборудования приостановили (не остановили, а приостановили!) только в конце 1970-х годов. И там не спешили с внедрением новейшего оборудования, комплексных технологических линий, особенно дорогостоящих гибких. Мы же все это закупали в 1980 – 1990-е годы чуть ли не в массовом порядке. А преимущества, скажем, тех же ГПЛ остались лишь в отчетах и реляциях. Тысячи изготовленных и приобретенных за валюту обрабатывающих центров, целые комплексные производства, по сути, заводы, так и не заработали. И как-то странно слышать, что мы, располагая всем этим богатством, не имеем перспективы в реиндустриализации отрасли без масштабной финансовой помощи Запада.

    С такой точкой зрения согласиться нельзя. Автозаводы России располагают вполне дееспособным парком оборудования, в том числе вполне современного и еще не устаревшего, эффективно действующей системой его обслуживания и ремонта, мощными службами подготовки и обеспечения производства, наконец, значительным парком демонтированного специального и агрегатного оборудования и собственными станкостроительными цехами. Кроме того, практически все предприятия имеют опыт технологической модернизации. Иначе говоря, у них есть все, чтобы полагаться на собственные силы. Поэтому попытки "залповых" заказов оборудования за рубежом с помощью средств госбюджета — это не что иное, как все та же безответственность, порождаемая безнаказанностью. Хотя вот тут бы и надо вспомнить о зарубежном опыте, на который сейчас так модно ссылаться: головокружительные цены и риск часто вынуждают крупнейшие фирмы поступаться престижными соображениями приобретать "старые" проверенные модели оборудования.

    Необходимо вспомнить в этом смысле и о понятии "внутренние производственные резервы", о том, что использование резервов, связанных с использованием оборудования, есть важнейшее направление приложения усилий предприятий в нынешних условиях.

    Небезынтересна практика составления зарубежными фирмами, в том числе крупными, программ развития на год, три, пять, реже — на десять лет. Причем в планирование они вовлекают весь персонал (без конкретизации технических характеристик перспективных объектов, разумеется). Рассматривается это как активная форма воспитания чувства сопричастности к делам фирмы. Такие программы должны быть обеспечены всем необходимым и не походить на наши печальной памяти КПНТП, МНТК, программы "Москва-90", "Ленинград-95", мифические технополисы и прочие проявления симуляции активности, закономерно завершившейся провалом всего и вся.

    В официальном докладе Совета по конкурентоспособности США утверждается, что руководство частных фирм, прекрасно ориентируясь в финансовых вопросах, достаточно некомпетентно в технологических. Поэтому Совет официально рекомендует всем частным фирмам создавать службы технической экспертизы. Наши руководители, наоборот, компетентны в вопросах технологических. Но отсутствие конкуренции, нынешняя свобода в решениях, в какой-то мере система приватизации породили кое у кого чувство излишней самоуверенности именно в финансовых делах, чреватое осложнениями. Освоить неосвоенное в этой области — еще одно направление приложения усилий.

    За рубежом значительную роль играют также консультационные фирмы. Ведь необходимые заводам конкретные разработки-рекомендации в состоянии дать только профессионалы с опытом и знаниями. Поэтому в 1950-е годы в США на таких фирмах только промышленного направления работали около 4 тыс. инженеров и научных сотрудников. Причем 65 % затрат на их содержание финансировалось федеральным правительством. У нас же эта форма услуг практически отсутствует. Ее организация — еще одно из перечисленных направлений.

    Рассмотренные выше меры, разумеется, не исчерпывают всех возможных. Но они, безусловно, входят в число тех, которые позволят поднять объемы производства, загрузить персонал, создать определенные предпосылки для последующего роста. Однако требуемых темпов автомобилизации страны они не обеспечат. Для этого нужны инновационные, притом масштабные меры. Они неизбежны, если мы хотим занять достойное место в ряду развитых стран. На этом этапе развития потребуется освоить технику новых поколений в капиталоемком массовом и серийном производстве, характерном для автомобилестроения. Причем тогда, когда оно лишено или располагает ограниченными инновационными возможностями. И вот тут-то без масштабной помощи извне эту задачу действительно решить будет сложно. Но главное — без активной государственной политики. Чтобы пребывающим у кормила власти убедиться в этом, достаточно хотя бы ознакомиться с докладом КМТ (комплексные многопрофильные технологии) о состоянии научно-технического потенциала США. Там подчеркивается необходимость именно активной государственной политики, необходимость государственного вмешательства в проблемы экономики, требующие оперативной реакции. В этом смысле автомобильный альянс АВВА, создаваемый ВАЗом на внебюджетной основе, вероятно, должен рассматриваться правительством не только как вынужденная мера, но еще и как крупное социально-экономическое начинание уникального промышленного организма, изделия которого экспортабельны и обеспечивали казне, начиная с 1973 г., доход, сопоставимый со всей его сметной стоимостью. Но масштабы этого начинания выходят за рамки возможностей даже ВАЗа, и без поддержки государства в данном случае не обойтись.

    Заключение

    Получение и систематизация информации, необходимой для проведения глубокого анализа тенденций развития автомобилестроения в настоящее время затруднены.

    Представленный в данной курсовой работе краткий обзор состояния дел в автомобилестроении позволяет сделать главный вывод о том, что следует активизировать работу по преодолению тенденции снижения деловой активности и падения объемов производства. Тем более что традиционные связи предприятий автомобилестроительного комплекса и их смежников из других отраслей становится все труднее.

    В совокупности с проведением разумной ценовой политики, политики формирования доходов, финансирования и кредитования, а также льготной налоговой политики в отношении средств, направляемых на развитие производства, это является залогом стабилизации производства автотранспортных средств, обеспечения занятости.

    Задачи, стоящие перед автомобильной промышленностью Российской Федерации сложны, требуют усилий подстать военным. И здесь уместно вспомнить Рузвельта, советовавшего своему окружению: "Если вам везет — продолжайте, если не везет — тоже продолжайте". Другого пути, кроме как работать сначала над сохранением, а потом и над развитием отрасли, у России нет.



    Предварительный просмотр:

    Выполнила

    ученица 10 класса

    Коряшкина Екатерина

    Галактики как космические объекты

    В одном из выступлений А. Эйнштейн сказал (в 1929 г.): "Если говорить честно, мы хотим не только узнать, как устроена, ... но и по возможности достичь цели утопической и дерзкой на вид — понять, почему природа является именно такой... В этом состоит прометеевский элемент научного творчества". Галактики стали предметом космогонических исследований с 20-х годов нашего века, когда была надежно установлена их действительная природа, и оказалось, что это не туманности, т. е. не облака газа и пыли, находящиеся неподалеку, а огромные звездные миры, лежащие на очень больших расстояниях от нас.

    Открытия и исследования в области космологии прояснили в последние десятилетия многое из того, что касается предыстории галактик и звезд, физического состояния разряженного вещества, из которого они формировались в очень далекие времена. В основе всей современной космологии лежит одна фундаментальная идея — восходящая к Ньютону идея гравитационной неустойчивости. Вещество не может оставаться однородно рассеянным в пространстве, ибо взаимное притяжение всех частиц вещества стремиться создать в нем сгущения тех или иных масштабов и масс. В ранней Вселенной гравитационная неустойчивость усиливала первоначально очень слабые нерегулярности в распределении и движении вещества и в определенную эпоху привела к возникновению сильных неоднородностей: "блинов" — протоскоплений. Границами этих слоев уплотнения служили ударные волны, на фронтах которых первоначально невращательное, безвихревое движение вещества приобретало завихренность. Распад слоев на отдельные сгущения тоже происходил, по-видимому, из-за гравитационной неустойчивости, и это дало начало протогалактикам.

    Многие из них оказывались быстро вращающимися благодаря завихренному состоянию вещества, из которого они формировались. Фрагментация протогалактических облаков в результате их гравитационной неустойчивости вела к возникновению первых звезд, и облака превращались в звездные системы галактики. Те из них, которые обладали быстрым вращением, приобретали из-за этого двухкомпонентную структуру — в них формировались гало, более или менее сферической формы, и диск, в котором возникали спиральные рукава, где и до сих пор продолжается рождение звезд. Протогалактики, у которых вращение было медленнее или вовсе отсутствовало, превращались в эллиптические или неправильные галактики.

    Параллельно с этим процессом происходило формирование крупномасштабной структуры Вселенной — возникали сверхскопления галактик, которые, соединяясь своими краями, образовывали подобие ячеек или пчелиных сот; их удалось распознать в последние годы.

    В 20 – 30 гг. XX века Хаббл разработал основы структурной классификации галактик — гигантских звездных систем, согласно которой различают три класса галактик: спиральные, эллиптические и иррегулярные.

    Спиральные галактики

    Для спиральных галактик характерны две сравнительно ярких ветви, расположенные по спирали. Ветви выходят либо из яркого ядра (такие галактики обозначаются S), либо из концов светлой перемычки, пересекающей ядро (обозначаются — SB).

    Представитель — галактика М82 в созвездии Б. Медведицы, не имеет четких очертаний и состоит в основном из горячих голубых звезд и разогретых ими газовых облаков. М82 находится от нас на расстоянии 6,5 миллионов световых лет. Возможно, около миллиона лет тому назад в центральной ее части произошел мощный взрыв, в результате которого она приобрела сегодняшнюю форму.

    Спиральная галактика М51 в созвездии Гончих Псов — одна из самых удивительных спиральных звездных систем. Расстояние до них составляет около 8 миллионов световых лет. Утолщение на конце спиральной ветви — это самостоятельная неправильная галактика, а отдельные яркие звезды находятся в нашей галактике.

    Эллиптические галактики

    Имеют форму эллипсоидов (обозначаются Е).

    Представитель — кольцевая туманность в созвездии Лиры, находится на расстоянии 2100 световых лет от нас и состоит из светящегося газа, окружающего центральную звезду. Эта оболочка образовалась, когда состарившаяся звезда сбросила газовые покровы, и они устремились в пространство. Звезда сжалась и перешла в состояние белого карлика, по массе сравнимого с нашим солнцем, а по размеру — с Землей.

    Иррегулярные галактики

    Также называются неправильными, обладают неправильными формами (обозначаются I).

    Представители — Большое Магелланово Облако, которое находится на расстоянии 165.000 световых лет и, таким образом, является ближайшей к нам галактикой сравнительно небольшого размера. Рядом с ней расположена галактика поменьше — Малое Магелланово Облако. Обе они — спутники нашей галактики.

    По степени клочковатости ветвей спиральные галактики разделяются на подтипы а, в, с. У первых из них — ветви аморфны, у вторых — несколько клочковаты, у третьих — очень клочковаты, а ядро всегда неярко и мало. Во второй половине 40-х годов ХХ века У. Бааде (США) установил, что клочковатость спиральных ветвей и их голубизна растут с повышением содержания в них горячих голубых звезд, их скоплений и диффузных туманностей. Центральные части спиральных галактик более желтые, чем ветви, и содержат старые звезды (население второго типа, по Бааде, или население сферической составляющей), тогда как плоские спиральные ветви состоят из молодых звезд (население первого типа, или население плоской составляющей).

    Плотность распределения звезд в пространстве растет с приближением к экваториальной плоскости спиральных галактик. Эта плоскость является плоскостью симметрии системы, и большинство звезд при своем вращении вокруг центра галактики остается вблизи нее; периоды обращения составляют 107 – 109 лет. При этом внутренние части вращаются как твердое тело, а на периферии угловая и линейная скорости обращения убывают с удалением от центра. Однако в некоторых случаях находящееся внутри ядра еще меньшее ядрышко ("керн") вращается быстрее всего. Аналогично вращаются и неправильные галактики, являющиеся также плоскими звездными системами.

    Эллиптические галактики состоят из звезд второго типа населения. Вращение обнаружено лишь у наиболее сжатых из них. Космической пыли в них, как правило, нет, чем они отличаются от неправильных и особенно от спиральных галактик, в которых поглощающее свет пылевое вещество имеется в большом количестве.

    В спиральных галактиках поглощающее свет пылевое вещество имеется в большем количестве. Оно составляет от нескольких тысячных до сотой доли полной их массы. Вследствие концентрации пылевого вещества к экваториальной плоскости оно образует темную полосу у галактик, повернутых к нам ребром и имеющих вид веретена.

    Радиоастрономические наблюдения позволили обнаружить в галактиках скопления нейтрального водорода. Масса его относительно мала в спиральных галактиках типа Sa, достигает нескольких процентов в Sb и доходит до 10% от массы звезд в галактиках Sc, а также в неправильных галактиках.

    В основном, нейтральный водород — главная часть газовой составляющей галактик — расположен в узком экваториальном слое, но отдельные облака наблюдаются и далеко от него, где нет весьма горячих звезд, способных ионизировать его и привести в состояние свечения.

    Последующие наблюдения показали, что описанная классификация недостаточна, чтобы систематизировать все многообразие форм и свойств галактик. Так, были обнаружены галактики, занимающие в некотором смысле промежуточное положение между спиральными и эллиптическими галактиками (обозначаются So). Эти галактики имеют огромное центральное сгущение и окружающий его плоский диск, но спиральные ветви отсутствуют. В 60-х годах ХХ века были открыты многочисленные пальцеобразные и дисковидные галактики со всеми градациями обилия горячих звезд и пыли. Еще в 30-х годах ХХ века были открыты эллиптические карликовые галактики в созвездиях Печи и Скульптора с крайне низкой поверхностной яркостью, настолько малой, что эти галактики, одни из ближайших к нам, даже в центральной своей части с трудом видны на фоне неба. С другой стороны, в начале 60-х годов ХХ века было открыто множество далеких компактных галактик, из которых наиболее далекие по своему виду неотличимы от звезд даже в сильнейшие телескопы. От звезд они отличаются спектром, в котором видны яркие линии излучения с огромными красными смещениями, соответствующими таким большим расстояниям, на которых даже самые яркие одиночные звезды не могут быть видны. В отличие от обычных далеких галактик, которые из-за сочетания истинного распределения энергии в их спектре и красного смещения выглядят красноватыми, наиболее компактные галактики (называющиеся также квазозвездными галактиками) имеют голубоватый цвет. Как правило, эти объекты в сотни раз ярче обычных сверхгигантских галактик, но есть и более слабые. У многих галактик обнаружено радиоизлучение нетепловой природы, возникающее, согласно теории русского астронома И. С. Шкловского, при торможении в магнитном поле электронов и более тяжелых заряженных частиц, движущихся со скоростями, близкими к скорости света (так называемое синхротронное излучение). Такие скорости частицы получают в результате грандиозных взрывов внутри галактик.

    Компактные далекие галактики, обладающие мощным нетепловым радиоизлучением, называются N-галактиками.

    Звездообразные источники с таким радиоизлучением называются квазарами (квазозвездными радиоисточниками), а галактики, обладающие мощным радиоизлучением и имеющие заметные угловые размеры, — радиогалактиками.

    Все эти объекты чрезвычайно далеки от нас, что затрудняет их изучение.

    Радиогалактики, имеющие особенно мощное нетепловое радиоизлучение, обладают преимущественно эллиптической формой, однако встречаются и спиральные.

    Большой интерес представляют так называемые галактики Сейферта. В спектрах их небольших ядер имеется много очень широких ярких полос, свидетельствующих о мощных выбросах газа из их центра со скоростями, достигающими несколько тысяч км/сек. У некоторых галактиках Сейферта обнаружено очень слабое нетепловое радиоизлучение. Не исключено, что и оптическое излучение таких ядер, как и в квазарах, обусловлено не звездами, а также имеет нетепловую природу. Возможно, что мощное нетепловое радиоизлучение — временный этап в развитии квазозвездных галактик.

    Близкие к нам радиогалактики изучены полнее, в частности, методами оптической астрономии. В некоторых из них обнаружены пока еще не объясненные до конца особенности. Так, в эллиптической галактике Цента А обнаружена необычайно мощная темная полоса вдоль ее диаметра. Еще одна радиогалактика состоит из двух эллиптических галактик, близких друг к другу и соединенных перемычкой, состоящей из звезд.

    При изучении неправильной галактики М82 в созвездии Большой Медведицы американские астрономы А. Сандж и Ц. Линдс в 1963 году пришли к заключению, что в ее центре около 1,5 миллионов лет назад произошел грандиозный взрыв, в результате которого во все стороны со скоростью около 1000 км/сек были выброшены струи горячего водорода. Сопротивление межзвездной среды помешало распространению струй газа в экваториальной плоскости, и они потекли преимущественно в двух противоположенных направлениях вдоль оси вращения галактики. Этот взрыв, по-видимому, породил и множество электронов со скоростями, близкими к скорости света, которые явились причиной нетеплового радиоизлучения.

    Задолго до обнаружения взрыва в М82 для объяснения других многочисленных фактов советский астроном В. А. Амбарцумян выдвинул гипотезу о возможности взрывов в ядрах галактик. По его мнению, такое вещество и сейчас находится в центре некоторых галактик, и оно может делиться на части при взрывах, которые сопровождаются сильным радиоизлучением.

    Таким образом, радиогалактики — это галактики, у которых ядра находятся в процессе распада. Выброшенные плотные части продолжают дробиться, возможно, образуют новые галактики-сестры или спутники галактик меньшей массы. При этом скорости разлета осколков могут достигать огромных значений. Исследования показали, что многие группы и даже скопления галактик распадаются: их члены неограниченно удаляются друг от друга, как если бы они все были порождены взрывом.

    Не объяснены еще также причины образования так называемых взаимодействующих галактик, обнаруженных в 1957 – 58 годах советским астрономом Б. А. Воронцовым-Вильяминовым. Это пары или тесные группы галактик, в которых один или несколько членов имеют явные искажения формы, придатки; иногда они погружены в общий светящийся туман.

    Наблюдаются такие тонкие перемычки, соединяющие пару галактик, и "хвосты", направленные прочь от соседней галактики, как бы отталкиваемые ею. Перемычки иногда бывают двойными, что свидетельствуют о том, что искажения форм взаимодействующих галактик не могут быть объяснены приливными явлениями. Часто большая галактика одной из своих ветвей, иногда деформированной, соединяется со спутником. Все эти детали, подобно самим галактикам, состоят из звезд и иногда из диффузной материи.

    Часто галактики встречаются в пространстве парами и более крупными группами, иногда в виде скоплений, содержащих сотни галактик.

    Наша галактика с Магеллановыми Облаками и с другими ближайшими галактиками составляют, вероятно, также отдельное местное скопление галактик. Магеллановы облака и наша галактика, по-видимому, погружены в общее для них водородное облако. Группы и скопления разнообразны по типам входящих в них галактик. Иногда в них входят только спиральные и неправильные, иногда — только эллиптические галактики, иногда же — и те, и другие. Ближайшими к нам являются разряженное облако галактик в Большой Медведице и неправильные скопления в созвездии Девы. Оба содержат галактики всех типов. Очень богатое и компактное скопление галактик Е и So, находящееся в созвездии Волос Вероники, насчитывает тысячи членов. Светимости и размеры галактик весьма разнообразны.

    Галактики-сверхгиганты имеют светимости, в 10 раз превышающие светимость Солнца, квазары в среднем еще в 100 раз ярче; слабейшие же из известных галактик-карликов сравнимы с обычными шаровыми звездными скоплениями в нашей галактике. Их светимость составляет около 10 светимостей Солнца.

    Размеры галактик весьма разнообразны и колеблются от десятков парсек до десятков тысяч парсек.

    Пространство между галактиками, особенно внутри скоплений галактик, по-видимому, содержит иногда космическую пыль. Радиотелескопы не обнаруживают в них ощутимого количества нейтрального водорода, но космические лучи пронизывают его насквозь так же, как и в электромагнитное излучении.

    Известно около 1.5 тысяч ярких галактик (до 13-ой звездной величины). В "Морфологическом каталоге галактик" (который состоит из четырех томов), составленном еще в СССР (публикация окончена в 1968 году), содержатся сведения о 30 тысячах галактик ярче 15 звездной величины. Они охватывают 3/4 всего неба. 5-метровому телескопу доступно несколько миллиардов галактик до 21-звездной величины. Такие галактики отличаются от слабейших звезд лишь легкой размытостью изображения.

    Галактика состоит из множества звезд различных типов, а также звездных скоплений и ассоциаций, газовых и пылевых туманностей и отдельных атомов и частиц, рассеянных в межзвездном пространстве. Большая часть их занимает объем линзообразной формы поперечником около 30 и толщиной около 4 килопарсек (соответственно около 100 тысяч и 12 тысяч световых лет). Меньшая часть заполняет почти сферический объем с радиусом около 15 килопарсек (около 50 тысяч световых лет).

    Все компоненты галактики связаны в единую динамическую систему, вращающуюся вокруг малой оси симметрии. Земному наблюдателю, находящемуся внутри галактики, она представляется в виде Млечного Пути (отсюда и ее название — "Галактика") и всего множества отдельных звезд, видимых на небе.

    Звезды и межзвездная газопылевая материя заполняют объем галактики неравномерно: они наиболее сосредоточены около плоскости, перпендикулярной оси вращения галактики и составляющейся плоскостью ее симметрии (так называемой галактической плоскостью). Вблизи линии пересечения этой плоскости с небесной сферой (галактического экватора) и виден Млечный Путь, средняя линия которого представляет собой почти большой круг, так как Солнечная система находится недалеко от этой плоскости. Млечный Путь представляет собой скопление огромного количества звезд, сливающихся в широкую белесую полосу; однако звезды, проектирующиеся на небе рядом, удалены друг от друга в пространстве на огромные расстояния, исключающие их столкновения, несмотря на то, что они движутся с большими скоростями (десятки и сотни км/сек) в направлении полюсов галактики (ее северный полюс находится в созвездии Волос Вероники). Общее количество звезд в галактике оценивается в 100 миллиардов.

    Межзвездное вещество рассеяно в пространстве также не равномерно, концентрируясь преимущественно вблизи галактической плоскости в виде глобул, отдельных облаков и туманностей (от 5 до 20 – 30 парсек в поперечнике), их комплексов или аморфных диффузных образований. Особенно мощные, относительно близкие к нам темные туманности представляются невооруженному глазу в виде темных прогалин неправильных форм на фоне полосы Млечного Пути; дефицит звезд в них является результатом поглощения света этими несветящимися пылевыми облаками. Многие межзвездные облака освещены близкими к ним звездами большой светимости и представляются в виде светлых туманностей, так как светятся либо отраженным светом (если состоят из космических пылинок), либо в результате возбуждения атомов и последующего испускания ими энергии (если туманности газовые).

    Наши дни с полным основанием называют золотым веком астрофизики, замечательные и чаще всего неожиданные открытия в мире звезд следуют сейчас одно за другим. Солнечная система стала последнее время предметом прямых экспериментальных, а не только наблюдательных исследований. Полеты межпланетных космических станций, орбитальных лабораторий, экспедиции на Луну принесли множество новых конкретных знаний о Земле, околоземном пространстве, планетах, Солнце. Мы живем в эпоху поразительных научных открытий и великих свершений. Самые невероятные фантазии неожиданно быстро реализуются. С давних пор люди мечтали разгадать тайны Галактик, разбросанных в беспредельных просторах Вселенной. Приходится только поражаться, как быстро наука выдвигает различные гипотезы и тут же их опровергает. Однако астрономия не стоит на месте: появляются новые способы наблюдения, модернизируются старые. С изобретением радиотелескопов, например, астрономы могут заглянуть на расстояния, которые еще в 40-x годах ХХ столетия казались недоступными. Однако надо себе ясно представлять огромную величину этого пути и те колоссальные трудности, с которыми еще предстоит встретиться на пути к звездам



    Предварительный просмотр:

    Выполнил

    ученик 9 класса

    Серов Сергей

    Гравитационные взаимодействия

    Введение

    Все весомые тела взаимно испытывают тяготение, эта сила обусловливает движение планет вокруг Солнца и спутников вокруг планет. Теория гравитации, созданная Ньютоном, стояла у колыбели современной науки. Другая теория гравитации, разработанная Эйнштейном, является величайшим достижением теоретической физики XX века. В течение столетий развития человечества люди наблюдали явление взаимного притяжения тел и измеряли его величину; они пытались поставить это явление себе на службу, превзойти его влияние, и, наконец, уже в самое последнее время рассчитать его с чрезвычайной точностью во время первых шагов вглубь Вселенной.

    Необозримая сложность окружающих нас тел обусловлена такой многоступенчатой структурой, конечные элементы которой — элементарные частицы — обладают сравнительно небольшим числом видов взаимодействия. Но эти виды взаимодействия резко отличаются по своей силе. Частицы, образующие атомные ядра, связаны между собой самыми могучими из всех известных нам сил; для того чтобы отделить эти частицы друг от друга, необходимо затратить колоссальное количество энергии. Электроны в атоме связаны с ядром электромагнитными силами; достаточно сообщить им весьма скромную энергию (как правило, достаточно энергии химической реакции), как электроны уже отделяются от ядра. Если говорить об элементарных частицах и атомах, то для них самым слабым взаимодействием является гравитационное взаимодействие.

    При сопоставлении с взаимодействием элементарных частиц гравитационные силы настолько слабы, что это трудно себе представить, но именно они полностью регулируют движение небесных тел. Это происходит потому, что тяготение сочетает в себе две особенности, из-за которых его действие усиливается, когда мы переходим к крупным телам. В отличие от атомного взаимодействия, силы гравитационного притяжения ощутимы и на большом удалении от созидающих их тел. Кроме того, гравитационные силы — это всегда силы притяжения, тела всегда притягиваются друг к другу.

    Развитие теории гравитации произошло в самом начале становления современной науки на примере взаимодействия небесных тел. Задачу облегчило то, что небесные тела движутся в вакууме мирового пространства без побочного влияния других сил. Блестящие астрономы Галилей и Кеплер подготовили своими трудами почву для следующих открытий в этой области. В дальнейшем великий Ньютон сумел придумать целостную теорию и придать ей математическую форму.

    Ньютон и его предшественники

    От всех сил, которые существуют в природе, сила тяготения отличается тем, что проявляется повсюду. Все тела обладают массой, которая определяется как отношение силы, приложенной к телу, к ускорению, которое приобретает под действием этой силы тело. Сила притяжения, действующая между любыми двумя телами, зависит от масс обоих тел; она пропорциональна произведению масс рассматриваемых тел. Кроме того, сила тяготения характеризуется тем, что она подчиняется закону обратной пропорциональности квадрату расстояния. Другие силы могут зависеть от расстояния совсем иначе; известно немало таких сил.

    Один аспект всемирного тяготения — удивительная двойственная роль, которую играет масса, — послужил краеугольным камнем для построения общей теории относительности. Согласно второму закону Ньютона масса является характеристикой всякого тела, которая показывает, как будет вести себя тело, когда к нему прикладывается сила, независимо от того, будет ли это сила тяжести или какая-то другая сила. Так как все тела в качестве отклика на внешнюю силу ускоряются (изменяют свою скорость), масса тела определяет, какое ускорение испытывает тело, когда к нему приложена заданная сила. Если одна и та же сила прикладывается к велосипеду и автомобилю, каждый из них достигнет определенной скорости в разное время.

    По отношению к тяготению масса играет еще и другую роль, отличную от той, какую она играла как отношение силы к ускорению: масса является источником взаимного притяжения тел; если взять два тела и посмотреть, с какой силой они действуют на третье, расположенное на одном и том же расстоянии сначала от одного, а затем от другого тела, мы обнаружим, что отношение этих сил равно отношению первых двух масс. Оказывается, что эта сила пропорциональна массе источника. Согласно третьему закону Ньютона силы притяжения, которые испытывают два различных тела под действием одного и того же источника притяжения (на одном и том же расстоянии от него), пропорциональны отношению масс этих тел. В инженерных науках и повседневной жизни о силе, с которой тело притягивается к земле, говорят как о весе тела.

    Итак, с одной стороны, масса входит в связь, которая существует между силой и ускорением; с другой — масса определяет величину силы притяжения. Такая двойственная роль массы приводит к тому, что ускорение различных тел в одном и том же гравитационном поле оказывается одинаковым. Действительно, возьмем два различных тела с массами m и M соответственно. Пусть оба они свободно падают на землю. Отношение сил притяжения, испытываемых этими телами, равно отношению масс этих тел m/M. Однако ускорение, приобретаемое ими, оказывается одинаковым. Таким образом, ускорение, приобретаемое телами в поле тяготения, оказывается для всех тел в одном и том же поле тяготения одинаковым и совсем не зависит от конкретных свойств падающих тел. Это ускорение зависит только от масс тел, создающих поле тяготения, и от расположения этих тел в пространстве. Двойственная роль массы и вытекающее из нее равенство ускорения всех тел в одном и том же гравитационном поле известно под названием принципа эквивалентности. Это название имеет историческое происхождение, подчеркивающее то обстоятельство, что эффекты тяготения и инерции до известной степени эквивалентны.

    На поверхности Земли ускорение силы тяжести, грубо говоря, равно 10 м/с². Скорость свободно падающего тела, если не учитывать сопротивление воздуха при падении, каждую секунду возрастает на 10 м/с. Например, если тело начнет свободно падать из состояния покоя, то к концу третьей секунды его скорость будет равна 30 м/с. Обычно ускорение свободного падения обозначается буквой g. Поскольку форма Земли не строго совпадает с шаром, величина g на Земле не везде одинакова; она больше у полюсов, чем на экваторе, и меньше на вершинах больших гор, чем в долинах. Если величина g определяется с достаточной точностью, то на ней сказывается даже геологическая структура. Этим объясняется то, что в геологические методы поисков нефти и других полезных ископаемых входит также точное определение величины g.

    Характерной особенностью тяготения является то, что в данном месте все тела испытывают одинаковое ускорение, такими свойствами никакие другие силы не обладают. И хотя Ньютону не оставалось ничего лучшего, как описать этот факт, он понимал всеобщность и единство ускорения тяготения. На долю немецкого физика-теоретика Альберта Эйнштейна (1870 – 1955 гг.) выпала честь выяснить принцип эквивалентности, на основе которого можно было бы объяснить это свойство тяготения. Эйнштейну также принадлежат основы современного понимания природы пространства и времени.

    Специальная теория относительности

    Уже со времен Ньютона считалось, что все системы отсчета представляют собой набор жестких стержней или каких-то других предметов, позволяющих устанавливать положение тел в пространстве. Естественно, что в каждой системе отсчета такие тела выбирались по-своему. Вместе с тем принималось, что у всех наблюдателей одно и то же время. Это предположение казалось интуитивно настолько очевидным, что специально не оговаривалось. В повседневной практике это предположение подтверждается всем нашим опытом.

    Эйнштейну удалось доказать, что сравнение показаний часов, если принимать во внимание их относительное движение, не требует особого внимания лишь в том случае, когда относительные скорости часов значительно меньше, чем скорость распространения света в вакууме. Итак, первым результатом анализа Эйнштейна явилось установление относительности одновременности: два события, происходящие на достаточном удалении друг от друга, могут оказаться для одного наблюдателя одновременными, а для другого, движущегося относительно него, происходящими в разные моменты времени. Поэтому предположение о едином времени не может быть оправданным: невозможно указать определенную процедуру, позволяющую любому наблюдателю установить такое универсальное время независимо от того движения, в котором он участвует. В системе отсчета должны присутствовать еще и часы, движущиеся вместе с наблюдателем и синхронизированные с часами наблюдателя.

    Следующий шаг, сделанный Эйнштейном, состоял в установлении новых взаимоотношений результатов измерений расстояния и времени в двух различных инерциальных системах отсчета. Специальная теория относительности вместо «абсолютных длин» и «абсолютного времени» явила на свет иную «абсолютную величину», которую принято называть инвариантным пространственно-временным интервалом. Для двух заданных событий, происходящих на некотором удалении друг от друга, пространственное расстояние между ними не является абсолютной (не зависящей от системы отсчета) величиной даже в ньютоновской схеме, если между наступлением этих событий есть некоторый интервал времени. Действительно, если два события происходят не одновременно, наблюдатель, движущийся с некоторой системой отсчета в одном направлении и оказавшийся в той точке, где наступило первое событие, может за промежуток времени, разделяющий эти события, оказаться в том месте, где наступает второе событие. Для этого наблюдателя оба события будут происходить в одном и том же месте пространства, хотя для наблюдателя, движущегося в противоположном направлении, они могут показаться происшедшими на значительном удалении друг от друга.

    Теория относительности и гравитация

    Чем глубже уходят научные исследования в конечные составляющие вещества, чем меньше остается число частиц и сил, действующих между ними, тем настойчивее становятся требования исчерпывающего понимания действия и структуры каждой компоненты материи. Именно по этой причине Эйнштейн и другие физики, убедившись в том, что специальная теория относительности пришла на смену ньютоновской физике, занялись снова фундаментальными свойствами частиц и силовых полей. Наиболее важным объектом, требующим пересмотра, была гравитация.

    Но почему бы несоответствие между относительностью времени и законом тяготения Ньютона не разрешить столь же просто, как в электродинамике? Следовало бы ввести представление о гравитационном поле, которое распространялось бы примерно так же, как электрическое и магнитное поля, и которое оказалось бы посредником при гравитационном взаимодействии тел в согласии с представлениями теории относительности. Это гравитационное взаимодействие сводилось бы к ньютоновскому закону тяготения, когда относительные скорости рассматриваемых тел были бы малы по сравнению со скоростью света. Эйнштейн попытался построить релятивистскую теорию тяготения на этой основе, но одно обстоятельство не позволило ему осуществить это намерение: никто ничего не знал о распространении гравитационного взаимодействия с большой скоростью, имелась лишь некоторая информация относительно эффектов, связанных с большими скоростями движения источников гравитационного поля (масс).

    Влияние больших скоростей на массы непохоже на влияние больших скоростей на заряды. Если электрический заряд тела остается одним и тем же для всех наблюдателей, то масса тел зависит от их скорости относительно наблюдателя. Чем выше скорость, тем больше наблюдаемая масса. Для заданного тела наименьшая масса будет определена наблюдателем, относительно которого тело покоится. Это значение массы называется массой покоя тела. Для всех остальных наблюдателей масса окажется больше массы покоя на величину, равную кинетической энергии тела, поделенной на С. Значение массы стало бы бесконечным в той системе отсчета, в которой скорость тела стала бы равной скорости света. О такой системе отсчета можно говорить лишь условно. Поскольку величина источника тяготения столь существенно зависит от системы отсчета, в которой определяется ее значение, порождаемое массой поле должно быть более сложным, чем электромагнитное поле. Эйнштейн заключил, что гравитационное поле, по-видимому, представляет собой тензорное поле, описываемое большим числом компонент, чем электромагнитное поле.

    В качестве следующего исходного принципа Эйнштейн постулировал, что законы гравитационного поля должны получаться на основе математической процедуры, аналогичной процедуре, приводящей к законам электромагнитной теории; законы гравитационного поля, получаемые таким способом, очевидно, должны быть сходны по форме с законами электромагнетизма. Но Эйнштейн, даже принимая во внимание все эти соображения, обнаружил, что он может построить несколько различных теорий, которые в равной степени удовлетворяют всем требованиям. Нужна была иная точка зрения, чтобы однозначно прийти к релятивистской тории тяготения. Эйнштейн нашел такую новую точку зрения в принципе эквивалентности, согласно которому ускорение, приобретаемое телом в поле сил тяготения, не зависит от характеристик этого тела.

    Относительность свободного падения

    В специальной теории относительности, как и в ньютоновской физике, постулируется существование инерциальных систем отсчета (систем, относительно которых тела движутся без ускорения, когда на них не действуют внешние силы). Экспериментальное нахождение такой системы зависит от того, сможем ли мы поставить пробные тела в такие условия, в которых на них не будут действовать никакие внешние силы, отсутствие таких сил должно быть экспериментально подтверждено. Но если наличие электрического или любого другого силового поля может быть обнаружено по различию в действии, которое эти поля оказывают на различные пробные частицы, то все пробные частицы, помещенные в одно и то же поле тяготения, приобретают одно и то же ускорение.

    Однако даже при наличии гравитационного поля существует некоторый класс систем отсчета, который может быть выделен чисто локальными экспериментами. Так как все гравитационные ускорения в данной точке (малой области) у всех тел одинаковы как по величине, так и по направлению, все они окажутся равными нулю по отношению к системе отсчета, которая ускоряется вместе с другими физическими объектами, находящимися под действием только силы тяготения. Такая система отсчета называется свободно падающей системой отсчета. Такую систему нельзя неограниченно продолжить на все пространство и на все моменты времени. Она может быть однозначно определена лишь в окрестности мировой точки, в ограниченной области пространства и для ограниченного промежутка времени. В этом смысле свободно падающие системы отсчета можно назвать локальными системами отсчета. По отношению к свободно падающим системам отсчета материальные тела, на которые не действуют никакие силы, кроме сил тяготения, не испытывают ускорения.

    Свободно падающие системы отсчета в отсутствие гравитационных полей тождественны с инерциальными системами отсчета; в этом случае они неограниченно продолжимы. Но такое неограниченное распространение систем становится невозможным, когда появляются гравитационные поля. Само существование свободно падающих систем (хотя бы только как локальных систем отсчета) является прямым следствием принципа эквивалентности, которому подчиняются все гравитационные эффекты. Но тот же самый принцип отвечает за то, что никакими локальными процедурами невозможно построить инерциальные системы отсчета при наличии гравитационных полей.

    Эйнштейн рассматривал принцип эквивалентности как самое фундаментальное свойство тяготения. Он понял, что от представления о неограниченно продолжимых инерциальных системах отсчета следует отказаться в пользу локальных свободно падающих систем отсчета; только после этого можно принять принцип эквивалентности как основную часть фундамента физики. Такой подход дал возможность физикам глубже заглянуть в природу тяготения. Наличие гравитационных полей оказывается равносильным невозможности распространения в пространстве и времени локальной свободно падающей системы отсчета; таким образом, при изучении гравитационных полей следует фокусировать внимание не столько на локальной величине поля, сколько на неоднородности гравитационных полей. Ценность такого подхода, отрицающего универсальность существования инерциальных систем отсчета, состоит в том, что он ясно показывает следующее: нет никаких оснований принимать без размышлений возможность построения инерциальных систем отсчета, несмотря на то что такие системы использовались в течение нескольких столетий.

    Тяготение во времени и пространстве

    В теории тяготения Ньютона ускорение тяготения, вызываемое заданной большой массой, пропорционально этой массе и обратно пропорционально квадрату расстояния от этой массы. Тот же самый закон можно сформулировать немного иначе, но при этом мы сможем выйти на релятивистский закон тяготения. Эта иная формулировка опирается на представление о гравитационном поле как о чем-то таком, что впечатано в окрестность большой гравитирующей массы. Поле можно полностью описать, задавая в каждой точке пространства вектор, величина и направление которого соответствуют тому гравитационному ускорению, которое приобретает любое пробное тело, помещенное в эту точку. Можно описать поле тяготения графически, проводя в нем кривые, касательная к которым в каждой точке пространства совпадает с направлением локального поля тяготения (ускорения); эти кривые проводятся с плотностью, равной величине локального поля. Если рассматривается одна большая масса, такие кривые — их называют силовыми линиями — оказываются прямыми линиями; эти прямые указывают прямо на тело, создающее поле тяготения.

    Обратно пропорциональная зависимость от квадрата расстояния выражается графически так: все силовые линии начинаются на бесконечности и заканчиваются на больших массах. Если плотность силовых линий равна величине ускорения, число линий, проходящих через сферическую поверхность, центр которой расположен на большой массе, как раз равно плотности силовых линий, умноженной на площадь сферической поверхности радиуса r; площадь сферической поверхности пропорциональна квадрату радиуса. В общем случае ньютоновский закон обратной зависимости от квадрата расстояния может быть приведен в такой форме, которая в равной степени пригодна для источника тяготения в виде одной большой массы и для произвольного распределения масс: все силовые линии гравитационного поля начинаются на бесконечности и оканчиваются на самих массах. Полное число силовых линий, оканчивающихся в некоторой области, содержащей массы, пропорционально полной массе, заключенной в этой области. Кроме того, гравитационное поле — поле консервативное: силовые линии не могут принимать форму замкнутых кривых, а перемещение пробного тела вдоль замкнутой кривой не может привести ни к выигрышу, ни к потере энергии.

    В релятивистской теории гравитации роль источников отводится комбинациям массы и импульса (импульс выступает связующим звеном между состоянием одного и того же объекта в разных четырехмерных или лоренцевых, системах отсчета). Неоднородности релятивистского поля тяготения описываются тензором кривизны. Тензор представляет собой математический объект, полученный обобщением представления о векторах. В многообразии, описываемом с помощью координат, тензорам можно сопоставить компоненты, полностью определяющие тензор. Релятивистская теория связывает тензор кривизны с тензором, описывающим поведение источников тяготения. Эти тензоры пропорциональны друг другу. Коэффициент пропорциональности определяется из требования: закон тяготения в тензорной форме должен сводиться к ньютоновскому закону тяготения для слабых гравитационных полей при малых скоростях тел. Этот коэффициент пропорциональности с точностью до мировых констант равен постоянной тяготения Ньютона. Этим шагом Эйнштейн завершил построение теории тяготения, называемой иначе общей теорией относительности.

    Заключение

    Общая теория относительности дала возможность несколько иначе взглянуть на вопросы, связанные с гравитационными взаимодействиями. Она включила в себя всю ньютоновскую механику как частный случай при малых скоростях движения тел. При этом открылась широчайшая область для исследования Вселенной, где силы тяготения играют решающую роль.



    Предварительный просмотр:

    Конденсаторы

    Конденсаторы являются обязательным элементом любых электронных схем, от простых до самых сложных. Трудно себе представить какую бы то ни было электронную схему, в которой бы не использовались конденсаторы. За два с половиной века своего существования они значительно изменили свой облик и сегодня отвечают всем требованиям передовой технологии. Некоторые конденсаторы стоят не больше рубля, но их производство в мировом масштабе оценивается в миллиарды долларов.

    Принципы изготовления конденсаторов стали известны людям еще 250 лет назад, когда в 1745 г. в Лейдене немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и нидерландский физик Питер ван Мушенбрук создали первый конденсатор — так называемую "лейденскую банку" — в ней диэлектриком были стенки стеклянной банки, откуда и возникло название. Эти принципы не изменились до сих пор, однако совершенствование технологий и применение новых материалов позволили значительно улучшить конструкцию конденсаторов. Суммарный заряд, который мог накапливаться в лейденской банке емкостью 1 литр, теперь можно "уместить" в устройстве размером не больше булавочной головки. За последние 30 лет размеры конденсаторов уменьшались столь же быстро, сколь быстро происходила миниатюризация в электронике. Легко можно вспомнить как еще 30 – 40 лет назад компьютеры (ЭВМ) были настолько огромными, что занимали целые залы. Сейчас же миниатюрный компьютер с легкостью умещается у нас на ладони, хотя его производительность в десятки раз выше.

    Мало кому известно, что наш великий электротехник Павел Николаевич Яблочков, который изобрел дуговую лампу особой конструкции, одновременно занимался разработкой и использованием конденсаторов и достиг выдающихся результатов. Его основные работы по конденсаторам нашли отражение в публикациях (докладах и патентах) 1877 – 1880 гг. Так, во французском патенте № 120684, выданном П.Н. Яблочкову 11 октября 1877 г., говорится о лейденских банках и “конденсаторах особых типов”.

    В этом патенте для нас наибольший интерес представляют “конденсаторы особых типов” в виде стопки (блока) металлических пластин (или полосок фольги) с находящимися между ними изоляционными слоями (пластинами), при этом четные металлические пластины (полоски фольги) соединены между собой общим проводником, а нечетные — другим. П.Н.Яблочков указывает, что такие блоки можно соединять друг с другом параллельно или последовательно. Блочная (пакетная) конструкция, предложенная им, впоследствии нашла широкое применение.

    В конце 1877 г. – начале 1878 г. П. Н. Яблочков демонстрировал конденсаторы, предназначавшиеся для его системы электрического освещения. Они представляли собой свернутые в рулон листы оловянной фольги, разделенные слоями пластыря и гуттаперчи. В реферате доклада П.Н.Яблочкова отмечалось, что такие конденсаторы “позволяют получать в небольшом объеме громадные электрические мощности”.

    В дополнении от 12 октября 1878 г. к цитированному выше патенту № 120684 Павел Николаевич Яблочков заявляет свои права на “металлические листки, покрытые изолирующим веществом, специально в целях устройства конденсатора посредством погружения таких изолирующих пластин в жидкость, содержавшуюся в резервуаре”.

    Можно предположить, что П. Н. Яблочков вслед за А. Вольтом, который изобрел лакопленочный конденсатор, покрывал пластинки или фольгу лаком. Предложенная Яблочковым конденсаторная обкладка в виде проводящей жидкости повышает электрическую прочность и емкость конденсатора, обращая на пользу неровность покрытия. Этой идеей П. Н. Яблочков предвосхитил конструкцию оксидного (электролитического) конденсатора, запатентованного вскоре после его смерти.

    Напомним, что в оксидном конденсаторе диэлектриком служит оксидный слой, образующийся при электролизе на поверхности металла, который является одной обкладкой, при этом другой обкладкой служит электролит, необходимый для существования оксидного слоя. Толщина оксидного слоя при небольших напряжениях меньше микрометра, благодаря чему у оксидных конденсаторов рекордные удельные и абсолютные емкости.

    Работы П. Н. Яблочкова по конденсаторам относятся к тому периоду времени, когда только начиналось их промышленное применение в телеграфии. Яблочков одним из первых включил конденсатор в цепь переменного (по русской терминологии того времени — перемежающегося) тока. Изучение работы конденсатора на переменном токе имело важнейшее значение для становления и развития электротехники, а впоследствии и радиотехники.

    Сейчас существует множество видов и разновидностей конденсаторов, но в основе своей они все повторяют простейший конденсатор, который образуют две металлические пластины, изолированные одна от другой. Чаще всего пластины называют обкладками, а изолирующий слой — диэлектриком.

    Миниатюризация — основное направление в совершенствовании конструкции конденсаторов, поскольку от этого зависит дальнейшее уменьшение размеров интегральных схем. Существуют две наиболее распространенные конструкции конденсаторов: первая основана на использовании хрупких керамических слоев толщиной 0,002 см и меньше, а в основе второй лежит технология, позволяющая "сворачивать" плоские структуры площадью с газетный лист в объемные конструкции размером с кусок сахара. Чтобы понять теоретические основы этих технологий, вернемся к самым первым конденсаторам.

    Прообразом современных конденсаторов, как уже было сказано, была лейденская банка. В 1746 г. ее усовершенствовал английский ученый, астроном и физик Дж. Бевис. Лейденская банка представляет собой стеклянный сосуд, внутренняя и наружная поверхности которого покрыты двумя листами фольги. Через резиновую пробку в сосуд вставлен металлический стержень так, что он касается внутреннего листа фольги. Внутренний и наружный листы фольги, в обычных условиях имеющие нейтральный заряд, играют роль электродов, если их подсоединить к внешнему источнику электрических зарядов.

    Источником зарядов может быть электрическая батарейка, генератор или простая эбонитовая палочка, потертая о шерсть или мех. Если такой палочкой, несущей в себе свободные электроны, коснуться металлического стержня в горлышке сосуда, электроны "перетекут" с палочки на внутренний электрод. Таким образом отрицательный заряд будет перенесен на внутренний электрод. Поскольку способность накапливать заряды у сосуда ограничена, их взаимным отталкиванием, их переход на электрод не может быть бесконечным. Способность накапливать или удерживать заряды называется емкостью.

    В лейденской банке емкость увеличивается за счет наличия второго электрода на внешней стенке сосуда. Если этот электрод заземлить, то заряд, накопленный на внутреннем электроде, будет притягивать из земли такой же по величине заряд противоположного знака. Накопленный на наружном электроде положительный заряд притягивает находящиеся на внутреннем электроде отрицательно заряженные электроны, частично нейтрализуя силы отталкивания, сдерживающие накапливание электронов. Благодаря этому емкость сосуда увеличивается. Однако расти бесконечно она не может.

    Существует два пути увеличения емкости лейденской банки. Один из них заключается в увеличении площади электродов, чтобы дать возможность зарядам рассредоточиться в большем пространстве и тем самым уменьшить силу взаимного отталкивания электронов. Другой путь — уменьшить толщину стеклянной стенки сосуда, разделяющей заряды, скапливающиеся на внутреннем и внешнем электродах. Не надо забывать при этом, что если стекло будет слишком тонким, электроны смогут пройти сквозь него, создавая искровой разряд, что приведет к рассеянию заряда.

    Оба пути трудно реализовать в лейденской банке, но они входят в число трех классических способов, к которым прибегают современные ученые и инженеры при разработке новых конструкций конденсаторов. Третье направление увеличения емкости — учет особенностей поведения электронов в изоляторах. Хотя электроны в изоляционном материале неподвижны, они все же могут слегка смещаться под воздействием сил притяжения или отталкивания, действующих со стороны электродов. На одной стороне разделяющего электроды диэлектрика электроны как бы "вспучиваются" под его поверхностью, создавая отрицательный заряд, на другой его стороне они "утопают" в толщу диэлектрика, увеличивая в подповерхностной зоне значение положительного заряда.

    Таким образом, созданные в диэлектрике заряды способствуют нейтрализации зарядов на обкладках, а некоторые диэлектрики могут нести заряды, которые по величине не уступают зарядам на самих электродах. Нейтрализация зарядов уменьшает действие сил отталкивания и создает условия для накопления на электродах большего заряда, что ведет к увеличению емкости. Степень проявления этого феномена зависит от свойств диэлектрика и называется диэлектрической проницаемостью материала. Диэлектрическая проницаемость указывает, во сколько раз увеличивается емкость конденсатора, когда вместо вакуума пространство между его электродами (обкладками) заполняется данным материалом. Стекло, используемое в лейденской банке, имеет значение диэлектрической проницаемости около 5, а диэлектрическая проницаемость новых материалов, используемых в современных конденсаторах массового производства, достигает 20 000.

    Применением этих материалов как раз и объясняется высокая эффективность работы многослойных керамических конденсаторов, являющихся одним из двух наиболее распространенных видов этого устройства. Другой тип — электролитические конденсаторы; их удельная емкость (на единицу объема) еще выше, даже без использования диэлектриков с высокой диэлектрической проницаемостью. Объем производства тех и других составляет 95% общего количества поступающих в продажу конденсаторов.

    Многослойный керамический конденсатор — уменьшенный вариант лейденской банки. На практике в качестве диэлектрика в керамических конденсаторах используется титанат бария с добавлением небольшого количества других оксидов. Такие керамики, имеющие диэлектрическую проницаемость в пределах от 2000 до 6000, в исходном состоянии представляют собой тонкодисперсный порошок, частицы которого имеют диаметр в несколько микрон. Порошок смешивают с растворителем, содержащим связующее вещество, которое потом соединит равномерно рассредоточенные в растворе частицы керамики. Полученная смесь в виде жидкой глины имеет такую же консистенцию, как и масляная краска. Смесь разливают слоем толщиной в несколько сотых долей миллиметра на бумажную или стальную ленту и высушивают. Пленка затем режется на квадратные пластины размером 15 – 20 см; на каждую такую пластину методом печатного монтажа наносится несколько тысяч обкладок через специальный трафарет, задающий их конфигурацию. Для нанесения обкладок используется серебряно-палладиевая суспензия.

    После того как обкладки нанесены, берут 30 – 60 пластин и спрессовывают их между несколькими слоями таких же пластин, на которые обкладки не наносились. Полученные заготовки конденсаторов обжигаются в печи с медленным нагревом до 1000 – 1400 °С.

    Электролитический конденсатор можно уподобить лейденской банке из очень тонкого стекла, уменьшенной до размеров небольшого куба. Он изготавливается из куска металла с 60%-ной пористостью. Для большинства современных электролитических конденсаторов используют измельченный тантал — твердый металл серого цвета. Порошок тантала спрессовывается, и затем в течение нескольких часов полученную заготовку нагревают в вакуумной камере до температуры, близкой к 2000 °С. В результате частицы металла спекаются, плотно сцепляясь друг с другом. Образуемые при этом небольшие ниши и щели в толще спрессованного порошка повышают поверхностную площадь заготовки, которая потом будет служить одной из обкладок конденсатора. Затем в электролитической ванне заготовку подвергают анодированию, чтобы на поверхностях пор получить изолирующий слой оксида тантала. Потом заготовку погружают в раствор нитрата марганца. В ее порах после нагрева осаждаются частицы полупроводящего диоксида марганца, слой которых играет роль одной обкладки, а танталовые частицы под слоем оксида тантала — другой. Конденсатор сначала покрывают графитовой, потом серебряной краской, напыляют слой никеля и заделывают в корпус.

    Несмотря на то, что электролитические конденсаторы имеют наибольшую удельную емкость по сравнению с другими типами конденсаторов, область их применения ограничена. Это объясняется, во-первых, тем, что подводимое к нему напряжение должно иметь определенную полярность, которую нельзя менять. Эта особенность допускает использование электролитических конденсаторов только в цепях постоянного тока. Во-вторых, электролитические конденсаторы более подвержены пробою, поскольку слои диэлектрика в нем очень тонкие.

    Библиографический список

    1. Справочник по электротехническим материалам. Том 3. Л. “Энергия”, 1988.
    2. Добрынин А. В., Казаков Н. П., Найда Г. А., Подденежный Е. Н. и др. Нитрид алюминия в электронной технике. Ж. // Зарубежная электронная техника, №4 1989.
    3. Носов О. Н. Оптоэлектроника. М.: Высшая школа. 1976.
    4. Радио №4 1991.
    5. Тихонов С. Н. Электротехника для начинающих. М.: Военное издательство министерства обороны СССР, 1969.
    6. Конденсаторы. М.: Радио и связь, 1987.
    7. Терещук Р. М., Терещук К. М., Седов С. А. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства, справочник радиолюбителя. Киев: Наукова думка, 1988.
    8. Ацюковский В. А. Емкостные датчики перемещения.
    9. Радио, №12, 1978.

    Виноградов Ю. В. Основы электронной и полупроводниковой техники. М.: Энергия, 1972