Реферат: Основы технологии и энергетики

СОДЕРЖАНИЕ

1.   

Информационные технологии….….………...………..…..…...…...

2

2.   

Микроэлектронные и лазерные технологии …………….…...….

6

3.   

Новые виды топлива и энергии……………………………………

7

4.    

Роль солнечного, космического излучения и превращения его в энергию химических связей (фотосинтез)….…………..…….…

 

8

5.

Задачи…………………….……………………………………………

 

23

1. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Начало исередина XXI века будут ознаменованы неиз­бежным переходом от индустриального кинформационному обществу, в котором информация станет важнейшим факто­ромпроизводства, создающим общественное богатство.

Ноинформационное общество не может появиться на пустом месте. Необходима оченьсерьезная интеллектуально-технологическая база. И такой основой  сегодняявляется ин­формационный бизнес.

Информационныйбизнес представляет собой сравнитель­но новую сферу предпринимательскойдеятельности в виде крупнейшего многоотраслевого комплекса со своей сложив­шейсяинфраструктурой.

Сначалаинформационные технологии использовались, в связи со сложностью и дороговизной,только в научных центрах и крупных промышленных компаниях. По мересовершенствования и удешевления информационные технологии проникли в разныеотрасли и дали возможность совершенствования и улучшения эффективностипоследних.

В результатеразвития информационных технологий появились и сформировались новые потребностиобщества. Мировое потреб­ление информационных технологий  в 1990 годудостигло                        2 трлн. долларов.

 Информационноепроизводство в США и Японии по уровню занятости превзошло сферу материальногопро­изводства. Причем в США в этой сфере к началу 80-х годов было занято ужеоколо 60% всех работающих. Сегодняшние тенденции развития информационногобизнеса таковы, что он стабильно опережает традиционные отрасли по темпамроста, занятости и другим экономическим показателям.

Информационныетехнологии вторгаются в нашу повседневную жизнь, изменяют мировое сообщество,изменяют человека и его окружение, дают основу для поступательного развитияобщества. Новая отрасль приводит к коренным изменениям в самом бизнесе, делаяего более динамичным, совершенным.

В связи сразвитием рыночных отношений в России и необходимостью сокращения разрыва втехнологическом отставании России от западных стран, актуальным становитсяэффективное использование новых информационных технологий. Информационныйбизнес, являясь составной частью бизнеса, придает общее />ускорениеразвитию экономики.

Главным направлением перестройки менеджмента и егорадикального усовершенствования, приспособления к современным условиям сталомассовое использование новейшей компьютерной и телекоммуникационной техники,формирование на ее основе высокоэффективных информационно-управленческихтехнологий. Средства и методы прикладной информатики используются в менеджментеи маркетинге. Новые технологии, основанные на компьютерной технике, требуютрадикальных изменений организационных структур менеджмента, его регламента,кадрового потенциала, системы документации, фиксирования и передачи информации.Особое значение имеет внедрение информационного менеджмента, значительнорасширяющее возможности использования компаниями информационных ресурсов.Развитие информационного менеджмента связано с организацией системы обработкиданных и знаний, последовательного их развития до уровня интегрированныхавтоматизированных систем управления, охватывающих по вертикали и горизонталивсе уровни и звенья производства и сбыта.

Технология— это комплекс научных и инженерных знаний, реализованных в приемах труда,наборах материальных, технических, энергетических, трудовых факторовпроизводства, способах их соединения для создания продукта или услуги,отвечающих определенным требованиям.

Управленческие технологии основываются на применениикомпьютеров и телекоммуникационной  техники.

Информационная технология, согласноопределению, принятому ЮНЕСКО, — это комплекс взаимосвязанных, научных,технологических, инженерных дисциплин, изучающих методы эффективной организациитруда людей, занятых обработкой и хранением информации; вычислительную техникуи методы организации и взаимодействия с людьми и производственнымоборудованием, их практические приложения, а также связанные со всем этимсоциальные, экономические и культурные проблемы.

Сами информационные технологии требуют сложнойподготовки, больших первоначальных затрат и наукоемкой техники.

По мнениюамериканского специалиста в области управ­ления Г. Поппеля, под информационнымитехнологиями (ИТ) следует понимать использование вычислительной тех­ники исистем связи для создания, сбора, передачи, хране­ния, обработки информации длявсех сфер общественной жизни.

ИТ рассматриваюти как часть инфор­мационного бизнеса — его некоторую технологическую основу, икак отдельный сектор инфраструктуры, часто развивающийся автономно.

В последние десятилетия в наиболее развитых странах,в частности, в США и Японии, развиваются творческие (созидающие) информационныетехнологии так называемого третьего (высшего) уровня. Они охватывают полныйинформационный цикл — выработку информации (новых знаний), их передачу,переработку, использование для преобразования объекта, достижения новых болеевысших целей.

Информационные технологии третьего уровня означаютвысший этап компьютеризации менеджмента, позволяют задействовать ЭВМ втворческом процессе, соединить силу человеческого ума и мощь электроннойтехники.

Полная интегрированная автоматизация менеджментапредполагает охват следующих информационно-управленческих процессов: связь,сбор, хранение и доступ к необходимой информации, анализ информации, подготовкатекста, поддержка индивидуальной деятельности, программирование и решениеспециальных задач.

Основные направленияавтоматизации информационно-управленческой деятельности компаний следующие:автоматизация процесса обмена информацией, включая учрежденческую АТС,“электронную почту”.

К информационнымтехнологиям относятся:

-    персональные компьютеры, объединенные в сети;

-    электронные пишущие машинки;

-    текстообрабатывающие системы (проблемно-ориентированные компьютерныесистемы, имеющие большие функциональные возможности);

-    копировальные машины;

-    коммуникационные средства, телефонную технику;

-    средства для автоматизации ввода архивных документов и поиска информации(к ним относятся нетрадиционные носители информации: магнитные и лазерные дискии ленты, микрофильмы, диски с оптическими записями);

-    средства для обмена информацией  -  “электронная почта”;

-    видеоинформационные системы;

-    локальные компьютерные сети;

-    интегрированные сети учреждений.

Признавая, как факт, поразительные тех­нологическиедостижения наступившей эры информационных технологий, американ­ские специалистыспрогнозировали дальнейший прогресс в этой области, движущей силой которогоявля­ются пять основных так называемых “информационных тен­денций”:

-    возрастаниероли информационного продукта;

-     развитие способности к взаимодействию(совместимо­сти);

-     ликвидация промежуточных звеньев(непосредствен­ность);

-     глобализация;

-     конвергенция.

Дадим этим тенденциям определение икратко их охарактеризуем.

Возрастаниеинформационного продукта. Определены шесть секторов экономики, вкото­рых применение ИТ наиболее вероятно повысит эффектив­ность торговыхопераций: промышленные товары и поставки, расфасованные потребительские ифармацевтические това­ры, страхование коммерческих предприятий и отдельных лиц,коммерческие банки и кредиты, оптовая торговля и услуги специалистов, фондоваяторговля.

Информационныйпродукт (ИП) выступает в виде программных средств, баз данных и службэкспертного обеспе­чения (определение дано Г. Поппелем и Б. Голдстайпом). ИП вформе различного рода информации является источ­ником человеческих знаний. Р.У. Эмерсон определяет информацию как “накопленные мысли и опыт бесчисленныхумов”.    

Следовательно,деятельность интеллектуальных ра­ботников в большей степени зависит отсодержания, точно­сти и своевременности получаемой информации. ИТ призва­надонести информацию до места создания и использования знаний.

Создание ИПвключает 3 основные стадии: разработку, синтез и распространение. Через этистадии проходят 8 ос­новных типов ИП: новости, документальные программы, знанияи мнения, данные и факты, протоколы, игры, худо­жественные и драматургическиепроизведения, музыка и юмор.

Отсюдавозрастающее значение ИП, причем в разных плоскостях. Информационная часть ИПрасширяет кругозор людей, позволяет более эффективно использовать ресурсы, аразвлекательная обеспечивает досуг. Качество и доступность обеих составляющихоказывают существенное влияние на чувство самоудовлетворения отдельногочеловека.

Способностьинформационных технологий к взаимодействию. Следующей тенденцией развития ИТявляется способность к взаимодействию между всеми физическими и логическимиэлементами системы. Один из важнейших факторов для обеспечения совместимостивзаимодействия — появление новых стандартов на программные и аппаратные средства,дисплеи, базы данных и сети, что повлекло за собой процес­сы стандартизации.

В настоящеевремя технология может являться и сдерживающим фактором: отсутствие способностик взаимо­действию средств автоматизации делает нерациональной ее реализацию.Это обусловлено взрывным расширением ИТ, в результате чего стандартизацияпродуктов не успевает за техническими стандартами. С другой стороны, врезультате более активной маркетинговой деятельности и успехов враспространении ИП, захвате большой рыночной доли какой-либо компанией, еёпродукт становится стандартом для всех остальных. В качестве примера можнопривести персональные компьютеры фирмы IBM, операционные системы корпорацииMicrosoft, локальная сеть Novell, стандарты бытовой видеозаписи VHS фирмы JVC, Video-8фирмы Sony.

Ликвидацияпромежуточных звеньев. По мере того как информационные технологии все глубжепроникает в различные сферы бизнеса, она изменяет различные стоимостные пока­затели,на которых базируется конкуренция. Ликвидация промежуточных звеньев означаетустранение тех стадий, которые включают посредников между потребителями ипроизводителями. В частности, в банковской сфере уменьшается роль мелкихбанков, так как на внедрение информационных технологий требуются значительныересурсы.

Информационныетехнологии уже в настоящее время обеспечивают возможности для ликвидациипромежуточных функций внутри компаний и между ними. Телемаркетинг и системазаказов “компью­тер—компьютер” устраняют, например, промежуточные торговыеорганизации.

В целом оцениваяситуацию, американские специалисты утверждают следующее: “Вводя новое оружиеконкуренции в различные сферы деятельности, ИТ вызывает острую борь­бу междуфирмами”.

Intelпредсказывает, что в конце концов «электронная» коммерция вытеснитсреднее звено бизнеса (дистрибьюторов), которые сегодня играют важную роль вдоведении всех видов продукции до конечного пользователя.

Основная причинапревращения ИТ в такую мощную силу состоит в том, что информация частовыступает в качестве основного продукта обмена при совер­шении сделки,например, когда закупается программа об­учения или заключается контракт напредоставление кон­сультационных услуг.

Глобализация.Еще одной тенденцией развития информационных технологий является глобализа­цияинформационного бизнеса. Чисто теоретически любой человек (или фирма) являетсясегодня возможным потреби­телем информации. Поэтому возможности информационногорынка по-прежнему являются беспредельными, хотя и су­ществует довольно жесткаяконкуренция между основными производителями.

Можно сказать,что, несмотря на различие рынков, продукция, пользующаяся спросом в Америке,фактически аналогична той продукции, на которую существует спрос в Японии иЕвропе. Наличие пяти основных факторов обуславливает этот процесс:

-     различныйуровень знаний в области ИТ, определяющий темпы ее распространения, которыеварьируют в широких пределах в зависимости от сферы применения и отособенностей страны;

-     соотношение«стоимость — эффективность» ИТ;

-     правительственнаяподдержка;

-     стандартизация;

-     сравнительныедостоинства сосуществующих и взаимозаменяемых технологий.

Конвергенция.Глобализация непосредственно связана с конвергенцией (сближением в сторонуслияния, устойчивого равновесия и развития).

Ранее  сферу производства и сферу услуг можно было легко определитьи дифференцировать. Одна­ко описанные выше “информационные тенденции” ме­няюттрадиционные представления. Некоторые виды про­дукции и услуг разграничитьдостаточно просто. Пишущие машинки и калькуляторы — это продукция, телекс ирадиовещание — это услуги. Сложнее обстоит дело, когда речь идет, например, отелексной аппаратуре и ТВ-приемниках, которые приобретают конкретную значимостьтолько в сово­купности с вышеупомянутыми видами услуг.

Кроме того,определенные виды продукции и услуг, выполняя одинаковые функции, становятся посуществу взаимозаменяемыми.

Учет анализадинамики развития индустрии информационных технологий позволяет выделитьследующие основные области ИТ:

-    услугисвязи — реализуются посредством таких сетей общего пользования, как телефоннаяпередача данных, пе­редачи изображения и звуковых сигналов, а также тради­ционныхметодов доставки, например по почте;

-     информационные услуги — представленыразличного рода публикациями, осуществляемыми как традиционными методами, так ипосредством электроники; пакетами прикладных программ, заказными программнымисредствами, компьютерной обработкой данных, рекламой и другими видамипрофессиональных услуг;

-     развлечения — обеспечиваются за счетсоздания информационного продукта: музыкального, художественного,юмористического и игрового характера, распространения его в виде печатныхизданий, пластинок, кассет, дискет и т.д., а также посредством радио-и                ТВ-трансляции, кабельного телевидения, театров и др;

-     потребительская электроника — представленастан­дартными устройствами и системами, обеспечивающими по­требности частныхлиц в информации и развлечениях. На­пример, телефонная, аудио- и ТВ-аппаратура,такие новей­шие системы, как бытовые компьютеры и лазерные проигрыватели;

-     конторское  оборудование — от простейшихавтономных устройств для перенесения с носителя на носитель (копироваль­ные ипишущие машины) до сегодняшних — с сетями персо­нальных компьютеров, телефонныхаппаратов и других видов АРМ, которые хранят, обрабатывают и передают инфор­мацию;

-     системы обеспечения бизнеса. К нимотносятся си­стемы общего назначения для обработки, хранения и пере­дачиинформации (например, универсальные компьютеры с соответствующим программнымобеспечением), а также устройства и системы специализированного назначения(коммутаторы для сетей связи, устройства сбора технологической информации,роботы, средства автоматизированного контро­ля и управления технологическимипроцессами, “электрон­ные киоски”, автоматические кассовые аппараты и системыпродажи бензина).

Техническоеобеспечение — фундамент информационных технологий. Оно включает в себя аппаратные средства, средства коммуникации,программное обеспечение

Все лидерыкомпьютерной индустрии обнародовали свои стратегические планы относительноInternet/Intranet и совокупности новых технологий, спеша утвердиться вобщественном мнении, как Internet-компании. Не сделать этого и не подтвердитьсвои заявления делами — означает потерять доверие клиентов и проиграть.Например, корпорацией Microsoft уже произведена внутренняя структурнаяперестройка, выпущена целая гамма продуктов для Internet, все существующие продуктыдополняются средствами интеграции с Internet, развиваются новые технологии.Идет работа в независимых комитетах и консорциумах по согласованию стандартов. СегодняMicrosoft тратит на исследования и разработки в области Internet больше, чемлюбая другая компания.

Не отстают отразработчиков компьютерной техники и другие разработчики техническогообеспечения. Планируется развернуть глобальную спутниковую телефонную сеть,состоящую                           из 86 низкоорбитальных спутников, котораяпозволит связываться по спутниковому телефону из любой точки планеты.

Internet — яркоепроявление основных тенденций развития информационных технологий. Эта глобальнаясеть привлекает все больше абонентов, для которых компьютер является лишьинструментом в их профессиональной деятельности.

Появлениетехнологии WWW привело к революционному подъёму использования Internet. WoldWide Web (WWW) новейшая и быстро разрастающаяся информационная технология вInternet. Всего за полгода количество WWW-серверов в мире увеличилось от 3000до 10000. И «плетение паутины» продолжается, ежедневно появляютсяновые хранилища данных, содержащие разнообразнейшую информацию. Диапазон тем — от ловли рыбы на муху и домашнего пивоварения до обзоров кинофильмов иэлектронных газет.

WWW поддерживаетнабор стандартов, позволяющих пользователям получить доступ к информационнымресурсам Internet. Отличительной особенностью Web являются гипертекстовыесредства, с помощью которых можно без сложных манипуляций получать доступ кинформации, находящейся на другом конце света.

Первые нити«паутины» были сплетены в 1989 году в Херне, European particlephysics laboratory под руководством                         ТимаБернерс-Ли.            

WWW был задуманкак целостный мир, в котором информация из любых источников легко доступна налюбых типах компьютеров, в любой стране, с использованием стандартизованныхпрограмм.

WWW — новоесредство для издательского бизнеса и количество изданий, появляющихся в видеэлектронных версий, постоянно растет.

Эта технология,помноженная на прогнозируемые масштабы внедрения операционной системы Windows,рекордные за всю историю индустрии, сделает Internet таким же привычнымсредством общения, как телефон.

Области бизнеса, наиболее эффективно использующиедостижения информационных технологий. В промышленности системы моделирования позволяют обходитьсябез дорогостоящих испытаний, сокращают время создания продукции. Системыавтоматизированного проектирования ускоряют проектирование сложной продукции,делают возможным более тесное использование потенциала рабочих групп. Системаэлектронной передачи данных позволяет более эффективно управлять предприятием,вести быструю переписку между партнёрами, позволяет создавать рабочие группывнутри корпорации, не объединённые территориально, и даже за счет разницычасовых поясов расширить время работы над проектами.

В банковскойсистеме возникают новые платежные системы, карточные системы, электронныекошельки, электронные клиринговые системы на основе достижений ИТ.Первоначально карточки использовали принцип магнитной ленты, в дальнейшемудалось создать микросхемы, обладающие миниатюрностью, большими возможностями илучшей защитой.

Индустрияразвлечений активно разнообразнейшим образом использует достиженияинформационных технологий. Это и разработка новых компьютерных игр, новыхаттракционов, использование ИТ в кино- и видеопроизводстве.Опасности и сложности при использовании ИТ. В сложномпрограммном обеспечении есть недостатки, которыми могут воспользоватьсяпосторонние лица (хакеры) и использовать их в свою пользу. Так,  хакер украл скредитных карточек Парекс-банка около 7000 долларов, из компьютеров полицииодной прибалтийской республики исчезла база данных на все автомобили,зачисленные в угон не только из бывшего СССР, но и проходящую по базам поискаИнтерпола.

В 1993-1995 годах было зафиксировано более 300попыток проникнуть в компьютерную сеть ЦБ России. В России материальный ущерб в1995 году составил  250 млрд. рублей.

Дляпредотвращения несанкционированного доступа используются дорогостоящие системызащиты, совершенствуется программное обеспечение (ПО).

Прииспользовании программного обеспечения существует возможность потери данных отдействия компьютерных вирусов, которые используют недостатки ПО. В связи свозрастающей стоимостью информации потери могут быть очень весомыми. Вирусысоздаются людьми, либо психически нездоровыми, обуреваемые деструктивнымимотивами, либо для нанесения вреда пользователю, пользующемусянелицензированной копией программного обеспечения, либо начинающимпрограммистом, не имеющим достойной сферы применения своей энергии. Для защитыприходится использовать специальные программы-антивирусы. Российскиепрограммисты являются лидерами в разработке антивирусов.

В силу того, чтосейчас произошла концентрация в отрасли информационных технологий, и работаютлишь по несколько крупных компаний в каждой специализированной области, передпользователем ИТ встает дилемма выбора платформы информационной технологии, таккак в дальнейшем он будет зависеть от своего поставщика.

Легкостьтиражирования информационных продуктов позволяет с лёгкостью нарушать авторскиеправа разработчика ИП. Это касается, в первую очередь, аудио- и видеопродукции,программного обеспечения. Так, в США нелегально используется, поприблизительным подсчетам, 20% объёма всей продукции, в Китае — до80%, в России — около 70%. Выход для разработчиков ИП — судебное преследование«пиратов», давление правительства на страны, нарушающие авторскиеправа. В частности, в России фирма Microsoft, российскиепроизводители программного обеспечения  выиграли в 1996 году несколько судебныхпроцессов против пиратов.

Сегодня никто неможет игнорировать новые информационные технологии, широко распространяющиеся внашей жизни, не говоря уже о той непосредственной выгоде, которую из них могутизвлекатьпотребителиуже сегодня.

Таковы  основные   черты   развития   сегодняшнего индустриального бизнеса, который ужесейчас конкурирует с промышленностью и в будущем может быть основным видомэкономической деятельности.

2. МИКРОЭЛЕКТРОННЫЕ

И ЛАЗЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

 

Микроэлектронные технологии. Электроника прошла несколько этапов развития, завремя которых сменилось несколько поколений элементной базы: дискретнаяэлектроника электровакуумных приборов, дискретная электроникаполупроводниковых приборов, интегральная электроника микросхем (микроэлектроника), интегральнаяэлектроника функциональных микроэлектронных устройств (функциональнаямикроэлектроника).

Элементная база электроники развиваетсянепрерывно возрастающими темпами.Развитие изделий электроники от поколенияк поколению идет в направлении их функционального усложнения, повышениянадежности и срока службы, уменьшения габаритных размеров, массы, стоимости ипотребляемой энергии, упрощения технологии и улучшения параметров электроннойаппаратуры.

Одной из характерных особенностейнынешнего этапа научно-технического прогресса является все более широкоеприменение микроэлектроники в различных отраслях народного хозяйства. Рольмикроэлектроники в развитии общественного производства определяется еепрактически неограниченными возможностями в решении различных задач во всехобластях народного хозяйства, глубоким влиянием на культуру и быт современногочеловека.

Значительное усложнение требований изадач, решаемых электронной аппаратурой, привелок росту числа элементов в ней. Число элементов постоянно увеличивается. Разрабатываемыесейчас сложные системы содержат десятки миллионов элементов. Вэтих условиях важное значение приобретают проблемы повышения надежностиаппаратуры и ее элементов, микроминиатюризация электронных компонентов икомплексной миниатюризации аппаратуры. Все эти проблемы успешно решаетмикроэлектроника.

Особое внимание в настоящее времяуделяется внедрению микропроцессоров, обеспечивающих решение задачавтоматизации управления механизмами, приборами и аппаратурой. Адаптациямикропроцессора к особенностям конкретной задачи осуществляется в основномпутем разработки соответствующего программного обеспечения, заносимого затем впамять программ. Аппаратная адаптация в большинстве случаев осуществляетсяпутем подключения необходимых интегральных схем обрамления и организацииввода-вывода, соответствующих решаемой задаче.

В микропроцессорной технике выделилсясамостоятельный класс больших интегральных схем (БИС) — однокристальныемикроЭВМ (ОМЭВМ), которые предназначены для “интеллектуализации” оборудованияразличного назначения.

Архитектура однокристальных микроЭВМ — результат эволюции архитектуры микропроцессоров и микропроцессорных систем,обусловленной стремлением существенно снизить их аппаратные затраты истоимость. Как правило, эти цели достигаются как путем повышения уровняинтеграции БИС, так и за счет поиска компромисса между стоимостью, аппаратнымизатратами и техническими характеристиками ОМЭВМ.

Становление микроэлектроники каксамостоятельной науки стало возможным благодаря  использованию богатого опыта ибазы промышленности, выпускающей дискретные полупроводниковые приборы. Однакопо мере развития полупроводниковой электроники выяснились серьезные ограниченияприменения электронных явлений и систем на их основе.  Поэтому микроэлектроника продолжает продвигаться быстрыми темпами как в направлении  совершенствования полупроводниковой интегральной технологии, таки в направлении использования новых физических явлений.

Разработка любых ИМС представляет собой довольносложный процесс, требующий решения  разнообразных научно-техническихпроблем. Вопросы выбора конкретного технологическоговоплощения ИМС решаются с учетом особенностей разрабатываемой схемы,возможностей и ограничений, присущих различным способам изготовления, атакже технико-экономического обоснования целесообразности массовогопроизводства.

Эти вопросы находят решение путемиспользования двух основных классов   микросхем — полупроводниковых и гибридных.

Оба эти класса могут иметь различныеварианты структур, каждый из которых с точки зрения проектирования иизготовления обладает определенными преимуществами и недостатками. Посвоим конструктивным и электрическим характеристикам полупроводниковые и гибридные интегральные схемы дополняют друг друга   и  могутодновременно применяться в однихи техже  радиоэлектронных комплексах.

При массовом выпуске различных ИМСмалой мощности, особенно предназначенных  для ЭВМ,используются, в основном, полупроводниковые ИМС.

Гибридные микросхемы занялидоминирующее положение в схемах с большими электрическими мощностями, атакже в устройствах  СВЧ, в которых можно применять как толстопленочнуютехнологию, не требующую жестких допусков и высокой точностинанесения и обработки пленок, так итонкопленочную технологию для обеспечения нанесения пленочных элементов очень малых   размеров.

Изделия микроэлектроники: интегральные микросхемыразличной степеней интеграции,микросборки, микропроцессоры, мини- имикро-ЭВМ – позволили осуществить проектирование и промышленное производствофункционально сложной радио- и вычислительной аппаратуры, отличающейся отаппаратуры предыдущих поколений лучшими параметрами, более высокими надежностьюи сроком службы, меньшими потребляемой энергией и стоимостью.

Аппаратура на базе изделий микроэлектроники находитширокое применение во всех сферах деятельности человека. Способствует созданию систем автоматического проектирования, промышленных роботов,автоматизированных и автоматических производственных линий, средств связи имногому другому.

В последние годы в однойиз важнейших областей микроэлектроники — фотолитографии, без применениякоторой  практически невозможно изготовление сверхминиатюрных  печатных плат, интегральных схем  и других элементов микроэлектронной   техники, обычныеисточники  света  заменяются  на  лазерные.  С помощью лазера на ХеСL (1=308нм) удается  получить разрешение в фотолитографической технике до 0,15 — 0,2мкм.    

Лазерныетехнологии. Создание лазера — прибора оптического квантовогогенератора, стало одним из самых замечательных достижений физики второйполовины двадцатого века.

Лазер представляет собойисточник монохроматического когерентного света с высокой направленностьюсветового луча.      

Само слово “лазер”составлено из первых букв английского словосочетания, означающего” усилениесвета в результате вынужденного излучения”.                                                                                                                          

Наряду с научными и техническими применениями лазерыиспользуются в информационных технологиях для решения специальных задач, причемэти применения широко распространены или находятся в стадии исследований.Наиболее распространенными примерами таких применений являются оптическаяцифровая память, оптическая передача информации, лазерные печатающиеустройства, кроме того они применяются в вычислительной технике в качестверазличных устройств.

Лазеры в вычислительной технике применяются:

-   в качестве логических элементов(да-нет, или);

-   для ввода и считывания иззапоминающих устройств в вычислительных машинах.

В этих целях рассматриваются исключительно инжекционныелазеры.

Преимущества таких элементов: малые временапереключения и считывания, очень маленькие размеры элементов, интеграцияоптических и электрических систем.

Достижимыми оказываются времена переключенияпримерно       10-10 с (соответственно этому быстрые временавычисления); емкости запоминающего устройства 107 бит/см2,и скорости считывания 109 бит/с.

Лазерные принтеры. Для печати в вычислительной технике и в других случаях частоприменяется лазерное излучение. Преимущество их  в более высокой скоростипечати по сравнению с обычными способами печатания.

Принцип действия их такой: поступающий отсчитываемого оригинала свет преобразуется в ФЭУ в электрические сигналы,которые соответствующим образом обрабатываются в электронном устройстве вместес управляющими сигналами (для определения высоты шрифта, состава краски и т.д.)и служат для модуляции лазерного излучения. С помощью записывающей головкиэкспонируется расположенная на валике пленка. При этом лазерное излучениеразделяется на ряд равных по интенсивности частичных лучей (шесть или больше),которые посредством модуляции при данных условиях подключаются или отключаются.

Применяемые лазеры: ионный аргоновый лазер (мощностьне более 10 мВт), инжекционный лазер.

Для становящейся все более тесной связи междуобработкой данных, текста и изображения необходимо применять новые методызаписи информации, к которым предъявляются следующие требования:

-  более высокая емкостьзапоминающего устройства;

-  более высокая эффективностьхранения архивных      материалов,

-  лучшее соотношение между ценой ипроизводительностью.

Это может быть достигнуто с помощью записи исчитывания цифровой информации.

Информация (речь, музыка, изображения, данные),содержащиеся в виде электрических сигналов, преобразуется в цифровые величины ивыражается тем самым в виде последовательности импульсов, которая записываетсяв различной форме (в виде углублений или отверстий различной длины и расстояниймежду ними или магнитным способом) на диске запоминающего устройства.

При считывании считывающий свет, отраженный(рассеянный в обратном направлении) от этих углублений (отверстий),модулируется и с помощью фотоприемника преобразуется в соответствующийэлектрический сигнал.

С разработкой лазера в распоряжении специалистовоказался источник света с большой длиной когерентности, излучение которого прибольшой частоте n (не более 1015 Гц) и тем самым большойвозможной полосе модуляции и малой ширине линии подходит для оптическойпередачи информации.

В настоящее время существует большое число линий слазером в качестве источника света. Оптические системы передачи информацииработают с несущими частотами 1013 — 1015 Гц,соответствующими длинам  волн l=33¸0,33 мкм.

Принципиально система для оптической передачиинформации состоит из шести компонентов (рис).

/>

Рис. Схема системы для оптической передачи информации:

1 — источник света; 2 — модулятор света; 3 — линияпередач;                        4 — фотоприемник; 5 — сигнал.

При использовании полупроводниковых лазеров в качествеисточников света внешний модулятор может быть исключен (напосредственнаямодуляция лазера с помощью возбуждающего тока в этом случае имеетпреимущество).

Задача оптической передачи информации являетсяпередача излучения от передатчика к приемнику, и тем самым решающее значениеприобретает среда распространения сигнала. Свойства среды в основном определяютконструкцию и размеры всей системы передачи, включая выбор источника света иприемника.

Лазеры нашли широкое применение, и в частностииспользуются  в  промышленности  для  различных  видов обработки материалов:металлов, бетона, стекла, тканей, кожи и т.п.                                    

Лазерные  технологические  процессы   можно  условноразделить на два вида. Первый  из них  использует возможность  чрезвычайнотонкой фокусировки лазерного луча и точного дозирования энергии как вимпульсном, так и в непрерывном  режиме.

В  таких технологических процессах  применяют лазеры   сравнительно  невысокой средней  мощности: это  газовые  лазеры импульсно-периодического действия, лазеры на  кристаллах иттрий-алюминиевого граната с примесью неодима. С помощью последних были разработаны технологиясверления тонких отверстий (диаметром 1 — 10 мкм и глубиной до 10 -100  мкм) в рубиновых и  алмазных камнях  для часовой промышленности  и  технология  изготовления  фильеров для протяжки тонкой  проволоки. Основная  областьприменения  маломощных   импульсных  лазеров связана  с резкой  и  сваркой миниатюрных деталей  в микроэлектронике  и  электровакуумной  промышленности, с маркировкой  миниатюрных  деталей,  автоматическим  выжиганием  цифр, букв,изображений для  нужд полиграфическойпромышленности.                                  

Второй вид лазерной технологии основан на применениилазеров с большой средней мощностью: от 1 кВт и выше. Мощные лазеры используютв таких энергоемких технологических процессах, как резка и сварка толстыхстальных листов, поверхностная закалка, наплавление и легированиекрупногабаритных деталей, очистка зданий от поверхностей загрязнений, резка мрамора,гранита, раскрой тканей, кожи и других материалов. При лазерной сварке металловдостигается высокое качество шва и не требуется применение вакуумных камер, какпри электроннолучевой сварке, а это очень важно в конвейрном производстве.

Мощная лазерная технология нашла применение вмашиностроении, автомобильной промышленности, промышленности строительныхматериалов. Она позволяет не только повысить качество обработки материалов, нои улучшить технико-экономические показатели производственных процессов. Так,скорость лазерной сварки стальных листов толщиной 14 мКм достигает 100 м\ч прирасходе электроэнергии 10 кВт. ч.                        

 Основным примером работы полупроводниковых лазеровявляется магнитно-оптический накопитель(МО).   

  МО накопитель построен насовмещении магнитного и оптического принципа хранения информации. Записываниеинформации производится при помощи луча лазера и магнитного поля, а считываниепри помощи одного только лазера.

Область применения МО дисков определяется его высокимихарактеристиками по надежности, объему  и  сменяемости.  МО  диск необходим длязадач, требующих  большого  дискового  объема,  это такие задачи,  как  САПР, обработка  изображений  звука.  Однако небольшая  скорость  доступа  к данным,  не   дает   возможности применять МО диски для задач с  критичной реактивностью  систем. Поэтому применение МО дисков в таких задачах сводится к хранению на них временной или резервной информации. Для  МО  дисков  оченьвыгодным использованием является  резервное  копирование  жестких дисков илибаз данных. В отличии от традиционно  применяемых  для этих целей стримеров,при хранение  резервной  информации  на  МО дисках, существенно увеличиваетсяскорость восстановления  данных после  сбоя. Кроме этого при таком  способе восстановления  нет  необходимости полностью останавливать систему до полноговосстановления данных. Эти  достоинства  в  сочетании  с  высокой надежностью   хранения информации делают применение МО дисков при резервном копировании выгодным, хотя и более дорогим по сравнению со стримерами.

3. НОВЫЕ ВИДЫ ТОПЛИВА И ЭНЕРГИИ

Опыт прошлого свидетельствует, что проходит не менее80 лет, прежде чем одни основные источники энергии заменяются другими — деревозаменил уголь, уголь — нефть, нефть — газ, химические виды топлива заменилаатомная энергетика.

Атомная энергетика. История овладения атомной энергией началась в 1939году, когда была открыта реакция деления урана. В 30-е  годы  нашего  столетия известный  ученый И.В. Курчатов обосновывал необходимость развитиянаучно-практических работ в области атомной техники в интересах народногохозяйства страны.

В 1946 г. в России был сооружени запущен первый на Европейско-Азиатском континенте ядерный реактор. Создаетсяуранодобывающая промышленность. Организовано производство ядерного горючего –урана-235 и плутония-239, налажен выпуск радиоактивных изотопов.

В 1954 г. начала работать первая в мире атомнаястанция в            г. Обнинске, а через 3 года на океанские просторы вышлопервое в мире атомное судно – ледокол «Ленин».

Начиная с 1970 г. во многих странах мираосуществляются масштабные программы развития ядерной энергетики. В настоящеевремя сотни ядерных реакторов работают по всему миру.

На сегодняшний день энергия атома широко используетсяво многих отраслях экономики. Строятся мощные подводные лодки и надводныекорабли с ядерными энергетическими установками. С помощью мирного атомаосуществляется поиск полезных ископаемых. Массовое применение в биологии,сельском хозяйстве, медицине, в освоении космоса нашли радиоактивные изотопы.

В России имеется 9 атомных электростанций (АЭС), ипрактически все они расположены в густонаселенной европейской части страны. В30-километровой зоне этих АЭС проживает более 4 млн. человек.

Атомные электростанции – третий «кит» в системесовременной мировой энергетики. Техника АЭС, бесспорно, является крупнымдостижением НТП. В случае безаварийной работы атомные электростанции непроизводят практически никакого загрязнения окружающей среды, кроме теплового.Правда в результате работы АЭС (и предприятий атомного топливного цикла)образуются радиоактивные отходы, представляющие потенциальную опасность.

Однако объем радиоактивных отходов очень мал, онивесьма компактны, и их можно хранить в условиях, гарантирующих отсутствиеутечки наружу.

АЭС экономичнее обычных тепловых станций, а, самоеглавное, при правильной их эксплуатации – это чистые источники энергии.

Вместе с тем, развивая ядерную энергетику в интересахэкономики, нельзя забывать о безопасности и здоровье людей, так как ошибкимогут привести к катастрофическим последствиям.

Всего с момента начала эксплуатации атомных станций в14 странах мира произошло более 150 инцидентов и аварий различной степенисложности. Наиболее характерные из них: в 1957 – в Уиндскейле (Англия), в 1959г. – в Санта-Сюзанне (США),  в 1961 –  в  Айдахо-Фолсе  (США), в 1979 – на АЭСТри-Майл-Айленд (США),       в 1986 – на Чернобыльской АЭС (СССР).

Широкие перспективы появляются в случае применения АЭСс реакторами на быстрых нейтронах, в которых используются практически весьдобываемый уран. Это означает, что потенциальные ресурсы ядерной энергетики среакторами на быстрых нейтронах примерно в 10 раз выше по сравнению страдиционной (на органическом топливе). Больше того, при полном использованииурана становится рентабельной его добыча и из очень бедных по концентрацииместорождений, которых довольно много на земном шаре. А это в конечном счетеозначает практически неограниченное (по современным масштабам) расширениепотенциальных сырьевых ресурсов ядерной энергетики.

Ядерное топливо не может быть израсходовано в реактореполностью. Ядерная цепная реакция не может идти, если количество топлива вреакторе меньше определенного значения, называемого критической массой.

Уран (плутоний) в количестве, составляющем критическуюмассу, не является топливом в собственном смысле этого слова. Он на время какбы превращается в некоторое инертное вещество наподобие железа или другихконструкционных материалов, находящихся в реакторе. Выгорать может лишь тачасть топлива, которая загружается в реактор сверх критической массы. Такимобразом, ядерное топливо в количестве, равном критической массе, служитсвоеобразным катализатором процесса, обеспечивает возможность протеканияреакции, не участвуя в ней.

Естественно, что топливо в количестве, составляющемкритическую массу, физически неотделимо в реакторе от выгорающего топлива. Втепловыделяющихся элементах, загружаемых в реактор, с самого начала помещаетсятопливо как для создания критической массы, так и длявыгорания.                               Значение критической массы неодинаководля различных реакторов и в общем случае относительно велико.

Так, для серийного отечественного энергетическогоблока с реактором на тепловых нейтронах ВВЭР-440 (водо-водяной энергетическийреактор мощностью 440 МВт) критическая масса          U 235 составляет700 кг. Это соответствует количеству угля около         2 млн тонн. Инымисловами, применительно к электростанции на угле той же мощности это как быозначает обязательное наличие при ней такого довольно значительногонеприкосновенного запаса угля. Ни один кг из этого запаса не расходуется и неможет быть израсходован, однако без него электростанция работать не может.

Наличие такого крупного количества«замороженного» топлива, хотя и сказывается отрицательно наэкономических показателях, но в силу реально сложившегося соотношения затратдля реакторов на тепловых нейтронах оказывается не слишком обременительным.

В качестве теплоносителя для теплоотвода из реакторовна быстрых нейтронах был выбран обладающий прекрасными теплофизическими иядерно-физическими свойствами расплавленный натрий. Который позволил достичьвысокой плотности тепловыделения.

Топливо, образующее критическую массу, становитсянепригодным для дальнейшего использования. Его приходится периодическиизвлекать из реактора и заменять свежим. Извлеченное топливо для восстановленияпервоначальных свойств должно подвергаться регенерации. В общем случае — этотрудоемкий, длительный и дорогой процесс.

Но кроме совершенствования самого реактора передучеными все время встают вопросы о совершенствовании системы безопасности наАЭС, а также изучение возможных способов переработки радиоактивных отходов,преобразования их в безопасные вещества. Речь идет о методах превращениястронция и цезия, имеющих большой период полураспада, в безвредные элементыпутем бомбардировки их нейтронами или химическими способами.

С развитиемпромышленности – основного потребителя энергетической отрасли, человечествоначинает использовать все новые виды ресурсов, так называемые «нетрадиционные»источники энергии. К нетрадиционным источникам энергии относятсяисточник не применяемые для коммерческого производства, электрической итепловой энергии – солнечная и геотермальная энергия, гидроэнергия приливов иотливов, ветряная и другие нетрадиционные источники.

Использование этихисточников энергии вызвано необходимостью значительных финансовых затрат наразведку новых месторождений, так как часто эти работы связаны с организациейглубокого бурения (в частности, в морских условиях) и другими сложными инаукоемкими технологиями. А также экологическими проблемами, связанными сдобычей энергетических ресурсов. Склады нефтепродуктов и окружающие ихтерритории подчас напоминают “города мертвых”, а кадры кинохроники о плавающихв нефтяной пленке морских птицах и животных тревожат не только Greenpeace.

Не менее важной причинойнеобходимости освоения альтернативных источников энергии является проблемаглобального потепления. Суть ее заключается в том, что двуокись углерода (СО2),высвобождаемая при сжигании угля, нефти и бензина в процессе получения тепла,электроэнергии и  обеспечения работы транспортных средств, поглощает тепловоеизлучение поверхности нашей планеты, нагретой Солнцем и создает так называемыйпарниковый эффект.

Солнце.Основным видом “бесплатной” неиссякаемой энергии по справедливости считаетсяСолнце. Оно ежесекундно излучает энергию в тысячи миллиардов раз большую, чемпри ядерном взрыве 1 кг U235.  Ежесекундно оно дает Земле 80триллионов киловатт, то есть в несколько тысяч раз больше, чем всеэлектростанции мира. Нужно только уметь пользоваться им. Внутри Солнцапроисходят термоядерные реакции превращения водорода в гелий и ежесекундно 4млрд. кг материи преобразуется в энергию, излучаемую Солнцем в космическоепространство в виде электромагнитных волн различной длины.

Впервые на практическуювозможность использования людьми огромной энергии Солнца указал основоположниктеоретической космонавтики К.Э. Циолковский в 1912 году.

Хотя солнечная энергия ибесплатна, получение электричества из нее не всегда достаточно дешево. Поэтомуспециалисты непрерывно стремятся усовершенствовать солнечные элементы и сделатьих эффективнее. Новый рекорд в этом отношении принадлежит Центру прогрессивныхтехнологий компании “Боинг”. Созданный там солнечный элемент преобразует вэлектроэнергию 37 процентов попавшего на него солнечного света.

Были разработаны параболо-цилиндрическиеконцентраторы. Эти устройства концентрируют солнечную энергию на трубчатыхприемниках, располо­женных в фокусе концентраторов. Это привело к созданиюпервых солнечных электростанций (СЭС) ба­шенного типа.

/>

Широкое применение эффек­тивных материалов,электронных устройств и параболо-цилиндрических концентраторов позволилопостроить СЭС с уменьшенной сто­имостью — системы модульного типа. В качестветеплоносителя использовалась вода, а полу­ченный пар подавался к турбинам.Первая СЭС, построенная в 1984 г., имела          КПД 14,5%, а себестоимостьпроизводимой электроэнер­гии                                29 центов/(кВт-ч).

В период между 1984 и 1990 г. фир­мой Луз былопостроено девять СЭС общей мощностью 354 МВт. Последние СЭС, постро­енныефирмой Луз, производят электроэнер­гию по 13 центов/(кВт-ч) с перспективойснижения до 10 центов/(кБт-ч).

Д. Миле из университета Сиднея улучшил конструкциюсолнечного концентратора, использовав сле­жение за Солнцем по двум осям иприменив вакуумированный теплоприемник, получил              КПД 25-30%.Стоимость получаемой электро­энергии составит                              6центов/(кВт-ч). Считают, что по­добная система позволит снизить стоимостьполучаемой электроэнергии до 5,4 цента/(кВт-ч). При таких показателях строитель­ствоСЭС станет экономичным и конкуренто­способным по сравнению с ТЭС.

Другим типом СЭС, получившим развитие, стали установкис двигателем Стирлинга, раз­мещаемым в фокусе параболического зер­кальногоконцентратора. КПД таких установок «может достигать 29%.

Предполагается ис­пользовать подобные СЭС небольшоймощ­ности для электроснабжения автономных по­требителей в отдаленныхместностях.

Миро­вой объем производства фотоэлектрическихпреобразователей с 6,5 МВт в 1980 г. увеличился до 29 МВт в 1987 г. и в 1993 г.составил более 60 МВт (рис.).

/>

Рис.  Производство фотоэлектрических устройств в мирев 1970-1993 гг.

В Японии ежегодно выпускается 100 млн. калькуляторовобщей мощностью 4 МВт, что составляет 7% мировой торговли фотоэлект­рическимипреобразователями. Более 20 тыс. домов в Мексике, Индонезии, Южной Африке,Шри-Ланке и в других развивающихся странах используют фотоэлектрическиесистемы, смонтированные на крышах домов, для получения электроэнергии длябытовых целей.

Ветер.На первый взгляд ветер кажется одним из самых доступных и возобновляемых источниковэнергии. В отличие от Солнца он может “работать” зимой и летом, днем и ночью,на севере и на юге. Но ветер — это очень рассеянный энергоресурс. Природа несоздала “месторождения” ветров и не пустила их, подобно рекам, по руслам.Ветровая энергия практически всегда “размазана” по огромным территориям.

Основные параметры ветра — скорость и направление — меняются подчас очень быстро и непредсказуемо, чтоделает его менее “надежным”, чем Солнце.

Таким образом, встают двепроблемы, которые необходимо решить для полноценного использования энергииветра. Во-первых, это возможность “ловить” кинетическую энергию ветра смаксимальной площади. Во-вторых, еще важнее добиться равномерности, постоянстваветрового потока. Вторая проблема пока решается с трудом.

Выработка электроэнергии с помощью ветра имеет рядпреимуществ:

-    экологически чистое производствобез вредных отходов;

-    экономия дефицитногодорогостоящего топлива (традиционного и для атомных станций);

-    эоступность;

-    эрактическая неисчерпаемость.

Ветровые двигатели незагрязняют окружающую среду, но они очень громоздкие и шумные. Чтобыпроизводить с их помощью много электроэнергии, необходимы огромные пространстваземли. Лучше всего они работают там, где дуют сильные ветры. И тем не менеевсего одна электростанция, работающая на ископаемом топливе, может заменить поколичеству полученной энергии тысячи ветряных турбин.

Море.Основной источник возобновляемой энергии – солнце. Второй по величине – Мировойокеан, являющийся одновременно и природным концентратором солнечной энергии.

Формы аккумуляции энергии в океане разнообразны.Энергетические источники океана имеют различные по потенциалу ресурсы.Значительные энергетические возможности заключают в себе: волны, приливы итечения, тепловая энергия океана, перепады солености.

Исследования дают основание сделать вывод, что волныв сравнении с другими возобновляемыми источниками энергии океана обладаютдовольно хорошими показателями, что позволит в будущем эффективно использоватьих энергию.

Каждая волна моря, направляющаяся к берегу, несет ссобой огромную энергию (например, волна высотой в 3 м не­сет около           90 кВт мощности на 1 м побережья). В настоящее время имеются реальныеинженерные и технические возможности для эффективного преобразования волновой энергиив электрическую. Однако надежные волноустановки  пока не разработаны. Опытиспользования волновых электростанций уже имеется и в СНГ, и в других странахмира.

Наиболее совершенен проект“Кивающая утка”, предложенный конструктором С. Солтером. Поплавки, покачиваемыеволнами, дают энергию стоимостью всего 2,6 пенса за 1 КВт\ч, что лишьнезначительно выше стоимости электроэнергии, которая вырабатывается новейшимиэлектростанциями, сжигающими газ        (в Британии это — 2,5 пенса), и заметнониже, чем дают АЭС (около 4,5 пенса за 1 КВт\ч).

 

Приливы. Первая большая электростанция, работающая на энергииприливов, была построена в 1968г. в устье реки Ранс (Франция). Электростанцияработает следующим образом. Когда начинается отлив, заслонки в дамбе закрывают,поддерживая высокий уровень воды за плотиной. При разнице уровней в 3 м.заслонки открывают, и вода устремляется в море, вращая лопатки 24-х большихтурбин, а вместе с ними и роторы электрогенераторов. Когда опять начинаетсяприлив, вода через открытые заслонки проходит за плотину, и цикл повторяется(см. рис. №5).

Реки.Примерно 1/5 часть энергии, потребляемой во всём мире, вырабатывают на ГЭС. Еёполучают, преобразуя энергию падающей воды в энергию вращения турбин, которая всвою очередь вращает генератор, вырабатывающий электричество. Гидростанциибывают очень мощными. Так, станция Итапу на реке Парана на границе междуБразилией и Парагваем развивает мощность до13 000 млн.Квт.

Энергия малых рек также вряде случаев может стать источником электроэнергии. Возможно, для использованияэтого источника необходимы специфические условия (например, речки с сильнымтечением), но в ряде мест его, где обычное электроснабжение невыгодно,установка мини-ГЭС могла бы решить множество локальных проблем. Бесплотинные ГЭСдля речек и речушек уже существуют. Этот двухметровый агрегат есть не что иное,как бесплотинная ГЭС мощностью в 0,5 КВт. В комплекте с аккумулятором онаобеспечит энергией крестьянское хозяйство или геологическую экспедицию,отгонное пастбище или небольшую мастерскую… Была бы поблизости речушка!

Роторная установкадиаметром 300 мм и весом всего 60 кг выводится на стремнину, притапливается напридонную “лыжу” и тросами закрепляется с двух берегов. Мультипликатор вращаетавтомобильный генератор постоянного тока напряжением 14 вольт, и энергияаккумулируется.

Опытный образецбесплотинной мини-ГЭС успешно зарекомендовал себя на речках Горного Алтая.

Земля. Геотермальная энергия. Тепло от горячих горных пород в земной коре тожеможет генерировать электричество. Через пробуренные в горной породе скважинывниз накачивается холодная вода, а в вверх поднимается образованный из водыпар, который вращает турбину.

За прошедшие 15 летпроизводство электроэнергии на геотермальных электростанциях  (ГеоТэс) в мирезначительно выросло. В последние два десятилетия выполнялись обширные программынаучно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ в этомнаправлении. Накоплен также определенный опыт создания  и многолетнейэксплуатации опытно-промышленных и промышленных геотермальных установокразличного назначения.

Современное развитие геотермальной энергетикипредполагает экономическую целесообразность использования следующих видовподземных геотермальных вод:

-    температурой более 140°С иглубиной залегания до 5 км для выработки электроэнергии;

-    температурой около 100°С длясистем отопления зданий и сооружений;

-    температурой около 60-70°С длясистем горячего водоснабжения;

-    геотермальные холодильныеустановки;

-    системы геотермальноготеплоснабжения теплиц.

ГеоТЭЦ позволит получать дополнительно 760-1010 млн.кВт/ч электроэнергии в год.

Использование теплоты геотермальных вод представляетпока еще определенную сложность, связанную со значительными капитальнымизатратами на бурение скважин и обратную закачку отработанной воды, созданиекоррозийно-стойкого теплотехнического оборудования

ЭнергияБиомассы. Большие возможности всобственном энергообеспечении сельскохозяйствен­ных предприятий и экономии ТЭРзаложены в использовании энергии отходов сельхозпроизводства и растительнойбиомассы. В сельскохозяйственном производстве в качестве источников тепла можнопринять любые растительные отходы, непригодные для использования по прямомуназначению или не нашедшие иного хозяйственного применения.За последнее время использование биомассы в различных ее формах(дерево, древесный уголь, отходы сельскохозяйственного производства и животных)в мире в целом снизилось.

В ряде страниспользование древесного топлива, древесного угля и сельскохозяйственныхотходов поставлено на коммерческую основу. Следует отметить, что в сельскихрайонах бывшего СССР доля использования древесного топлива весьма значительнаи  при переходе на новые энергоносители можно ожидать определенного ростасамозаготовок.

Значительное развитиеполучила переработка биомассы, основанная на процессах газификации, теролиза иполучения жидких топлив.

При переработке биомассыв этанол образуются побочные продукты, прежде всего – промывочные воды иостатки перегонки. Последние являются серьезным источником экологическогозагрязнения окружающей среды. Представляют интерес технологии, которыепозволяют в процессе очистки этих отходов получать минеральные вещества,используемые в химической промышленности, а также применять их для производстваминеральных удобрений.

Теплотворная способность сжигания 1 т сухого веществасоломы эквивалентна 415 кг сырой нефти, теплотворность 1 кг пшеничной соломы исухих кукурузных стеб­лей равна 15,5 МДж, соевой соломы — 14,9, рисовой шелухи- 14,3, подсолнечной лузги — 17, 2 МДж. По этому показателю растительныеотходы полеводства прибли­жаются к дровам — 14,6-15,9 МДж/кг и превосходятбурый уголь — 12,5 МДж/кг.

Проблемы утилизациитвердых бытовых отходов (бытового мусора) остро стоят перед всеми странами.Выход мусора составляет 250-700 кг на душу населения в год, увеличиваясь на4-6% в год, опережая прирост населения.

Решение проблемыпереработки мусора найдено в использовании технологии твердофазного сбраживанияна обустроенных полигонах с получением биогаза. Эта технология самая дешевая,не оперирует с токсичными выбросами и стоками.

В настоящее время в миредействуют десятки установок для получения биогаза из мусора с использованиемего в основном для производства электроэнергии и тепла суммарно мощностью сотниМВт.

В последние годы в связис лавинообразным накоплением изношенных автомобильных шин, особенно в учетомужесточения требований по их хранению (на ряде свалок возникли пожары (которыене удавалось потушить годами), активно развивается технология их сжигания.

Водород. Набирает силу новая отрасль промышленности — водородная энергетика и технология. Потребность экономики в водороде идет понарастающей. Ведь это простейшее и  легчайшее  вещество  может использоватьсяне только как топливо, но и как необходимый сырьевой элемент во многихтехнологическихпроцессах.                                                                                                  Он незаменим в нефтехимии для глубокой переработки нефти, без него не обойтись,скажем в химии при получении аммиака и азотных удобрений, а в чернойметаллургии с его помощью восстанавливается железо из руд.

Такие существующие виды органического топлива, какгаз, нефть и уголь, тоже служат сырьем в этих или подобных процессах, но  еще полезнее извлечь из них самый экономный и чистый энергоноситель -  тот жеводород.

Водород — идеальный экофильный вид топлива. Оченьвысока и его калорийность — 33 тыс. Ккал/кг, что в  3  раза  выше  калорийностибензина. Он легко транспортируется по газопроводам, потому  что  у него оченьмалая вязкость. По трубопроводу диаметром 1,5 м  с  ним передается 20тыс.Мегаватт мощности. Перекачка легчайшего газа на расстояние в 500км. почтивдесятеро дешевле, чем передача  такого же количества электроэнергии по линиямэлектропередачи. Как и природный газ, водород пригоден на кухне дляприготовления пищи, для отопления и освещения  зданий.

Но передавать водород в  жидком виде — удовольствиеочень дорогое, т.к. для  его сжижения нужно потратить почти половину энергии,содержащейся в нем самом. Кроме того, должна быть обеспечена идеальнаятеплоизоляция трубопровода, так как температура жидкого водорода очень низка.

Как топливо водород сжигается в двигателях ракет и втопливных элементах для непосредственного получения электроэнергии присоединении водорода и кислорода. Его можно использовать и как топливо дляавиационного транспорта.

Сейчас в мире получают около 30 миллионов тоннводорода в год, причем в основном из природного газа. Согласно прогнозам за 40лет производство водорода должно увеличиться в 20-30 раз.

Предстоит с помощью атомной энергетики заменитьнынешний источник водорода — природный газ на более дешевое и доступное сырье — воду. Здесь возможны два пути.

Первый путь — традиционный, с помощьюэлектрохимического разложения воды.

Второй путь менее известен.Если нагреть пары воды до 3000-3500 C, то водные молекулы развалятся самисобой.

Оба способа получить водородиз воды пока дороже, чем из природного газа. Однако природный газ дорожает, аметоды разложения воды совершенствуются. Через какое-то время водород из водыстанет дешевле.

4. РОЛЬ СОЛНЕЧНОГО И КОСМИЧЕСКОГОИЗЛУЧЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЕ ЕГО В ЭНЕРГИЮ ХИМИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ (ФОТОСИНТЕЗ)

 

Космическое излучение. Достаточно давно было доказано, что не Солнце являетсяосновным источником космического излучения.

В нашей Галактике существует Крабовидная туманность,которая образовалась в результате взрыва звезды в 1054 г. Опыт показывает, чтоона является источником радиоволн и источником космических частиц. Этообъясняет огромную энергию космических протонов.

Нет необходимости полагать, что только взрывы звездприводят к появлению космических частиц. Любые звездные источники радиоволнмогут быть одновременно источниками космических лучей.

Существование космических лучей было обнаружено еще в1912 г. С помощью воздушных шаров было установлено, что интенсивностьионизирующего излучения возрастает с увеличением высоты. Следовательно, этоизлучение возникает не на Земле, а где-то в мировом пространстве. Милликенпервый уверенно высказал такое предположение и дал явлению его современноеназвание: космическое излучение.

В 1927 г, советский ученый Д. В. Скобельцынпервый получил фотографию следов космических лучей в ионизационной камере.

Была определена энергия космических частиц. Онаоказалась огромной.

Для изучения природы космических лучей использовалирадиолокаторы, затем начали строить радиотелескопы с огромными чашеобразнымиантеннами и чувствительными приемниками излучения. Быстрое развитиерадиоастрономии привело к целому ряду важнейших открытий.

Было обнаружено, что нейтральный холодный водород,который составляет основную массу межзвездного газа и в оптическом диапазоненевидим, испускает монохроматическое радиоизлучение с длиной волны 21 см. Этопомогло изучить распределение водорода в нашей звездной системе — Галактике,включая даже далекие области, закрытые пылевыми облаками, которые, однако, длярадиоволн прозрачны.

Было доказано существование позитрона. Мезоны — частицы с массой, промежуточной между массами протона и электрона, были впервыеобнаружены в космических лучах.

В настоящее время установлено, что первичноекосмическое излучение состоит из стабильных частиц высоких энергий, летящих всамых различных направлениях в космическом пространстве.

Интенсивность космического излучения в районе Солнечнойсистемы составляет в среднем 2-4 частицы на 1 см2 за 1 с. Оносостоит в основном из протонов (~91 %) и а-частиц (6,6%); небольшая частьприходится на ядра других элементов (менее 1%) и электроны (~1,5%). Среднеезначение энергии космических частиц — около          104 МэВ, аэнергия отдельных частиц достигает чрезвычайно высоких значений – 1012МэВ и более.

Далее были открыты галактики, мощность радиоизлучениякоторых в миллионы раз больше, чем у нашей галактики (их назвалирадиогалактиками). Оказалось, что такое мощное радиоизлучение имеет нетепловуюприроду. Оно вызвано гигантскими взрывами, при которых выбрасываются огромныемассы вещества, в миллионы раз большие массы Солнца. Выброшенные при взрывебыстро летящие заряженные частицы в межзвездном магнитном поле движутся покриволинейным траекториям, т. е.  с ускорением. Ускоренное же движение зарядасопровождается излучением электромагнитных волн.

Это нетепловое излучение называют магнитотормозным илисинхротронным (оно наблюдается в синхротронах-ускорителях заряженных частиц).Изучение синхротронного излучения дает ценные сведения о движении потоковкосмических частиц и о межзвездных магнитных полях. Обычно излучаютсярадиоволны, но если частицы движутся с очень большими скоростями или в достаточносильном магнитном поле, то они испускают видимое, ультрафиолетовое и дажерентгеновское излучение.

Для регистрации космического излучения, отинфракрасного до рентгеновского, очень широко используется фотографическийметод. Кроме того, в качестве приемников излучения применяются термопары,термосопротивления, а также фотоэлектрические устройства.

Атмосфера сильно поглощает коротковолновоеизлучение. До поверхности Земли доходит только ближнее ультрафиолетовоеизлучение, да и то сильно ослабленное. Поэтому коротковолновое космическоеизлучение можно изучать только с помощью ракет и спутников.

Солнечное излучение. Такие исследования позволили изучитьультрафиолетовую область спектра Солнца.Поскольку температура солнечной короны составляет около 10» К,  то всоответствии с законами теплового излучения корона должна быть источникомрентгеновского излучения. Первые же опыты с помощью ракет подтвердили это.Оказалось, что рентгеновское излучение Солнца непостоянно.

Солнце периодически (во время вспышек) испускаетсолнечные космические лучи, которые состоят в основном из протонови                а-частиц. Имеют небольшую энергию, но высокую интенсивность,что приходится учитывать при планировании космических полётов.

 При хромосферных вспышках наблюдаются всплескирентгеновского излучения. Это объясняется тем, что выброшенные при вспышкебыстро летящие электроны испускают рентгеновское излучение при столкновении сдругими частицами солнечной атмосферы, а также при торможении в сильноммагнитном поле активных областей (синхротронное излучение). Заметим, чторентгеновское излучение Солнца — важнейший источник ионизации верхнего слояатмосферы Земли – ионосферы.

В основном первичные космические лучи состоят изпротонов (около 90%); кроме протонов в них присутствуют и более тяжелые ядра.Сталкиваясь с другими молекулами, атомами, ядрами, космические лучи способнысоздать элементарные частицы всех типов.

Исследования космического и солнечного излученияпродолжают оставаться одним из увлекательных занятий физиков.

Фотосинтез.Благодаря солнечному и космическому излучению осуществляется процессфотосинтеза и рост растений, происходят  различные фотохимические процессы.

Слово «фотосинтез» означаетбуквально создание или сборку чего-то под действием света. Обычно, говоря офотосинтезе, имеют в виду процесс, посредством которого растения на солнечномсвету синтезируют органические соединения из неорганического сырья.

Все формы жизниво Вселенной нуждаются в энергии для роста и поддержания жизни. Водоросли,высшие растения и некоторые типы бактерий улавливают непосредственно энергиюсолнечного излучения и используют ее для синтеза основных пищевых веществ.Животные не умеют использовать солнечный свет непосредственно в качествеисточника энергии, они получают энергию, поедая растения или других животных,питающихся растениями.

Итак, в конечном счетеисточником энергии для всех метаболических процессов на нашей планете, служитСолнце, а процесс фотосинтеза необходим для поддержания всех форм жизни наЗемле.

Мы пользуемся ископаемымтопливом — углем, природным газом, нефтью и т. д. Все эти виды топлива — не чтоиное, как продукты разложения наземных и морских растений или животных, изапасенная в них энергия была миллионы лет назад получена из солнечного света.Ветер и дождь тоже обязаны своим возникновением солнечной энергии, аследовательно, энергия ветряных мельниц и гидроэлектростанций в конечном счететакже обусловлена солнечным излучением.

Важной вехой в истории изученияфотосинтеза было сделанное в 1845 г. немецким физиком Робертом Майеромутверждение о том, что зеленые растения преобразуют энергию, солнечного света вхимическую энергию

Важнейший путь химическихреакций при фотосинтезе — это превращение углекислоты и воды в углероды икислород. Суммарную реакцию можно описать уравнением  СО2+Н20® [СН20]+02.

Углеводы, образующиеся в этойреакции, содержат больше энергии, чем исходные вещества, т. е. СО2 иН20. Таким образом, за счет энергии Солнца энергетические вещества(СО2 и Н20) превращаются в богатые энергией продукты — углеводы и кислород.  Энергетические уровни различных реакций, описанныхсуммарным уравнением, можно охарактеризовать величинамиокислительно-восстановительных потенциалов, измеряемых в вольтах. Значенияпотенциалов показывают,  сколько энергии запасается или растрачивается в каждойреакции.

Скорость фотосинтеза возрастаетлинейно, или прямо пропорционально увеличению интенсивности света. По мередальнейшего увеличения интенсивности света нарастание фотосинтеза становитсявсе менее и менее выраженным, и, наконец, прекращается, когда освещенностьдостигает определенного  уровня 10000 люкс. Дальнейшее увеличение интенсивностисвета уже не влияет на скорость фотосинтеза. Область стабильной скоростифотосинтеза называется областью светонасыщения. Если нужно увеличить скоростьфотосинтеза в этой области, следует изменять не интенсивность света, акакие-либо другие факторы.

Интенсивность солнечного света,попадающего в ясный летний день на поверхность земли, во многих местах нашейпланеты составляет примерно 100000 люкс. Следовательно, растениям, заисключением тех, которые растут в густых лесах и в тени, падающего солнечногосвета бывает достаточно для насыщения их фотосинтетической активности.

В случае низких интенсивностейсвета скорость фотосинтеза при 15 и 25°С одинакова. При более высокихинтенсивностях скорость фотосинтеза при 25°С гораздо выше, чем при 15°С.Следовательно, в области светового насыщения уровень  фотосинтеза зависит нетолько от поглощения фотонов, но и от других факторов. Большинство растений вумеренном климате хорошо функционируют в интервале температур от 10 до 35°С,наиболее благоприятные условия — это температура около 25°С.

Итак, фотосинтез можнорассматривать как сложный процесс преобразования лучистой энергии Солнца вэнергию химических связей органических веществ, необходимых дляжизнедеятельности как самих фотосинтезирующих организмов, так и другихорганизмов, не способных к самостоятельному синтезу органических веществ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. ЗАДАЧИ

 

БИОЛОГИЯ

Сколькоглюкозы (г) израсходует один школьник за урок (45 минут), если за минуту онизрасходует 8 кДж энергии? Кислород доставляется в количестве, достаточном дляполного расщепления глюкозы.

ЭКОЛОГИЯ

          Решениемгородской администрации с предприятия было взыскано10 млн. руб. в счётпогашения ущерба, причинённого сбросом неочищенных вод в водоём общегопользования. Предприятие (причинитель вреда) обратилось в арбитражный суд спросьбой о признании данного взыскания недействительным и о возвращениивзысканной суммы на том основании, что предприятие постоянно перечисляет насчёт экологического фонда платежи за нормативные и сверхнормативные выбросы,сбросы вредных веществ.

          Решитедело.

          ХИМИЯ

          Насколькоуменьшится масса серебряного анода, если электролиз раствора A9NO3 проводить присиле тока 2А в течении 38 минут 20 секунд?

          Составьтеэлектронные уравнения процессов, происходящих на гранитовых электродах.