Поверхностная ионизация
Взглянув на периодическую таблицу элементов, можно прийти
ыводу, что потенциал ионизации щелочных металлов (группа I) меньше, чем енциал ионизации элементов, расположенных в других группах. Очевидно
нцию уменьшаться с увеличением атомного номера элемента. Следовательно, кно ожидать, что франций, расположенный в левом нижнем углу таблицы, жен иметь наименьший потенциал ионизации. Однако именно цезию, его
[25] айшему соседу сверху, принадлежит рекордно низкое значение потенциала, ное 3,89 эВ. Это обстоятельство является одной из причин, по которой цезий етый или с какими-либо добавками) так широко используется для нейтрали — ии пространственного заряда.
Пары цезия могут подвергаться поверхностной ионизации просто при сопри — новении с горячей металлической поверхностью при условии, что материал рхности имеет работу выхода большую, чем потенциал ионизации атома ія. Это условие выполняется для вольфрама (рис. 6.18).
В металле много незанятых энергетических уровней, расположенных выше ля Ферми. Согласно классической механике электрон, принадлежащий атому 130вой фазе, может покинуть атом и перейти на один из свободных уровней положенном поблизости металле, если электрон обладает энергией, превы- шей потенциал ионизации фіоп. Другими словами, электрон должен сначала освободиться из исходного атома цезия. Согласно квантовой механике ве — ость того, что электрон даже с энергией, меньшей потенциала ионизации, жет путем туннелирования мигрировать в металл, отлична от нуля. Атом «са — іроизвольно» ионизуется при условии, что он находится достаточно близко
[26] Плазменный диод на парах цезия низкого давления, работающий в условиях ствия отрицательного пространственного заряда, имеет эмиттер и коллек — плогцадью 2 см2. Работа выхода коллектора равна 1,81 эВ. Работа выхода фрамового эмиттера может быть изменена путем изменения давления pCs «в цезия. Константа эмиссии не зависит от наличия цезия и составляет ГЮ0 А ■ м~2 • К"2.
. іературьі эмиттера и коллектора равны 2100 и 1100 К соответственно. Эф — i ивная излучательная способность эмиттера составляет 0,3 для стороны,
Степенью окисления называют разность между числом электронов в нейтральном атоме
[28] числом электронов в ионе, участвующем в соединении.
Более точный расчет может быть произведен с помощью численного интег — .ірования уравнения (59). Значения теплоемкости водорода, кислорода и волого пара могут быть взяты из таблиц, полученных экспериментально (ниже риводится часть таблицы из работы Хабермана и Джона).
Графики, показанные на рис. 7.23-7.25 построены на основе данных, приве — . иных в табл. 7.5. Как видно из рисунков, удельная изобарная теплоемкость, а акже и отношение cpjcv интересующих нас трех газов существенно зависят от
[30] счпературы, а вовсе не являются величинами, от температуры не зависящими, как предполагает упрощенная теория (см. гл. 2).
Значение ср, рассчитанное на основе предположения о количестве степеней :, оболы молекулы газа, показано горизонтальной штриховой линией на каждом из графиков. Для водорода и кислорода — двухатомных газов — число степеней свободы v = 5, а соответствующее значение ср = 29,1 кДжДКкмоль). Это значение близко к точному значению теплоемкости водорода в диапазоне температуры от ■ 50 до 600 К. При более высоких температурах теплоемкость этого газа стремится значению 37,4 кДжДКкмоль), которое соответствует семи степеням свободы модулы газа. Для более детального обсуждения изменения числа степеней свободы «юлекулы обратитесь к материалу гл. 2.
Если предположить, что молекула водяного пара имеет семь степеней свободы, теплоемкость этого газа ср должна быть равна 37,4 кДжДК-кмоль). Это значение совпадает с действительным значением теплоемкости при температу — ~е около 700 К. Однако теплоемкость водяного пара, как и большинства других газов, достаточно сильно зависит от температуры.
Данные из табл. 7.5 были аппроксимированы полиномом пятой степени. Таким образом, значения удельной теплоемкости как функция температуры могут быть рассчитаны с приемлемой точностью:
с =а + ЬТ + сТ2 + dT3 + еТ4 + /Г5.
В данном случае ситуация аналогична термоэлектронной эмиссии (см. § 6.2).
[32] 13. Вас наняли управлять фабрикой по производству водорода. Фиксированные траты, связанные с амортизацией оборудования, выплатой заработной платы,
[33] Прим. ред. Первый в мире гражданский самолет на водороде ТУ-155 с двигателем НК-‘ • разработан и создан в СССР в КБ им. А. Н. Туполева и ОКБ Н. А. Кузнецова, успешно прошел летные испытания (пять полетов общей продолжительностью 4 ч 27 мин) в 1988 г.
11 Представляется, что гиперзвуковой прямоточный воздушный реактивный двигатель
[35] ГПВРД) сможет обеспечить успех гиперзвуковым транспортным самолетам. 27 марта 2004 г. ГПВРД был испытан в свободном полете. Двигатель проработал 10 с и позволил развить скорость 8000 км/ч (число Маха М = 7).
Прим. ред. Несколько ранее ГПВРД был создан и испытан в СССР в полете с числами Маха М = 3+7 в течение 20 с.
[37] Все сплавы, отмеченные торговой маркой HY-STOR, произведены компанией Energies, Inc. Большая часть данных, приведенных в этом параграфе взята из работы Хьюстона и Сэндрока. В химических формулах символ М обозначает мишметалл — смесь редкоземельных металлов, обычно получаемую из моназитной пыли. Влияние мишметалла на давление на плато сильно зависит от соотношения количества церия и лантана в этой смеси металлов.
[38] локального времени дня t (см. приложение А);
[39] широты X, на которой находится наблюдатель.
[40] конкретного дня года d
Положение солнца на небосводе удобно характеризовать зенитным углом % (угол между локальной вертикалью и линией, связывающей точку наблюдения с солнцем) и азимутом измеряемым с помощью компаса. Азимут представляет собой угол между направлением на север и направлением «на солнце»,отсчитываемый по часовой стрелке. Такая система координат называется топоцентрической. В ней «обозреватель» всегда находится в начале координат. В приложении Б мы рассмотрим две другие системы координат: геоцентрическую (с началом координат в центре земли) и гелиоцентрическую (с началом координат в центре солнца). В топоцентрической системе обе координаты % и % являются функциями:
[42] Оба раствора (нитрат натрия и нитрат калия) известны под названием селитра. Нитр»" натрия (распространенное удобрение и окислитель) имеет температуру плавления 306.8 ЛС.| а нитрат калия (используется при производстве дымного пороха) плавится при темпера ‘ 334 °С. У многих смесей различных веществ температура плавления ниже, чем каждого отдельного компонента. К таким смесям относятся эвтектические смеси. В установке «Solar Two» использовалось меньше калийной соли, чем требуется для образования эвтектики. Это с вяза с тем, что её цена гораздо выше цены нитрата натрия. Температура плавления такой счес* ‘ равна 288 °С.
[43] Прим. ред. В настоящее время по прошествии около 7 лет после начала проект австралийской солнечной башни все еще находится на стадии технико-экономического обоснования. Бо подробную информацию о проекте можно найти на сайте http://www. enviromission. com. au
Другой вид бактерий для производства этанола — Zymomonas mobilis — может сбраживать более концентрированные сахарные растворы по сравнению с Saccharomyces cerevisae
[45] Газохол — смесь бензина и этилового спирта, обычно содержащая не более 10 % спирта и используемая в качестве альтернативного горючего для некоторых видов автомобилей GAS(OLINE)+(ALC)OHOL
[46] Прим. ред. Приведенные выше данные относятся к 2004 г. За последнее время в лидеры по суммарной и единичной мощности ФЭС вырвалась Испания, где сегодня действует несколько десятков таких станций единичной мощностью от 10 до 60 МВт. Новые крупные ФЭС построены также в Португалии, Германии, Южной Корее, США (см. http://www. pvresources. com).
0 Прим. ред. Следует также иметь в виду, что максимальный среднегодовой поток солнечного излучения на поверхности Земли составляет, как правило, не более 250 Вт/м2, в то время как за пределами атмосферы — около 1400 Вт/м2 и для производства одинакового количества электроэнергии на орбите площадь фотоэлектрических преобразователей может быть примерно в 5 раз меньше.
[48] Прим. ред. Технические предложения по созданию ОСЭ были опубликованы П. Глэзером в 1968 г. (Р. Е. Glaser «The future of power from the sun», 1ECE-6S, Record 1968, — P. 98-104). Однако саму идею электроснабжения Земли с помощью ОСЭ, передающих энергию по радиолучу, впервые определенно высказал в 1960 г. русский инженер Н. А.Варваров, который писал: «Когда люди научатся передавать электроэнергию из космоса на Землю без проводов, подобно тому, как сегодня осуществляется связь по радио, творческая мысль человека направит свои усилия на создание космических гелиоэлектростанций, снабжающих жителей Земли электроэнергией в неограниченном количестве» (Н. А.Варваров. Космические гелиоэлектростанции // Техника молодежи. 1960. № I. С. 34-35).
Прим. ред. Сегодня разработаны ФЭП на базе GaAs с КПД до 35 %, использующие концентраторы солнечного излучения с кратностью концентрации до нескольких сотен. Ведущим российским научным центром по разработке таких ФЭП является Физико-технический институт (ФТИ) им. А. Ф. Иоффе РАН, г. С.-Петербург.
й Прим. ред. Последние разработки ряда научных центров, в том числе ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН, направлены на создание ФЭП, преобразующих энергию солнечного излучения непосредственно в СВЧ-излучение. В этом случае на ОСЭ можно отказаться от протяженных и массивных электрических кабелей и существенно снизить электрические потери.