Техника - молодёжи 1974-01, страница 28

О ТРАНСФОРМ

Классификация часто вносит ясность в пестрый мир физических явлений. Механические, тепловые, электрические, магнитные воздействия в различных комбинациях дают целую гамму эффектов. И только полная таблица помогает охватить их в целом и увидеть, какие из них давно открыты, а какие нет (см. статью инженера Ю. Филатова «Открытия, которые стоит сделать» р N? 8 за 19$5 г.).

ДИАЛОГ

Инженер Михаил ИСАКОВ (Москва]:

Преимущества

однонаправленного действия не исчерпаны

Для начала давайте обсудим вопрос: «Что такое трансформатор?» Учебник электротехники услужливо подсказывает ответ — это преобразователь переменного тока, позволяющий малое напряжение перевести в большое и обратно. Верно. Но попробуем дать более общее определение.

За основной признак примем характер зависимости между входной и выходной величинами. Тогда на первый план выступит двусторонний способ преобразования: оно допустимо и в одном, и в противоположном направлении. Мы оказываемся в царстве обратимости.

Таким способом можно трансформировать и моменты сил в зубчатой передаче, и давления, оказываемые поршнями в сообщающихся сосудах. Допустимо двустороннее преобразование разнородных величин, например механической работы, в тепло и обратно. Есть устройство из двух тепловых машин, одна из которых работает по прямому, а другая по обратному циклу (холодильником). Устройство в целом так и называется — термотрансформатор.

Но в технике есть немало преобразователей однонаправленного действия. Примеры долго искать не приходится. Основу конструкции ЭВМ составляют диоды, электронные лампы, транзисторы. В них входная величина влияет на выходную, а та, хотя бы она была много сильнее, влиять на первую не может. Такая ситуация называется управлением.

На одних лишь неоднонаправленных элементах (трансформаторного типа) ЭВМ построить нельзя. Это «принцип невозможности», аналогичный второму началу термодинамики. В его справедливости убеждены все, кому приходится иметь дело с электронными логическими схемами.

Принцип однонаправленного действия приводит нас к обобщенному

понятию усилителя. В класс таких устройств можно отнести и фрикционную муфту, и схему с ламповым триодом, и водопроводную трубу с вентилем. Действие всех усилителей зиждется на центральной идее управления: независимости управляющей величины от управляемой. Только тогда и возникает усиление, когда тем или иным способом удается отсечь реакцию второй из этих величин на первую.

А теперь зададимся вопросом: «Возможен ли термодинамический усилитель?» Другими словами, в состоянии ли энергия, выделившаяся, скажем, при синтезе молекул, управлять работой, получаемой от тепловой машины? Гипотетическая схема подобного устройства помещена в нижнем ряду таблицы, (вторая клетка справа).

Пусть это устройство разлагает вещество в верхнем сосуде, причем повышение давления не сопровождается ростом затрат энергии на единицу преобразованной массы. Тогда следствие — повышение давления — не влияло бы на причину — разложение вещества с подводом энергии. Необходимо лишь, чтобы каким-то способом отсекались молекулярные связи, через которые передается такое влияние.

Затем продукты разложения работают в тепловой машине, скажем турбине, после чего в нижнем сосуде синтезируются при низком давлении, отдавая (в идеальном процессе) энергию Е, затраченную на разложение. Цикл замыкает насос, подающий вещество из нижнего сосуда в верхний. Не была ли бы тогда часть бросового тепла среды Яср преобразована в полезную работу?

Конкретное вещество с такими свойствами мне неизвестно, но можно мыслить по аналогии. Например, у твердого ферромагнетика есть два состояния намагниченности, и его легко можно перевести в любое из них внешним полем. Так нельзя ли создать газ, который мог бы находиться в двух устойчивых состояниях с разными давлениями? Нельзя ли переводить столь необычный газ из одного состояния в другое, рождая в нем группы из неодинакового числа молекул?

Вспомним: при одном и том же содержании тепла некоторые вещества могут быть и переохлажденным паром, и конденсатом. Правда, первое

состояние неустойчиво. Следовало бы усилить его, проведя какую-то молекулярную перестройку.

Над проблемой термодинамического усилителя, пожалуй, стоит поломать голову. Не каждый день удается изобрести транзистор. Но если он однажды изобретен, то вызывает переворот в технике.

Я уже выслушал немало возражений, но все они исходили из принципа обратимости. И это справедливо, как и то, что нельзя собрать ЭВМ из одних трансформаторов. Между тем вся живая природа построена на процессах управления, протекающих также и на молекулярном уровне. По-видимому, и там дело не обходится без однонаправленности. А если так, то преимущества однонаправленного действия далеко не исчерпаны.

Инженер Дмитрий МОТОВИЛОВ |П е н з а):

Усилитель

без усилительного элемента? Вполне возможно!

Что может быть лучшим источником сведений о предмете, нежели ,, сам предмет?» — рассуждал создатель кибернетики Норберт Винер, имея в виду информационные системы с отрицательной обратной связью — ООС (о них говорилось в статье А. Щеглова «Обратная связь — регулятор мира», «ТМ», № 11. за 1973 г.).

Система с QOC включает в себя источник .задающего воздействия (я), информационную нагрузку (с), информационный источник питания (а) и сумматор (в), где сведения о состоянии объекта управления сравниваются с задающим воздействием (складываются с отрицательным знаком). Когда результат этого сравнения обращается в нуль, желаемое и действительное состояние объекта совпадают. Подсистемы с и d благодаря обратной связи все время действуют друг на друга, и между ними поддерживается определенное равновесие.

26