Gerador MHD (Magneto-HidroDinamica)

Versão 1.0


A saída de energia de um gerador é diretamente proporcional à velocidade em que as linhas do fluxo magnético são cortadas. Os geradores convencionais possuem condutores que giram através de um campo magnético. ou vice-versa, mas não se pode obter velocidade acima de 150m/s, em virtude de limitações mecânicas. Em uma instalação MHD, o gás condutor move-se através de um campo magnético em velocidade até dez vezes maior, com um conseqüente aumento de saída de energia.
Esse fluxo de gases condutores muito quentes passam por através de um duto com campo magnético perpendicular, com eletrodos ao longo do seu comprimento. O gás (ar com oxigênio adicionado) é aquecido a 3.000ºC por meios convencionais e é então tornado condutor pelo acréscimo  de sódio, que se vaporiza em íons  condutores, no gás quente.
Esse sistema produzem corrente continua e são termicamente muito eficientes. São também robustos e não possuem partes moveis. Os gases quentes são depois usados no aquecimento de caldeiras, para a produção de eletricidade por meios térmicos convencionais. Assim, a saida de energia de uma usina de energia térmica existente poderia ser aumentada com uma apreciável inversão de capital, porém sem acréscimo de custos operacionais.

#Resumo
O gerador MHD  transforma a energia térmica e energia cinética diretamente em eletricidade. Geradores MHD são diferentes dos tradicionais geradores elétricos na medida em que podem operar em altas temperaturas sem partes móveis. A exaustão de um gerador MHD é capaz de aquecer caldeiras de vapor e movimentar mais um gerador num sistema cogeração para aumentar a eficiência da geração elétrica, especialmente quando se queima carvão ou gás natural. Geradores MHD são o complemento de propulsores MHD, que têm sido aplicados à bomba de metais líquidos e em vários motores de navios experimental.

Figura e texto retirado da coleção Prisma 

Particulas elementares

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A física que estuda as partículas elementares classifica como: uma partícula elementar ou partícula fundamental é uma partícula que acredita-se não ter infra-estrutura, ou seja, acredita-se que não deve ser composta de partículas menores. Se uma partícula elementar realmente não tem infra-estrutura, então é uma das pedras basilares do universo a partir da qual todas as outras partículas são feitas. No Modelo Padrão, os quarks , léptons e bósons são partículas elementares. Historicamente, os hádrons (mésons e bárions , como os prótons e nêutrons) e até mesmo a totalidade átomos eram considerados como partículas elementares. Um aspecto central na teoria das partículas elementares é que no século 20 ideia inicial de "Quantum", que revolucionou a compreensão da radiação eletromagnética e trouxe a mecânica quântica.

Uma visão geral das várias famílias de partículas elementares e compostos, e as teorias que descrevem as suas interações

Todas as partículas elementares ou são bósons e férmions (dependendo da sua rotação ). O teorema spin-estatística identifica o resultado estatística quântica que diferencia férmions de bósons. De acordo com essa metodologia: partículas normalmente associados com a matéria são férmions. Partículas associadas com as forças fundamentais são bósons e possuem inteiro.

Férmions :

Quarks - up , down , charme , estranho , superior , inferior

Léptons - neutrino do elétron , elétron , muon neutrino , múon , neutrino do tau , tau

Bósons :

bósons - glúon , bósons W e Z , fóton

Outros bósons - bóson de Higgs , graviton

Radioisótopos gerador termoelétrico (RTG)

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Um radioisótopos gerador termoelétrico ( RTG , RITEG ) é uma tecnologia de reator nuclear para gerar energia elétrica que obtém sua energia de decaimento radioativo. Em tal dispositivo, o calor liberado pela decomposição de um material radioativo é convertido em electricidade pelo Efeito Seebeck usando uma matriz de termopares. O RTG pode ser considerado como um tipo de bateria e têm sido utilizados como fonte de energia em satélites, sondas espaciais não tripuladas e instalações remotas, como uma série de faróis construídos pela antiga União Soviética dentro do Círculo Ártico. RTG são geralmente a fonte de energia mais desejável para a robótica ou situações que necessitam de algumas centenas de watts ou pouco de energia por períodos muito longos para células a combustível , baterias ou geradores e em locais onde as placas solares não são viáveis. 

A concepção de uma RTG é simples para os padrões da tecnologia nuclear: o principal componente é um recipiente resistente de um material radioativo (o combustível). Termopares são colocados nas paredes do recipiente, com a extremidade externa de cada termopar conectado a um dissipador de calor . Decaimento radioativo do combustível produz calor que flui através dos termopares para o dissipador de calor.

Um termopar é dispositivo um termoelétrica que converte a energia térmica diretamente em energia elétrica usando o efeito Seebeck. É composto por dois tipos de metal (ou semicondutores). Eles são ligados uns aos outros em circuito fechado. Se as duas junções estão a diferentes temperaturas, uma corrente elétrica fluirá no circuito. Ou seja os " termopares " são a junção de dois metais (ou semicondutores) que funcionam com o principio do efeito Seebeck.

RTG em usa  " termopares " para converter o calor do material radioativo em eletricidade. Termopares, embora muito confiável e duradouro, são muito ineficientes; eficiência acima de 10% nunca foram realizados. O RTG têm eficiências entre 3-7%. Os materiais termoelétricos em missões espaciais até hoje incluiu ligas de silício e germânio, telureto de chumbo e de teluretos, germânio, antimônio e prata. Estudos têm sido feitos na melhoria da eficiência, utilizando outras tecnologias para gerar eletricidade a partir do calor. Para alcançar maior eficiência do combustível radioativo, isso significaria menos material radioativo necessário para produzir a mesma quantidade de energia e, portanto, uma diminuição de peso para o gerador. Este é um importante fator crítico em considerações de custo de lançamento espacial.

Um conversor incandescente é um dispositivo de conversão de energia que se baseia no princípio da incandescia de emissões que  podem alcançar eficiências entre 10-20%, mas requer temperaturas mais elevadas do que aqueles que os RTG usam. Alguns protótipos RTG podem usar dispositivo termiônico, mas inviável em material radioativo com meia-vida curta. Vários reatores nucleares têm usado efeito termiônico, mas reatores nucleares são geralmente muito pesados para uso em sondas espaciais.

células termofotovoltaica trabalho pelos mesmos princípios como uma célula fotovoltaica, exceto que um converte a radiação infravermelha emitida através de uma superfície quente, em vez de luz visível em eletricidade. As células Termofotovoltaica têm uma eficiência ligeiramente superior comparado aos termopares e podem ser sobrepostos em cima dos termopares, o que potencialmente dobra a eficiência. Sistemas como os geradores radioisótopo simulada por aquecedores elétricos têm demonstrado uma eficiência de 20%, mas não foram testados com radioisótopos real. Alguns modelos teóricos de células termofotovoltaica  têm eficiências de até 30%, mas estes ainda têm de ser construídas ou confirmada. As células termofotovoltaica de silício degradam mais rápido do que termopares, especialmente na presença de radiação ionizante.

Interior de RTG usado na iluminação de uma bóia marinha para guiar barcos, navios...

Aqui temos um combustivel de RTG usado na sonda espacial  Cassini, é um  barrinha de ²³⁸PuO₂ a cor avemelhada é por causa da incandescência, é esse calor que é usado para gerar energia. 

Figuras da wikipedia

Lampâdas

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Há vários tipos de lampâdas hoje em dia, abordaremos as lâmpadas mais usadas.

# Lampâda de Tungstênio ou incandescente é umas das mais comuns usada nas residenciais. A fonte de luz é um filamento delgado de tungstênio, aquecido ao branco pela corrente que por ele circula, inserido dentro de bulbo de vidro, cheio de um gás inerte (geralmente argônio), a baixa pressão, para impedir que o bulbo de vidro esquente demasiadamente e o filamento seja destruído. essas lampâdas são muito ineficientes, tem curta duração , já que o filamento aos poucos se evapora.

# Para dominar a evaporação desse filamento, acrescentam-se traços de vapor de iodo ao argônio, o que faz com o que tungstênio evaporado vá redepositar-se no filamento, e não no bulbo. Como esse processo provoca uma temperatura mais elevada na superfície do bulbo, este é feito de quartzo e não de vidro. Essas lampâdas de tungstênio-halogênio são mais eficientes e tem duas vezes a duração das lampâdas incandescente comuns.

# As lampâdas de sódio e mercúrio trabalham segundo o mesmo principio de que uma corrente elevada circula, que circula através de um gás, ao aquece-lo faz com que emite uma radiação visível. As lampâdas de sódio contem sódio e gás neônio a pressões muito baixa. Quando a temperatura operacional é alcançada, predomina o clarão alaranjado do sódio. O olho humano é mais sensível ao laranja e por isso essas lampâdas se tornam melhores para a iluminação noturna. A lâmpada de mercúrio emprega uma mistura de argônio e gás de mercúrio, pressurizada a uma atmosfera. Os dois tipos de lâmpadas tem alto poder de eficiência luminosa.

# As lâmpadas fluorescentes são semelhantes as lampâdas de vapor de mercúrio, mas tem a face interior do vidro revestida de um material fosforescente (cálcio, zinco) e usam vapor de mercúrio a baixa pressão. A radiação principal é a ultravioleta, mas com o revestimento faz com fluoresça na região da luz visível. Essas lâmpadas são no mínimo duas vezes mais eficientes do que as lampâdas incandescente e operam a uma temperatura muito mais baixa

Radar

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Radar é um sistema de deteção de objetos que utiliza ondas eletromagnéticas, especificamente as ondas de rádio para determinar o intervalo, altitude, direção e velocidade objetos fixos e móveis, tais como aviões, navios, naves espaciais, mísseis guiados, veículos automóveis, formações meteorológicas e terreno. A antena de radar transmite impulsos de ondas de rádio ou microondas, que refletem em qualquer objeto em seu caminho. Após a reflexão da onda no objeto uma pequena parte da onda retorna para uma antena que geralmente está localizado no mesmo local que o transmissor.

O radar foi desenvolvido em segredo durante a Segunda Guerra Mundial, a Grã-Bretanha e outras nações. O termo RADAR foi sugerido em 1940 pela Marinha dos EUA como um acrônimo para ra dio d etection um nd r anging, desde então, entrou na lingua inglêsa e outras línguas como o substantivo comum de radar, perdendo toda a capitalização.

Os usos modernos do radar são bastante diversificadas, incluindo o controle de tráfego aéreo, a astronomia de radar, sistemas de defesa de ar e sistemas anti-mísseis, radares náuticas para localizar pontos turísticos e outros navios, sistemas anticolisão da aeronave, vigilância dos oceanos e sistemas de vigilância do espaço exterior, monitorização meteorológicas de precipitação pluviométrica, altimetria e sistemas de controle de vôo , mísseis guiados meta-sistemas de localização e radar penetrante do solo observações geológicas.

A animação mostra o tempo da onda que sai da antena até o avião e a volta da onda até a antena novamente. Retângulo verde a detecção do sinal recebido em forma de imagem. (Clique na imagem para ver a animação)

Mostra o sinal enviado batendo no objetivo que reflete parte do sinal voltando para a antena.

O grafico mostra o espectro das ondas eletromagnéticas, quando menor a freqüência maior o comprimento da onda e quando maior a freqüência menor o comprimento de onda e maior poder energético.

Efeito Hall

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O efeito Hall é a geração de uma diferença de tensão através de um condutor elétrico, transversal a uma corrente elétrica no condutor e um campo magnético perpendicular à corrente. Ele foi descoberto por Edwin Hall, em 1879. 


O coeficiente Hall é definida com a relação entre o campo elétrico induzido ao produto da densidade de corrente e o campo magnético aplicado. É uma característica do material que é constituido o condutor, pois seu valor depende do tipo, número e propriedades da carga transportadoras que constituem o atual.

Teoria

O efeito Hall acontece devido a corrente em um condutor. Consiste na circulação de pequenos portadores de carga, geralmente elétrons, buracos, íons. Cargas em movimento fazem uma força, chamada força de Lorentz , quando um campo magnético está presente que é perpendicular ao seu movimento. Quando um campo magnético está ausente, as taxas seguem aproximadamente em linha reta, "linha de visão" caminhos entre colisões com impurezas, fônons , etc, no entanto, quando um campo magnético perpendicular é aplicada, os caminhos entre as colisões são curvos de modo que cargas em movimento acumula numa das faces do material. Isso deixa a carga igual e oposta expostos na outra face, onde há uma escassez de cargas móveis. O resultado é uma distribuição assimétrica de densidade de carga através do sensor Hall, que é perpendicular a ambos,linha de visão do caminho e do campo magnético aplicado. A separação de carga cria um campo elétrico que se opõe à migração de cargas mais, portanto, um constante potencial elétrico constrói enquanto a carga está fluindo.

Existem apenas elétrons movendo-se no mesmo sentido tanto no caso do elétron, de condutibilidade ou buraco. Isso não pode explicar o sinal oposto do efeito Hall. A diferença é que os elétrons no limite superior da banda de valência têm velocidade oposta de grupo e vetor da onda e direção quando em movimento, que pode ser efetivamente tratado como se as partículas carregadas positivamente movendo na direção oposta do que os elétrons fazem.

A representação gráfica do sensor Hall

Diagrama do efeito Hall, mostrando o fluxo do elétron .

Legenda:

1. Elétrons 

2. Sensor Hall

3. Ímãs

4. Campo magnético

5. Fonte de alimentção

Descrição:

ligado numa alimentação o sensor Hall tem uma carga negativa na borda superior (cor azul) e no positivo na borda mais baixa (cor vermelha). Em “b” e em “C”, o campo magnético elétrico é invertido, fazendo com que o polarização seja inversa. Inverter o campo atual e magnético (“D extraindo”) faz com que o sensor Hall suponha outra vez uma carga negativa na borda superior. 

Mostra o gráfico do sensor e possíveis modos de medir 

Composição do petróleo

Versão 1.1

O petróleo é o principal combustível dos dias de hoje, além disso também é responsável por mais diversos lubrificantes, entre outros produtos. 

A figura a seguir demonstra o ciclo do petróleo e seus subprodutos.

A composição do petróleo é:

O petróleo bruto,  inclui todos os líquidos, gases e sólidos (parafina, por exemplo) de hidrocarbonetos .Sob pressão e temperatura , os hidrocarbonetos leves como: metano, etano, propano e butano saem como gases, enquanto pentano e os mais pesados ​​estão na forma de líquidos ou sólidos. No entanto, em um poço de petróleo a proporção de gás, líquidos e sólidos dependem das condições do subsolo e do diagrama de fases da mistura de petróleo. Um poço de petróleo produz essencialmente petróleo bruto, com gás natural dissolvidos nela. Como a pressão é menor na superfície, um pouco do gás sairá da solução e será queimado ou engarrafado como gás associado ou gás em solução . Num poço o gás natural é dominante. No entanto, a temperatura subterrânea e pressão são maiores do que na superfície, o gás pode conter hidrocarbonetos mais pesados, como o pentano , hexano e heptano no estado gasoso . Em condições de superfície, esses vão condensar para que o gás possa ser condensados ​​de gás natural, condensado se assemelha a gasolina na aparência e de composição semelhante a alguns voláteis de óleos crus leves .
Os hidrocarbonetos de petróleo bruto são principalmente alcanos , cicloalcanos e vários hidrocarbonetos aromáticos , enquanto a outros compostos orgânicos contêm nitrogênio ,oxigênio e enxofre , e traços de metais como ferro , níquel , cobre e vanádio . A composição molecular exata varia muito de formação para a formação, mas a proporção de elementos químicos variam bastante ao longo de estreitos limites da seguinte forma: 

Composição em peso

Elemento	intervalo percentual
Carbono	83-87%
Hidrogênio	10 a 14%
Nitrogênio	0,1 a 2%
Oxigênio	0,1-1,5%
Enxofre	0,5-0,6%
Metais	<0,1%

A proporção de hidrocarbonetos leves na mistura de petróleo varia muito entre os diferentes campos de petróleo , variando de até 97%, em peso, de óleos leves para menos de 50% nos óleos pesados ​​e betumes .

Figura retirada da coleção prisma