Тест

Задача 23.1.1. Какой из нижеперечисленных процессов есть следствие закона электромагнитной индукции?

Отклонение магнитной стрелки вблизи проводника с током


Взаимодействие двух проводников с током


Появление тока в кольце при проведении сквозь него постоянного магнита


Возникновение силы, действующей на проводник с током в магнитном поле


Задача 23.1.2. Явление электромагнитной индукции лежит в основе работы:

Электродвигателя

Генератора переменного тока

Амперметра

Вольтметра

Задача 23. 1.3. Один раз магнит протаскивается через кольцо южным полюсом к кольцу, второй раз — северным.

В каком из этих случаев будет возникать ток в кольце, и если в обоих, то будет ли одинаковым направление тока?

Только в первом


Только во втором


В обоих, направления токов в кольцах одинаковы


В обоих, направления токов противоположны


Задача 23.1.4. Металлическое кольцо проносят рядом с постоянным магнитом (см. рисунок). Будет ли в этом случае в кольце возникать индукционный ток?

Да


Нет


Зависит от скорости движения магнита


Зависит от того, мимо какого полюса магнита проносят кольцо


Задача 23. 1.5. В однородном магнитном поле вращают две рамки. В каком случае в рамке будет возникать индукционный ток?

Только в первом случае


Только во втором случае


Ни в первом, ни во втором случаях


И в первом, и во втором случаях


Задача 23.1.6. Рядом с прямым проводником, по которому течет электрический ток , расположена квадратная проводящая рамка. В некоторый момент времени рамку начинают перемещать. При каком направлении перемещения рамки (см. рисунок) в ней будет возникать электрический ток?

Только в случае 1


Только в случае 2


И в случае 1, и в случае 2


Ни в случае 1, ни в случае 2


Задача 23. 1.7. Через металлическое кольцо следующим образом протаскивают постоянный магнит: в течение двух секунд магнит подносят с большого расстояния и вставляют в кольцо, в течение следующих двух секунд магнит оставляют неподвижным внутри кольца, в течение последующих двух секунд его вынимают из кольца и уносят на большое расстояние. В какие промежутки времени в кольце течет ток?

0–6 с

0–2 и 4–6 с

2–4 с

только 0–2 с


Задача 23.1.8. В опытах по наблюдению электромагнитной индукции квадратная рамка из тонкого провода со стороной находится в однородном магнитном поле, перпендикулярном плоскости рамки. Индукция поля равномерно возрастает от значения до значения .

Как в течение этого процесса изменяется ЭДС индукции в рамке?

Увеличивается в 2 раза

Уменьшается в 2 раза

Не изменяется

Увеличивается в 4 раза


Задача 23.1.9.

В опытах по наблюдению электромагнитной индукции квадратная рамка из тонкого провода со стороной находится в однородном магнитном поле, перпендикулярном плоскости рамки. Индукция поля равномерно возрастает от значения до значения . Опыт повторяют, увеличив сторону рамки вдвое. Как при этом изменится ЭДС индукции, возникающая в рамке?

Увеличивается в 2 раза

Уменьшается в 2 раза

Не изменяется

Увеличивается в 4 раза


Задача 23. 1.10. В опытах по наблюдению электромагнитной индукции квадратная рамка из тонкого провода со стороной находится в однородном магнитном поле, перпендикулярном плоскости рамки. Индукция поля равномерно возрастает от значения до значения . Опыт повторяют, уменьшив время возрастания поля вдвое. Как при этом изменится ЭДС индукции, возникающая в рамке?

Увеличивается в 2 раза

Уменьшается в 2 раза

Не изменяется

Увеличивается в 4 раза


Умные технологии – ключевой элемент в промышленной конкуренции». Часть 4. Симуляция и основы применения аддитивных технологий

Симуляция

Когда перед предприятием стоит задача сокращения времени разработки и производства нового изделия, то задержка на каждом этапе создания продукта рассматривается как ограничивающий фактор, требующий устранения.

До того как изделие будет готово к запуску в производство, необходимо реализовать несколько циклов изготовления опытных образцов, испытаний и контроля качества изделий и коррекции конструкторской документации. Все эти циклы занимают длительное время и приводят к значительным затратам, влияющим на себестоимость конечной продукции.

Одним из наиболее перспективных направлений сокращения количества таких итераций является развитие технологий виртуальной (цифровой) симуляции физических процессов. Моделирование может быть применено как к испытаниям изделия, так и к технологическим процессам.

Для сокращения количества циклов испытаний необходимо иметь цифровую модель изделия или отдельного компонента, описывающую физические свойства объекта. Также необходимо иметь аналитический инструмент, позволяющий обеспечить максимально реалистичное моделирование физических процессов по отношению к объекту. Качественная симуляция на основе цифровой модели позволяет свести к минимуму исследования и испытания физического объекта.

Ключевые разработчики систем автоматизированного проектирования предлагают инструменты такого моделирования и постоянно работают над увеличением их функциональных возможностей.

Другим направлением развития технологий симуляции является моделирование технологических процессов. Данный функционал предполагает возможность анализа технологических операций, в первую очередь, с точки зрения качества, производительности и себестоимости. В дополнение к цифровой модели объекта могут потребоваться модели оборудования и оснастки. Реализация моделирования технологических процессов возможна только при непосредственном участии производителей технологического оборудования, что можно наблюдать уже сегодня.

Как известно, огромное количество проблем, связанных с изготовлением продукции, «программируется» на стадии разработки. Для того чтобы минимизировать такие технологические проблемы, существует направление в проектировании, которое называется ещё одним термином, не имеющим перевода на русский, – Design for Manufacturability или сокращенно DFM.

Если попробовать коротко перевести на русский, сохранив смысл, то получим что-то похожее на «проектирование, направленное на то, чтобы продукт можно было произвести». А так как русский язык в подобных случаях не такой ёмкий, как английский, то в России чаще можно встретить просто DFM.

DFM представляет собой набор правил, принципов, требований и ограничений, которыми стоит руководствоваться разработчикам, чтобы минимизировать проблемы на этапе производства изделия либо минимизировать себестоимость изделия.

Так вот, симулирование технологических процессов активно применяется на стадии разработки, в первую очередь, для автоматизации анализа соответствия проекта требованиям DFM. Обычно это описывается термином «автоматический DFM-анализ».

Тема симуляции производственных и физических процессов тесно связана с технологиями виртуальной и дополненной реальности, так как при симуляции могут быть использованы те же цифровые модели.

Инструменты моделирования физических процессов

Компания Autodesk Inc. – мировой лидер в области поставки программного обеспечения для проектирования. Одним из наиболее известных её продуктов является используемая во всём мире система автоматического проектирования AutoCAD.

Сегодня компания предлагает широкий набор решений для моделирования физических процессов, в том числе инструменты для моделирования механических воздействий, процессов литья пластиков под давлением, эксплуатационных свойств композитных материалов и изделий из них, расчёта потоков жидкостей, анализа строительных конструкций.

Набор инструментов для моделирования Autodesk позволяет в отношении отдельных проектов оценить физические свойства конечного продукта, смоделировать отдельные технологические процессы и автоматизировать DFM-анализ.


Результат аэродинамической симуляции с помощью программного обеспечения Autodesk Flow Design

Например, при проектировании изделий из пластмасс модуль автоматического DFM-анализа Simulation DFM с помощью индикации по принципу светофора (зелёный / жёлтый / красный) отображает в реальном времени влияние вносимых изменений на технологичность, стоимость изделий и их экологичность, то есть расход материалов и энергозатраты на производство.

Благодаря тому, что этот функционал интегрируется в систему автоматизированного проектирования, конструктор может оптимизировать проект и оценить свойства конечного продукта до начала производства.

Аддитивные технологии

Сегодня сложно найти человека, который бы ничего не слышал о трёхмерной печати, аддитивных технологиях или аддитивном производстве (АП).

Невозможно переоценить те изменения в производственном процессе и, как следствие, во всей промышленной инфраструктуре, которые повлечёт за собой массовое применение аддитивных технологий. А всё к этому идёт.

Всемирно известный итальянский скульптор Микеланджело Буонарроти на вопрос о том, как он делает свои скульптуры, ответил: «Я беру камень и отсекаю всё лишнее». Этот принцип лежит в основе огромного числа технологических операций, где путём многократной механической обработки заготовок получается конечное изделие.

Термин «аддитивные» происходит от английского глагола to add, что значит «добавлять». В отличие от традиционного метода, описанного ранее, изделие или деталь формируется не удалением лишнего материала, а поэтапным (чаще всего послойным) наращиванием (добавлением) материалов на основе цифровой модели с помощью соответствующего оборудования. Часто это оборудование называют «3D-принтер», но данный термин в общемировой практике относится скорее к недорогим любительским системам.

В отношении промышленного оборудования чаще всего используется название «оборудование для аддитивного производства» (ОАП).

Применение аддитивных технологий обладает широким рядом выгод по отношению к технологиям, основанным на удалении материала, в частности, методом механической обработки.

  • Уменьшенное энергопотребление

Аддитивные технологии позволяют сократить энергозатраты за счёт сокращения количества технологических операций, минимизации количества израсходованных материалов и создания легковесных изделий.

  • Уменьшенное количество отходов производства

Послойное создание изделия позволяет сократить расход материалов в отдельных случаях до 90% по сравнению с традиционными технологиями механической обработки, при применении которых огромное количество материала обрезается и утилизируется. Экономию на дорогостоящем инструменте также не стоит забывать.

  • Сокращение времени изготовления изделия

Для изготовления изделий с помощью аддитивных технологий, как правило, не требуется наличие оснастки и прототипов. Поэтому деталь или изделие могут быть изготовлены непосредственно после подготовки цифровой модели, что существенно сокращает срок производства и прототипирования.

  • Новые возможности для разработки

Трехмерная печать помогает реализовать более сложную геометрию изделий, реализация которой ранее была крайне неэффективной. Это открывает новые горизонты творчества для разработчиков.

  • Объединение деталей

Возможность изготовления деталей более сложной формы позволяет сократить количество отдельных деталей, необходимых для производства конечного изделия. Это позволяет снизить затраты на выполнение избыточных технологических и вспомогательных операций, а также упростить процесс производственного планирования и контроля качества.

  • Облегчение веса изделий

За счёт возможности получения более сложной геометрии изделий стало возможным обеспечение тех же свойств изделий, что и ранее, но при меньшем расходе материалов и весе изделия.

  • Гибкость производственных операций

Аддитивные технологии открывают уникальные возможности в области реагирования на изменение спроса. Во-первых, намного легче обеспечить изготовление изделий с учётом персональных потребностей заказчика. Во-вторых, можно это сделать максимально близко к заказчику в рамках, например, мобильной минифабрики, оснащенной минимальным количеством оборудования.

Основные применения

Первая коммерчески применимая технология трёхмерной печати, стереолитография (SLA), была представлена 1983 году. Изначально основной акцент делался на решение задач прототипирования. Однако благодаря разработке новых технологий, созданию новых материалов и снижению себестоимости трёхмерной печати удалось обеспечить применимость аддитивных технологий в более широком диапазоне задач.


Примеры промышленного применения аддитивных технологий (данные по состоянию на март 2016)

Согласно данным на 2016 год, основными применениями в промышленности являются изготовление функциональных изделий, прототипов, литьевых форм и оснастки и образцов для визуализации концепции будущих изделий.

Особенно я хотел бы обратить внимание на тот факт, что основной сферой применения являются не прототипы, а изготовление функциональных изделий. Это свидетельствует о том, что аддитивное производство перестало быть вспомогательным направлением, а стало основой, на которой может быть выстроен производственный процесс.

Особенности разработки изделий для аддитивного производства

Самый главный принцип, которым стоит руководствоваться при переводе изделий с традиционных технологий на аддитивное производство, это то, что они не должны быть точной копией изделий, которые ранее получались с помощью механической обработки либо другими способами.

Аддитивные технологии несут в себе огромный потенциал улучшения конструкции и свойств продукции, который надо использовать. Если руководствоваться прежними подходами к конструированию, то этот потенциал не будет реализован. Типовой процесс разработки изделий для аддитивного производства и его отличия от типовой разработки изделий, получаемых механической обработкой, представлен на рисунке ниже. Такой алгоритм применим к разработке большинства промышленных изделий. В зависимости от специфики технологии или изделия он может в той или иной мере видоизменяться. Но в любом случае представленная схема даёт общее представление о процессе разработки и подготовки данных для начала процесса формирования объекта в оборудовании для аддитивного производства.

В контексте разработки изделий хотелось бы чуть более подробно рассказать об особых направлениях в разработке изделий, которые получили сильный импульс к развитию благодаря массовому переходу на технологии аддитивного производства. Речь пойдёт о бионическом дизайне, оптимизации топологии и формировании решетчатых структур.


Типовой процесс разработки изделия для аддитивного производства

Все эти три направления нацелены на совершенствование физикомеханических характеристик изделия на основе различных принципов, которые иногда дают весьма похожий результат.

Бионический или генеративный дизайн

Как следует из названия, этот подход к разработке изделий имеет родственные связи с бионикой – наукой, изучающей возможности применения в технических устройствах достижений эволюции живой природы.

Отличным примером идеи из живого мира, которую можно применить в технике, служит структура кости млекопитающего, которая имеет пористую структуру, облегчающую массу, и при этом высокие механические характеристики. Другой близкий по сути пример – это лист виктории амазонской, водяного растения, лист которой в состоянии выдерживать вес человека.


Структура кости млекопитающего (а) и механические свойства скелета (б)


Лист виктории амазонской (а) и вид снизу (б)

Я не хочу рассказывать про более специализированные идеи, такие как устройство когтей птиц, которые берутся за основу при разработке механических захватывающих устройств, и подобные варианты. Я бы хотел сфокусироваться на более универсальных идеях, применение которых носит массовый характер.

Перечисленные примеры с костью и листом являются отражением принципов, которые сейчас активно применяются при разработке изделий для аддитивного производства. В ряде отраслей снижение массы изделия является ключевым фактором. К числу таких отраслей относятся, в частности, транспортное машиностроение, авиакосмическое машиностроение, протезирование.


Мотоцикл Light Rider компании APWorks (входит в Airbus Group). Элементы рамы изготовлены из металла с помощью аддитивных технологий на основе принципов бионического дизайна. Рама мотоцикла весит всего 6 кг

Оптимизация топологии

В более общем виде приведённые выше примеры бионического дизайна можно отнести к технологиям оптимизации топологии изделия. Данный принцип разработки изделий базируется на математических алгоритмах, которые позволяют найти оптимальный вариант исполнения изделия с учётом требуемых физических характеристик и других ограничений. В результате геометрия изделий выглядит близкой к бионическому дизайну, хотя ничего общего с живой природой изначально разработчиком изделия не предполагается. Частично это объясняется тем, что принципы бионики часто становятся основой для разработки новых алгоритмов оптимизации геометрии изделий.

Формирование решетчатой структуры

Другим направлением по оптимизации массы, физических и функциональных характеристик изделия является формирование относительно регулярной решетчатой структуры.


Тазобедренный имплантат MUGETO со встроенными полостями для депо лекарственного средства и решётчатой структурой для снижения массы и улучшения остеоинтеграции

Специально для создания таких изделий данной топологии существуют специализированные программные инструменты.


Разработка изделия с решётчатой структурой и его анализ с помощью Autodesk Within

Как вы успели заметить, многие из принципов разработки изделий, актуальных для аддитивного производства, не поддерживаются старыми средствами разработки. Для того чтобы полностью оценить плюсы новых технологий, требуется соответствующий инструментарий.

Описанные подходы позволяют обеспечить массу преимуществ, которые выливаются в снижение себестоимости продукции и существенное улучшение потребительских свойств изделий.

Книга «ИНДУСТРИЯ 4.0: Умные технологии – ключевой элемент в промышленной конкуренции»:

Часть 1. Предпосылки системных изменений

Часть 2. Технологическая основа новой промышленной революции

Часть 3. Дополненная и виртуальная реальность

Часть 4. Симуляция и основы применения аддитивных технологий

Часть 5. Аддитивные технологии: изготовление изделий, постобработка, контроль качества, временные сложности

Часть 6. Горизонтальная и вертикальная интеграция, промышленный Интернет вещей

Часть 7. Облачные технологии и информационная безопасность

Часть 8. Тотальная цифровизация

Часть 9. Развитие аналитических систем

Часть 10. Умные продуктово-сервисные системы

Часть 11. Логистика 4.0

Часть 12. Умное производственное оборудование

Часть 13. Умное производственное оборудование. Продолжение

Часть 14. Эффект от внедрения новых технологий

Часть 15. Преграды на пути прогресса

Часть 16. Умные технологии и люди

Клеточное дыхание | Определение, уравнение, цикл, процесс, реагенты и продукты

гликолиз; клеточное дыхание

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:
Отто Варбург
Похожие темы:
цикл трикарбоновых кислот цитохром гликолиз аэробное окисление глиоксилатный цикл

Просмотреть весь связанный контент →

клеточное дыхание , процесс, при котором организмы соединяют кислород с молекулами пищевых продуктов, направляя химическую энергию этих веществ на деятельность по поддержанию жизни и выбрасывая в качестве отходов углекислый газ и воду. Организмы, которые не зависят от кислорода, разлагают продукты питания в процессе, называемом ферментацией. (Для более длительного лечения различных аспектов клеточного дыхания см. цикл трикарбоновых кислот и метаболизм.)

Роль митохондрий

Одной из целей разложения пищевых продуктов является преобразование энергии, содержащейся в химических связях, в богатое энергией соединение аденозинтрифосфат (АТФ), которое улавливает химическую энергию, полученную в результате распада пищевых молекул, и высвобождает ее для подпитки других клеточных процессов. . В эукариотических клетках (т. е. любых клетках или организмах, обладающих четко очерченным ядром и связанными с мембраной органеллами) ферменты, катализирующие отдельные этапы дыхания и сохранения энергии, расположены в высокоорганизованных палочковидных компартментах, называемых митохондриями. В микроорганизмах ферменты входят в состав клеточной мембраны. Клетка печени имеет около 1000 митохондрий; крупные яйцеклетки некоторых позвоночных насчитывают до 200 000.

Еще из Britannica

Выделяют ли растения ночью кислород и углекислый газ?

Основные метаболические процессы

Узнайте, как клеточное дыхание превращает вашу пищу в энергию, используемую вашими клетками

Посмотреть все видео к этой статье

Биологи несколько расходятся в названиях, описаниях и количестве стадий клеточного дыхания. Однако общий процесс можно разделить на три основных метаболических этапа или этапа: гликолиз, цикл трикарбоновых кислот (цикл ТСА) и окислительное фосфорилирование (фосфорилирование дыхательной цепи).

Гликолиз

Гликолиз (известный также как гликолитический путь или путь Эмбдена-Мейергофа-Парнаса) представляет собой последовательность из 10 химических реакций, протекающих в большинстве клеток, при которых молекула глюкозы расщепляется на две молекулы пирувата (пировиноградной кислоты). . Энергия, высвобождаемая при расщеплении глюкозы и других молекул органического топлива из углеводов, жиров и белков во время гликолиза, улавливается и запасается в АТФ. Кроме того, соединение никотинамидадениндинуклеотид (НАД + ) на этом этапе преобразуется в NADH ( см. ниже ). Молекулы пирувата, образующиеся во время гликолиза, затем попадают в митохондрии, где каждая из них превращается в соединение, известное как ацетилкоэнзим А, которое затем вступает в цикл ТСА. (Некоторые источники рассматривают превращение пирувата в ацетилкофермент А как отдельную стадию, называемую окислением пирувата или переходной реакцией в процессе клеточного дыхания.)

Цикл трикарбоновых кислот

Кребса, или цикл лимонной кислоты) играет центральную роль в расщеплении или катаболизме молекул органического топлива. Цикл состоит из восьми стадий, катализируемых восемью различными ферментами, которые производят энергию на нескольких разных стадиях. Однако большая часть энергии, получаемой в цикле трикарбоновых кислот, захватывается соединениями НАД 9.0043 + и флавинадениндинуклеотид (FAD) и позже превращаются в АТФ. Продукты одного оборота ЦТК состоят из трех молекул НАД + , которые восстанавливаются (в процессе присоединения водорода, Н + ) до такого же числа молекул НАДН, и одной молекулы ФАД, которая аналогичным образом восстанавливается до одной молекулы FADH 2 . Эти молекулы продолжают питать третью стадию клеточного дыхания, в то время как углекислый газ, который также вырабатывается в цикле трикарбоновых кислот, высвобождается как побочный продукт.

Окислительное фосфорилирование

На стадии окислительного фосфорилирования каждая пара атомов водорода, удаленная из НАДН и ФАДН 2 , обеспечивает пару электронов, которые благодаря действию ряда железосодержащих гемопротеинов, цитохромов, в конечном итоге восстанавливают один атом кислорода с образованием воды. В 1951 году было обнаружено, что перенос одной пары электронов на кислород приводит к образованию трех молекул АТФ.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Окислительное фосфорилирование является основным механизмом, с помощью которого большие количества энергии в пищевых продуктах сохраняются и становятся доступными для клетки. Ряд ступеней, по которым электроны перетекают в кислород, позволяет постепенно снижать энергию электронов. Эту часть стадии окислительного фосфорилирования иногда называют цепью переноса электронов. В некоторых описаниях клеточного дыхания, в которых основное внимание уделяется важности цепи переноса электронов, название стадии окислительного фосфорилирования было изменено на цепь переноса электронов.

Редакторы Британской энциклопедии

Эта статья была недавно отредактирована и обновлена ​​Мелиссой Петруцелло.

Описание гидрологического цикла


Описание гидрологического цикла

Это образовательный модуль о движении воды на планете Земля. Модуль включает обсуждение движения воды в Соединенных Штатах, а также предоставляет конкретную информацию о движении воды в Орегоне.

Научная дисциплина в области физической географии, изучающая круговорот воды, называется гидрологией. Он касается происхождения, распределения и свойств воды на земном шаре. Следовательно, круговорот воды во многих научных учебниках и учебных материалах также называется гидрологическим циклом. Большинство людей слышали о науке метеорологии, и многие также знают об океанографии из-за освещения каждой дисциплины по телевидению. Люди смотрят телепрограммы о погоде почти каждый день. Такие знаменитости, как Жак Кусто, помогли сделать океанографию общепризнанной наукой. В широком контексте такие науки, как метеорология и океанография, описывают части серии глобальных физических процессов с участием воды, которые также являются основными компонентами гидрологии. Геологи описывают другую часть физических процессов, обращаясь к движению грунтовых вод в подземных слоях планеты. Гидрологи заинтересованы в получении измеримой информации и знаний о круговороте воды. Также важным является измерение количества воды, участвующей в переходных стадиях, происходящих при переходе воды от одного процесса внутри цикла к другим процессам. Таким образом, гидрология — это широкая наука, которая использует информацию из широкого круга других наук и объединяет их для количественной оценки движения воды. Фундаментальные инструменты гидрологии основаны на поддержке научных методов, зародившихся в математике, физике, технике, химии, геологии и биологии. Следовательно, в гидрологии используются развитые понятия из наук метеорологии, климатологии, океанографии, географии, геологии, гляциологии, лимнологии (озер), экологии, биологии, агрономии, лесоводства и других наук, специализирующихся на других аспектах физической, химической или биологической природы. среда. Таким образом, гидрология является одной из междисциплинарных наук, лежащих в основе освоения водных ресурсов и управления водными ресурсами.

Глобальный круговорот воды можно описать девятью основными физическими процессами, образующими континуум движения воды. Сложные пути включают прохождение воды из газовой оболочки вокруг планеты, называемой атмосферой, через водоемы на поверхности земли, такие как океаны, ледники и озера, и в то же время (или медленнее) прохождение через слои почвы и горных пород под землей. Позже вода возвращается в атмосферу. Фундаментальной характеристикой гидрологического цикла является то, что он не имеет ни начала, ни конца. Его можно изучить, начав с любого из следующих процессов: испарения, конденсации, осаждения, улавливания, инфильтрации, просачивания, транспирации, стока и накопления.

Информация, представленная ниже, представляет собой очень упрощенное описание основных физических процессов. Они включают:

ИСПАРЕНИЕ

Испарение происходит при переходе физического состояния воды из жидкого состояния в газообразное. При изменении состояния обменивается значительное количество тепла, около 600 калорий энергии на каждый грамм воды. Как правило, солнечная радиация и другие факторы, такие как температура воздуха, давление пара, ветер и атмосферное давление, влияют на количество естественного испарения, которое происходит в любой географической области. Испарение может происходить на каплях дождя и на свободных поверхностях воды, таких как моря и озера. Это может произойти даже от воды, осевшей на растительности, почве, камнях и снегу. Существует также испарение, вызванное деятельностью человека. Отапливаемые здания испытывают испарение воды, осевшей на его поверхностях. Испаряющаяся влага поднимается в атмосферу с поверхности океана, суши и водоемов в виде водяного пара. Некоторое количество пара всегда присутствует в атмосфере.

КОНДЕНСАЦИЯ

Конденсация – это процесс, при котором водяной пар изменяет свое физическое состояние из пара, чаще всего, в жидкость. Водяной пар конденсируется на мелких частицах в воздухе, образуя росу, туман или облака. Наиболее активными частицами, формирующими облака, являются морские соли, атмосферные ионы, вызванные молнией, и продукты горения, содержащие сернистую и азотистую кислоты. Конденсация происходит при охлаждении воздуха или при увеличении количества пара в воздухе до его точки насыщения. Когда водяной пар конденсируется обратно в жидкое состояние, в окружающую среду высвобождается такое же большое количество тепла (600 калорий энергии на грамм), которое было необходимо, чтобы превратить его в пар.

ОСАДКИ

Осадки – это процесс, который происходит, когда любые и все формы частиц воды выпадают из атмосферы и достигают земли. Есть два подпроцесса, которые заставляют облака выделять осадки: процесс слияния и процесс кристаллизации льда. Когда капли воды достигают критического размера, капля подвергается действию силы тяжести и трения. Падающая капля оставляет за собой турбулентный след, который позволяет более мелким каплям падать быстрее и обгоняться, соединяться и объединяться с ведущей каплей. Другой подпроцесс, который может происходить, — это процесс образования кристаллов льда. Это происходит, когда лед образуется в холодных облаках или в облачных образованиях высоко в атмосфере, где наблюдаются отрицательные температуры. Когда близлежащие капли воды приближаются к кристаллам, некоторые капли испаряются и конденсируются на кристаллах. Кристаллы вырастают до критического размера и выпадают в виде снежных или ледяных крупинок. Иногда, когда гранулы падают в низинный воздух, они тают и превращаются в капли дождя.

Осажденная вода может попасть в водоем или на землю. Затем его распределяют несколькими способами. Вода может прилипать к объектам на поверхности планеты или вблизи нее, может переноситься по суше и через нее в русла рек, проникать в почву или поглощаться растениями.

При небольших и нечастых осадках большая часть осадков возвращается в атмосферу путем испарения.

Часть осадков, выпадающая в поверхностных водотоках, называется стоком. Сток может состоять из компонентов, поступающих из таких источников, как поверхностный сток, подземный сток или сток подземных вод. Поверхностный сток проходит по поверхности земли и по поверхностным каналам, оставляя водосборный бассейн, называемый водосборным бассейном или водоразделом. Часть поверхностного стока, которая течет по поверхности земли к руслам рек, называется сухопутным стоком. Суммарный сток, заключенный в руслах рек, называется речным стоком.

ПЕРЕХВАТ

Перехват – это процесс прерывания движения воды в цепи транспортных событий, ведущих к ручьям. Перехват может происходить за счет растительного покрова или накопления углублений в лужах и в наземных образованиях, таких как ручьи и борозды.

Когда начинается дождь, вода, попадая на листья и другие органические материалы, растекается по поверхности тонким слоем или собирается в точках или краях. При превышении максимальной емкости поверхностного хранения на поверхности материала материал накапливает дополнительную воду в виде растущих капель по краям. В конце концов вес капель превышает поверхностное натяжение, и вода падает на землю. Ветер и воздействие капель дождя также могут высвобождать воду из органического материала. Водный слой на органических поверхностях и капли воды по краям также свободно подвергаются испарению.

Кроме того, улавливание воды на поверхности земли в условиях замерзания и замерзания может быть существенным. Также происходит перехват падающего снега и льда на растительность. Самый высокий уровень перехвата имеет место при выпадении снега в хвойных и лиственных лесах, еще не потерявших листву.

ИНФИЛЬТРАЦИЯ

Инфильтрация – это физический процесс, связанный с движением воды через пограничную область, где атмосфера соприкасается с почвой. Поверхностное явление определяется состоянием поверхности почвы. Перенос воды связан с пористостью почвы и проницаемостью почвенного профиля. Как правило, скорость инфильтрации зависит от скопления воды на поверхности почвы под воздействием капель дождя, гранулометрического состава и структуры почвы, исходной влажности почвы, уменьшения концентрации воды по мере того, как вода продвигается вглубь почвенной насыпи. поры в почвенной матрице, изменения в составе почвы и набухание увлажненных почв, которые, в свою очередь, закрывают трещины в почве.

Вода, которая просачивается и накапливается в почве, также может стать водой, которая позже испаряется или становится подземным стоком.

ПЕРКОЛЯЦИЯ

Просачивание – это движение воды через почву и ее слои под действием силы тяжести и капиллярных сил. Основной движущей силой подземных вод является гравитация. Вода, находящаяся в зоне аэрации, где есть воздух, называется аэрационной. Вода, находящаяся в зоне насыщения, называется подземной. Для всех практических целей все подземные воды возникают как поверхностные воды. Оказавшись под землей, вода движется под действием силы тяжести. Граница, разделяющая зоны аэрации и зоны насыщения, называется зеркалом грунтовых вод. Обычно направление движения воды меняют с нисходящего и добавляют к движению горизонтальную составляющую, основанную на геологических граничных условиях.

Геологические образования в земной коре служат естественными подземными резервуарами для хранения воды. Другие также могут служить проводниками для движения воды. По сути, все подземные воды находятся в движении. Некоторые из них, однако, движутся крайне медленно. Геологическое образование, которое переносит воду из одного места в другое в количестве, достаточном для экономического развития, называется водоносным горизонтом. Движение воды возможно из-за пустот или пор в геологических образованиях. Некоторые образования проводят воду обратно на поверхность земли. Родник – это место, где уровень грунтовых вод достигает поверхности земли. Русла водотоков могут контактировать с безнапорным водоносным горизонтом, приближающимся к поверхности земли. Вода может перемещаться из-под земли в ручей или наоборот, в зависимости от относительного уровня воды. Сброс подземных вод в ручей формирует основной сток ручья в маловодные периоды, особенно во время засухи. Входящий поток подает воду в водоносный горизонт, а выходящий поток получает воду из водоносного горизонта.

ТРАНСПИРАЦИЯ

Транспирация – это биологический процесс, происходящий в основном днем. Вода внутри растений переносится из растения в атмосферу в виде водяного пара через многочисленные отдельные отверстия листьев. Растения транспирируют, чтобы перемещать питательные вещества в верхнюю часть растений и охлаждать листья, находящиеся на солнце. Листья, подвергающиеся быстрому испарению, могут быть значительно холоднее окружающего воздуха. На транспирацию сильно влияют виды растений, которые растут в почве, и на нее сильно влияет количество света, которому растения подвергаются. Вода может свободно транспирироваться растениями до тех пор, пока в растении не разовьется водный дефицит и его водовыделяющие клетки (устьица) не начнут закрываться. Затем транспирация продолжается с гораздо меньшей скоростью. Лишь небольшая часть воды, которую поглощают растения, остается в растениях.

Растительность обычно задерживает испарение с почвы. Растительность, затеняющая почву, снижает скорость ветра. Кроме того, выброс водяного пара в атмосферу уменьшает количество прямого испарения с почвы, снега или ледяного покрова. Поглощение воды корнями растений, а также перехват воды на поверхности растений компенсирует общее влияние растительности на замедление испарения с почвы. Лесная растительность имеет тенденцию иметь больше влаги, чем почва под деревьями.

СТОК

Сток – это сток из водосборного бассейна или водораздела, образующийся в поверхностных водотоках. Как правило, это поток, на который не влияют искусственные отводы, хранилища или другие работы, которые общество может проводить в русле потока или в нем. Сток частично состоит из осадков, выпадающих непосредственно на реку, поверхностного стока, стекающего по поверхности земли и по каналам, подповерхностного стока, проникающего в поверхностные почвы и движущегося латерально по направлению к реке, и подземного стока от глубокой просачивания через почву. горизонты. Часть подземного стока поступает в ручей быстро, в то время как оставшаяся часть может пройти более длительный период, прежде чем присоединиться к воде в ручье. Когда каждый из составных потоков входит в ручей, они образуют общий сток. Общий сток в руслах рек называется речным стоком и обычно рассматривается как прямой сток или базовый сток.

ХРАНЕНИЕ

В планетарном водном цикле есть три основных места хранения воды. Вода хранится в атмосфере; вода хранится на поверхности земли, а вода хранится в земле.

Вода, хранящаяся в атмосфере, может относительно быстро перемещаться из одной части планеты в другую. Тип хранения, который происходит на поверхности земли и под землей, в значительной степени зависит от геологических особенностей, связанных с типами почвы и типами горных пород, присутствующих в местах хранения. Хранение происходит как поверхностное хранилище в океанах, озерах, водохранилищах и ледниках; подземное хранение происходит в почве, в водоносных горизонтах и ​​в расщелинах горных пород.

Движение воды через восемь других основных физических процессов круговорота воды может быть неустойчивым. В среднем водная атмосфера обновляется каждые 16 дней. Почвенная влага обновляется примерно каждый год. В глобальном масштабе вода на водно-болотных угодьях меняется примерно каждые 5 лет, а время пребывания озерной воды составляет около 17 лет. В малоосвоенных обществом районах обновление подземных вод может превышать 1400 лет. Неравномерное распределение и движение воды с течением времени, а также пространственное распределение воды как в географических, так и в геологических областях, могут вызывать экстремальные явления, такие как наводнения и засухи.

РАСЧЕТНО
ГЛОБАЛЬНЫЙ ВОДОЦИКЛ
 ТИП МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕМ ПРОЦЕНТ ОТ ОБЩЕГО
ВОДА миллионы миллионов ОБЪЕМ
                           куб. миля куб километр

СОЛЕНАЯ ВОДА 97.00

           океаны 314,2 1308,0 (96,4%)
           солевые тела 2,1 8,7 (0,6%)

ПРЕСНАЯ ВОДА 2.90

           лед и снег 6,9 28,7 (2,1%)
           озера 0,5 2,1 (0,15%)
           реки 0,01 0,04 (0,003%)

           доступный
           подземные воды 1,0 4,2 (0,31%)

АТМОСФЕРНЫЙ 0.10

           море
           испарение 0,1 0,42 (0,03%)

           земля
           испарение 0,05 0,21 (0,015%)

           атмосферные осадки
           над морем 0,090,37 (0,03%)

           атмосферные осадки
           по суше 0,03 0,12 (0,01%)

           водяной пар 0,005 0,02 (0,002%)
ОКРУГЛЕННАЯ ИТОГО 326,00 1357,00 100,0

Если 55-галлонная бочка воды представляет собой общий запас воды на планете, то:

а) океаны будут представлены 53 галлонами, 1 квартой, 1 пинтой и 12 унциями;
б) ледяные шапки и ледники будут представлять собой 1 галлон и 12 унций;
c) атмосфера даст 1 пинту и 4,5 унции;
d) подземные воды составят 1 кварту и 11,4 унции;
e) пресноводные озера будут составлять полунции;
f) внутренние моря и соленые озера в сумме составляют более одной трети унции;
g) почвенная влага и вальдозная вода составят примерно одну четвертую унции;
h) общий объем рек мира составляет лишь одну сотую унции (менее одной миллионной воды на планете).

БЮДЖЕТ ВОДЫ В США

Атмосфера над 48 соседними Соединенными Штатами Америки содержит около 36,5 кубических миль атмосферной воды в день. Каждый день в виде осадков выпадает немногим более 10 процентов или 3,9 кубических миль. Ежегодно в 48 штатах выпадает около 1430 кубических миль осадков. Этого объема будет достаточно каждый год, чтобы покрыть штаты примерно на 30 дюймов воды.

Наибольшее среднегодовое количество осадков в мире, составляющее 460 дюймов (1168 см), выпадает на горе Вайалеале, Гавайи. Наименьшее среднегодовое количество осадков в 1,63 дюйма (4,1 см) в Соединенных Штатах произошло за 42-летний период в Долине Смерти, Калифорния. Самый продолжительный засушливый период без осадков в США наблюдался в течение 767 дней с 3 октября 19 г.с 12 по 8 ноября 1914 года в Багдаде, Калифорния.

В среднем 70 процентов годового количества осадков, выпадающих на территории США (1001 кубическая миля), испаряется обратно в атмосферу с поверхности земли и воды, а также в результате транспирации растительности. Оставшиеся 30 процентов годовых осадков (429 кубических миль) переносятся через другие поверхностные и подземные процессы круговорота воды в ручей, озеро или океан.

Запасы подземных вод в близлежащих Соединенных Штатах оцениваются примерно в 15 100 кубических миль как в неглубоких грунтовых водах (глубина менее 2600 футов), так и в таком же объеме в грунтовых водах на глубине более 2600 футов. Влажность почвы в верхних 3 футах почвы оценивается примерно в 150 кубических миль воды.

В Соединенных Штатах содержится около 4560 кубических миль воды в пресноводных озерах. Хотя только в Великих озерах хранится около 5 540 кубических миль воды, считается, что более 50 процентов этого объема приходится на Соединенные Штаты. Также около 14 кубических миль хранится в соленых озерах страны. Кроме того, около 12 кубических миль поверхностных вод хранятся в руслах рек на пути к океанам. Другие источники поверхностного хранения в прилегающих штатах включают 16 кубических миль замороженной воды в ледниках.

Объем речного стока, достигающего океанов страны, составляет около 1,12 кубических миль в день (409 кубических миль в год). Общий совокупный поток поверхностных и подземных вод в океаны страны составляет 1,18 кубических миль в день. Одна только река Миссисипи вносит 0,34 кубических мили в день (годовой естественный сток 593 000 кубических футов в секунду).

В Соединенных Штатах насчитывается около 2700 водохранилищ и контролируемых естественных озер площадью более 5000 акров-футов. Резервуары обеспечивают 142 кубических миль хранения, почти 90% из которых встречается в 600 крупнейших водоемах. Кроме того, в хранилищах имеется около 50 000 резервуаров площадью от 50 до 5 000 акров-футов. Также подсчитано, что в Соединенных Штатах насчитывается около 2 миллионов фермерских прудов. Большинство крупных водохранилищ в стране находятся в государственной собственности. Бюро по управлению земельными ресурсами управляет большинством федеральных плотин (более 750), но большинство из них — небольшие плотины. Более крупные водохранилища находятся в ведении Инженерного корпуса армии США, Бюро мелиорации и Управления долины Теннесси. Корпус построил и эксплуатирует почти 600 плотин и водохранилищ, Бюро мелиорации управляет почти 300 плотинами и водохранилищами, а TVA имеет более 50 плотин и водохранилищ. Другие федеральные агентства, которые управляют небольшими плотинами, включают Лесную службу США (около 400 человек), Бюро по делам индейцев (более 300 человек), Службу национальных парков (более 260 человек), Службу рыболовства и дикой природы США (более 175 человек) и Министерство энергетики (около 175 человек). 30 плотин.

ВОДА В ШТАТЕ ОРЕГОН

Орегон разделен на две отдельные зоны осадков Каскадным хребтом. Годовое количество осадков к западу от Каскадных гор колеблется от 40 до 140 дюймов. К востоку от каскадов количество осадков колеблется от 10 до 20 дюймов в год. Среднее годовое количество осадков для всего штата составляет 28 дюймов. Среднегодовой сток составляет около 20 дюймов. В штате есть сеть рек и ручьев протяженностью 112 000 миль для размещения годового стока. В Орегоне нанесено на карту более 365 водопадов, которые относятся к каскадным и катарактным категориям водопадов. Каскадные водопады имеют небольшие объемы воды с перпендикулярным движением текущей воды, часто связанным с последовательностью стадий. Водопады категории катаракты имеют большие объемы воды, движущиеся перпендикулярно. В штате обнаружено более 120 геотермальных горячих источников с температурой воды на 15 градусов по Фаренгейту выше среднегодовой температуры воздуха. Общий запас подземных вод в Орегоне не подсчитывался.

Годовой объем запасов поверхностных вод штата Орегон оценивается в более чем 66 миллионов акров-футов (19,5 кубических миль). Различия в сезонном и географическом распределении водных ресурсов по всему штату приводят к ежегодной нехватке воды во многих районах штата, особенно в восточном Орегоне. Использование естественного стока поверхностных вод, поверхностного хранения в водохранилищах и запасов подземных вод из водоносных горизонтов используется для обеспечения круглогодичных потребностей.

Главной рекой, влияющей на Орегон, является река Колумбия длиной 1243 мили. Он образует большую часть северной границы Орегона со штатом Вашингтон. Река Снейк, один из главных притоков Колумбии, образует большую часть восточной границы Орегона с Айдахо и является местом расположения 7,9Каньон Ада глубиной 00 футов. Река Колумбия берет начало в соседних штатах Вашингтон, Айдахо и Монтана, а также в Канаде. Среднегодовой расход составляет 265 000 кубических футов в секунду. Этот объем составляет 0,15 кубических миль в день.

Другие крупные водоразделы в штате Орегон можно разделить на 20 дополнительных бассейнов. К ним относятся:

 Дренажи северного побережья Malheur
        Уилламетт Оуихи
        Озеро Сэнди Малер*
        Дешут Кламат
        Джон Дэй Четко
        Уматилла Разбойник
        Дренаж южного побережья Grande Ronde
        Порошок Ампкуа
        Дренажи Змеи Среднего Берега

В Тихий океан впадают семь водоразделов. Два бассейна (*) являются закрытыми бассейнами и не сбрасывают воду в океан или в приемные водотоки. Одиннадцать внутренних бассейнов, которые впадают в принимающие потоки.

Орегон изобилует более чем 6000 естественных озер, прудов, болот, топей и водохранилищ. Более 1400 из них названы озерами. Их общая площадь составляет 500 000 акров (781 квадратная миля). Сотни озер безымянные. Есть 13 Затерянных озер, 11 Голубых озер, 10 Чистых озер и 10 Рыбных озер. Они варьируются по площади поверхности от максимум

акров (141 квадратная миля) на озере Верхний Кламат до прудов для крупного рогатого скота, фермерских прудов и мельничных прудов площадью менее одного акра. Кратер-Лейк — самое глубокое озеро в США. Его глубина составляет 1932 фута, мощность составляет 14 миллионов акров-футов (4,14 кубических миль), а площадь поверхности — 13 139 акров (20,5 квадратных миль). После проливных дождей и стока в 1984 году озера Малер и Харни на юго-востоке Орегона были объединены на несколько лет. Озеро Малер и озеро Харни снова являются отдельными озерами, но соединены как часть системы водно-болотных угодий с закрытым бассейном, при этом озеро Малер составляет около

акров. Комплекс Malheur Lake до сих пор считается крупнейшим естественным водоемом в Орегоне. Комплекс озера и водно-болотных угодий площадью 180 000 акров (281 квадратная миля), расположенный в закрытом бассейне, образует крупнейшее пресноводное болото на западе Соединенных Штатов. Другие крупные озера в Орегоне включают озера Уолдо, Оделл и Валлова. Более половины озер в штате представляют собой вулканические или ледниковые впадины, расположенные на возвышенностях между вершинами Каскадного хребта. Почти 100 естественных озер сгруппированы в горах Валлоуа на северо-востоке Орегона. Многие другие озера расположены между песчаными дюнами недалеко от берега Орегона. Многие из естественных озер по всему штату имеют водорегулирующие сооружения, построенные на их выходе, чтобы улучшить хранение в озерах и контролировать выпуск накопленной воды для орошения вниз по течению.

В штате Орегон имеется более 60 водохранилищ емкостью более 5000 акров футов каждое. Самым большим водохранилищем в штате является озеро Овайхи Бюро мелиорации на юго-востоке Орегона с объемом хранения более 1 миллиона акров футов (0,3 кубических мили). Большинство водохранилищ в Орегоне были построены, по крайней мере частично, для хранения поливной воды. Есть сотни небольших водохранилищ, построенных местными ирригационными компаниями. К более редким типам водоемов специального назначения относятся рекреационные водоемы, водоемы для рыбы и диких животных, а также водоемы для улучшения качества воды.

Резервуары, как правило, характеризуются своим проектным назначением. Водохранилища отличаются большими объемами хранения, способными обеспечить ожидаемый годовой запас воды и способными пережить большинство засух. Оросительные водоемы имеют большие накопительные бассейны с максимальным накопительным фондом в начале вегетационного периода и минимальным в межвегетационный период. Водохранилища для защиты от паводков имеют небольшие постоянные бассейны с большой емкостью для снижения уровня воды ниже по течению в ключевых точках рек. Еще одна характеристика водохранилищ для защиты от паводков заключается в том, что они, как правило, спускаются как можно быстрее после сильного стока, чтобы восстановить свои накопительные способности. Водохранилище гидроэлектростанции характеризуется накопительными и выпускными свойствами, которые удовлетворяют региональные потребности в энергии, особенно зимой или летом. Водохранилища перерегулирования строятся под плотинами гидроэлектростанций, чтобы стабилизировать сток воды в реках, чтобы уменьшить колебания стока между суточными периодами выработки электроэнергии. Водохранилища верховья для судоходства имеют большие водохранилища в начале засушливого сезона, и они выпускают достаточно воды для обеспечения сезонного судоходства. Однако водохранилища с плотинами и шлюзами поддерживают судоходство по воде, создавая слегка измененные бассейны, простирающиеся вверх по течению на значительном расстоянии от русловых проектов.

Водохранилища Инженерного корпуса армии США представляют собой многоцелевые водохранилища, отвечающие нескольким типам потребностей в водных ресурсах, таких как борьба с наводнениями, производство гидроэлектроэнергии, судоходство, ирригация, муниципальное и промышленное водоснабжение, качество воды, рыболовство и отдых. Инженерный корпус Портлендского округа построил и эксплуатирует три русловых водохранилища на главном стволе нижнего течения реки Колумбия, плотины Бонневиль, Даллес и Джон Дей, которые отвечают требованиям судоходства, гидроэнергетики, ирригации, рыболовства, качества воды. и потребности в отдыхе. Портлендский округ также построил и эксплуатирует 13 многоцелевых водохранилищ общей вместимостью 2 308 020 акров-футов воды в максимально сохраняемом бассейне (0,68 кубических миль) в бассейне реки Уилламетт. В районе также хранится 547,191 акр-фут воды (0,16 куб. мили) в максимальных бассейнах двух проектов бассейна реки Роуг. Кроме того, плотина Джона Дей на реке Колумбия имеет 534 000 акров футов (0,16 кубических миль) полезного хранилища. Плотина Уиллоу-Крик в Портлендском округе, расположенная на северо-центральном притоке Орегона к реке Колумбия, хранит 6 249 акров-футов (0,002 кубических мили) при нормальном уровне летнего водохранилища. Таким образом, общий объем воды, хранящейся в водохранилищах Портлендского округа, эквивалентен более чем 75 процентам единого суточного стока воды из рек США в океаны.

Related Posts

Leave A Comment