Mašinos

Elektrocheminėse reakcijose elektros energiją galima paversti chemine ir atvirkščiai. Šios reakcijos panaudojamos gaminant baterijas ir akumuliatorius, kurie dažnai naudojami kaip mobilūs elektros srovės šaltiniai.

Elektros energiją galima sukaupti elektrinio krūvio formoje. Elektros krūvius kaupia kondensatoriai, baterijos ir akumuliatoriai. Baterijose pavieniai cheminiai srovės šaltiniai sujungiami kartu. Kondensatoriuose elektros krūvis kaupiamas tarp izoliatoriumi atskirtų laidininko plokštelių, o akumuliatoriuose ir baterijose elektrai kaupti naudojamos įvairios cheminės reakcijos. Pavieniuose cheminiuose elektros srovės šaltiniuose elektros srovę galima gauti tol, kol visiškai sureaguoja aktyviosios medžiagos. Akumuliatorius galima pakartotinai įkrauti prijungus išorinį elektros srovės šaltinį, nes akumuliatoriuje vykstančios cheminės reakcijos yra apgręžiamos, t.y. vykdamos viena kryptimi generuoja elektros krūvį, o tekant elektros srovei iš išorinio šaltinio, cheminės reakcijos vyksta atvirkščia kryptimi. Toks srovės šaltinis gali tarnauti daug ciklų.

Kondensatoriai

Tai įrenginys, kuriame sukaupiamas elektros krūvis. Krūvis kaupiasi tarp dviejų tarpusavyje izoliuotų laidininko plokštelių. Vienoje plokštelėje kaupiasi teigiami krūviai, kitoje – neigiami, tad tarp plokštelių atsiranda potencialų skirtumas, kitaip – įtampa. Kuo didesnė įtampa, tuo daugiau krūvio sukaupia kondensatorius. Kondensatoriaus gebėjimas kaupti krūvį vadinamas elektrine talpa. Kondensatoriai elektrinėse grandinėse dažnai naudojami elektros srovės pulsacijoms švelninti.

Baterijos

Pirmasis mokslininkas, pastebėjęs, kad cheminės reakcijos metu ant elektrodų gali kauptis elektros krūviai, buvo   italas Alesandras Voltas (1745-1827). 1800 m. jis pagamino vėliau jo vardu pavadintą įrenginį – stulpelį iš pakaitomis sudėtų cinkinių ir varinių diskelių, tarp kurių paklojo rūgštimi sumirkytą audinį. Dėl vykstančios cheminės reakcijos stulpelio galuose atsirasdavo elektros įtampa. Reakcija tokioje baterijoje vyksta dviem etapais. Prie vieno elektrodo, vadinamo anodu, reakcijos metu susikaupia iš cheminių junginių atplėšti elektronai. Likusi junginio dalis, dėl elektronų trūkumo virtusi teigiamai įelektrintu jonu, kitoje reakcijos dalyje nukeliauja į kitą elektrodą – katodą. Reakcija vyksta cheminiame tirpale, vadinamame elektrolitu, o elektrodais gali būti įvairūs metalai, jų druskos arba grafitas. Voltos elemente variniai diskai veikia katodais, cinkiniai – anodais. Elektrolitas čia – atskiesta rūgštis.

Kiekviename automobilyje naudojami akumuliatoriai, kuriuos galima įkrauti. Akumuliatoriuje viename korpuse sumontuoti keli, paprastai šeši, pavieniai cheminiai elementai, kuriuose švino plokštelės mirksta sieros rūgšties elektrolite. Kitas elektrodas pagamintas iš švino druskų. Nedidelė dinamo mašina veikiant vidaus degimo varikliui papildomai krauna akumuliatorių, kai tik to reikia.

Įprastinis cinko ir anglies sausasis elementas.

Cinkinėje stiklinėje įkištas grafitinis elektrodas, o erdvė aplink užpildoma amonio ir cinko chlorido pasta. Tarp pastos, cinko ir anglies vyksta cheminės reakcijos, dėl kurių atsiskiria elektriniai krūviai ir pasiskirsto tarp elektrodų.

Šis nedidukas diskinis cinko- gyvsidabrio oksido akumuliatorius mažas ir talpus. Jais maitina rankinius laikrodžius, kalkuliatorius ir skaitmenines kameras.

Pirminiai elektros srovės elementai

Labiausiai paplitę vadinamieji sausieji elementai, kuriuose vienas elektrodas iš grafito, o kitas – iš cinko. 1860 metais jį sugalvojo prancūzas inžinierius Zoržas Leklanšė (Georgės Leclanche, 1839-1882).Tokie elementai ir šiandien naudojami nešiojamuosiuose radijo imtuvuose, mechaniniuose žaisluose ir kišeniniuose žibintuvėliuose.

Paprastai sausieji elementai turi plieninį korpusą, kurio viduje yra cinkinė stildinaitė. Cinkas veikia anodu. Katodas – tai centre išdėstytas grafitinis strypelis. Erdvė tarp anodo ir katodo užpildoma pasta iš cinko ir aliuminio chloridų. Toks elementas pakartotinai neįkraunamas.

Kitas elementų tipas – alkalininiai srovės elementai. Iš esmės tai cinko ir anglies elemento patobulintas variantas, netgi tų pačių matmenų ir išvaizdos, tačiau veikia apie 6 kartus ilgiau. Taip yra todėl, kad alkalininiame elemente geriau išnaudojami elektrolite esantys chemikalai.

Sudėtiniai elementai

Kad ir kaip pailgintume pirminio cheminio elektros srovės šaltinio veikimo trukmę, antrą sykį jo naudoti negalima, nebent kaip perdirbimo žaliavą. Bandydami tokį elementą įkrauti, galime net sukelti sprogimą. Tačiau yra sukurti ir vadinamieji antriniai elementai, kuriuos galima iškrauti ir vėl įkrauti daug kartų. Tokius elementus įkrauna tokia elektros srove, kokią jie vidutiniškai gali tiekti. Krovimas trunka kelias valandas. Didesni antriniai elementai vadinami akumuliatoriais.

Labiausiai žinomi švino rūgštiniai akumuliatoriai, nes jie naudojami automobilių elektros sistemoms maitinti. Užvedamas variklis eikvoja akumuliatoriuje sukauptą elektros energiją, o jau veikiantis variklis suka ne tik ratus, bet ir nedidelį elektros generatorių, kuris vėl įkrauna akumuliatorių.

Kitokio tipo akumuliatoriai yra nikelio ir kadmio. Jie per savo gyvavimo laiką pakenčia 500-900 įkrovimo ciklų, tačiau negalima jų krauti dar ne visai išsieikvojusių, nes tada mažėja akumuliatoriaus talpa. Tokie akumuliatoriai lengvi, tad naudojami buitiniuose portatyviuose prietaisuose.

Baterijų tobulinimai

Mokslininkai stengiasi sukurti vis naujų cheminių elektros srovės šaltinių, kurie būtų talpesni, lengvesni ir ilgiau tarnautų. Dabar stengiamasi pagaminti akumuliatorių, kurį vietoje vidaus degimo variklio būtų galima naudoti automobilyje. Nors tokių akumuliatorių pagaminama jau dabar, bet jais automobilis tegali važiuoti apie 60-70 km, jie sunkūs ir labai brangūs, tad netinka masiškai naudoti automobilyje.

Automatizacija – būdai pasiekti norimą tikslą mašinomis, nedalyvaujant žmogui. Mašinos – automatai veikia pagal iš anksto numatytas programas. Automatinės mašinos atlieka tam tikrus vienodai pasikartojančius darbus beveik neprižiūrint žmogui. Jomis atliekamos smulkių operaciją sekos pagal kompiuterio teikiamą instrukciją. Šiuolaikiniame gyvenime daug kas priklauso nuo automatu. Automatiniai kasos aparatai atpažįsta prekes pagal brūkšninį kodą ir jas registruoja, įvertindamos pinigų ir prekių kiekio kitimą. Transporto srautus reguliuoja automatiniai šviesoforai, centrinio šildymo temperatūra automatiškai keičiama pakitus lauko temperatūrai, o pastovų lėktuvo kursą ir aukštį palaiko autopilotas. Tai tik keli automatų pavyzdžiai.

Žingsniai link automatizacijos

Pirmą sykį šis terminas panaudotas 1946 metais, kai jau egzistavo telefonai automatai ir kitokia automatinė įranga. Iš tiesų, bent prieš du šimtmečius jau buvo žengti pirmieji automatizacijos žingsniai.

Iš pradžių stengtasi mechanizuoti tuos darbus, kuriuos anksčiau turėdavo atlikti žmonės. Pirmiausiai mechanizacija panaudota tekstilėje – mezgant, audžiant ir verpiant. Tai buvo XVIII a. pabaigoje. Mašinos nebuvo tobulos, tad žmogui tekdavo dalyvauti daugelyje darbo etapų. Vėliau išmokta mašinas programuoti taip, kad jos atliktų tam tikras veiksmų sekas.

1793 m. išrasta ranka sukama medvilnės valymo mašina išpešiodavo iš vatos sėklas, kurias ligi tol tekdavo išrankioti rankomis.  Pirmąją programuojamą mašiną 1801 metais sukūrė prancūzų išradėjas Džozefas Marija Zakardas (Joseph Marie Jacąuard; 1752—1834). Jo staklėse perforuotomis kortomis būdavo valdomas audimas, sukuriami skirtingos faktūros audiniai. Dar ir dabar tokios audimo staklės vadinamos žakardinėmis. Žinoma, seniau naudotuose įrenginiuose taip pat buvo tam tikrų programuojamų įrengimų, pavyzdžiui, laikrodžiuose naudoti besisukantys būgnai su tam tikra sistema išdėstytais kumšteliais, užgaunančiais varpelius melodijai sugroti. Tačiau tai nebuvo įrenginiai, skirti produkcijos gamybai.

Mechanizacijos vystymasis buvo susijęs su naujų energijos šaltinių atsiradimu. Seniausias mašinas sukdavo vandens ratai ir garo mašinos, o diržinėmis pavaromis judesys būdavo perduodamas per velenus ir skriemulius. Vėliau atsirado elektros varikliai, kurie daug geriau tinka mechanizmams varyti.

Per visą dvidešimtąjį amžių automatizaciją labiausiai skatino auganti automobilių pramonė. Pirmasis automobilis, 1913 metais surinktas ant konvejerio, buvo garsusis FORD-T nuo 1908 iki 1927 m. jų buvo pagaminta bent penkiolika milijonų. Mechanikai dirbdavo prie slenkančio konvejerio su surenkamais automobiliais ir atlikdavo vis tas pačias operacijas prie vis naujų automobilių. Taip buvo labai atpiginti automobiliai, nes išaugo darbo efektyvumas. Vėliau taip pradėta elgtis ir kitose pramonės šakose.

Automatizacija ir robotai

Pirmasis gamykloje panaudotas robotas gimė 1961 m. ir nuo to laiko robotai vis plačiau naudojami.

Robotai labai naudingi ten, kur reikia atlikti vis tuos pačius labai tikslius judesius. Juos galima perprogramuoti, pritaikant vis kitoms reikmėms. Kartais robotai net gali leistis žmogaus „išmokomi”: tam tikrame režime žmogus manipuliuoja robotu, o jame įrengtas kompiuteris įvertina judesius elektroniniais signalais ir juos įsimena. Robotai taip pat praneša centriniam kompiuteriui duomenis apie savo pačių būklę.