Привет студент

ФИЗИКА РАННЕЙ ВСЕЛЕННОЙ

За последние несколько лет между двумя: областями науки — физикой частиц высокйх энергий и космологией — отмечалось довольно тесное взаимодействие, которому в значительной степени способствовало открытие фонового микроволнового излучения, позволившее предположить, что Вселенная когда-то была весьма плотной и очень горячей и что она возникла при «большом взрыве». Одним из очень важных следствий такого взаимодействия явилась постановка проблемы — симметрична ли Вселенная относительно вещества и антивещества или несимметрична и обладает ли избытком одного или другого. Такое различие могло оказывать важное влияние на поведение Вселенной на очень ранней стадии ее развития, а в некоторых отношениях может иметь значение и в настоящее время, если допустить возможность проверки степени симметричности Вселенной. Сначала рассмотрим поведение несимметричной Вселенной, предполагая, что все видимые в пространстве галактики состоят из обычного вещества.

Рассмотрение начнем с момента, когда возраст Вселенной составлял приблизительно 10^-43 сек. Характерный размер Вселенной, так называемый радиус Хэббла, выражается равенством r=сt, т. е. возрастом Вселенной, умноженным на скорость света. Это расстояние равно всего лишь 3*10^-33 см для t=10^-43 сек, что намного меньше характерного радиуса любой из элементарных частиц, с которыми мы имеем дело во Вселенной сегодня, так называемого комптоновского радиуса; величина его обратно пропорциональна массе частицы. Радиусы обычных нейтронов и протонов составляют величину порядка 10^-13 см, поэтому можно было бы сказать, что Вселенная, возраст которой равен 10^-43 сек , еще недостаточно «стара», чтобы содержать в себе обычные нейтроны и протоны.

ПОНЯТИЕ О КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ

 

Коррозией называется разрушение металла под химическим действием окружающей среды.

Металлы встречаются в природе преимущественно в виде соединений с неметаллическими элементами, например, железо — в виде Fe₂О₃ и др., алюминий — А1₂О₃, медь — Cu₂S и т. д.

Для получения металла в чистом виде необходима затрата энергии, так как металлургическими процессами нарушается равновесное состояние между металлом и веществами, с которыми он связан в естественном состоянии.

Полученные в результате металлургических процессов металлы под действием атмосферных условий (газов и влаги) снова стремятся перейти в устойчивые соединения с другими веществами, иначе говоря, корродируют.

В настоящее время коррозия выводит из строя ежегодно около 1 % находящегося в пользовании металла.

СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПЛАВЫ

АНТИФРИКЦИОННЫЕ СПЛАВЫ

Антифрикционными называются сплавы, служащие для изготовления легко сменяемых трущихся машинных частей и способствующие уменьшению трения и износа деталей.

Из антифрикционного сплава изготовляют легко сменяемые по мере износа части (вкладыши, подшипники); материал для этих деталей должен обладать такими качествами, чтобы при износе их соприкасающаяся с ними трудно заменяемая часть машины не истиралась. Это возможно только в том случае, когда трущиеся части сделаны из разного материала, причем материал наиболее ценной детали должен быть тверже материала, из которого сделана легко сменяемая деталь: следовательно, твердость антифрикционного сплава должна быть ниже твердости шейки вала.

С другой стороны, антифрикционный сплав должен также быть и достаточно прочным, чтобы выдерживать действующую на него нагрузку.

ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ

В технике наибольшее самостоятельное значение имеют следующие цветные металлы: медь, никель, алюминий, цинк, свинец и олово.

МЕДЬ

В чистом виде медь имеет розовато-красный цвет, почему и называется красной медью.

Чем чище медь, тем розовее ее цвет и мельче сыпь в изломе; чем больше в ней примесей, тем грубее и темнее излом.

Удельный вес чистой меди равен 8,93, температура плавления 1083°, коэфициент линейного расширения при нагреве от 0 до 100° С—16,80_*10^-6, предел прочности при растяжении 22 кг/мм² и удлинение 35—50%. Чистая медь обладает высокой электро- и теплопроводностью, очень пластична и хорошо поддается обработке давлением как в холодном, так и в нагретом состоянии. Так как расплавленная медь легко растворяет газы, то литейные качества чистой меди невысоки.

Радиотелескопы и оптические телескопы дают нам возможность вести наблюдения лишь весьма ограниченной части Вселенной, поэтому все наши познания в области физики и астрономии распространяются на относительно небольшой объем Вселенной. Отсюда возникает необходимость экстраполировать наши знания к гораздо более крупным временным и пространственным масштабам. При построении гипотезы поведения Вселенной космолог в качестве отправного пункта принимает какой-либо общий физический принцип — так называемый космологический принцип. Следует иметь в виду, что любой такой принцип является чисто предположительным и требует экспериментальной и наблюдательной проверки, как и всякий закон физики. В настоящее время космолог может лишь выбрать такой общий принцип в качестве исходного, принять некоторые границы применимости общей теории относительности, разработать математические следствия из модели Вселенной и проверить, подтверждаются ли экспериментально и наблюдениями предсказанные явления. В основу большинства космологических систем положен принцип, согласно которому в среднем в данное космологическое время любая точка в пространстве ничем не отличается от других точек космического пространства.

ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ

В настоящее время наиболее совершенным материалом для режущего инструмента являются твердые или режущие сплавы. Эти сплавы позволяют применять большие скорости резания, чем быстрорежущая сталь, так как обладают большей твердостью и красностойкостью.

По способу изготовления режущие сплавы разделяют на литые и металлокерамические или спекаемые.

ЛИТЫЕ СПЛАВЫ

В состав литых режущих сплавов входят углерод, хром, никель, марганец, кремний, кобальт, вольфрам и железо; в структурном отношении литые сплавы характеризуются большим количеством карбидов, обладающих высокой твердостью; твердость литых сплавов достигает 60 R_c.

Специальными (или легированными) называются стали, особые свойства которых получаются за счет введения в их состав специальных добавок (легирующих элементов). В качестве таких добавок к простой углеродистой стали употребляют никель, хром, вольфрам, молибден, медь, ванадий, титан, кобальт, алюминий, цирконий и др.; к специальным также относят те стали, в которых содержание Мn или Si превосходит обычное для простых углеродистых сталей.

КЛАССИФИКАЦИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ

Классификация по роду примесей и назначению. В зависимости от рода специальной примеси сталь называется марганцевой, никелевой, хромоникелевой и т. п., а в соответствии с назначением — машиноподелочной (конструкционной), инструментальной и прецизионной; последнее название присваивается сталям, предназначенным для работы в особых условиях, например, для изготовления физических приборов, деталей холодильных машин, для работы при высоких температурах, при резких переменах температур и т. д.

В структуре сплавов, содержащих углерода больше 2% (чугуны), часто можно встретить, кроме зерен феррита и цементита, также и графитовые зерна.

Причиной образования графитовых зерен в сплавах, называемых чугунами, является, однако, не количество содержащегося в чугунах углерода, превосходящее предельное его содержание в твердом растворе с железом, а неустойчивость химического соединения Fe₃C.

При 900—1200° цементит в значительном количестве разлагается на железо и углерод. Таким образом, можно считать систему Fe—С более устойчивой, чем систему Fe—Fe₃C. Неустойчивость при высоких температурах системы Fe—Fe₃C является и причиной трактовки диаграммы состояния сплавов железа с углеродом как диаграммы системы Fe—С, а не Fe—Fe₃C. На диаграмме состояния сплавов железа с углеродом эта большая устойчивость системы железо — графит по сравнению с системой железо — цементит выражается наличием линий, лежащих несколько выше тех, которые характеризуют явления образования или исчезновения цементита.

По назначению углеродистую сталь разделяют на строительную (конструкционную или машиноподелочную) и инструментальную.

Для изготовления деталей строительных конструкций требуется сталь, обладающая хорошей свариваемостью, вязкостью и достаточной прочностью.

Этим требованиям отвечают малоуглеродистые стали (0,1—0,25% С), используемые без термической обработки (котельная, мостовая и тому подобная сталь).

В машиностроении малоуглеродистая сталь широко используется как цементуемая для изготовления деталей, требующих высокой поверхностной твердости при хорошей вязкости (например, поршневые пальцы в двигателях внутреннего сгорания). Эту сталь широко используют также для изделий, получаемых холодной штамповкой. Более широко используют в машиностроении среднеуглеродистые стали (0,3—0,5% С). Обычно эти стали подвергают термической обработке, заключающейся в закалке и последующем высоком отпуске (при температуре около 600°). После подобной термической обработки, называемой улучшением, сталь приобретает повышенную прочность и пластичность, что и требуется для большинства деталей машин, испытывающих большие динамические нагрузки (крепежные изделия, валы, зубчатые колеса и т. п.).

Поверхностная цементация стальных изделий, Поверхностной цементацией называется процесс обогащения поверхности изделия углеродом. Изделия цементуют с целью придания их поверхности большей по сравнению с внутренними слоями твердости.

Цементации подвергают изделия, предназначенные для работы при переменных ударных нагрузках и подвергающиеся истиранию. Имея твердую поверхность при сравнительно мягком и вязком материале внутренних слоев, такие изделия мало истираются и в то же время неломки. Так, например, зубья автомобильных зубчатых колес, изготовленные из мягкого материала, быстро утратили бы необходимую точность очертаний, а изготовленные из закаленной стали могли бы при толчках ломаться; будучи же изготовленными из материала с цементованной поверхностью, они вполне удовлетворяют предъявляемым к ним в работе требованиям.

Толщина цементованного слоя обычно колеблется в пределах от 0,1 до 2,0 мм; большая и меньшая глубина цементации может иметь место лишь в специальных случаях.

Подвергаемые цементации изделия должны быть изготовлены из малоуглеродистого материала (не выше 0,23% С). При большем содержании углерода в исходном материале нельзя будет после закалки цементованного изделия получить мягкой сердцевины.