Состояние элементов

Электроны в атоме, двигаясь в электрическом поле ядра, обладают потенциальной и кинетической энергией. Следовательно, состояние электрона в атоме может быть охарактеризовано полным значением его энергии. Энергия, которой обладает электрон, зависит от расстояния между электроном и ядром. Наиболее устойчивое энергетическое состояние электрона определяется максимальной потенциальной энергией, соответствующей движению электрона возможно близко к ядру; электроны же с большим значением полной энергии расположены дальше от ядра. В нормальном состоянии атома электроны располагаются на ближайших к ядру орбитах и все основные уровни энергии оказываются заполненными ими.

Состояние электрона, соответствующее тому или другому энергетическому уровню, определяется квантовыми числами п, I, /n/, ms, •

Кроме главного квантового числа, состояние электрона в атоме характеризуется еще тремя квантовыми числами: орбитальным, орбитальным магнитным и спиновым магнитным, определяющими соответственно малую ось эллиптической орбиты электрона, ориентацию орбиты в пространстве и собственное вращение электрона вокруг оси, перпендикулярной к плоскости орбиты.

Такая энергетическая структура твердых тел позволяет объяснить физическую сущность разделения их на проводники, диэлектрики и полупроводники. На 1.3 показаны типичные диаграммы энергетических зон для проводника, диэлектрика и полупроводника. У проводников зона проводимости и вона валентных электронов перекрывают друг друга, т. е. запрещенная зона отсутствует и валентные электроны легко переходят в зону проводимости. У диэлектриков ширина запрещенной зоны велика, и, следовательно, для перехода валентных электронов в зону проводимости им нужно сообщить значительную энергию (не менее 3 эВ). Для полупроводников запрещенная зона относительно невелика (примерно 0,5—3 эВ), и под действием внешних факторов (тепло, свет, электрическое поле и т. п.) электроны за счет изменения запаса энергии могут перейти из нормальной зоны в зону проводимости. Электропроводность полупроводников неустойчива и сильно зависит от внешних факторов. Следует помнить, что понятие энергетический уровень или энергетическая зона характеризует только энергетическое состояние электрона, а не геометрическое расположение его в теле.

Атомные (ковалентные) кристаллы. Для уяснения природы ко-валентной связи рассмотрим простейший пример взаимодействия двух атомов водорода ( 1.12, а). Вследствие того, что плотность, электронного облака, описывающего состояние электрона в атоме-очень быстро уменьшается с удалением от ядра, при значительном, расстоянии между атомами обнаружить электрон / у ядра b, a электрон 2 у ядра а мало вероятно. Поэтому атомы А и В можно* рассматривать как изолированные, а энергию системы, состоящей; из двух атомов, принимать равной 2Е0, где Е0 —: энергия изолированного атома.

Таким образом, состояние электрона в водородоподобном атоме определяется тремя квантовыми числами: главным п, характеризующим энергию ?п; орбитальным /, определяющим орбитальный момент количестза движения электрона Ж,; магнитным т{, характеризующим ориентацию !?i относительно избранного направления.

В простейшем случае считают, что потенциал взаимодействия ..валентного электрона с электронной оболочкой является приближенно сферически симметричным и задачу решают как для водородо-подобного атома. Естественно, что такое решение должно содержать много общего с решением задачи о простом атоме водорода. В частности, состояние электрона в атоме характеризуется заданием тех же трех квантовых чисел, что и состояние в атоме водорода. Однако

Если у какой-нибудь системы реализуется несколько различных состояний, в которых она имеет одну и ту же энергию, то о таких состояниях говорят, что они вырождены. Число состояний, отвечающее данному значению энергии, называется кратностью вырождения. Так, состояние электрона в-водородоподобном атоме описывается 4 квантовыми числами: главным п, орбитальным /, магнитным тг и спиновым s. Энергия же электрона зависит лишь от главного квантового числа п. Поэтому имеет место вырождение по /, mi, s. Кратность этого вырождения, как легко подсчитать,

Имеющиеся в полупроводнике свободные электроны и электроны, потерявшие под действием внешних факторов связь со своими ядрами, обусловливают электронную проводимость (п-проводимость) полупроводников. Место, освободившееся от перехода в свободное состояние электрона, называется электронной дыркой. Дырка заполняется электроном соседнего атома, в результате чего образуется новая дырка, которую занимает электрон соседнего атома. Таким образом, дырки как бы перемещаются в направлении, противоположном перемещению электронов, обусловливая дырочную проводимость (р-проводимость) полупроводника.

8 Дырка вакантное состояние электрона в валентной зоне, обусловленное переходом электрона в зону проводимости

где Е - разность энергий начального и конечного состояний электронов; I / > — начальное состояние электрона в валентной зоне с энергией ?,; /> -конечное состояние электрона в зоне проводимости с энергией EJ. Символом d обозначен квантовый оператор дипольного момента. В системах с трансляционной симметрией правило /с-отбора записывается в виде < k'c\d\ kv>dl(5k'/(, где \k > — состояние с волновым вектором k в д-той зоне (ц = v или с соответственно для валентной зоны и зоны проводимости), а малой величиной момента импульса фотона пренебрегают. В этом случае выражение для спектра межзонного

Оперативно-производственная информация представляет собой данные, определяющие состояние элементов производственной системы (отдельных рабочих мест, участков, цехов, складов и др.). Оперативно-производственная информация характеризуется большим разнообразием источников информации, способов ее получения, периодичностью и объемами.

Элементы электроустановок могут находиться в одном из состояний: нормальном (рабочем), ремонтном и резервном. В нормальном режиме установки все элементы находятся в рабочем состоянии. В ремонтном режиме хотя бы один из элементов выведен в плановый ремонт. Резервное состояние элементов характерно для электростанций, работающих в пиковом или полупиковом режимах, когда энергетические блоки отключаются ежедневно при ночных провалах нагрузки в энергосистеме, или работают только в часы утреннего и вечернего максимумов нагрузки, или отключаются в выходные и праздничные дни.

Такая схема, напоминающая схему расчета методом конечных элементов, имеет особенность. Некоторые из элементов схемы, воспроизводящих проводимость воздушного зазора, непостоянны и рассчитаны заранее с помощью сеток методами конечных разностей, конечных элементов или аналитическим путем методами конформных преобразований. В память ЭВМ заложены данные этого расчета в виде аппроксимирующих кривых или таблиц. Зубцы и ярма сердечников разбиваются на ряд элементов, размеры которых без внесения заметной погрешности можно выбрать значительно более крупными, чем в методе конечных разностей или конечных элементов. Нелинейные характеристики этих элементов определяют исходя из зависимостей B—f(H) соответствующих материалов. Так же, как и в других методах, магнитная проницаемость внутри отдельного элемента считается постоянной. Магнитное состояние элементов сердечников задается ориентировочно и уточняется при решении системы получившихся нелинейных уравнений методом Ньютона. Расчетная схема по методу проводимости зубцовых контуров при высокой точности воспроизведения поля, особенно в зоне зазора, имеет относительно невысокий порядок, что дает возможность расчета полей при переходных процессах в электрических машинах с учетом влияния зубчатости сердечников, дискретности структуры обмоток, насыщения, наведенных токов. Уравнения всех контуров записываются без дополнительных координатных преобразований.

Такая схема, напоминающая схему расчета методом конечных элементов, имеет свои особенности. Некоторые из элементов схемы, воспроизводящих проводимость воздушного зазора, непостоянны и рассчитаны заранее с помощью сеток методами конечных разностей, конечных элементов или аналитическим путем методами конформных преобразований. В память ЭВМ заложены данные этого расчета в виде аппроксимирующих кривых или таблиц. Зубцы и ярма сердечников разбиваются на ряд элементов, размеры которых без внесения заметной погрешности можно выбрать значительно более крупными, чем в методе конечных разностей или конечных элементов. Нелинейные характеристики этих элементов определяют, исходя из зависимостей В = /Я) соответствующих материалов. Так же как и в других методах, магнитная проницаемость внутри отдельного элемента считается постоянной. Магнитное состояние элементов сердечников задается ориентировочно и уточняется при решении системы полученных нелинейных уравнений методом Ньютона. Расчетная схема по методу проводимости зубцовых контуров при высокой точности воспроизведения поля, особенно в зоне зазора, имеет относительно невысокий порядок, что дает возможность расчета полей при переходных процессах в электрических машинах с учетом влияния зубчатости сердечников, дискретности структуры обмоток, насыщения и наведенных токов. Уравнения всех контуров записываются без дополнительных координатных преобразований.

Обычно проводники, аппараты, трансформаторы и электрические машины работают при переменной нагрузке, определяемой режимом работы электрической системы и отдельных ее потребителей. При изменении нагрузки меняется тепловое состояние элементов энергосистемы, их температура. Характер и скорость изменения температуры при переменной нагрузке учитываются при определении нагрузочной способности элементов энергосистем.

В математическом обеспечении II уровня предусматривается уточненный расчет параметров намагничивающих контуров и взаимных индуктивностей. Так как магнитное состояние элементов магнитопровода определяется совокупностью МДС всех токов машины, указанные выше параметры определяются в итерационном процессе, включающем в себя расчет магнитной цепи, расчет токов (в некоторой задаваемой точке механической характеристики) и пересчет магнитных сопротивлений по уточненным значениям магнитной проницаемости. Укрупненный алгоритм итерационного процесса содержит следующие шаги:

ственно этому нагрев активных элементов ЭМММ. Магнитное состояние элементов магнитопровода при заданном напряжении сети определяется геометрическими размерами участков магнитной цепи, электрическими параметрами обмоток, частотой вращения ротора, а также схемой включения машины в сеть.

Стадия восстановления исходного состояния. После обратного переключения состояние элементов 34 и Э2 соответствует исходному. Отличие от исходного состояния заключается в значении напряжения на конденсаторе С. При отсутствии диода Д разряд конденсатора протекал бы через резистор R и выходное сопротивление каскада на элементе 34. При этом на резисторе R выделялось бы значительное напряжение отрицательной полярности, что для ТТЛ-элементов и И—НЕ недопустимо (см. § 4.9). Диод Д ограничивает отрицательное напряжение на входе 52, фиксирует напряжение ывх2(0 на уровне —еоп, где еоя — напряжение отсечки в. а. х. диода Д. Конденсатор С разряжается выходным втекающим током элемента Э4, протекающим через резистор г, конденсатор С и диод Д. Постоянная времени цепи разряда 62 = C(Ri0 + гпр) = С(гВЫ1 0 +

Обычно проводники, аппараты, трансформаторы и электрические машины работают при неравномерной нагрузке, определяемой режимом работы электрической системы и отдельных ее потребителей. При изменении нагрузки меняется тепловое состояние элементов энергосистемы, их температура. Характер и скорость изменения температуры при неравномерной нагрузке учитываются при определении нагрузочной способности элементов энергосистем.

Рассмотрим работу вольтметра, построенного по схеме с цифровым счетчиком ( 5.3,6). Тактовые импульсы поступают на цифровой счетчик через управляющее устройство, определяющее порядок заполнения ячеек. Счетчик изменяет состояние элементов преобразователя кода и компенсирующее напряжение. Измеряемое напряжение, поступающее на устройство сравнения, сравнивается с компенсирующим напряжением. В зависимости от знака этой разности на выходе устройства сравнения управляющее устройство либо продолжает пропускать тактовые импульсы на счетчик, либо нет. Значение измеряемого напряжения отсчитывают, когда UxttUK. Затем управляющее устройство начинает новый цикл измерений: на нуль сбрасывается показание счетчика, в исходное состояние приводится компенсирующее напряжение, на счетчик начинают поступать счетные импульсы.

В режиме следящего уравновешивания измерение проводится непрерывно, после достижения компенсации состояние элементов схемы не изменяется, если неизменной остается измеряемая величина. При изменении измеряемой величины соответственно изменяется компенсирующее напряжение. Для реализации такого режима в рамках структурной схемы, показанной на 5.3,6, цифровой счетчик должен быть реверсивным и иметь два входа: суммирующий и вычитающий. Управляющее устройство должно направлять счетные импульсы на суммирующий вход, если измеряемое напряжение больше компенсирующего, и на вычитающий, если измеряемое напряжение меньше компенсирующего. Компенсирующее напряжение будет изменяться, пока не наступит равенство, после чего отсчетное устройство высвечивает значение компенсирующего напряжения. Пока измеряемое напряжение неизменно, счетные импульсы не попадают на счетчик. Режим следящего уравновешивания обеспечивает большее быстродействие.