Calatoria in Timp

Calatoria in trecut sau in viitor considerata mult timp o tema de science fiction, este acum un subiect de serioase cercetari. Calatoria in timp a fost facuta ,teoretic posibila odata cu teoria relativitatii a lui Einstein.Aceasta se bazeaza pe faptul ca spatiul si timpul nu sunt doua entitati distincte ci se unesc pentru a forma o a patra dimensiune :spatiu-timp.In aceasta dimensiune orice corp calatoreste cu o viteza constanta, viteza lumini.
Daca un corp nu calatoreste in spatiu, atunci toata viteza sa (viteza luminii) este folosita pentru a calatorii prin timp. Astfel, un corp in repaus “inbatraneste “ cu viteza luminii.
Dar, daca acest corp calatoreste si in spatiu, atunci viteza sa se va descompune pe cele doua axe, viteza de trecere a timpului, fiind redusa. 
Iar daca un corp se deplaseaza prin spatiu cu viteza luminii atunci viteza pe axa timpului acelui corp va fi 0.




Cilindri masivi rotitori

Prima masina teoretica ar consta intr-un corp extrem de dens ce se roteste extrem de repede. Puternica atractie gravitationala ar “tari “ spatiul si timpul in jurul sau in timp ce se roteste.Acest obiect va distorsiona geometria spatiului si trecerea timpului in jurul sau.O nava spatiala ar putea sa treaca prin apropierea acestui corp pe o traiectorie aparent normala pentru echipaj si pentru aparatele de la bord dar ar iesi de partea cealalta in alt timp si, eventual in alt spatiu.
Obiectul necesar acestui efect ar fi echivalentul a 10 stele neutron, fiecare avand aceiasi masa ca Soarele intr-un volum nu mai mare decat al muntelui Everest, unit de la pol la pol de un cilindru si rotindu-se de doua mii de ori pe secunda. Nu se cunoaste nici un astfel de obiect dar nu este clar nici daca ar putea sa existe ,gravitatia strivindu-l pana ar lua forma unei sfere si apoi s-ar transforama intr-o gaura neagra. Dar pulsarii milisecondici, care sunt stele neutron ce se rotesc de sapte sute de ori pe secunda ajung intrigant de aproape de conditiile necesare. 
Acest corp ar putea functiona ca o masina a timpului datorita conceptiei lui Einstein, care spre deosebire de Newton nu considera ca planetele sau alte corpuri interactioneaza intre ele prin forte gravitationale, pentru ca in conformitate cu legile lui Newton aceste interactiuni s-ar produce instantaneu ,dar nici o forma de radiatie sau influenta nu se propaga cu o viteza mai mare decat cea a luminii. Astfel Einstein, a afirmat ca aceste corpuri nu interactionaza ,ele miscandu-se liber,traiectoriile lor fiind determinate de curburile, modificarile in spatiu-timp cauzate de materia existenta.
Astfel, un asemenea corp ar putea genera o forta asa de mare incat sa modifice in mod radical geometria spatiului din jurul sau si, in acelasi timp si timpul. Un eveniment similar se intalneste in apropierea gaurilor negre, corpuri cu o gravitatie extrem de mare si in apropierea carora timpul se dilata, ajungand chiar sa se opreasca.




Gaurile de vierme


A doua abordare a calatoriei in timp impica gaurile negre. Ecuatia relativitatii sugereaza ca o pereche de gauri negre ar putea fi “legate” intre ele de tuneluri ce fac o scurtatura prin timp si spatiu. Aceste tuneluri se numesc “gauri de vierme”. Cele doua gauri negre (gurile tunelului) pot fi oriunde in timp si spatiu si sa fie oricum conectate prin tuneluri. Astfel o gura poate fi in prezent iar cealalta este in acelasi loc acum o mie de ani. De acea un obiect ar putea intra in prezent si ar putea iesii acum o mie de ani.
O problema (in afara de faptul ca e greu de fabricat sau de gasit gauri de vierme) este faptul ca gravitatia are tendinta sa “inchida” aceste gauri de vierme (ca si gura unui tunel ce colapseaza). Ar fi totusi posibil sa se mentina gaura deschisa introducand in ea materie din exterior, materie ce se presupune ca ar exista dar nu a fost inca descoperita (materie neagra). Gaurile negre exista cu certitudine ,variind de la obiecte in galaxia noastra (Calea Lactee) cu mase doar de cateva ori mai mari ca a Soarelui pana la obiecte cu mase de milionane de ori mai mari decat a Soarelui in centrele galaxiilor si in quasare.
Chiar daca aceste speculatii nu furnizeaza metode practice de construire a masinilor timpului, fizicienii continua studiul lor deoarece exista posibilitatea ca tot universul sa fie brazdat de gauri de vierme microscopice cu “gurile “ mai mici ca un proton. Astfel de gauri de vierme ar putea explica de ce legile fizicii sunt aceleasi oriunde in univers, de ce, de exemplu ,un electron pe Pamant are aceiasi sarcina si masa ca unul aflat intr-o galaxie indepartata. S-au facut serioase speculatii cum ca prin aceste mici gauri de vierme se “scurge” informatie ce mentine legile fizicii constante dintr-un punct in altul si dintr-un timp in altul.




Materia neagra


Materia neagra este o materie nelumioasa ce nu poate detectata prin observarea a nici unei forme de radiatie electromagnetica, dar a carei existenta ,distribuita dealungul universului este sugerata de cateva consideratii teoretice.
Trei teorii ar sugera existenta materiei negre. Galaxiile din apropierea Caii Lactee par sa se roteasca mai repede decat ar fi de asteptat considerand cantitatea de materie vizibila din aceste galaxii. Multi astronomi cred ca 90% din materia unei galaxii obisnuite este invizibila.
A doua consideratie teoretica este existenta roiurilor de galaxii. Multe galaxii sunt grupate in astfel de roiuri. Astronomii afirma ca daca se accepta niste conceptii rezonabile (ca aceste roiuri sunt “legate“ intre ele prin gravitatie si ca aceste roiuri s-au format acum cateva miliarde de ani in urma) ,atunci rezulta ca aproximativ 90% din masa acestora este materie neagra datorita faptului ca ,in mod contrar, aceste roiuri nu ar avea destula masa pentru a le tine apropiate si aceste galaxii s-ar fi indepartat pana acum.
Al treilea considerent, si cel mai controversat, sustine existenta materiei negre pe baza modelului expansiunii universale. Conform acestei idei ,universul a trecut printr-o perioada de expansiune extrem de rapida intr-un timp extrem de scurt. Daca modelul Big Bang-ului este corect, constanta expansiunii universale (W) ar trebuii sa aiba valoarea apropiata de 1, insemnand ca masa totala a universului ar trebui sa fie de aproximativ 100 de ori mai mare ca cea vizibila.
Exista mai multi “candidati” pentru materia neagra. Acestia includ pitici negrii, nedetectati (obiecte, semanand cu stele dar ce sunt mult mai slabe din punct de vedere luminos decat stelele si pe care nu au loc reactii nucleare), gaurile negre ,si particule subatomice a caror proprietati exclud detectarea lor dupa radiatii electromagnetice.

Motoare Electrice

Un motor electric (sau electromotor) este un dispozitiv electromecanic ce transformă energia electrică în energie mecanică. Transformarea în sens invers, a energiei mecanice în energie electrică, este realizată de un generator electric. Nu există diferenţe de principiu semnificative între cele două tipuri de maşini electrice, acelaşi dispozitiv putând îndeplini ambele roluri în situaţii diferite.
Majoritatea motoarelor electrice funcţionează pe baza forţelor electromagnetice ce acţionează asupra unui conductor parcurs de curent electric aflat în câmp magnetic. Există însă şi motoare electrostatice construite pe baza forţei Coulomb şi motoare piezoelectrice.

 Utilizare

Fiind construite într-o gamă extinsă de puteri, motoarele electrice sunt folosite la foarte multe aplicaţii: de la motoare pentru componente electronice (hard disc, imprimantă) până laacţionări electrice de puteri foarte mari (pompe, locomotive, macarale).

 Clasificare

Motoarele electrice pot fi clasificate după tipul curentului electric ce le parcurge: motoare de curent continuu şi motoare de curent alternativ. În funcţie de numărul fazelor curentului cu care funcţionează, motoarele electrice pot fi motoare monofazate sau motoare polifazate (cu mai multe faze).

 Motoare de curent continuu

Funcţionează cu curent ce nu-şi schimbă sensul, curent continuu. În funcţie de tipul de excitaţie se împart în trei categorii:

 Motoare derivaţie

 Motoare serie

 Motoare mixte

 Motoare de curent alternativ

 Motoare asincrone

 Motoare cu inele de contact ( rotorul bobinat)

 Motoare cu rotorul în scurtcircuit

 Motoare de tipuri speciale

 Motoare cu bare înalte

 Motoare cu dublă colivie Dolivo-Dobrovolski

 Motoare sincrone

 Elemente constructive

Indiferent de tipul motorului, acesta este construit din două părţi componente: stator şi rotor.Statorul este partea fixă a motorului, în general exterioară, ce include carcasa, bornele de alimentare, armătura feromagnetică statorică şi înfăşurarea statorică. Rotorul este partea mobilă a motorului, plasată de obicei în interior. Este format dintr-un ax şi o armătură rotorică ce susţine înfăşurarea rotorică. Între stator şi rotor există o porţiune de aer numită întrefier ce permite mişcarea rotorului faţă de stator. Grosimea întrefierului este un indicator important al performanţelor motorului.

 Motorul de curent continuu

Motorul de curent continuu a fost inventat în 1873 de Zénobe Gramme prin conectarea unui generator de curent continuu la un generator asemănător. Astfel, a putut observa că maşina se roteşte, realizând conversia energiei electrice absorbite de la generator.
Motorul de curent continuu are pe stator polii magnetici şi bobinele polare concentrate care creează câmpul magnetic de excitaţie. Pe axul motorului este situat un colector ce schimbă sensul curentului prin înfăşurarea rotorică astfel încât câmpul magnetic de excitaţie să exercite în permanenţă o forţă faţă de rotor.
În funcţie de modul de conectare a înfăşurării de excitaţie motoarele de curent continuu pot fi clasificate în:

• motor cu excitaţie independentă – unde înfăşurarea statorică şi înfăşurarea rotorică sunt conectate la două surse separate de tensiune
• motor cu excitaţie paralelă – unde înfăşurarea statorică şi înfăşurarea rotorică sunt legate în paralel la aceaşi sursă de tensiune
• motor cu excitaţie serie – unde înfăşurarea statorică şi înfăşurarea rotorică sunt legate în serie
• motor cu excitaţie mixtă – unde înfăşurarea statorică este divizată în două înfăşurări, una conectată în paralel şi una conectată în serie.

Înfăşurarea rotorică parcursă de curent va avea una sau mai multe perechi de poli magnetici echivalenţi. Rotorul se deplasează în câmpul magnetic de excitaţie până când polii rotorici se aliniază în dreptul polilor statorici opuşi. În acelaşi moment, colectorul schimbă sensul curenţilor rotorici astfel încât polaritatea rotorului se inversează şi rotorul va continua deplasarea până la următoarea aliniere a polilor magnetici.
Pentru acţionări electrice de puteri mici şi medii, sau pentru acţionări ce nu necesită câmp magnetic de excitaţie variabil, în locul înfăşurărilor statorice se folosesc magneţi permanenţi.
Turaţia motorului este proporţională cu tensiunea aplicată înfăşurării rotorice şi invers proporţională cu câmpul magnetic de excitaţie. Turaţia se reglează prin varierea tensiunii aplicată motorului până la valoarea nominală a tensiunii, iar turaţii mai mari se obţin prin slăbirea câmpului de excitaţie. Ambele metode vizează o tensiune variabilă ce poate fi obţinută folosind un generator de curent continuu (grup Ward-Leonard), prin înserierea unorrezistoare în circuit sau cu ajutorul electronicii de putere (redresoare comandate, choppere).

Motor universal folosit la râşniţele de cafea

Cuplul dezvoltat de motor este direct proporţional cu curentul electric prin rotor şi cu câmpul magnetic de excitaţie. Reglarea turaţiei prin slăbire de câmp se face, aşadar, cu diminuare a cuplului dezvoltat de motor. La motoarele serie acelaşi curent străbate înfăşurarea de excitaţie şi înfăşurarea rotorică. Din această consideraţie se pot deduce două caracteristici ale motoarelor serie: pentru încărcări reduse ale motorului, cuplul acestuia depinde de pătratul curentului electric absorbit; motorul nu trebuie lăsat să funcţioneze în gol pentru că în acest caz valoarea intensităţii curentului electric absorbit este foarte redusă şi implicit câmpul de excitaţie este redus, ceea ce duce la ambalarea maşinii până la autodistrugere. Motoarele de curent continuu cu excitaţie serie se folosesc în tracţiunea electrică urbană şi feroviară (tramvaie, locomotive).
Schimbarea sensului de rotaţie se face fie prin schimbarea polarităţii tensiunii de alimentare, fie prin schimbarea sensului câmpului magnetic de excitaţie. La motorul serie, prin schimbarea polarităţii tensiunii de alimentare se realizează schimbarea sensului ambelor mărimi şi sensul de rotaţie rămâne neschimbat. Aşadar, motorul serie poate fi folosit şi la tensiune alternativă, unde polaritatea tensiunii se inversează o dată în decursul uneiperioade. Un astfel de motor se numeşte motor universal şi se foloseşte în aplicaţii casnice de puteri mici şi viteze mari de rotaţie (aspirator, mixer).

 Motorul de curent alternativ

Motoarele de curent alternativ funcţionează pe baza principiului câmpului magnetic învârtitor. Acest principiu a fost identificat de Nikola Tesla în 1882. În anul următor a proiectat un motor de inducţie bifazat, punând bazele maşinilor electrice ce funcţionează pe baza câmpului magnetic învârtitor. Ulterior, sisteme de transmisie prin curent alternativ au fost folosite la generarea şi transmisia eficientă la distanţă a energiei electrice, marcând cea de-a doua Revoluţie industrială. Un alt punct important în istoria motorului de curent alternativ a fost inventarea de către Michael von Dolivo-Dobrowlsky în anul 1890 a rotorului în colivie de veveriţă.

 Motorul de inducţie trifazat

Motorul de inducţie trifazat (sau motorul asincron trifazat) este cel mai folosit motor electric în acţionările electrice de puteri medii şi mari. Statorul motorului de inducţie este format din armătura feromagnetică statorică pe care este plasată înfăşurarea trifazată statorică necesară producerii câmpului magnetic învârtitor. Rotorul este format din armătura feromagnetică rotorică în care este plasată înfăşurarea rotorică. După tipul înfăşurării rotorice, rotoarele pot fi de tipul:

• rotor în colivie de veveriţă (în scurtcircuit) – înfăşurarea rotorică este realizată din bare de aluminiu sau -mai rar- cupru scurtcircuitate la capete de două inele transversale.
• rotor bobinat – capetele înfăşurării trifazate plasate în rotor sunt conectate prin interiorul axului la 3 inele. Accesul la inele dinspre cutia cu borne se face prin intermediul a 3 perii.

Prin intermediul inducţiei electromagnetice câmpul magnetic învârtitor va induce în înfăşurarea rotorică o tensiune. Această tensiune creează un curent electric prin înfăşurare şi asupra acestei înfăşurări acţionează o forţă electromagnetică ce pune rotorul în mişcare în sensul câmpului magnetic învârtitor. Motorul se numeşte asincron pentru că turaţia rotorului este întotdeauna mai mică decât turaţia câmpului magnetic învârtitor, denumită şi turaţie de sincronism. Dacă turaţia rotorului ar fi egală cu turaţia de sincronism atunci nu ar mai avea loc fenomenul de inducţie electromagnetică, nu s-ar mai induce curenţi în rotor şi motorul nu ar mai dezvolta cuplu.
Turaţia motorului se calculează în funcţie alunecarea rotorului faţă de turaţia de sincronism, care este cunoscută, fiind determinată de sistemul trifazat de curenţi.
Alunecarea este egală cu: , unde

n₁ este turaţia de sincronism şi

n₂ este turaţia rotorului.

, unde

f este frecvenţa tensiunii de alimentare şi

p este numărul de perechi de poli ai înfăşurării statorice.

Turaţia maşinii, în funcţie de turaţia câmpului magnetic învârtitor şi în funcţie de alunecare este: .
Se observă că alunecarea este aproape nulă la mers în gol (când turaţia motorului este aproape egală cu turaţia câmpului magnetic învârtitor) şi este egală cu 1 la pornire, sau când rotorul este blocat. Cu cât alunecarea este mai mare cu atât curenţii induşi în rotor sunt mai intenşi. Curentul absorbit la pornirea prin conectare directă a unui motor de inducţie de putere medie sau mare poate avea o valoare comparabilă cu curentul de avarie al sistemelor de protecţie, în acest caz sistemul de protecţie deconectează motorul de la reţea. Limitarea curentului de pornire al motorului se face prin creşterea rezistenţei înfăşurării rotorice sau prin diminuarea tensiunii aplicate motorului. Creşterea rezitenţei rotorului se face prin montarea unui reostat la bornele rotorului (doar pentru motoarele cu rotor bobinat). Reducerea tensiunii aplicate se face folosind un autotransformator, folosind un variator de tensiune alternativă (pornirea lină) sau conectând iniţial înfăşurarea statorică în conexiune stea (pornirea stea-triunghi – se foloseşte doar pentru motoarele destinate să funcţioneze în conexiune triunghi) sau prin înserierea de rezistoare la înfăşurarea statorică. La reducerea tensiunii de alimentare trebuie avut în vedere că cuplul motorului este proporţional cu pătratul tensiunii, deci pentru valori prea mici ale tensiunii de alimentare maşina nu poate porni.
Turaţia maşinii de inducţie se modifică prin modificarea alunecării sale sau prin modificarea turaţiei câmpului magnetic învârtitor. Alunecarea se poate modifica din tensiunea de alimentare şi din rezistenţa înfăşurării rotorice astfel: se creşte rezistenţa rotorică (prin folosirea unui reostat la bornele rotorice – doar la motoarele cu rotor bobinat) şi se variază tensiunea de alimentare (folosind autotransformatoare, variatoare de tensiune alternativă, cicloconvertoare) sau se menţine tensiunea de alimentare şi se variază rezistenţa din rotor (printr-un reostat variabil). Odată cu creşterea rezistenţei rotorice cresc şi pierderile din rotor şi implicit scade randamentul motorului. O metodă interesantă de reglare a turaţiei sunt cascadele de recuperare a puterii de alunecare. La bornele rotorice este conectat unredresor, iar la bornele acestuia este conectat un motor de curent continuu aflat pe acelaşi ax cu motorul de inducţie (cascadă Krämmer cu recuperare puterii de alunecare pe cale mecanică). Tensiunea indusă în rotor este astfel redresată şi aplicată motorului de curent continuu astfel încât cuplul dezvoltat de motorul de curent continuu se însumează cuplului dezvoltat de motorul de inducţie. Reglarea turaţiei motorului de inducţie se face prin reglarea curentului prin înfăşurarea de excitaţie. În locul motorului de curent continuu se poate folosi un invertor cu tiristoare şi un transformator de adaptare (cascadă Krämmer cu recuperare puterii de alunecare pe cale electrică). Tensiunea indusă în rotor este astfel redresată şi prin intermediul invertorului şi a transformatorului este reintrodusă în reţea. Reglarea vitezei se face din unghiul de aprindere al tiristoarelor.
Turaţia câmpului magnetic învârtitor se poate modifica din frecvenţa tensiunii de alimentare şi din numărul de perechi de poli ai maşinii. Numărul de perechi de poli se modifică folosind o înfăşurare specială (înfăşurarea Dahlander) şi unul sau mai multe contactoare. Frecvenţa de alimentare se modifică folosind invertoare. Pentru frecvenţe mai mici decât frecvenţa nominală a motorului (50 Hz pentru Europa, 60 Hz pentru America de Nord) odată cu modificarea frecvenţei se modifică şi tensiunea de alimentare păstrând raportul U/f constant. Pentru frecvenţe mai mari decât frecvenţa nominală la creşterea frecvenţei tensiunea de alimentare rămâne constantă şi reglarea vitezei se face cu slăbire de câmp (ca la motorul de curent continuu).
Sensul de rotaţie al motorului de inducţie se inversează schimbând sensul de rotaţie al câmpului învârtitor. Aceasta se realizează schimbând două faze între ele.
Motorul de inducţie cu rotorul în colivie este mai ieftin şi mai fiabil decât motorul de inducţie cu rotorul bobinat pentru că periile acestuia se uzează şi necesită întreţinere. De asemenea, motorul de inducţie cu rotorul in colivie nu are colector şi toate dezavantajele care vin cu acesta: zgomot, scântei, poluare electromagnetică, fiabilitate redusă şi implicit întreţinere costisitoare. Motoarele de curent continuu au fost folosite de-a lungul timpului în acţionările electrice de viteză variabilă, deoarece turaţia motorului se poate modifica foarte uşor modificând tensiunea de alimentare însă, odată cu dezvoltarea electronicii de putere şi în special cu dezvoltarea surselor de tensiune cu frecvenţă variabilă, tendinţa este de înlocuire a motoarelor de curent continuu cu motoare de inducţie cu rotor în colivie.

 Motorul de inducţie monofazat

În cazul în care sistemul trifazat de tensiuni nu este accesibil, cum este în aplicaţiile casnice, se poate folosi un motor de inducţie monofazat. Curentul electric monofazat nu poate produce câmp magnetic învârtitor ci produce câmp magnetic pulsatoriu (fix în spaţiu şi variabil în timp). Câmpul magnetic pulsatoriu nu poate porni rotorul, însă dacă acesta se roteşte într-un sens, atunci asupra lui va acţiona un cuplu în sensul său de rotaţie. Problema principală o constituie deci, obţinerea unui câmp magnetic învârtitor la pornirea motorului şi aceasta se realizează în mai multe moduri.
Prin ataşarea pe statorul maşinii la un unghi de 90° a unei faze auxiliare înseriată cu un condensator se poate obţine un sistem bifazat de curenţi ce produce un câmp magnetic învârtitor. După pornirea motorului se deconectează faza auxiliară printr-un întrerupător centrifugal. Sensul de rotaţie al motorului se poate schimba prin mutarea condensatorului din faza auxiliară în faza principală.
În locul fazei auxiliare se poate folosi o spiră în scurtcircuit plasată pe o parte din polul statoric pentru obţinerea câmpului învârtitor. Curentul electric indus în spiră se va opune schimbării fluxului magnetic din înfăşurare, astfel încât amplitudinea câmpului magnetic se deplasează pe suprafaţa polului creând câmpul magnetic învârtitor.

 Servomotorul asincron monofazat

Servomotorul asincron monofazat este o maşină de inducţie cu două înfăşurări: o înfăşurare de comandă şi o înfăşurare de excitaţie. Cele două înfăşurări sunt aşezate la un unghi de 90° una faţă de cealaltă pentru a crea un câmp magnetic învârtitor. Rezistenţa rotorului este foarte mare pentru a realiza autofrânarea motorului la anularea tensiunii de pe înfăşurarea de comandă. Datorită rezistenţei rotorice mari, randamentul motorului este scăzut şi motorul se foloseşte în acţionări electrice de puteri mici şi foarte mici.

 Motorul sincron trifazat

Motorul sincron trifazat este o maşină electrică la care turaţia rotorului este egală cu turaţia câmpului magnetic învârtitor indiferent de încărcarea motorului. Motoarele sincrone se folosesc la acţionări electrice de puteri mari şi foarte mari de până la zeci de MW.
Statorul motorului sincron este asemănător cu statorul motorului de inducţie (este format dintr-o armătură feromagnetică statorică şi o înfăşurare trifazată statorică). Rotorul motorului sincron este format dintr-o armătură feromagnetică rotorică şi o înfăşurare rotorică de curent continuu. Pot exista două tipuri constructive de rotoare: cu poli înecaţi şi cu poli aparenţi. Rotorul cu poli înecaţi are armătura feromagnetică crestată spre exterior şi în crestătură este plasată înfăşurarea rotorică. Acest tip de motor are uzual o pereche de poli şi funcţionează la turaţii mari (3000 rpm la 50 Hz). Rotorul cu poli aparenţi are armătura feromagentică sub forma unui butuc poligonal pe care sunt plasate miezurile polilor rotorici şi bobine polare concentrate. În unele situaţii în locul bobinelor polare concentrate se pot folosi magneţi permanenţi. Motorul sincron cu poli aparenţi are un număr mare de poli şi funcţionează la turaţii mai reduse. Accesul la înfăşurarea rotorică se face printr-un sistem inel-perie asemănător motorului de inducţie. Motoarele sincrone cu poli aparenţi pot avea cuplu chiar şi în lipsa curentului de excitaţie, motorul reactiv fiind cel ce funcţionează pe baza acestui cuplu, fără înfăşurare de excitaţie şi fără magneţi permanenţi.
Înfăşurarea rotorică (de excitaţie) a motorului parcursă de curent continuu creează un câmp magnetic fix faţă de rotor. Acest câmp „se lipeşte” de câmpul magnetic învârtitor statoric şi rotorul se roteşte sincron cu acesta. Datorită inerţiei, câmpul magnetic rotoric nu are timp să se lipească de câmpul magnetic învârtitor şi motorul sincron nu poate porni prin conectare directă la reţea. Există trei metode principale de pornire a motoarelor sincrone:

• pornirea în asincron – pe tălpile polare rotorice este prevăzută o colivie asemănătoare coliviei motorului de inducţie şi motorul porneşte pe acelaşi principiu ca al motorului de inducţie.
• pornirea la frecvenţă variabilă – este posibilă doar atunci când este disponibilă o sursă de tensiune cu frecvenţă variabilă sau un convertor cu frecvenţă variabilă. Creşterea frecvenţei se face lent, astfel încât câmpul învârtitor să aibă viteze suficient de mici la început pentru a putea permite rotorului să se „lipească” de câmpul magnetic învârtitor.
• pornirea cu motor auxiliar – necesită un motor auxiliar ce antrenează motorul sincron conectat la reţea. Când motorul ajunge la o turaţie apropiată de turaţia de sincronism motorul auxiliar este decuplat, motorul sincron se mai accelerează puţin până ajunge la turaţia de sincronism şi continuă să se rotească sincron cu câmpul magnetic învârtitor.

 Motorul sincron monofazat

Este realizat uzual ca motor sincron reactiv cu sau fără magneţi permanenţi pe rotor. Asemănător motoarelor de inducţie monofazate, motoarele sincrone monofazate necesită un câmp magnetic învârtitor ce poate fi obţinut fie folosind o fază auxiliară şi condensator fie folosind spiră în scurtcircuit pe polii statorici. Se folosesc în general în acţionări electrice de puteri mici precum sistemele de înregistrare şi redare a sunetului şi imaginii.

 Motorul pas cu pas

Motorul pas cu pas este un tip de motor sincron cu poli aparenţi pe ambele armături. La apariţia unui semnal de comandă pe unul din polii statorici rotorul se va deplasa până când polii săi se vor alinia în dreptul polilor opuşi statorici. Rotirea acestui tip de rotor se va face practic din pol în pol, de unde şi denumirea sa de motor pas cu pas. Comanda motorului se face electronic şi se pot obţine deplasări ale motorului bine cunoscute în funcţie de programul de comandă. Motoarele pas cu pas se folosesc acolo unde este necesară precizie ridicată (hard disc, copiatoare).

Motorul cu Abur

Animaţia unui motor cu abur, orizontal, cu dublă acţiune, cu regulator centrifugal.

Maşina lui James Watt.

Motor cu abur orizontal.

Motor cu abur vertical cu o putere de 10 CP (1850).

Motorul cu abur este un motor termic cu ardere externă, care transformă energia termică aaburului în lucru mecanic. Aburul sub presiune este produs într-un generator de abur prinfierbere şi se destinde într-un agregat cu cilindri, în care expansiunea aburului produce lucru mecanic prin deplasarea liniară a unui piston, mişcare care de cele mai multe ori este transformată în mişcare de rotaţie cu ajutorul unui mecanism bielă-manivelă. Călduranecesară producerii aburului se obţine din arderea unui combustibil sau prin fisiune nucleară.
Motoarele cu abur au dominat industria şi mijloacele de transport din timpul Revoluţiei industriale până în prima parte a secolului al XX-lea, fiind utilizate la acţionarea locomotivelor,vapoarelor, pompelor, generatoarelor electrice, maşinilor din fabrici, utilajelor pentruconstrucţii (excavatoare) şi a altor utilaje. A fost înlocuit în majoritatea acestor aplicaţii demotorul cu ardere internă şi de cel electric.

Prima maşină cu aburi a fost inventată în secolul I e.n. de către inginerul grec Heron din Alexandria. O sferă goală pe dinăuntru era pivotată pe două tuburi prin care trecea aburul dintr-un mic fierbător. Aburul umplea sfera şi ieşea prin ţevi dispuse în părţi opuse ale acesteia. Jeturile de abur care ţîşneau determinau sfera să se rotească. Totuşi, în ciuda faptului că era o invenţie interesantă, maşina nu servea unui scop util.
Primul om care a avut ideea de a transforma pompa cu piston în maşină termică, a fost francezul Denis Papin în anul 1679. Din păcate nu a putut să o pună în practică din lipsă de fonduri. El a murit în sărăcie, în 1714.
Primul motor cu abur a fost proiectat în 1698 de Thomas Savery, un inginer englez. Acest motor era conceput să pompeze apa din mine, dar singura lui întrebuinţare a fost să pompeze apa în casele înalte din Londra.
Primul motor performant a fost construit în 1712 de inginerul Thomas Newcomen, dinCornwall. Acest motor avea un braţ mare care pompa apa cu o frecvenţă de 16 mişcări de du-te-vino pe minut. În 1776, James Watt, un constructor scoţian de mecanisme, a adus înbunătăţiri motorului lui Newcomen.
Nicolas Cugnot a fost primul care, în 1769, a folosit motorul cu abur la un vehicul. Acest vehicul putea transporta 4 persoane, dar a fost folosit la transportul armamentului greu. Viteza maximă care a fost atinsă cu acest vehicul a fost de 5 km/h.

 Maşina lui Watt

Schema unui motor cu abur cu triplă expansiune.

La maşina sa inventată în 1769, aburul trecea într-o cameră separată pentru condensare. Deoarece cilindrul nu era încalzit şi răcit alternativ, pirderile de căldură ale maşinii erau relativ scăzute. De asemenea, maşina lui Watt era mai rapidă. Aceste soluţii şi diversele îmbunătăţiri concepute de Watt au făcut ca maşina cu aburi să poată fi folosită într-o gamă largă de aplicaţii.
În perioada victoriana, locomotive cu abur puternice revoluţionaseră deja călătoria pe uscat. Maşinile cu abur au făcut posibile şi tipărirea ziarelor, torsul şi ţesutul textilelor şi acţionarea maşinilor de spălat în „spălătoriile cu aburi”. Maşinile cu abur puneau în mişcare caruselele, iar unii fermieri foloseau energia aburului pentru a ara pămîntul. Antreprenorii de curăţătorii aveau aspiratoare cu abur, şi la cele mai bune frizerii din oraşe existau chiar şi perii pentru masarea capului acţionate cu abur.

 Motorul cu abur, azi

Deşi timpul motorului cu abur a trecut de mult, se pare că o renaştere al acestuia nu este exclusă.
La însărcinarea firmei Volkswagen AG, la sfârşitul anilor 90, firmă IAV GmbH a dezvoltat un astfel de „motor cu abur” modern. Arderea externă produce gaze de ardere cu toxicitate extrem de scăzută. Aburul este introdus în cantitatea necesară prin injectoare similare cu cele ale motorului Diesel. La sfîrşitul anului 2000 firmă Enginion a dezvoltat prototipul „SteamCell”^[1] cu ZEE (engleză Zero Emission Engine - „emisiune zero”). Aceast motor lucrează în doi timpi, fără lubrefianţi, părţile componente fiind fabricate dintr-un material superior pe bază de carbon.^[2]

Efectele Devastatoare ale Norului de Cenusa

Norul este un amestec de vapori de apa, de gaz vulcanic care contine sulf, clor, fluor, gaz carbonic si particule fine solide (de magma pulverizata, solidificata si racita). Aceste particule minuscule sunt cele care pot provoca eventuale probleme de sanatate. Ele masoara cativa milimetri, insa sunt foarte dure, similare unor firisoare de sticla pilita. Particulele fine pot fi foarte agresive pentru persoanele care le inspira cat si pentru aparatele de zbor.

Norul de cenusa invizibil de la nivelul solului, se gaseste la o altitudine foarte ridicata, intre 5.000 si 10.000 metri. La aceasta altitudine, cenusa poate provoca grave neplaceri motoarelor avioanelor.
Efecte nocive asupra sanatatii
Potrivit Organizatiei Mondiale a Sanatatii (OMS), nu se poate exclude faptul ca acest nor poate cauza probleme de sanatate persoanelor care sufera de afectiuni respiratorii. Norul de cenusa produs de eruperea vulcanului Eyjafjallajökull din Islanda aduce cu sine o cantitate de substante poluante.
Explicatia potrivit caruia particulele din norul de cenusa vulcanica ar fi prea mici si dispersate astfel incat sa nu constituie un pericol pentru sanatate este o idee eronata, cred unii specialisti. De fapt, cu cat particulele sunt mai fine, cu atat sunt mai nocive, deoarece penetreaza mai profund plamanii, avand un dublu efect negativ (legat nu doar de particulele propriu-zise, ci deopotriva de substantele nocive pe care le transporta).
Astfel, metalele toxice prezente in particulele dispersate din norul vulcanic (plumb, mercur, arsenic, zinc, nichel etc) se pot acumula in organism si pot cauza efecte toxice, pe termen scurt sau termen lung. Si acest lucru se poate intampla nu doar in cazul oamenilor, ci si al animalelor sau al vegetatiei. Gradul de toxicitate depinde insa de cantitatea prezenta in atmosfera.
Persoanele care prezinta deja probleme la nivelul cailor respiratorii, cum sunt bolnavii de astm, dar si copiii si batranii, pot suferi de pe urma acestui nor de cenusa. De asemenea, specialistii au mentionat ca un risc crescut de accidente cardiovasculare nu este exclus in aceasta perioada.
Reprezentantii din cadrul organizatiilor de sanatate europene recomanda persoanelor cu risc crescut din tarile unde norul isi face simtitita prezenta intr-un mod preponderent (Islanda, Franta, Anglia, Belgia) sa evite sa iasa afara si sa tina inchise ferestrele, in special pe timpul noptii, pana cand norul dispare.

Reflexia si Refractia Luminii

Refractia luminii:

Refractia este schimbarea directiei luminii la trecerea acesteia dintr-un mediu transparent in altul. Fiindca lumina calatoreste cu viteze diferite in medii diferite, ea trebuie sa-si schimbe viteza la trecerea dintr-un mediu in altul. Daca un fascicol de lumina atinge aceasta suprafata intr-un unghi, atunci lumina de pe partea facicolului care atinge prima suprafata de separare este fortata sa incetineasca sau sa-si mareasca viteza inainte ca lumina de pe cealata parte sa atinga noul mediu. Acest lucru determina indoirea, sau refractarea, fascicolului la suprafata de separare. De exemplu lumina reflectata de un obiect aflat sub apa trece intai prin apa si apoi prin aer pentru ajunge la ochiul unui observator. Din unele unghiuri un obiect partial scufundat pare indoit in locul unde intra in apa fiindca lumina care vine de sub apa este refractata.
Indicele de refractie al unui mediu este raportul dintre viteza luminii in vid si viteza luminii in acel mediu. Datorita faptului ca lumina de frecvente diferite calatoreste la viteze diferite intr-un mediu, indicele de refractie este diferit pentru lumina de frecvente diferite. Asta inseamna ca lumina de culori diferite este refractata la unghiuri diferite cand trece dintr-un mediu in altul . Efectul obtinut este dispersia luminii la trecerea acesteia prin prisma.
SUBSTANTE INDICE DE REFRACTIE*
vid 1.0000
Aer 1.0003
Gheata 1.309
Apa 1.33
Alcool etilic 1.36
Sticla (fused quartz) 1.46
Sticla (crown) 1.52
Clorura de sodium 1.54
Zircon 1.92
Diamant 2.42
Pentru lumina cu lungimea de unda de 590 nm (590 x 10-9 m)

Reflexia luminii:

Reflexia are loc de asemenea cand lumina atinge suprafata de separare dintre doua medii… O parte din lumina care atinge suprafata de separare va fi reflectata in primul mediu. Daca lumina atinge suprafata de separare intr-un unghi atunci lumina este reflectata in acelasi unghi, asemanator cu felul in care o minge sare cand atinge pamantul. Lumina care este reflectata de pe o suprafata plana, cum ar fi suprafata dintre aer si un lac, va forma o imagine in oglinda. Lumina reflectata de pe o suprafata curba poate fi focusata intr-un punct, o linie, sau intr-o zona, acest lucru depinzand de curbura suprafetei.
Legile reflexiei si refractiei
Cantitatea de lumina reflectata depinde de raportul indicilor de refractie pentru cele doua medii. Planul de incidenta contine raza de incidenta si normala la suprafata in punctul de incidenta. Unghiul de incidenta (de reflexie sau de refractie) este unghiul dintre raza incidenta (reflectata sau refractata) si normala. Legile reflexiei spun ca unghiul de incidenta este egal cu unghiul de reflexie si ca raza incidenta , raza reflectata si normala la suprafata in punctual de incidenta sunt coplanare.Daca suprafata celui de al doilea mediu este neteda aceasta poate actiona ca o oglinda si poate produce o imagine reflectata. Daca oglinda este plana atunci imaginea pare sa se afle in spatele oglinzii la o distanta egala cu distanta dintre obiect si ogilinda. Sursa de lumina in figura doi este obiectul A, si un punct din A trimite lumina in toate directiile. Cele doua raze care ating oglinda in punctele B si C sunt reflectate ca razele BD si CE. Pentru un observator din spatele oglinzii aceste raze par sa vina dintr-un punct F aflat in spatele oglinzii. In conformitate cu legile reflexiei BF si CF formeaza acelasi unghi ca si AC si AB . Daca suprafata celui de al doilea mediu nu este neteda atunci normalele la suprafata in diferite puncte ale suprafetei au directii diferite. In acest caz razele care pot f i in acelasi plan cand pleaca dintr-un punct se afla in diferite plane de incidenta si nu pot forma o imagine.
Nu toata lumina care atinge o oglinda este reflectata; o parte din lumina poate trece prin oglinda sau poate fi absorbita de aceasta. Multi oameni de stiinta au crezut ca o oglinda perfecta – care sa reflecte lumina 100%- nu poate exista. In 1998 oamenii de stiinta au realiza o astfel de oglinda punand unele peste altela straturi microscopice de telleriu si polistiren plastic.
Legea lui Snell
Aceasta importanta lege , numita astfel dupa matematicianul olandez Willebrord Snell, afirma ca produsul indicelui de refractie si sinusul unghiului de incidenta al unei raze intr-un mediu este egal cu produsul indicelui de refractie si sinusului unghiului de refractie intr-un mediu succesiv. De asemenea raza de incidenta, raza refractata si normala in punctul de incidenta sunt coplanare. In general indicele de refractie al unui mediu transparent mai dens este mai mare decat indicele de refractie al unui mediu mai putin dens , adica viteza luminii este mai mica in mediul mai dens. Daca o raza de incidenta este oblica atunci o raza care intra in mediul cu indicele de refractie mai mare este indoita spre normala si o raza care intra in mediul cu indicele de refractie mai mare este indoit in partea opusa fata de normala. Razele incidente pe normala sunt reflectate si refractate tot pe normala. In calcule, calea optica, care se defineste ca produsul distantei pe care o raza o parcurge intr-un mediu si indicele de refractie al acelui mediu, este considerentul important. Pentru un observator aflat intr-un mediu mai putin dens cum ar fi aerul, un obiect aflat intr-un mediu mai dens pare mai aproape de suprafata decat este in realitate. Un exemplu comun, acela al unui obiect aflat sub apa care este observat de deasupra apei, este prezentat in figura 3. Razele oblice sunt alese dor pentru a usura ilustratia. Raza DB provenita de la obiectul D este indoita in directia opusa fata de normala . Prin urmare obiectul pare sa se afle in C unde linia ABC intersecteaza o normala la suprafata care trece prin D. Calea luminii care trece prin cateva medii cu suprafete de separare paralele este prezentata in figura 4. Indicele de refractie al apei este mai mic decat cel al sticlei . Datorita faptului ca indicele de refractie al primului si al ultimului mediu este acelasi, raza apare paralela cu raza incidenta AB, dar este deplasata.
Pana in 2001, toate substantele cunoscute aveau un indice de refractie pozitiv. In acel an fizicianul Sheldon Schultz si colegii lui de la Universitatea Californiei de la San Diego au creat un compus din fibra de sticla si sarma de cupru care refracta microundele in directia opusa celei in care toate celelalte materiale refracteaza lumina. Aceasta refractie neobisnuita indica faptul ca materialul are un indice de refractie negativ. Deoarece microundele, ca si lumina vizibila, sunt un tip de radiatie electromagnetica, savantii prezic ca va fi in viitor posibil sa se produca un material care sa refracteze lumina vizibila in acelasi fel.
Prisma
Daca lumina trece printr-o prisma, un obiect transparent cu suprafete plane, lustruite si cu unghiuri intre ele, raza de iesire nu mai este paralela cu raza de incidenta. Deoarece indicele de refractie al unei substante variaza pentru lungimi de unda diferite, o prisma poate raspandi lungimile diverse de unda de lumina continute intr-o raza de incidenta si sa formeze un spectru. In fig. 5, unghiul CBD intre calea razei de incidenta si calea razei emergente este unghiul de deviatie. Daca unghiul pe care raza incidenta il face cu cea normala este egal cu unghiul facut de raza emergenta, deviatia este minima. Indicele de refractie al prismei poate fi calculata masurand unghiul de minima deviatie si unghiul intre fetele prismei.
Unghiul critic

Datorita faptului ca o raza este deviata de la normala cand intra intr-un mediu mai putin dens si ca deviatia de la normala creste odata cu unghiul de incidenta, un unghi de incidenta exista, numit unghiul critic, astfel incat raza refractata face un unghi de 90° cu normala la suprafata si trec de-alungul granitei dintre cele doua medii. Daca unghiul de incidenta este mai mare decat unghiul critic, razele de lumina vor fi reflectate total inapoi in mediul de incidenta. Reflexia totala nu poate aparea daca lumina trece dintr-un mediu mai putin dens intr-unul mai dens. Cele trei desene in fig. 6 arata refractia ordinara, refractia la unghi critic, si reflexia totala. La sfarsitul secolului XX, s-a gasit o noua, practica aplicatie a reflexiei totale in folosirea fibrei optice. Daca lumina patrunde oblic intr-un tub solid de sticla sau de plastic, lumina poate fi reflectata total la marginea tubului si, dupa un numar de reflexii totale successive, poate iesi la celalalt capat. Fibrele de sticla pot fi trase la un diametru foarte mic, invelite intr-un material cu indice de refractie mai mic, si apoi asamblate in legaturi flexibile sau fuzionate in placi de fibre folosite pentru a transmite imagini. Legaturile flexibile, care pot fi folosite pentru a produce iluminare ca si pentru a transmite imagine, sunt valoroase in examinarea medicala, deoarece pot fi introduce in diferite orificii.

Fibra Optica

Fibra optică este o fibră de sticlă sau plastic care transportă lumină de-a lungul său. Fibrele optice sunt folosite pe scară largă în domeniul telecomunicaţiilor, unde permit transmisii pe distanţe mai mari şi la lărgimi de bandă mai mari decât alte medii de comunicaţie. Fibrele sunt utilizate în locul cablurilor de metal deoarece semnalul este transmis cu pierderi mai mici, şi deoarece sunt imune la interferenţe electromagnetice. Fibrele optice sunt utilizate şi pentru iluminat şi transportă imagine, permiţând astfel vizualizarea în zone înguste. Unele fibre optice proiectate special sunt utilizate în diverse alte aplicaţii, inclusiv senzori şi laseri.
Lumina este dirijată prin miezul fibrei optice cu ajutorul reflexiei interne totale. Aceasta face fibra să se comporte ca ghid de undă. Fibrele care suportă mai multe căi de propagare sau moduri transversale se numesc fibre multimodale (MMF), iar cele ce suportă un singur mod sunt fibre monomodale (SMF). Fibrele multimodale au în general un diametru mai mare al miezului şi sunt utilizate în comunicaţii pe distanţe mai scurte şi în aplicaţii în care trebuie transferată multă putere. Fibrele monomodale se utilizează pentru comunicaţii pe distanţe de peste 550 m.
Conectarea fibrelor optice una de alta este mai complexă decât cea a cablurilor electrice. Capetele fibrei trebuie să fie atent tăiate, şi apoi unite fie mecanic fie prin sudare cu arc electric. Se utilizează conectori speciali pentru conexiuni ce pot fi înlăturate.
Istoric
Daniel Colladon a fost primul care a descris această „fântână de lumină” sau „conductă de lumină” într-un articol din 1842 intitulat Despre reflexiile unei raze de lumină în interiorul unui flux parabolic de lichid. Această ilustraţie provine dintr-un articol ulterior al lui Colladon, din 1884.Tehnologia fibrelor optice, deşi devenită omniprezentă doar în lumea modernă, este una simplă şi relativ veche. Ghidarea luminii prin reflexii repetate, principiul care stă la baza fibrelor optice, a fost demonstrat pentru prima oară de Daniel Colladon şi Jacques Babinet la Paris la începutul anilor 1840. John Tyndall a inclus o demonstraţie a acesteia în cursurile sale publice de la Londra un deceniu mai târziu.[1] Tyndall a scris şi despre proprietatea de reflexie internă totală într-o carte introductivă despre natura luminii, în 1870: „Când lumina trece din aer în apă, raza refractată este întoarsă înspre perpendiculară… Când raza trece din apă în aer, ea este întoarsă dinspre perpendiculară… Dacă unghiul făcut de raza din apă cu perpendiculara la suprafaţă este mai mare de 48 de grade, raza nu va mai ieşi deloc din apă: ea va fi totalmente reflectată la suprafaţă…. Unghiul ce marchează limita la care reflexia totală începe se numeşte unghi limită al mediului. Pentru apă, acest unghi este de 48°27′, pentru sticlă flint, este de 38°41′, iar pentru diamant, este de 23°42′.”[2][3]
Aplicaţiile practice, cum ar fi iluminarea de aproape în stomatologie, au apărut la începutul secolului al XX-lea. Transmisia imaginii prin tuburi a fost demonstrată independent de Clarence Hansell şi de pionierul televiziunii John Logie Baird în anii 1920. Principiul a fost utilizat pentru examinări medicale interne de Heinrich Lamm în deceniul imediat următor. În 1952, fizicianul Narinder Singh Kapany a efectuat experimente ce au condus la inventarea fibrei optice. Fibra optică modernă, în care fibra de sticlă este învelită cu un strat transparent pentru a-i oferi un indice de refracţie mai potrivit, a apărut în acelaşi deceniu.[1] Dezvoltarea s-a concentrat apoi pe transmiterea de imagini prin snopuri de fibră. Primul gastroscop semiflexibil cu fibră optică a fost patentat de Basil Hirschowitz, C. Wilbur Peters, şi Lawrence E. Curtiss, cercetători de la Universitatea Michigan, în 1956. În procesul de dezvoltare a gastroscopului, Curtiss a produs primele fibre învelite în sticlă; fibrele optice anterioare se bazau pe aer sau pe uleiuri şi diverse tipuri de ceară ca material de învelire cu indice de refracţie mic.
Jun-ichi Nishizawa, un om de ştiinţă japonez de la Universitatea Tohoku, a fost primul care a propus utilizarea fibrei optice în telecomunicaţii în 1963.[4] Nishizawa a inventat alte tehnologii ce au contribuit la dezvoltarea comunicaţiilor prin fibră optică.[5] Nishizawa a inventat fibra optică cu indice de refracţie gradat în 1964 pentru a servi drept canal de transmisie a luminii de la laserii cu semiconductor pe distanţe lungi cu pierderi mici.[6]
În 1965, Charles K. Kao şi George A. Hockham de la compania britanică Standard Telephones and Cables (STC) au fost primii care au promovat ideea că atenuarea în fibra optică poate fi redusă sub pragul de 20 decibeli pe kilometru (dB/km), permiţând utilizarea fibrelor optice ca mediu practic de telecomunicaţii.[7] Ei au arătat că atenuarea din fibra optică disponibilă la acea vreme este cauzată de impurităţi care pot fi înlăturate, şi nu de fenomene fizice fundamentale, cum ar fi împrăştierea. Această descoperire i-a adus lui Kao Premiul Nobel pentru Fizică în 2009.[8]
Nivelul crucial de atenuare de 20 dB/km a fost atins pentru prima oară în 1970, de cercetătorii Robert D. Maurer, Donald Keck, Peter C. Schultz şi Frank Zimar de la fabricantul american de sticlă Corning Glass Works, denumit astăzi Corning Incorporated. Ei au realizat o fibră cu atenuare de 17 dB/km prin doparea sticlei de silicat cu titan. Câţiva ani mai târziu, ei au produs o fibră cu doar 4 dB/km atenuare cu dioxid de germaniu ca dopant pentru miez. Asemenea atenuări mici au deschis calea comunicaţiilor prin fibră optică şi Internetului. În 1981, General Electric a produs longouri de cuarţ ce putea fi tras în fire de fibră optică de 40 km lungime.[9]
Atenuarea din cablurile moderne de fibră optică este cu mult mai mică decât în cablurile electrice de cupru, ducând la conexiuni de fibră optică cu distanţe între repetoare de 70–150 km. Amplificatorul de fibră optică dopată cu erbiu, care a redus costul sistemelor de comunicaţii prin fibră optică pe distanţe mari prin reducerea şi, în multe cazuri, eliminarea totală a necesităţii repetoarelor optic-electric-optic, a fost dezvoltată de mai multe echipe conduse de David N. Payne de la Universitatea Southampton, şi de Emmanuel Desurvire de la Laboratoarele Bell în 1986. Fibra optică mai robustă folosită astăzi se are atât miezul cât şi teaca din sticlă, suferind astfel mai puţin de pe urma trecerii timpului. Ea a fost inventată de Gerhard Bernsee în 1973 la Schott AG în Germania.[10]
În 1991, studiile în domeniul cristalelor fotonice a dus la dezvoltarea fibrei optice cu cristal fotonic[11] care ghidează lumina prin difracţie într-o structură periodică, şi nu prin reflexie internă totală. Prima fibră din cristal fotonic a devenit disponibilă pe piaţă în 2000.[12] Fibra din cristal fotonic poate fi proiectată să transfere putere mai multă decât fibra convenţională, iar proprietăţile dependente de lungimea de undă pot fi manipulate pentru a îmbunătăţi performanţele fibrei în anumite aplicaţii.
Aplicaţii
Telecomunicaţii prin fibră optică
Fibra optică poate fi utilizată ca mediu de telecomunicaţii şi reţele deoarece este flexibilă şi poate fi strânsă în cabluri. Este deosebit de avantajoasă pentru comunicaţii pe distanţe mari, deoarece lumina se propagă prin fibră cu atenuare mică în comparaţie cu cablurile electrice. Aceasta permite acoperirea de distanţe mari cu doar câteva repetoare. În plus, semnalele luminoase propagate în fibră pe fiecare canal pot fi modulate la viteze de până la 111 gigabiţi pe secundă.[13] Fiecare fibră poate transmite mai multe canale independente, fiecare folosind o altă lungime de undă a luminii (multiplexare cu diviziune a lungimii de undă). Rata de transfer netă (fără octeţi de overhead) este rata de transfer efectiv de date înmulţită cu numărul de canale (de regulă în număr de până la 80 pentru sistemele cu multiplexare densă în lungimea de undă la nivelul anului 2008). Recordul de transmisie prin fibră optică în laborator este deţinut de Laboratoarele Bell Labs din Villarceaux, Franţa, cu multiplexarea a 155 canale, fiecare de câte 100 Gbps pe o fibră de 7000 km.[14].
Pe distanţe scurte, cum ar fi reţeaua unei clădiri, fibra optică economiseşte spaţiu în conductele de cablu deoarece o singură fibră poate transporta mai multe date decât un singur cablu electric. Fibra este imună şi la interferenţele electrice; nu există cross-talk între semnalele de pe cabluri diferite şi fibra optică nu culege zgomote electromagnetice din mediu. Cablurile de fibră optică nu conduc electricitate, aceasta fiind o bună soluţie pentru protejarea echipamentelor de comunicaţii aflate în medii de înaltă tensiune cum ar fi centralele electrice, sau structurile metalice de comunicaţii vulnerabile la trăsnet. Ele pot fi utilizate şi în medii în care sunt prezente gaze inflamabile, fără pericol de explozie. Interceptarea comunicaţiilor este mai dificilă prin comparaţie cu conexiunile electrice, şi există fibre cu miez dublu concentric care fac interceptarea şi mai dificilă.
Desi fibra optică se poate face din plastic transparent, sticlă, sau o combinaţie de cele două, fibrele optice utilizate în telecomunicaţii pe distanţe mari sunt întotdeauna din sticlă, din cauza atenuării optice mai mici. Atât fibrele multimodale cât şi cele monomodale sunt utilizate în telecomunicaţii, cea multimodală fiind folosită pentru distanţe mici, de până la 550 m, iar cea monomodală la legături pe distanţe mari. Din cauza toleranţelor mai mici necesare pentru cuplarea luminii între fibrele monomodale (cu diametrul miezului de aproximativ 10 micrometri), transmiţătoarele, receptoarele, amplificatoarele şi alte componente monomodale sunt în general mai costisitoare decât cele multimodale.
Senzori cu fibră optică
În unele aplicaţii, se folosesc senzori care sunt ei înşişi fibre optice. În alte cazuri, fibra optică este utilizată pentru a conecta un senzor cu sistemul de măsurare. În funcţie de aplicaţie, fibra optică se poate folosi deoarece este mică, sau pentru că în punctul îndepărtat de măsurare nu există energie electrică, sau pentru că astfel se pot multiplexa mai mulţi senzori pe lungimea unei singure fibre prin folosirea de lungimi de undă diferite pe fiecare senzor, sau prin detectarea întârzierii suferite de lumină la trecerea prin fiecare senzor.
Fibra optică se poate utiliza ca senzor de măsurare a tensiunii, temperaturii, presiunii şi a altor cantităţi prin modificarea fibrei astfel încât cantitatea de măsurat să moduleze intensitatea, faza, polarizarea, lungimea de undă sau durata de trecere a luminii. Senzorii care pot varia intensitatea luminii sunt cei mai simpli, deoarece sunt necesare doar o sursă şi un detector.
Senzorii extrinseci utilizează un cablu de fibră optică, în mod normal multimodal, pentru a transmite lumină modulată fie de la un senzor de alt tip, fie de la un senzor electronic conectat la un transmiţător optic. Un beneficiu major al senzorilor extrinseci este abilitatea lor de a ajunge în locuri altfel inaccesibile. Un exemplu îl constituie măsurarea temperaturii din interiorul motoarelor cu reacţie ale avioanelor cu ajutorul unei fibre care transmite radiaţii într-un pirometru aflat în afara motorului. Senzorii extrinseci pot fi utilizaţi în acelaşi fel pentru a măsura temperatura internă a transformatoarelor electrice, unde câmpurile electromagnetice prezente fac imposibile alte tehnici de măsurare. Senzorii extrinseci măsoară şi vibraţii, rotaţii, deplasări, viteze, acceleraţii, momente ale forţelor şi tensiuni mecanice.
Alte utilizări
Un frisbee iluminat cu fibră opticăFibra optică este folosită şi în iluminat, ca ghid de lumină în aplicaţii medicale şi nu numai, în care este nevoie de lumină puternică pe un punct ascuns. În unele clădiri, fibra optică este utilizată pentru a direcţiona lumina solară de pe acoperiş spre alte părţi ale clădirii. Iluminarea cu fibră optică este folosită şi în aplicaţii decorative, la indicatoare, lucrări de artă şi în pomi de Crăciun artificial. Magazinele Swarovski utilizează fibra optică pentru a ilumina cristalele expuse din mai multe unghiuri cu o singură sursă de lumină.
Un grup coerent de fibre se utilizează, uneori împreună cu lentile, la un dispozitiv lung şi subţire de achiziţionat imagini, numit endoscop, folosit pentru a vedea obiecte printr-o gaură mică. Endoscoapele medicale sunt utilizate pentru proceduri chirurgicale neinvazive (endoscopie). Endoscoapele industriale sunt utilizate la inspectarea unor puncte la care se ajunge greu, cum ar fi interioarele motoarelor cu reacţie.
În spectroscopie, cablurile de fibră optică sunt utilizate pentru a transmite lumina de la un spectrometru la o substanţă ce nu poate fi pusă ea însăşi în spectrometru, pentru a i se analiza compoziţia. Un specrometru analizează substanţele trecând lumină prin ele şi reflectând lumină din ele. Cu fibră optică, un spectrometru poate fi folosit pentru a studia obiecte prea mari pentru a încăpea în el, gaze sau reacţii ce au loc în vase sub presiune.[15][16][17]
O fibră optică dopată cu anumite elemente rare, cum ar fi erbiul se pot folosi ca mediu de amplificare pentru un laser sau amplificator optic. Fibra optică dopată cu elemente rare se poate folosi şi pentru a amplifica semnale prin tăierea unei scurte secţiuni de fibră dopată şi introducerea ei într-o linie de fibră obişnuită. Fibra dopată este pompată optic cu o a doua lungime de undă cuplată la linie. Lumina de ambele lungimi de undă se transmite prin fibra dopată, care transferă energie de la a doua lungime de undă la unda purtătoare de semnal. Procesul care determină amplificarea este emisia stimulată.
Fibrele optice dopate cu un deplasator de lungime de undă folosesc la colectarea luminii de la un scintilator în experimentele de fizică. Fibra optică poate oferi alimentare cu energie (aproximativ un watt) unor dispozitive electronice aflate într-un mediu electric dificil.
Principiul de funcţionare
O fibră optică este un ghid de undă dielectric cilindric ce transmite lumina de-a lungul axei sale, prin procesul de reflexie internă totală. Fibra constă dintr-un miez înconjurat de un strat de substanţă (teacă). Pentru a păstra semnalul optic în miez, indicele de refracţie al miezului trebuie să fie mai mare decât cel al tecii. Limita dintre miez şi teacă poate fi fie abruptă, în fibra cu salt de indice, fie gradat, în fibra cu indice gradat.
Indicele de refracţie
Pentru detalii, vezi: Indice de refracţie.
Indicele de refracţie este o măsură a vitezei luminii printr-un material. Viteza de deplasare a luminii în vid este de 300 de milioane de metri pe secundă. Indicele de refracţie al unui mediu se calculează împărţind viteza luminii în vid la viteza luminii în mediul respectiv. Deci, prin definiţie, indicele de refracţie al vidului este 1. Valoarea tipică pentru teaca unei fibre optice este 1.46. Valoarea miezului este de regulă 1,48. Cu cât este mai mare indicele de refracţie, cu atât mai încet se propagă lumina prin mediu. Semnalul din fibra optică va călători, astfel, cu o viteză de aproximativ 200 de milioane de metri pe secundă, propagându-se astfel la 1000 de kilometri distanţă în decurs de 5 milisecunde. Astfel, un apel telefonic transportat pe fibră optică între Sydney şi New York, pe o distanţă de 12000 kilometri va avea o întârziere minimă absolută de 60 de milisecunde (o şaisprezecime de secundă) între momentul când un interlocutor vorbeşte şi celălalt aude (desigur, ruta urmată de apel nu va fi cea mai scurtă, şi în plus mai apar întârzieri din cauza comutaţiei echipamentului de comunicaţie şi prin procesul de codificare şi decodificare a vocii).
Reflexia internă totală
Când lumina trece printr-un mediu dens şi întâlneşte o limită de demarcaţie cu unghi abrupt (mai mare decât unghiul critic al suprafeţei), lumina va fi reflectată în întregime. Efectul este folosit în fibra optică pentru a păstra lumina în miez. Lumina se deplasează prin fibră reflectându-se de o parte şi de alta a limitei cu teaca. Deoarece lumina trebuie să lovească limita de demarcaţie la un unghi mai mare decât cel critic, doar lumina care intră în fibră într-o anumită gamă de unghiuri poate traversa fibra fără a ieşi din ea. Această gamă de unghiuri se numeşte con de acceptanţă al fibrei. Dimensiunile conului de acceptanţă depind de diferenţa de indice de refracţie între miez şi teacă.
În termeni simpli, există un unghi maxim faţă de axa fibrei sub care lumina poate intra în fibră astfel încât să se propage prin miez. Sinusul acestui unghi maxim este deschiderea numerică a fibrei. Fibra cu deschidere numerică mare necesită mai puţină precizie la tăiere şi la lucru decât cea cu deschidere mică. Fibra monomodală are deschidere numerică mică.
Fibra multimodală
Propagarea luminii prin fibra optică multimodală.
Un laser reflectându-se dintr-un baston de sticlă acrilică, ilustrând reflexia internă totală a luminii într-o fibră optică multimodală.Fibra optică cu diametru mare al miezului (mai mare de 10 micrometri) poate fi analizată cu ajutorul opticii geometrice. Această fibră se numeşte fibră multimod. Într-o fibră optică multimod cu salt de indice, razele de lumină sunt conduse de-a lungul miezului fibrei prin reflexie internă totală. Razele ce ajung la suprafaţa de contact miez-teacă cu unghi mare (relativ la normala la suprafaţă), mai mare decât unghiul critic al acestei suprafeţe, sunt complet reflectate. Unghiul critic (unghiul minim pentru reflexia internă totală) este determinat de diferenţa între indicele de refracţie al miezului şi cel al tecii. Razele care ajung la suprafaţa de separare sub un unghi mic sunt refractate din miez în teacă, şi deci nu transmit lumina (şi deci informaţia) de-a lungul fibrei. Unghiul critic determină unghiul de acceptanţă al fibrei, adesea dat ca apertură numerică. O apertură numerică mare permite luminii să se propage de-a lungul fibrei atât în raze apropiate de ax, cât şi în raze la diferite unghiuri. Această apertură numerică mare creşte, însă, cantitatea de dispersie, întrucât razele la unghiuri diferite au drumuri optice diferite şi parcurg fibra în durate de timp diferite. O apertură numerică mică ar fi, astfel, de dorit.
Tipuri de fibră optică.În fibra cu indice gradat, indicele de refracţie al miezului scade treptat de la ax la teacă. Aceasta face razele de lumină să se „îndoaie” uşor pe măsură ce se apropie de teacă, în loc să se reflecte abrupt la suprafaţa de contact miez-teacă. Drumurile curbate astfel reduc dispersia multicăi deoarece razele cu unghi mare trec mai mult prin zonele periferice ale miezului, cu indice de refracţie mic, şi nu prin centrul cu indice de refracţie mare. Profilul indicelui de refracţie este ales pentru a minimiza diferenţa de viteză de propagare a diverselor raze din fibră. Profilul ideal este foarte apropiat de o relaţie parabolică între indicele de refracţie şi distanţa faţă de ax.
Fibra monomodală
Structura unei fibre optice monomodale tipice.
1. Miez: 8 µm diametru
2. Teacă: 125 µm dia.
3. Tampon: 250 µm dia.
4. Înveliş: 400 µm dia.Fibrele optice cu un diametru al miezului mai mic decât de zece ori lungimea de undă a luminii propagate nu pot fi modelate cu ajutorul opticii geometrice. Trebuie, în schimb, să se analizeze structura sa electromagnetică, prin rezolvarea ecuaţiilor lui Maxwell reduse la ecuaţia undei electromagnetice. Analiza electromagnetică ar putea fi necesară şi pentru a înţelege comportamente ce au loc atunci când lumina coerentă se propagă printr-o fibră multimodală. Ca ghid de undă optică, fibra suportă unul sau mai multe moduri de traversare prin care lumina se poate propaga prin fibră. Fibra ce susţine doar un mod se numeşte fibră monomodală sau monomod. Comportamentul fibrei multimodale poate fi şi el modelat cu ajutorul ecuaţiei undei electromagnetice, ceea ce arată că o astfel de fibră suportă mai multe moduri de propagare. Rezultatul modelării fibrelor multimodale cu optică electromagnetică se apropie de predicţiile opticii geometrice, dacă fibra este suficient de mare şi suportă un număr mare de moduri.
Analiza ghidului de undă arată că energia luminii în fibră nu este complet păstrată în miez. În schimb, mai ales la fibra monomodală, o fracţiune semnificativă de energie se transferă tecii sub formă de unde evanescente.
Cel mai frecvent folosit tip de fibră monomodală are un diametru al miezului de 8–10 micrometri şi este gândit pentru a fi utilizat la lungimi de undă vizibile apropiate de infraroşu. Structura modului depinde de lungimea de undă a luminii folosite, astfel că această fibră suportă de fapt un număr mic de moduri adiţionale la lungimi de undă vizibile. Fibra multimodală, prin comparaţie, este produsă cu diametru al miezului de la 50 micrometri până la câteva sute de micrometri. Frecvenţa normalizată V pentru această fibră ar trebui să fie mai mică decât primul zero al funcţiei Bessel J0 (aproximativ 2,405).
Fibre optice speciale
Se produc şi unele fibre optice speciale cu miez necilindric sau/şi cu teacă necilindrică, de regulă cu secţiune transversală eliptică sau dreptunghiulară. Aceste fibre sunt proiectate astfel pentru a păstra polarizarea luminii, de exemplu.
Fibra din cristal fotonic este realizată cu un şablon regulat de variaţie a indicelui de refracţie (adesea în formă de găuri cilindrice care merg de-a lungul lungimii fibrei). Astfel de fibre folosesc efectele de difracţie în loc de (sau pe lângă) reflexia internă totală, pentru a păstra lumina în miezul fibrei. Proprietăţile fibrei pot fi modificate într-o varietate largă de aplicaţii.
Mecanisme de atenuare
Atenuarea luminii cu ZBLAN şi fibre din silicatAtenuarea în fibra optică, denumită şi pierdere de transmisie, reprezintă reducerea de intensitate a razei de lumină în raport cu distanţa parcursă printr-un mediu de transmisie. Coeficienţii de atenuare utilizează în general ca unitate dB/km din cauza calităţii relativ mari a transparenţei mediilor optice moderne. Mediul este de regulă o fibră din sticlă de silicat care păstrează raza de lumină incidentă în interior. Atenuarea este un factor important de limitare a transmisiei unui semnal pe distanţe mari. Astfel, s-au făcut numeroase cercetări atât pentru limitarea atenuării, cât şi pentru maximizarea amplificării semnalului optic. Atenuarea este cauzată în primul rând de împrăştiere şi absorbţie.
Împrăştierea luminii
Reflexie speculară
Reflexie difuzăPropagarea luminii prin miezul unei fibre optice se bazează pe reflexia internă totală a undei de lumină. Suprafeţele neregulate, chiar şi la nivel molecular, pot reflecta razele de lumină în direcţii aleatoare. Aceasta se numeşte reflexie difuză sau împrăştiere, şi este caracterizată de regulă de o mare varietate de unghiuri de reflexie.
Împrăştierea luminii depinde de lungimea de undă a luminii împrăştiate. Astfel apar limite ale scării de vizibilitate, în funcţie de frecvenţa undei incidente şi de dimensiunea fizică a centrului de împrăştiere, care este de regulă o trăsătură microstructurală specifică. Întrucât lumina vizibilă are o lungime de undă de ordinul sutelor de nanometri şi micronilor, centrele de împrăştiere vor avea dimensiuni similare.
Astfel, atenuarea provine din împrăştierea incoerentă a luminii pe suprafeţele de contact interne. În materiale (poli)cristaline cum ar fi metalele sau ceramica, pe lângă pori, majoritatea suprafeţelor interne sunt de forma limitelor intergranulare care separă regiuni mici de cristal. Dacă dimensiunea centrului de împrăştiere se reduce sub dimensiunea lungimii de undă, împrăştierea nu mai are o amploare semnificativă. Acest fenomen a dat naştere producţiei de materiale ceramice transparente.
Similar, împrăştierea luminii în fibră de sticlă deste cauzată de neregularităţile la nivel molecular ale structurii sticlei. Sticla este văzută de unii fizicieni ca un simplu caz-limită de solid policristalin. În acest context, „domenii” ce prezintă diverse grade de ordine pe scară redusă devin blocurile de construcţie ale metalelor şi aliajelor, precum şi sticlei şi ceramicii. Există defecte microstructurale distribuite printre şi în cadrul acestor domenii, defecte ce furnizează majoritatea punctelor ideale pentru apariţia împrăştierii luminii. Acelaşi fenomen se observă ca factor limitator al transparenţei domurilor de rachete cu infraroşii.[18]
La puteri optice mari, împrăştierea poate fi cauzată şi de procesele optice neliniare din fibră.[19][20]
Absorbţia razelor ultraviolete, vizibile şi infraroşii
Pe lângă împrăştierea luminii, atenuarea poate apărea şi din cauza absorbţiei selective a anumitor lungimi de undă, într-o manieră similară cu cea răspunzătoare pentru apariţia culorilor obiectelor:
1) La nivel electronic, depinde dacă orbitalii electronilor sunt spaţiaţi de aşa natură încât să poată absorbi o cuantă de lumină de o anumită lungime de undă în spectrul ultraviolet sau vizibil. Aceasta dă naştere la proprietatea de culoare.
2) La nivel atomic sau molecular, depinde de frecvenţele de vibraţie moleculară sau de legăturile chimice, de cât de apropiaţi sunt atomii între ei şi moleculele între ele şi dacă atomii sau moleculele prezintă ordine pe scară mare. Aceşti factori vor determina capacitatea materialului de a transmite lungimi de undă mai mari (în spectrul infraroşu, radio şi cel al microundelor).
Designul oricărui dispozitiv transparent impune alegerea materialelor pe baza cunoaşterii proprietăţilor şi limitărilor lor. Caracteristicile de absorbţie ale structurilor cristaline observate în regiunile de joasă frecvenţă (infraroşu mediu spre infraroşu îndepărtat) definesc limita de transparenţă la lungime mare de undă a materialului. Aceste caracteristici sunt rezultatul cuplărilor interactive dintre mişcarea vibraţiilor termice ale atomilor constituenţi şi moleculelor structurii solidului şi radiaţiei luminoase incidente. Astfel, toate materialele sunt limitate de regiuni de absorbţie cauzate de vibraţiile moleculare şi atomice din infraroşul îndepărtat (\lambda;>10 µm).
Modurile normale de vibraţie într-un solid cristalin.Astfel, absorbţia multifoton are loc când doi sau mai mulţi fotoni interacţionează simultan pentru a produce momente de dipol electric cu care radiaţia incidentă se poate cupla. Aceşti dipoli pot absorbi energie din radiaţia incidentă, ajungând la o cuplare maximă cu radiaţia atunci când frecvenţa este egală cu modul fundamental de oscilaţie al dipolului molecular (ca în cazul legăturii Si-O) din infraroşul îndepărtat, sau cu una dintre armonicele sale.
Absorbţia selectivă de lumină infraroşie de către un anume material are loc deoarece frecvenţa aleasă pentru razele de lumină este aceeaşi frecvenţă (sau un multiplu întreg al frecvenţei) la care vibrează particulele acelui material. Întrucât atomi şi molecule diferite au frecvenţe naturale de vibraţie diferite, toate vor absorbi selectiv frecvenţe diferite (sau porţiuni diferite de spectru) de lumină infraroşie.
Reflexia şi transmisia undelor de lumină au loc pentru că frecvenţele undelor de lumină nu sunt frecvenţele naturale de rezonanţă ale obiectelor. Când lumina infraroşie la aceste frecvenţe loveşte un obiect, energia este fie reflectată, fie transmisă.

Energia Nucleara si Dezastrul de la Fukushima

Conform unei statistici a NHTSA (National Highway Trafic Safety Administration), în 2009, doar în Statele Unite au murit 33808 de  cetățeni americani. Numărul victimelor pe șoselele americane în perioada 2000 – 2009 a fost de peste 400000 de oameni. Extrapolând la populația globului, ținând cont de zonele de pe glob mai puțin industrializate, tot cred că putem afirma, cu destulă siguranță, că în ultimii zece ani, milioane de oameni din întreaga lume și-au pierdut viața în incidente rutiere. Nu are rost să mai pomenim numărul răniților care probabil este undeva de ordinul zecilor de milioane, în aceeași perioadă.
Tot în Statele Unite (statisticile sunt mult mai ușor de găsit pentru această națiune), avem peste 120 de morți în accidente miniere și peste 23000 de răniți, din 2001 până în 2007. Cel mai grav accident minier din lume a luat viața a nu mai puțin de 1549 de mineri în China, în anul 1942. Mai aproape de zilele noastre, în 2007, 101 mineri ucranieni au murit în urma unei explozii într-o mină din apropiere de Zasyadko, regiunea Donetsk și exemplele pot continua. Din păcate, accidente miniere grave se întâmplă anual într-o parte sau alta a lumii și victimele continuă să ajungă pe listele cu statistici.
Am dat cele două exemple de mai sus pentru a demonstra faptul că deși anumite sectoare ale societății contemporane produc o mulțime de victime în rândul populației, nimeni nu se gândește să ia vreo măsură de suspendare a acelei activități. Este considerat un risc asumat de toată lumea: de autorități, de cei din domeniu, de viitoarele victime. Se măresc amenzile rutiere, se mai închide o mină, dar nimeni nu ia serios în considerare suspendarea traficului auto sau renunțarea la industria minieră. De ce? Pe bună dreptate, pentru că acele activități de care pomeneam sunt necesare, vitale pentru societate, nici un stat modern nu își permite să renunțe la rețeaua de transport rutier și la vehicule sau la industria minieră (dacă are norocul să aibe zăcăminte naturale exploatabile). Ce se poate face este încercarea de a crește siguranța acestora, prin metode variate, de la caz la caz.
Accidentul de la Fukushima este unul regretabil, nu încape nicio îndoială. Scenariile optimiste au fost infirmate rapid de desfășurarea evenimentelor și cantități necunoscute de radiații au fost eliberate în atmosferă. Nu este vorba de cantități foarte mari, deoarece în acest caz, măsurarea lor ar fi fost mult mai ușoară de către statele din jur. Este foarte probabil ca unii angajați ai centralei să fi primit chiar doze letale. Fără a fi cinici, haideți să ne desprindem puțin de tragismul real al situației și să privim lucrurile la rece pentru câteva momente.
Ce s-a întâmplat de fapt în Japonia? În primă instanță, a avut loc unul din cele mai puternice cutremure înregistrate de când se fac astfel de statistici, de 9.0 grade pe scara Richter, urmat de valuri tsunami care au măturat insulele nipone cu o forță nemaiîntâlnită probabil de sute de ani. În momentul scrierii acestor rânduri, numărul de victime se apropie de 10000 și este în creștere.
Japonia are nu mai puțin de 17 centrale nucleare, cu un total de 55 reactoare funcționale până la data cutremurului, dintre care o singură centrală a avut probleme serioase, patru reactoare devenind critice din cele 55. Dacă studiem mai îndeaproape centrala de la Fukushima, vom vedea că aceasta a fost dată în folosință în 1971, împlinind anul acesta 41 de ani. Deși inițial trebuia închisă la începutul lui 2011, centrala a mai primit o extensie a perioadei de viață până în 2015. Din păcate, nu va mai fi cazul, natura oprind-o într-un mod dramatic.
Este posibil ca unii muncitori să fi primit o doză letală de radiații. Este la fel de probabil ca acei muncitori, dacă nu erau în centrală în momentul cutremurului, să fi murit la fel de bine acasă, pe drum, pe faleză, prin oraș, etc. Ei se vor alătura celor 56 de sovietici care au astupat în primele ore reactorul de la Cernobîl. Probabil cifra victimelor celor două accidente nu va trece de 100. Nu am statistici la îndemână, dar prețul uman plătit pentru această resursă este unul extrem de mic, comparativ cu alte ramuri energetice sau industriale.
Nu vom extinde discuția la victimele asociate indirect cu accidentul de la Cernobîl, din două motive. Este dificil de asociat cazurile de cancer apărut ulterior în zona afectată cu accidentul propriu zis. Nu spun că această corelație nu există sau că trebuie minimizată discuția în jurul ei, dar tot așa de bine, de dragul simetriei, putem studia efectul altor industrii asupra calității vieții. Mineritul cauzează și el pierderi de vieți omenești pe termen lung prin afecțiuni cauzate de metalele grele din pânza freatică. Din nou, efectele nu sunt imediate și nu sunt corelate direct cu mineritul, dar ce ne facem când o haldă de steril o ia la vale sau se infiltrează în sol? Cine contabilizeză numărul bolnavilor de cancer din acea zonă cu activitățile miniere? Să nu mai vorbim de alterarea deseori iremediabilă a calității vieții victimelor acidentelor rutiere, mult mai numeroși la număr. La Fukushima, s-a deversat material radioactiv în mare. La fel de bine, s-au deversat nenumărați litri de țiței de la conducta British Petroleum, chiar acum câteva luni. Care din cele două evenimente credeți că a avut un impact mai mare asupra ecosistemului oceanic? Să mai amintesc de zecile de teste nucleare făcute pe continenul american și în Pacific, inclusiv de francezi? Ce credeți că a contaminat mai mult mediul, scurgerile de la Fukushima sau detonarea câtorva zeci de bombe atomice, una mai puternică decât cealaltă, pe pământ, sub pământ, în atmosferă sau la limita spațiului?
Pentru un an de fucționare al centralei  care produce 6.6 GWh, putem alege între:

• o centrală termică pe cărbune care arde 2.3 milioane tone de cărbune (un tren lung de 1000 de kilometri) și degajă 3 miliarde de metri cubi de CO₂ (contribuind la efectul de seră), 41000 tone SO₂(ploi acide), 9.6 milioane metri cubi de NO_x (iritant respirator), 1200 tone de praf, 377000 tone cenușă în suspensie și 250000 tine cenusă solidă.
• o centrală termică alimentată cu petrol, care arde 1.52 milioane de tone de petrol (conținutul a trei superpetroliere enorme de 500000 tone) și degajă 2.4 miliarde de metri cubi de CO2 (efect de seră), 91000 tone SO₂ (ploi acide), 6400 tone NO_x (iritant respirator), 1650 tone de praf.
• o centrală nucleară, ce consumă 27 de tone de uraniu îmbogățit 3% (conținutul unui camion de 14 metri cubi), fără emisii de CO₂, SO₂, NO_x, praf sau cenusă. Produce doar 14 metri cubi de deșeuri puternic radioactive (combustibil iradiat, din care 97% poate fi recuperat și reutilizat prin reprocesarea elementelor combustibile arse) și circa 500 de metri cubi de deșeuri slab și mediu active, izolate de mediu.

O centrală termică pe cărbune consumă de 100000 de ori mai mult combustibil (în termeni de masă) decât o centrală nucleară și produce de circa 100000 mai multe deșeuri (tot în termeni de masă, date preluate din Bruno Comby, Energia nucleară și mediul, CNI Coresi, București, 2001, ISBN 2-914-190-05-0).
Până în prezent, contaminarea radioactivă din jurul centralei este minoră, mult mai mică decât în cazul accidentului de la Cernobîl, astfel că o comparație directă între cele două evenimente nu stă în picioare prea mult timp. Cauzele și impactul asupra populației și al mediului sunt total diferite. Incidentul de la Fukushima este în prezent catalogat pe scara INES la gradul 5, la fel ca și incidentul dela Three Miles Island. Cernobîl a primit nota maxima, 7.
A auzit cineva de Three Miles Island până săptămâna trecută? Sau de Golânia, Brazilia, un incident tot de gradul 5 pe scara INES? Kyshtym, Rusia, 1957, vă spune ceva?
Lipsa componentei educative a știrilor, lipsa informațiilor clare, venite din surse autorizate, afirmațiile scoase rapid pe media, fără o verificare atentă, au deformat complet evenimentele reale în ochii publicului nespecialist. La fel de lipsită de logică este și frica unora de a zbura cu avionul, deși numărul victimelor accidentelor aviatice este cu mult mai mic (aproximativ 1000 de victime anual, în întreaga lume) decât numărul de victime ale accidentelor rutiere, foarte mulți oameni se tem să se îmbarce în avion, dar nu au nici o problemă în a circula fără centura de siguranță într-un autoturism. Din păcate, expunerea media excesivă și eronată va afecta iremediabil imaginea energiei nucleare în viitorul apropiat. Avem nevoie de energia nucleară pentru a face față cerințelor societății moderne la fel cum avem nevoie de autovehicule, exploatări miniere sau telecomunicații.
De ce avem nevoie de energia nucleară? Pentru că raportul  cantitate/preț al energiei este cel mai bun pe care-l putem exploata în acest moment din natură. Pentru că este o sursă de energie curată, în care toate reziduurile, deși radioactive, sunt puține dacă le raportăm la energia extrasă de pe urma materiei prime, comparativ cu alte surse de energie. Fiind atât de periculoase, sunt stocate cu grijă și contabilizate continuu, refolosite dacă este cazul. Cine contabilizează tonele de produse toxice expulzate de centralele pe păcură sau cărbune? Cine ține o statistică a cazurilor de cancer produse de produsele toxice inhalate de populația din jurul centralelor clasice? Știați că și cărbunele este radioactiv? El conține mici cantități de uraniu și 0.02 Curie sunt transferați din mină spre suprafață. Nivelul normal de radiație al corpului uman este de 0.1 microCurie, datorat izotopului ⁴⁰Na.
Limitarea erorilor umane, închiderea centralelor nucleare vechi și construcția unora moderne, înăsprirea măsurilor de securitate sunt factori care trebuie luați în calcul în acest moment pentru limitatea accidentelor în acest sector. Nu renunțarea la energiea nucleară este răspunsul pe care trebuie să îl dăm naturii, ci o exploatare mai rațională și mai grijulie a puterii atomului.
Exploatarea energiei nucleare nu este un domeniu static, el evoluează și trebuie lăsat să evolueze în proiecte mai sigure și mai fiabile. Majoritatea reactoarelor de astăzi sunt din generația II și III, cele din prima generație fiind retrase din uz. A patra generație de centrale nucleare este în studiu, urmând să intre în folosință în viitorul apropiat. La Cadarache, în Franța, mai multe state puternic industrializate colaborează pentru un proiect ce va schimba probabil peisajul energetic mondial: ITER, o centrală cu fuziune nucleară ce ar urma să fie terminată în următorii 10 ani. Va fi normal să renunțăm la centralele nucleare când vom avea a îndemână, pe scară largă, astfel de centrale, dacă ele se vor dovedi cel puțin la fel de eficiente.
Rezumând, la Fukushima un cutremur de 9.0 grade pe scara Richter și un val tsunami de 7 metri au lovit, unul după altul, o centrală nucleară veche de 40 de ani, aflată la 150 km de epicentru, ce ar fi trebuit închisă în acest an, din cele 17 existente în Japonia. Radiațiile emise vor fi probabil letale pentru un număr de oameni care reprezintă mai puțin de 0.2% din numărul de victime cauzate de cutremur și tsunami iar impactul asupra mediului și a populației aflate dincolo de porțile centralei va fi probabil minimal. Asta înseamnă că centrale nucleare nu sunt sigure? În ce fel de logică poate avea sens această afirmație? Fukushima a demonstrat ca o centrală nucleară veche de 40 de ani nu a cedat decât parțial în fața unuia dintre cele mai mari dezastre naturale din ultimele decenii. Pentru mine, asta este o garanție a siguranței centralelor nucleare moderne.Conform unei statistici a NHTSA (National Highway Trafic Safety Administration), în 2009, doar în Statele Unite au murit 33808 de  cetățeni americani. Numărul victimelor pe șoselele americane în perioada 2000 – 2009 a fost de peste 400000 de oameni. Extrapolând la populația globului, ținând cont de zonele de pe glob mai puțin industrializate, tot cred că putem afirma, cu destulă siguranță, că în ultimii zece ani, milioane de oameni din întreaga lume și-au pierdut viața în incidente rutiere. Nu are rost să mai pomenim numărul răniților care probabil este undeva de ordinul zecilor de milioane, în aceeași perioadă.
Tot în Statele Unite (statisticile sunt mult mai ușor de găsit pentru această națiune), avem peste 120 de morți în accidente miniere și peste 23000 de răniți, din 2001 până în 2007. Cel mai grav accident minier din lume a luat viața a nu mai puțin de 1549 de mineri în China, în anul 1942. Mai aproape de zilele noastre, în 2007, 101 mineri ucranieni au murit în urma unei explozii într-o mină din apropiere de Zasyadko, regiunea Donetsk și exemplele pot continua. Din păcate, accidente miniere grave se întâmplă anual într-o parte sau alta a lumii și victimele continuă să ajungă pe listele cu statistici.
Am dat cele două exemple de mai sus pentru a demonstra faptul că deși anumite sectoare ale societății contemporane produc o mulțime de victime în rândul populației, nimeni nu se gândește să ia vreo măsură de suspendare a acelei activități. Este considerat un risc asumat de toată lumea: de autorități, de cei din domeniu, de viitoarele victime. Se măresc amenzile rutiere, se mai închide o mină, dar nimeni nu ia serios în considerare suspendarea traficului auto sau renunțarea la industria minieră. De ce? Pe bună dreptate, pentru că acele activități de care pomeneam sunt necesare, vitale pentru societate, nici un stat modern nu își permite să renunțe la rețeaua de transport rutier și la vehicule sau la industria minieră (dacă are norocul să aibe zăcăminte naturale exploatabile). Ce se poate face este încercarea de a crește siguranța acestora, prin metode variate, de la caz la caz.
Accidentul de la Fukushima este unul regretabil, nu încape nicio îndoială. Scenariile optimiste au fost infirmate rapid de desfășurarea evenimentelor și cantități necunoscute de radiații au fost eliberate în atmosferă. Nu este vorba de cantități foarte mari, deoarece în acest caz, măsurarea lor ar fi fost mult mai ușoară de către statele din jur. Este foarte probabil ca unii angajați ai centralei să fi primit chiar doze letale. Fără a fi cinici, haideți să ne desprindem puțin de tragismul real al situației și să privim lucrurile la rece pentru câteva momente.
Ce s-a întâmplat de fapt în Japonia? În primă instanță, a avut loc unul din cele mai puternice cutremure înregistrate de când se fac astfel de statistici, de 9.0 grade pe scara Richter, urmat de valuri tsunami care au măturat insulele nipone cu o forță nemaiîntâlnită probabil de sute de ani. În momentul scrierii acestor rânduri, numărul de victime se apropie de 10000 și este în creștere.
Japonia are nu mai puțin de 17 centrale nucleare, cu un total de 55 reactoare funcționale până la data cutremurului, dintre care o singură centrală a avut probleme serioase, patru reactoare devenind critice din cele 55. Dacă studiem mai îndeaproape centrala de la Fukushima, vom vedea că aceasta a fost dată în folosință în 1971, împlinind anul acesta 41 de ani. Deși inițial trebuia închisă la începutul lui 2011, centrala a mai primit o extensie a perioadei de viață până în 2015. Din păcate, nu va mai fi cazul, natura oprind-o într-un mod dramatic.
Este posibil ca unii muncitori să fi primit o doză letală de radiații. Este la fel de probabil ca acei muncitori, dacă nu erau în centrală în momentul cutremurului, să fi murit la fel de bine acasă, pe drum, pe faleză, prin oraș, etc. Ei se vor alătura celor 56 de sovietici care au astupat în primele ore reactorul de la Cernobîl. Probabil cifra victimelor celor două accidente nu va trece de 100. Nu am statistici la îndemână, dar prețul uman plătit pentru această resursă este unul extrem de mic, comparativ cu alte ramuri energetice sau industriale.
Nu vom extinde discuția la victimele asociate indirect cu accidentul de la Cernobîl, din două motive. Este dificil de asociat cazurile de cancer apărut ulterior în zona afectată cu accidentul propriu zis. Nu spun că această corelație nu există sau că trebuie minimizată discuția în jurul ei, dar tot așa de bine, de dragul simetriei, putem studia efectul altor industrii asupra calității vieții. Mineritul cauzează și el pierderi de vieți omenești pe termen lung prin afecțiuni cauzate de metalele grele din pânza freatică. Din nou, efectele nu sunt imediate și nu sunt corelate direct cu mineritul, dar ce ne facem când o haldă de steril o ia la vale sau se infiltrează în sol? Cine contabilizeză numărul bolnavilor de cancer din acea zonă cu activitățile miniere? Să nu mai vorbim de alterarea deseori iremediabilă a calității vieții victimelor acidentelor rutiere, mult mai numeroși la număr. La Fukushima, s-a deversat material radioactiv în mare. La fel de bine, s-au deversat nenumărați litri de țiței de la conducta British Petroleum, chiar acum câteva luni. Care din cele două evenimente credeți că a avut un impact mai mare asupra ecosistemului oceanic? Să mai amintesc de zecile de teste nucleare făcute pe continenul american și în Pacific, inclusiv de francezi? Ce credeți că a contaminat mai mult mediul, scurgerile de la Fukushima sau detonarea câtorva zeci de bombe atomice, una mai puternică decât cealaltă, pe pământ, sub pământ, în atmosferă sau la limita spațiului?
Pentru un an de fucționare al centralei  care produce 6.6 GWh, putem alege între:

• o centrală termică pe cărbune care arde 2.3 milioane tone de cărbune (un tren lung de 1000 de kilometri) și degajă 3 miliarde de metri cubi de CO₂ (contribuind la efectul de seră), 41000 tone SO₂(ploi acide), 9.6 milioane metri cubi de NO_x (iritant respirator), 1200 tone de praf, 377000 tone cenușă în suspensie și 250000 tine cenusă solidă.
• o centrală termică alimentată cu petrol, care arde 1.52 milioane de tone de petrol (conținutul a trei superpetroliere enorme de 500000 tone) și degajă 2.4 miliarde de metri cubi de CO2 (efect de seră), 91000 tone SO₂ (ploi acide), 6400 tone NO_x (iritant respirator), 1650 tone de praf.
• o centrală nucleară, ce consumă 27 de tone de uraniu îmbogățit 3% (conținutul unui camion de 14 metri cubi), fără emisii de CO₂, SO₂, NO_x, praf sau cenusă. Produce doar 14 metri cubi de deșeuri puternic radioactive (combustibil iradiat, din care 97% poate fi recuperat și reutilizat prin reprocesarea elementelor combustibile arse) și circa 500 de metri cubi de deșeuri slab și mediu active, izolate de mediu.

O centrală termică pe cărbune consumă de 100000 de ori mai mult combustibil (în termeni de masă) decât o centrală nucleară și produce de circa 100000 mai multe deșeuri (tot în termeni de masă, date preluate din Bruno Comby, Energia nucleară și mediul, CNI Coresi, București, 2001, ISBN 2-914-190-05-0).
Până în prezent, contaminarea radioactivă din jurul centralei este minoră, mult mai mică decât în cazul accidentului de la Cernobîl, astfel că o comparație directă între cele două evenimente nu stă în picioare prea mult timp. Cauzele și impactul asupra populației și al mediului sunt total diferite. Incidentul de la Fukushima este în prezent catalogat pe scara INES la gradul 5, la fel ca și incidentul dela Three Miles Island. Cernobîl a primit nota maxima, 7.
A auzit cineva de Three Miles Island până săptămâna trecută? Sau de Golânia, Brazilia, un incident tot de gradul 5 pe scara INES? Kyshtym, Rusia, 1957, vă spune ceva?
Lipsa componentei educative a știrilor, lipsa informațiilor clare, venite din surse autorizate, afirmațiile scoase rapid pe media, fără o verificare atentă, au deformat complet evenimentele reale în ochii publicului nespecialist. La fel de lipsită de logică este și frica unora de a zbura cu avionul, deși numărul victimelor accidentelor aviatice este cu mult mai mic (aproximativ 1000 de victime anual, în întreaga lume) decât numărul de victime ale accidentelor rutiere, foarte mulți oameni se tem să se îmbarce în avion, dar nu au nici o problemă în a circula fără centura de siguranță într-un autoturism. Din păcate, expunerea media excesivă și eronată va afecta iremediabil imaginea energiei nucleare în viitorul apropiat. Avem nevoie de energia nucleară pentru a face față cerințelor societății moderne la fel cum avem nevoie de autovehicule, exploatări miniere sau telecomunicații.
De ce avem nevoie de energia nucleară? Pentru că raportul  cantitate/preț al energiei este cel mai bun pe care-l putem exploata în acest moment din natură. Pentru că este o sursă de energie curată, în care toate reziduurile, deși radioactive, sunt puține dacă le raportăm la energia extrasă de pe urma materiei prime, comparativ cu alte surse de energie. Fiind atât de periculoase, sunt stocate cu grijă și contabilizate continuu, refolosite dacă este cazul. Cine contabilizează tonele de produse toxice expulzate de centralele pe păcură sau cărbune? Cine ține o statistică a cazurilor de cancer produse de produsele toxice inhalate de populația din jurul centralelor clasice? Știați că și cărbunele este radioactiv? El conține mici cantități de uraniu și 0.02 Curie sunt transferați din mină spre suprafață. Nivelul normal de radiație al corpului uman este de 0.1 microCurie, datorat izotopului ⁴⁰Na.
Limitarea erorilor umane, închiderea centralelor nucleare vechi și construcția unora moderne, înăsprirea măsurilor de securitate sunt factori care trebuie luați în calcul în acest moment pentru limitatea accidentelor în acest sector. Nu renunțarea la energiea nucleară este răspunsul pe care trebuie să îl dăm naturii, ci o exploatare mai rațională și mai grijulie a puterii atomului.
Exploatarea energiei nucleare nu este un domeniu static, el evoluează și trebuie lăsat să evolueze în proiecte mai sigure și mai fiabile. Majoritatea reactoarelor de astăzi sunt din generația II și III, cele din prima generație fiind retrase din uz. A patra generație de centrale nucleare este în studiu, urmând să intre în folosință în viitorul apropiat. La Cadarache, în Franța, mai multe state puternic industrializate colaborează pentru un proiect ce va schimba probabil peisajul energetic mondial: ITER, o centrală cu fuziune nucleară ce ar urma să fie terminată în următorii 10 ani. Va fi normal să renunțăm la centralele nucleare când vom avea a îndemână, pe scară largă, astfel de centrale, dacă ele se vor dovedi cel puțin la fel de eficiente.
Rezumând, la Fukushima un cutremur de 9.0 grade pe scara Richter și un val tsunami de 7 metri au lovit, unul după altul, o centrală nucleară veche de 40 de ani, aflată la 150 km de epicentru, ce ar fi trebuit închisă în acest an, din cele 17 existente în Japonia. Radiațiile emise vor fi probabil letale pentru un număr de oameni care reprezintă mai puțin de 0.2% din numărul de victime cauzate de cutremur și tsunami iar impactul asupra mediului și a populației aflate dincolo de porțile centralei va fi probabil minimal. Asta înseamnă că centrale nucleare nu sunt sigure? În ce fel de logică poate avea sens această afirmație? Fukushima a demonstrat ca o centrală nucleară veche de 40 de ani nu a cedat decât parțial în fața unuia dintre cele mai mari dezastre naturale din ultimele decenii. Pentru mine, asta este o garanție a siguranței centralelor nucleare moderne.