|
|
Měření průrazu pevných a kapalných dielektrik
Ryšavý, Tomáš ; Pelikán, Luděk (oponent) ; Krbal, Michal (vedoucí práce)
Práce se zaměřuje na teoretický popis vzniku elektrického průrazu v pevných a kapalných dielektrických materiálech a následně na samotné měření. Kromě popsání normovaného postupu při měření elektrického průrazu, či průrazného napětí dielektrických materiálů, práce také popisuje nejdůležitější parametry a okolnosti, které a jak ovlivňují elektrickou pevnost materiálů. Součástí práce jsou také návrhy elektrodových systémů a zkušebních komor pro měření pevných a kapalných dielektrik.
|
|
|
Diagnostika elektrických výbojů v kapalinách
Vašíček, Michal ; Mazánková, Věra (oponent) ; Kozáková, Zdenka (vedoucí práce)
Cílem této práce je proměření elektrických charakteristik zapálení stejnosměrného elektrického výboje v roztoku elektrolytu a vyhodnocení jednotlivých parametrů (napětí, proud, světelný signál a zvuk). Výsledkem je porovnání těchto parametrů při přechodu z diafragmové na kapilární konfiguraci použitím statických a dynamických charakteristik. Další část popisuje vzájemné rozdíly a určuje přibližnou hranici mezi jednotlivými konfiguracemi. Studium stejnosměrného elektrického výboje generovaného na dírce bylo prováděno v polykarbonátovém reaktoru o celkovém objemu 110 ml rozděleného měnitelnou polyacetátovou přepážkou. Na tyto přepážky byla umístěna série keramických disků značky Shapal o tloušťce 0,3–1,5 mm se středovou dírkou o průměru 0,3 mm. Rozdělením vznikly dvě přibližně stejně velké komory, z nichž každá obsahovala nerezovou elektrodu. Na elektrody bylo dodáváno stejnosměrným zdrojem vysoké napětí o výkonu až 500 W. Jako elektrolyt byl použit roztok NaCl s počáteční vodivostí 570 S/cm. Časově rozlišené charakteristiky byly zaznamenávány na čtyřkanálovém osciloskopu Tektronix TDS 2024B, na němž bylo měřeno napětí přes sondu HV Tektronix P6015A, proud přes odpor 5,13 , zvuk piezoelektrickým mikrofonem pod reaktorem a emitované světlo výboje pomocí optického vlákna u otvoru v přepážce. Naměřením a zpracováním časově rozlišených charakteristik jednotlivých parametrů bylo dosaženo přesného popisu chování diafragmové a kapilární konfigurace. Byly popsány rozdíly napětí při fázi generace bublin a zapálení výboje. Práce obsahuje zejména popis chování kavitujících bublin a přibližně stanovuje přechod mezi diafragmovou a kapilární konfigurací na l/d = 3 (kde l je tloušťka přepážky a průměr dírky je značen d).
|
|
|
Diafragmový výboj v roztocích organických barviv z hlediska elektrolytického rozkladu
Davidová, Jaroslava ; Brablec, Antonín (oponent) ; Kozáková, Zdenka (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá fyzikálními a chemickými jevy působícími na rozklad organických barviv v diafragmovém výboji, který je generován v kapalných roztocích. Protože byl v experimentech použit zdroj stejnosměrného vysokého napětí v kontinuálním režimu, objevuje se účinek elektrolýzy na rozklad barviva v diafragmovém výboji. Hlavním cílem této práce bylo zjistit, kdy probíhá pouze elektrolýza (resp. kdy dochází k zapálení výboje), a které faktory ovlivňují bod zapálení. Dále bylo cílem provést rozklad vybraných potravinářských a textilních organických barviv pouze účinkem elektrolýzy. V teoretické části je uvedena teorie vzniku elektrického výboje v kapalných roztocích a popsány různé typy výbojů generované v kapalinách. Dále je v mé práci rozebrána rešerše na téma elektrických výbojů v kapalinách využívaných ve světě, využití diafragmového výboje a různé způsoby odstranění organických barviv z vodných roztoků. Nakonec je v této diplomové práci uvedena teorie elektrolýzy vodného roztoku elektrolytu, teorie UV-VIS spektroskopie a také jsou zde jednoduše popsány analytické metody vhodné pro detekci organických molekul. Experimentální část je zaměřena na popis experimentu, který byl prováděn v reaktoru s oddělenými elektrodovými prostory. Propojení obou prostorů bylo realizováno přepážkou rozdělující reaktor na dvě části, kde byla umístěna nevodivá diafragma s dírou o d = 0,4 mm uprostřed. Experimentální část obsahuje i popis chemikálií použitých v experimentech a je zde popsán i průběh jednotlivých experimentů. Nejprve byl zjištěn bod zapálení výboje v reaktoru (tj. stanovení fáze, kdy probíhá pouze elektrolýza bez jakéhokoli účinku výboje) tvorbou peroxidu vodíku a měřením dynamických elektrických charakteristik. Poté byl proveden rozklad vybraných barviv elektrolýzou. Protože rozklad barviv je doprovázen odbarvením, koncentrace barviva byla měřena na UV-VIS spektrometru v rozmezí vlnových délek 350–700 nm. Ve výsledkové části jsou porovnány různé faktory působící na bod zapálení, jako je druh použitého elektrolytu, počáteční vodivost, druh barviva, teplota roztoku a typ reaktoru (resp. objem roztoku). Z výsledků vyplývá, že nejvýznamněji ovlivňuje zapálení výboje počáteční vodivost roztoku. Po zjištění bodu zapálení byla provedena elektrolýza vybraných barviv, kde proud byl nastavován na 10 mA, elektrolyt byl použit NaCl, kterým se nastavovala počáteční vodivost na 500 µS/cm. Nakonec bylo provedeno srovnání rozkladu barviv v závislosti na dodávaném výkonu, kde bylo zjištěno, že samotná elektrolýza má pouze minimální účinnost (cca 15 %), a tudíž významně neovlivňuje rozklad barviv v diafragmovém výboji v kapalných roztocích.
|
|
|
Elektrické charakteristiky diafragmového výboje v roztocích elektrolytů
Dřímalková, Lucie ; Slavíček, Pavel (oponent) ; Kozáková, Zdenka (vedoucí práce)
Hlavním cílem této diplomové práce je diagnostika diafragmového výboje ve vodných roztocích elektrolytů (především NaCl) a popis konkrétních procesů probíhajících před a po zapálení výboje. Ke generaci výboje se využívá stabilizovaného repulzního stejnosměrného vysokonapěťového zdroje generujícího napětí do 2 kV. Ačkoli byla v posledních letech objevena celá řada aplikací elektrického výboje v kapalinách, vlastní mechanismus vzniku tohoto výboje není dosud znám. Z tohoto důvodu je tato práce zaměřena na studium dějů předcházejících zapálení výboje, parametry zapálení výboje a na samotný výboj jak v oblasti náhodného průrazu, tak i pravidelného výboje . Teoretická část popisuje možné mechanismy vzniku výboje ve vodných roztocích včetně stručného popisu vybraných druhů známých výbojů v kapalné fázi. Diafragmový výboj je jedním z mnoho typů elektrických výbojů generovaných ve vodě. Ve skutečnosti je elektrický výboj nízkoteplotní nerovnovážné plazma, které je generováno pomocí vysokého napětí. V plazmových kanálcích (tzv. „streamerech“) dochází k celé řadě fyzikálních a chemických procesů. Mezi fyzikální procesy se řadí působení silného elektrického pole, generace rázové vlny a v neposlední řadě emise elektromagnetického záření ve viditelné a ultra-fialové oblasti. Mezi nejdůležitější chemické procesy patří generace aktivních látek a částic, zejména peroxidu vodíku a OH radikálů. V této práci jsou využívány tři reaktory o různém objemu (4 l, 100 ml a 50 ml) s diafragmovou konfigurací. Výboj je tvořen v otvoru (dírce) v diafragmě, která odděluje oba elektrodové prostory reaktoru. Výboj je generován pomocí repulzního stejnosměrného vysokého napětí o velikosti do 4 kV. Elektrody jsou vyrobeny z nerezové oceli nebo platiny a jsou umístěny v proměnné vzdálenosti od diafragmy v obou elektrodových prostorech. Diafragma je vyrobena z PET nebo Shapal-MTM keramiky s proměnnou tloušťkou (0,2-2 mm), v níž je vždy centrální otvor s vnitřním průměrem 0,2-1,5 mm. Časově rozlišené charakteristiky průběhu proudu a napětí jsou zaznamenávány pomocí čtyřkanálového osciloskopu, který snímá jejich výstupní hodnoty. Velikosti napětí i proudu jsou zaznamenávány za postupného zvyšování stejnosměrného napětí s krokem po cca 100 V. Proměřovány jsou roztoky elektrolytu chloridu sodného při pěti vodivostech. Naměřené časově rozlišené charakteristiky napětí a proudu umožňují stanovení zápalných napětí, popisují průběh proudu a napětí určitých částí V-A charakteristiky. Je prokázáno, že se zvyšující se vzdáleností elektrod od diafragmy se snižuje napětí potřebné pro zapálení výboje. Nicméně, změna vzdálenosti elektrod od 4 cm dále již nevyvolává žádné významné změny zápalného napětí. Vliv průměru dírky v diafragmě není ve studovaném rozmezí zřejmý, ale je pozorováno mírné zvýšení zápalného napětí s rostoucím průměrem dírky. Zvýšení tloušťky diafragmy posune naměřenou křivku V-A charakteristiky směrem k nižším napětím. Práce ukazuje, jak je V-A charakteristika závislá na změně vodivosti a také na druhu anorganických solí. Zvýšením vodivosti se měřená charakteristická V-A křivka posouvá směrem k nižšímu napětí, což znamená, že zápalné napětí se snižuje. Velikost reaktoru nemá žádný vliv na procesy před ani po zapálení výboje.
|
|
|
Diagnostika plazmatu generovaného ve vybraných konfiguracích elektrického výboje v kapalném prostředí
Vašíček, Michal ; Bartlová, Milada (oponent) ; Kozáková, Zdenka (vedoucí práce)
Diplomová práce je zaměřena na srovnání stejnosměrného a vysokofrekvenčního (15-80 kHz) elektrického výboje generujícího nízkoteplotní plazma ve vodném roztoku chloridu sodného. V první části se především soustředí na rozbor volt-ampérových a Lissajousových křivek, které popisují jednotlivé fáze výboje: elektrolýzu, generaci bublin a samotné zapálení a hoření plazmatického výboje na štěrbině v dielektrické přepážce. Studuje také vliv frekvence, konduktivity elektrolytu, tloušťky diafragmy (či délky u kapiláry) a průměru štěrbiny na vlastní zapálení výboje, respektive na generaci bublin. Měření byla realizována v polykarbonátovém reaktoru o objemu 110 ml rozděleného polyacetátovou přepážkou na dvě stejné části, z nichž každá obsahovala nerezovou planární elektrodu. Na přepážce byly instalovány keramické disky Shapal-M o různých průměrech štěrbiny 0,3-0,9 mm a tloušťkách 0,3-1,5 mm. Počáteční konduktivita chloridu sodného byla zvolena v rozmezí 100-900 S/cm. Druhá část práce porovnává vliv stejnosměrného a vysokofrekvenčního napěťového zdroje na fyzikální vlastnosti roztoku (konduktivita, pH, teplota) a tvorbu peroxidu vodíku. V reaktoru o objemu 4 l s mícháním byla nainstalována keramická diafragma s tloušťkou 0,6 mm a dírkou o průměru 0,6 mm, která dělí reaktor na dvě části, z nichž každá obsahuje platinovou elektrodu. Měření probíhalo vždy za konstantního výkonu 45 W po dobu 40 minut na každém zdroji napětí. Peroxid vodíku byl vysrážen titanovým činidlem za tvorby žlutého komplexu, který byl spektrometricky stanoven. Vynesením závislosti výkonu vysokofrekvenčního výboje na frekvenci dostáváme exponenciální pokles frekvence se zvyšujícím se výkonem. Pro silnější přepážky je potřebné vyšší zápalné napětí pro stejnosměrný i vysokofrekvenční výboj. Pro větší průměry štěrbiny se musí nastavit nižší zápalné napětí, ale vyšší výkon pro oba režimy výboje.Zápalné napětí klesá s rostoucí konduktivitou v obou režimech díky tomu, že roztok s vyšší konduktivitou obsahuje více nosičů náboje, a proto stačí nižší napětí k zapálení výboje. Zatímco frekvence a výkon stejnosměrného výboje roste, výkon vysokofrekvenčního výboje s rostoucí konduktivitou klesá. Konduktivita i teplota roztoku elektrolytu se zvyšuje s rostoucí počáteční konduktivitou. Při vysokofrekvenčním a stejnosměrném výboji u anody je pozorován pokles pH do kyselé oblasti z důvodu tvorby reaktivních částic a elektrolýzy (u DC výboje), přičemž u katody je roztok alkalický. Koncentrace peroxidu vodíku lineárně roste během vysokofrekvenčního i stejnosměrného výboje v anodové části a je závislá na počáteční koncentraci elektrolytu.
|
|
|
Diagnostika plazmatu generovaného elektrickým výbojem v organických roztocích
Adámková, Barbora ; Krčma, František (oponent) ; Kozáková, Zdenka (vedoucí práce)
Práce se zabývala elektrickým výbojem v organických roztocích. Teoretická část byla zaměřena na plazmový výboj v kapalinách a také diagnostiku plazmatu. V praktické části byl sledován vliv experimentálních podmínek na zapálení výboje v roztocích alkoholů. Konkrétně vliv polarity vkládaného napětí, koncentrace a vodivosti roztoku. Dále bylo pomocí kolorimetrického stanovení zjišťováno množství vygenerovaného peroxidu vodíku v roztocích etanolu a také v roztocích elektrolytu o dvou různých vodivostech. Ve výsledcích byly porovnány závislosti proudu a napětí na čase během samotného výboje a fází, které mu předcházely. Jednalo se tedy o tvorbu bublin, občasné zapálení výboje a stabilní výboj. Ze zaznamenaných průměrných hodnot proudů a napětí byly sestrojeny volt-ampérové charakteristiky. Bylo zjištěno, že se zvyšující se vodivostí roztoku dochází k dřívějšímu výboji. Stejně tak při záporné polaritě napětí vkládaného na hlavní elektrodu docházelo k dřívějšímu průrazu než při kladné polaritě. Napětí potřebné ke vzniku výboje bylo nižší až o několik set voltů. Například u roztoku o 95 obj. % etanolu a vodivosti 200 S byl stanoven bod zapálení pro kladnou polaritu na 1650 V, ale při záporné polaritě toto napětí dosahovalo pouze 1250 V. Zároveň byl zkoumán vliv koncentrace roztoku etanolu na zapálení výboje, k výraznému ovlivnění bodu zapálení ale nedocházelo. Co se týče generace peroxidu vodíku, jeho množství rostlo lineárně s časem. V roztoku elektrolytu se peroxidu vodíku tvořilo značně víc v porovnání s roztokem etanolu.
|
|
|
Dynamické testování solárních článků
Šneidr, Radim ; Hégr, Ondřej (oponent) ; Boušek, Jaroslav (vedoucí práce)
Náplní mé diplomové práce je ověření metody dynamického testování solárních fotovoltaických článků. Měřicí postupy pro určení jednotlivých parametrů náhradního schématu fotovoltaického článku byly ověřeny na základě testování sady krystalických křemíkových fotovoltaických článků. Pro zrychlení měření difúzní kapacity a zlepšení reprodukovatelnosti měření byl navržen nový způsob určení časové konstanty pro difúzní kapacitu, který využívá kombinace dvou krátkých pulsů. Pro toto měření byl navržen a realizován nový způsob časování dynamického testeru.
|
|
|
Diagnostika diafragmového výboje ve vodných roztocích a jeho aplikace pro povrchovou úpravu nanomateriálů
Dřímalková, Lucie ; Brablec, Antonín (oponent) ; Janda,, Mário (oponent) ; Krčma, František (vedoucí práce)
Přesný mechanizmus samotného zapálení výboje v roztocích není dosud znám, ačkoli v posledních několika letech došlo k velkému pokroku a přiblížením, z nichž některá jsou nastíněna v teoretické části práce. Tato práce je rozdělena na dvě experimentální části. První část se zabývá diagnostikou diafragmového výboje v roztocích elektrolytů a druhá část je zaměřena na jeho využití k rozpadu aglomerátů (vyšší homogenizaci distribuce) uhlíkových nanotrubek v roztocích. V experimentu 1 se k diagnostice diafragmového výboje v roztocích elektrolytu používaly tři různě velké reaktory (4 l, 100 ml, 50 ml) s diafragmovou konfigurací. Diagnostika probíhala pomocí časových záznamů proudu a napětí s doplněním synchronizovaných snímků z ICCD kamery, které byly zapojeny do čtyřkanálového osciloskopu. V-A charakteristiku lze popsat pomocí tří dějů probíhajících v roztoku elektrolytu za postupného zvyšování napětí. Za postupného zvyšování napětí v roztoku dochází nejdříve k elektrolýze. Další fáze je tvorba mikrobublin či bublin, která je na křivce charakteristická mírným poklesem nárůstu procházejícího proudu. Prudkým nárůstem procházejícího proudu je zase charakteristická poslední fáze a to výbojová fáze. Vzdálenost elektrod od diafragmy nijak významně neovlivňuje V-A charakteristiku. S vyšším průměrem dírky prochází vyšší proud, což však nemá vliv na počátek generace bublin či zápalné napětí. Čím je tloušťka diafragmy vyšší, tím je potřeba vyšší napětí k počátku generace bublin a následně i k zapálení výboje. Porovnáním napětí počátku generace bublin a zápalných napětí pro PET diafragmy a diafragmy z keramiky nebyl zjištěn žádný zásadní rozdíl. Jedním z nejdůležitějších parametrů je vodivost roztoku elektrolytu. Čím vyšší je vodivost roztoku, tím je potřeba nižší napětí pro počátek generace bublin a také dochází ke generaci výboje při nižším zápalném napětí. Druhá experimentální část je zaměřena na zkoumání vlivu diafragmového výboje na uhlíkové nanotrubky. Pro úpravu uhlíkových nanočástic se používá speciálně navržený reaktor ve tvaru U. Jako elektrolytický roztok je používána vodovodní voda a vodné roztoky organických sloučenin. Výboj je generován pomocí nepulzního stejnosměrného zdroje s napětím v rozmezí 0 – 2,8 kV přiváděným na platinové elektrody umístěné v roztoku elektrolytu. Výsledky měření prokázaly, že diafragmový výboj má pozitivní účinky na rozmotání shluků a aglomerátů uhlíkových nanotrubek. Primární účinek na rozmotání mají pravděpodobně rázové vlny generované výbojem. Ukázalo se, že ošetření plazmatem v katodovém a anodovém prostoru se liší. Ošetření plazmatem v anodovém prostoru má mnohem vyšší účinky než v katodovém. Účinky rozmotání uhlíkových nanotrubek roztoku jsou dlouhodobé a neztrácí svůj efekt ani po několika měsících. Pomocí infračervené spektroskopie nebyly zjištěny žádné významné změny ve struktuře plazmatem ošetřených nanotrubek.
|
|
|
Měření průrazu pevných a kapalných dielektrik
Ryšavý, Tomáš ; Pelikán, Luděk (oponent) ; Krbal, Michal (vedoucí práce)
Práce se zaměřuje na teoretický popis vzniku elektrického průrazu v pevných a kapalných dielektrických materiálech a následně na samotné měření. Kromě popsání normovaného postupu při měření elektrického průrazu, či průrazného napětí dielektrických materiálů, práce také popisuje nejdůležitější parametry a okolnosti, které a jak ovlivňují elektrickou pevnost materiálů. Součástí práce jsou také návrhy elektrodových systémů a zkušebních komor pro měření pevných a kapalných dielektrik.
|
|
|
Diagnostika diafragmového výboje ve vodných roztocích a jeho aplikace pro povrchovou úpravu nanomateriálů
Dřímalková, Lucie ; Brablec, Antonín (oponent) ; Janda,, Mário (oponent) ; Krčma, František (vedoucí práce)
Přesný mechanizmus samotného zapálení výboje v roztocích není dosud znám, ačkoli v posledních několika letech došlo k velkému pokroku a přiblížením, z nichž některá jsou nastíněna v teoretické části práce. Tato práce je rozdělena na dvě experimentální části. První část se zabývá diagnostikou diafragmového výboje v roztocích elektrolytů a druhá část je zaměřena na jeho využití k rozpadu aglomerátů (vyšší homogenizaci distribuce) uhlíkových nanotrubek v roztocích. V experimentu 1 se k diagnostice diafragmového výboje v roztocích elektrolytu používaly tři různě velké reaktory (4 l, 100 ml, 50 ml) s diafragmovou konfigurací. Diagnostika probíhala pomocí časových záznamů proudu a napětí s doplněním synchronizovaných snímků z ICCD kamery, které byly zapojeny do čtyřkanálového osciloskopu. V-A charakteristiku lze popsat pomocí tří dějů probíhajících v roztoku elektrolytu za postupného zvyšování napětí. Za postupného zvyšování napětí v roztoku dochází nejdříve k elektrolýze. Další fáze je tvorba mikrobublin či bublin, která je na křivce charakteristická mírným poklesem nárůstu procházejícího proudu. Prudkým nárůstem procházejícího proudu je zase charakteristická poslední fáze a to výbojová fáze. Vzdálenost elektrod od diafragmy nijak významně neovlivňuje V-A charakteristiku. S vyšším průměrem dírky prochází vyšší proud, což však nemá vliv na počátek generace bublin či zápalné napětí. Čím je tloušťka diafragmy vyšší, tím je potřeba vyšší napětí k počátku generace bublin a následně i k zapálení výboje. Porovnáním napětí počátku generace bublin a zápalných napětí pro PET diafragmy a diafragmy z keramiky nebyl zjištěn žádný zásadní rozdíl. Jedním z nejdůležitějších parametrů je vodivost roztoku elektrolytu. Čím vyšší je vodivost roztoku, tím je potřeba nižší napětí pro počátek generace bublin a také dochází ke generaci výboje při nižším zápalném napětí. Druhá experimentální část je zaměřena na zkoumání vlivu diafragmového výboje na uhlíkové nanotrubky. Pro úpravu uhlíkových nanočástic se používá speciálně navržený reaktor ve tvaru U. Jako elektrolytický roztok je používána vodovodní voda a vodné roztoky organických sloučenin. Výboj je generován pomocí nepulzního stejnosměrného zdroje s napětím v rozmezí 0 – 2,8 kV přiváděným na platinové elektrody umístěné v roztoku elektrolytu. Výsledky měření prokázaly, že diafragmový výboj má pozitivní účinky na rozmotání shluků a aglomerátů uhlíkových nanotrubek. Primární účinek na rozmotání mají pravděpodobně rázové vlny generované výbojem. Ukázalo se, že ošetření plazmatem v katodovém a anodovém prostoru se liší. Ošetření plazmatem v anodovém prostoru má mnohem vyšší účinky než v katodovém. Účinky rozmotání uhlíkových nanotrubek roztoku jsou dlouhodobé a neztrácí svůj efekt ani po několika měsících. Pomocí infračervené spektroskopie nebyly zjištěny žádné významné změny ve struktuře plazmatem ošetřených nanotrubek.
|
host ::
RSS.