Зачем нужен фильтр нулевого сопротивления: Фильтр нулевого сопротивления – описание и чистка устройства + видео

Фильтр нулевого сопротивления – описание и чистка устройства + видео

Фильтр нулевого сопротивления устанавливают вместо стандартного фильтрующего элемента с целью увеличения мощности силового агрегата автомобиля и уменьшения сопротивления на впуске. Будем разбираться, есть ли реальная польза от монтажа такого устройства.

1 Нулевик – что за фильтр-то такой?>

Воздух, поступающий в инжекторный либо карбюраторный двигатель автомобиля, содержит массу различных химических соединений и небольших механических частиц. Попадая в цилиндры, они ухудшают их работу, а с течением времени даже выводят данный узел из строя. Избежать такой проблемы можно одним способом – монтажом специального воздушного фильтра. Его задача заключается в проведении механической очистки воздуха от разнообразных примесей. При этом стоит помнить, что мощностные показатели силовых автомобильных агрегатов напрямую зависят от того, сколько воздуха имеется в рабочей смеси. 

Фильтр-нулевик

Похожие статьи

И здесь кроется главная проблема. Чем лучше работает фильтр, тем меньший объем воздуха после очистки поступает в мотор. Следствием этого становится падение мощности двигателя. Кроме того, стандартные фильтрующие элементы изготавливаются из бумаги повышенной плотности. Такие изделия оказывают огромное сопротивление воздуху. Через некоторое время их поры и вовсе забиваются. Фильтр перестает вообще пропускать что-либо. За счет этого показатель сопротивления воздуху увеличивается еще больше. Фильтр нулевого сопротивления позволяет избежать всех описанных проблем. Он делается из хлопковой ткани. Обычно используется 3–4 слоя такого материала. На каждую часть ткани наносится особая пропитка. После этого воздушный фильтр нулевого сопротивления помещается в специальный экран, сделанный из алюминия.

Подобная конструкция гарантирует беспрепятственное прохождение потока воздуха в инжектор либо карбюратор. Мелкие частицы грязи задерживаются фильтрующими волокнами. При этом показатель пропускной способности устройства с течением времени практически не снижается.  

Рассматриваемое устройство гарантирует высокую по качеству очистку воздушного потока. Поэтому установка фильтра нулевого сопротивления рекомендована для всех без исключения спортивных болидов. Но здесь необходимо принимать во внимание то, что спорткары могут похвастаться модернизированной выпускной системой. Она дает возможность оперативно выводить из силового агрегата большие объемы отработанных газов. В обычном же автомобиле, будь то инжектор или карбюратор, подобной улучшенной системы нет.

2 Фильтр нулевого сопротивления – дает ли его монтаж реальные выгоды?

Описываемое нами устройство в идеале обеспечивает ряд преимуществ. Они приведены далее:

1. Нулевик не нуждается в регулярной замене. Его нужно лишь периодически (очень редко) чистить, используя специальный раствор. После подобной обработки, которая легко производится своими руками, фильтр нулевого сопротивления восстанавливает в полном объеме свои начальные характеристики. После промывки устройства на него обязательно наносится пропитка.
2. Рассматриваемое фильтрующее приспособление дает небольшую прибавку мощности – максимум до 5 %. Понятно, что такое увеличение скоростных свойств автомобиля водитель просто-напросто не заметит. Поэтому ставить нулевик на карбюратор либо на инжекторный мотор не имеет особого смысла.
3. Нулевой фильтрующий элемент дает незначительное увеличение крутящего момента при низких и средних оборотах. Опять же таки, автомобилист не сможет оценить такое повышение тяги, так как оно будет несущественным и никак не скажется на комфорте управления транспортным средством.

Установка нулевого фильтра

Как видим, установка нулевого фильтра вместо стандартного не дает каких-либо реальных эксплуатационных преимуществ простым автомобилям, оборудованным обычным двигателем (инжектор, карбюратор). По сути, нулевик, смонтированный на серийный мотор, будет выполнять лишь функцию «крутой», но бесполезной игрушки под капотом авто. Не более того. Если вы планируете добиться реального увеличения мощности двигателя и тяги, фильтр нулевого сопротивления придется устанавливать на грамотно доработанный силовой агрегат. Вам необходимо будет смонтировать на карбюратор или инжектор тюнингованную дроссельную заслонку, спортивные распределительные валы, а также произвести правильную и точную расточку цилиндров.

3 Как устанавливать и чистить деталь – делаем все своими руками

Самостоятельно смонтировать нулевик несложно. В некоторых случаях необходимо приобрести специальные крепежные патрубки. Но обычно фильтр нулевого сопротивления ставится непосредственно в стандартную гофру, подсоединенную к корпусу штатного фильтрующего устройства. Своими руками операция выполняется элементарно:

• демонтируем корпус старого фильтра;
• вставляем нулевик в гофру;
• надежно затягиваем новое устройство, применяя хомут.

Чистка нулевого фильтра

Очень важно правильно выбрать новый фильтр. Его выходное сечение обязано быть на пару миллиметров меньше диаметра гофры. Если соблюдать такое условие, проблем с монтажом фильтрующего приспособления у вас не возникнет. Теперь посмотрим, как чистить интересующий нас элемент своими руками. Сначала демонтируете нулевик и тщательно удаляете с него все крупные загрязнения. Чистить фильтр лучше всего специальным раствором (обычная автохимия для мойки двигателя не подходит) и щеткой с нежесткими щетинками.  Затем вам нужно нанести на обе стороны устройства специальный пропиточный состав. Он может входить в комплект фильтра. Но чаще всего такой раствор приходится приобретать отдельно.

Пропитка элемента осуществляется на протяжении 10–15 минут. После этого нулевик ополаскивается в емкости с чистой водой. А затем его дополнительно промывают под краном. Напор проточной воды следует сделать совсем небольшим, чтобы не повредить фильтрующие слои приспособления. Следующий шаг – стряхивание воды с фильтра. Его не нужно сушить каким-либо особым образом. Просто пару раз встряхните нулевик. Далее осматриваете устройство. Если вы видите на нем выделяющиеся светлые участки, повторяете процесс пропитки устройства и последующей его промывки по уже описанной схеме. Сами видите, что чистить нулевик совсем не сложно. Финал работ – установка приспособления на его место.

Последняя рекомендация. Большинство нулевых фильтров рассчитано максимум на 20 чисток и промывок. После этого вам нужно будет приобрести и смонтировать на авто новое устройство.

Целесообразность установки фильтров нулевого сопротивления

Фильтр нулевого сопротивления позволяет увеличивать мощность автомобиля. Каким образом достигается указанный результат, давайте разберемся.

Общее знакомство

Расположение «нулевки» под капотом автомобиля

Классический воздушный фильтр позволяет очистить воздух, поступающий в силовой агрегат от примесей грязи и пыли — защищает цилиндро-поршневую группу от агрессивного воздействия мелких частиц. Но при хороших фильтровальных свойствах указанное устройство уменьшает мощность привода. Фильтрующие элементы создают сопротивление потоку воздуха, а мощность мотора, как известно, напрямую зависит от величины этого сопротивления. Наблюдается прямо пропорциональная зависимость — увеличивается сопротивление и как следствие снижается мощность.

Фильтры нулевого сопротивления обладают нормальной фильтрующей способностью, обеспечивают маленькое сопротивление — это позволяет увеличить мощность мотора. Их часто используют в гоночных автомобилях и называют спортивными.

«Нулевики» позволяют увеличить мощность мотора простого автомобиля, если вы комплексно доработаете привод: осуществите расточку цилиндров, установите спортивные распредвалы, приобретете дроссельную заслонку — это позволит увеличить отдачу впускной системы двигателя. В противном случае, если ваша машина не оснащена спортивным мотором, то вкладывать деньги в фильтры-нулевки нецелесообразно.

Рекомендуем посмотреть видео о фильтрах-нулевиках:

Конструктивные особенности

Конструкция фильтров-нулевок довольно сложная. Они изготавливаются из синтетических материалов или хлопка. Особенностью изделия есть минимальное количество слоев для уменьшения сопротивления воздушному потоку. «Нулевики» дают возможность увеличить мощность мотора до пяти процентов. Такой результат достигается благодаря быстрому сгоранию горючего, так как горючая смесь насыщается в достаточной мере кислородом. Есть один нюанс: если мотор имеет небольшой объем, то мощность особо не возрастет.

Различают такие группы фильтров уменьшенного сопротивления:

1. «Сухие». Эти устройства нет необходимости пропитывать специальными веществами;
2. «Мокрые». Указанные фильтрующие элементы регулярно обрабатывают клейкими веществами.

Вторая группа имеет большую фильтрующую способность. Их цена значительно выше, чем у «сухих» фильтров. Достигнуть хороших фильтрующих свойств им позволяет пропитка специальными маслами.

Масло дает возможность сделать поверхность фильтрующего устройства липкой, поэтому частички пыли и грязи задерживаются между волокон и не попадают внутрь.

Преимущества и недостатки

Фильтр до и после обработки

Основным достоинством указанных фильтров по сравнению с воздушными фильтрующими устройствами есть увеличение мощности силового агрегата. «Нулевики» также обладают такими плюсами:

• высокое качество очистки воздушного потока;
• защита поршневой системы от износа;
• препятствуют засорению системы впуска;
• фильтрующий элемент можно не менять, его достаточно очистить;
• работа машины становится тише;
• позволяют сэкономить место под капотом транспортного средства.

Из недостатков следует выделить:

• необходимость регулярного обслуживания;
• высокая стоимость;
• увеличение мощности на пять процентов водитель практически не ощущает, потому что физически человек улавливает разницу в мощностях, составляющую пять лошадиных сил.

Несмотря на недостатки, если ваш автомобиль часто работает на высоких оборотах и каждая лошадиная сила имеет значение, то стоит устанавливать указанные фильтрующие устройства.

Обслуживание

Одним из достоинств фильтров нулевого сопротивления по сравнению с воздушными фильтрующими элементами есть их возможность вторичного использования.

Агрегаты «сухой» очистки снимают с машины и с помощью специальной мягкой щеточки очищают от частиц грязи, насекомых, пыли, спор растений и так далее. Закончив механическую очистку, фильтр моют специальным моющим средством, затем промывают под струей проточной воды. Далее аккуратно встряхивают и дают высохнуть природным способом — без использования фена, батареи и так далее. С устройствами «мокрой» очистки проделывают аналогичные манипуляции с одной разницей, после высыхания фильтрующий элемент обрабатывают специальным клейким веществом.

Учитывайте: установив на автомобиль «нулевку», нужно своевременной проводить ее обслуживание иначе двигатель быстро выйдет из строя.

Фильтр нулевого сопротивления.Мифы,конструкция,как работает,тест фильтров

Тюнинг двигателя начинается с впуска и выпуска воздуха: мотору нужно «дышать». Ставим на впуск фильтр нулевого сопротивления, а для выпуска как минимум прямоточную заднюю «банку». Еще лучше установить полностью прямоточную систему, начиная от коллектора до задней «банки».
Какие бывают фильтры
Воздушный фильтр очищает воздух перед тем, как он попадет в двигатель. Казалось бы, чем более чистый воздух попадет в двигатель, тем мощнее будет работа мотора. Но, увы: большинство гоночных двигателей, особенно для профессиональных гоночных автомобилей, не оснащается воздушными фильтрами. Фильтры создают сопротивление воздуха на впуске, и чем больше сопротивление, тем сильнее теряется мощность двигателя. Обычные бумажные элементы имеют большое сопротивление воздушному потоку, потому что материал фильтра очень плотен. Альтернатива – «нулевики», фильтры нулевого сопротивления, фильтрующий материал которых – хлопковая марля, пропускающая без снижения фильтрующей способности как минимум на 50% больше воздуха, чем обычные штатные фильтры.

Мифы о «нулевиках»
В автомобильном сообществе очень популярно суждение о неудовлетворительной способности фильтрации спортивных фильтров за счет уменьшенного сопротивления воздушному потоку. Это в корне неправильно.

Штатные воздушные фильтры тем эффективней, чем меньше пористость материала, из которого они изготовлены. Именно поэтому возникает большое сопротивление воздушному потоку.

Пропитанные хлопковые фильтры работают совершенно иначе. В производстве фильтров нулевого сопротивления применяются доказанные научные принципы, которые определяют, как воздушный фильтр удаляет частицы грязи от воздушного течения. Первый из этих принципов известен как «перехват», который применяется к частицам грязи, путешествующим с воздушным течением. Воздушный поток будет всегда находить самую короткую дорожку и поскольку воздух проходит через волокна фильтра, некоторые из частиц войдут в контакт с волокнами и будут «захвачены». Эти частицы будут удерживаться в волокнах фильтрующего элемента за счет применения специальной пропитки.

Второй принцип – «impaction» (сжатие, столкновение, удар), который главным образом воздействует на большие или более тяжелые частицы грязи. Инерция или импульс заставляют частицу отклониться от общего воздушного потока: тяжелые частицы не следуют за воздушным течением мимо волокон фильтра, а вместо этого они попадают прямо в волокна.

Наиболее важный принцип для разработки фильтра – это законы физики, которые управляют движением очень маленьких частиц грязи. На маленькие частицы воздействуют силы в воздушном течении. Например, силы скоростных изменений, изменений давления, буря, вызванная другими частицами и взаимодействием с воздушными молекулами, заставляют очень маленькие частицы двигаться случайно и хаотично, вопреки основному воздушному потоку. В итоге эти частицы не следуют за воздушным течением, и их беспорядочное движение заставляет их сталкиваться с волокнами фильтра. Обычный бумажный фильтр способен фильтровать воздушный поток непосредственно одной поверхностью. В отличие от обычных фильтров элементы фильтров нулевого сопротивления имеют большее преимущество, благодаря многослойной пропитанной поверхности и лучшей конфигурации элемента. Данная особенность позволяет воздушному фильтру-нулевику задерживать большее количество пыли.

Бумажные автомобильные фильтры
Бумажные фильтры сделаны из спрессованных волокон. Воздух поступает через микроскопические отверстия между волокнами. Как только волокна засоряются, воздух ищет дополнительный маршрут. Этот процесс известен как поверхностная нагрузка. Поверхность фильтра собирает большое количество грязи, сопротивление воздушному потоку увеличивается, ибо остается меньшее количество не засоренных участков фильтра – мощность двигателя и экономия топлива понижается. Исходя из стандартов минимальной фильтрации, бумага для фильтрующих элементов должна быть очень толстой, а волокна должны быть сильно спрессованы. Поэтому бумажные элементы, которые обеспечивают адекватную фильтрацию, имеют большее сопротивление изначально.

Конструкция фильтра-нулевика
Конструкция фильтра нулевого сопротивления немного сложнее. Фильтр нулевого сопротивления состоит из нескольких слоев смазанной хлопковой ткани, которая захватывает частицы грязи. Частицы грязи цепляются за волокна фильтра и фактически становятся частью фильтрующего элемента. В итоге фильтры нулевого сопротивления отфильтровывают во много раз больше пыли на квадратный дюйм, чем бумажный фильтр. Хлопковая ткань зажимается в спрессованный алюминиевый экран, что увеличивает поверхностную область фильтра-нулевика. Поверхностная область фильтра нулевого сопротивления в пять раз больше, чем у обычного элемента. Частицы грязи, схваченные слоями перекрещиваемых хлопковых волокон и специальным маслом, которым пропитан элемент, практически не вредят воздушному потоку.

Как работает система впуска
При разработке фильтров нулевиков особое внимание уделялось штатному корпусу воздушной системы, шлангам, соединяющим корпус фильтра с карбюратором или дроссельной заслонкой двигателя. Дело в том, что воздух сначала проходит по всем лабиринтам системы впуска, и только затем попадает в карбюратор или дроссельную заслонку. Конфигурация системы впуска серьезно влияет на воздушный поток. Поскольку воздушные потоки подобны воде, то различные преграды типа острого изгиба в шланге негативно влияют на подачу воздуха. В некоторых случаях, штатная система впуска – самый большой источник ограничения подачи воздуха. Входное отверстие в корпусе штатного фильтра – хороший пример.

«Нулевик» для гонок
Гоночную или овальную трассу можно рассматривать как относительно чистую воздушную зону. В таком случае гонщик может не устанавливать воздушный фильтр в пользу всасывания больших объемов неограниченного воздуха. Однако, проверяя данное утверждение, фирма K&N использовала воздушный фильтр, установленный в корпус. Фильтр и кожух улавливали частицы свободной пыли, поднимаемой другими гоночными автомобилями в течение гонки. Грязь, маленькие камни и части каучука от шин гоночных автомобилей обнаруживались внутри кожуха после даже короткой гонки.

Правильно подобранный конический или круглый воздушный фильтр нулевого сопротивления будет пропускать 100 процентов воздушного потока без ограничения, одновременно препятствуя попаданию пыли в двигатель.

Существует еще одна проблема, связанная с применением фильтров в гоночных автомобилях. Воздух, попадающий в двигатель на больших скоростях движения автомобиля, создает завихрения на впуске. Воздушный поток на большой скорости превращается в бурю. На высокой скорости воздух имеет тенденцию создавать частичный вакуум внутри впускной системы. Таким же проблемам подвержены системы с открытыми карбюраторами. Чем выше скорость, тем больше сопротивление на впуске. Установка спортивного фильтра нулевого сопротивления устраняет описанные проблемы. Фильтрующий элемент-нулевик становится источником спокойного чистого воздуха. Ударные волны сбрасывают давление в пределах границ камеры.

Тест воздушных фильтров нулевого сопротивления
Специалисты тюнинг-центра «Билкон» протестировали несколько фильтров пониженного сопротивления (см. таблицу). Тестирование проводилось на мощностном стенде Bosch. За эталон приняли номинальную мощность автомобиля ВАЗ-21103 с 16-клапанным двигателем объемом 1500 куб. см. Все фильтры ставили под капот именно этой «десятки». Комплектация машины стандартная, пробег – 10500 км. С заводским фильтром сделали четыре замера. Средний результат – 71,6 кВт (или 94,11 л.с.) при 5320 об/мин. Что же касается других подопытных фильтров, то можем сразу сообщить: результаты были близки к ожидаемым. Да, в большинстве случаев фильтры пониженного сопротивления дают прирост мощности, но… около 6-9%. Большая прибавка оборачивается потерей мощности на «низах» и провалом в зоне около 5000 об/мин. Физически же обычный человек не в силах почувствовать разницу в мощности двигателя менее 5 л.с., а динамические характеристики с фильтром и без меняются совсем уж неуловимо. Так что потешить самолюбие могут скорее цифры на бумаге, чем реальность. А между тем, если говорить о ценах, один фильтр пониженного сопротивления стоит как семь штатных…

С приобретением «спортивного» фильтра автолюбитель получает обязанность регулярно (скажем, через 5000 км) промывать и пропитывать специальным раствором, который тоже денег стоит, фильтрующий элемент (причем выдерживая определенную технологию), что трудно сравнить с простотой общеизвестной операцией «снял-поставил». Забывать о периодическом обслуживании фильтра нельзя, иначе машина станет «тупой» и «прожорливой».

Да, на «нулевик», предназначенный для открытой установки, приятно посмотреть. Но только в первые дни. Потом он обрастает толстым слоем грязи и пыли…

Фильтры пониженного сопротивления, которые ставят в штатные коробки («панельные»), незаметны и потому менее популярны. Разве им похвастаешься перед приятелями – «Смотри, чо поставил!»…

Еще об одном заблуждении. Считается, что если снять фильтр и его корпус вовсе, мощность мотора возрастет, причем значительно. Это не так. Дело в том, что инженеры рассчитывают фазы газораспределения с учетом потерь на фильтр. И с практической точки зрения двигатель, в который попадает абразив (пыль), долго не протянет. Преграда в виде воздушного фильтра просто необходима. Но чудес не бывает. Снизить сопротивление потоку можно только за счет увеличения проходных отверстий, то есть – ухудшить качество фильтрации. Игра не стоит свеч: глупо получать скорее теоретическую прибавку мощности за счет значительного снижения ресурса двигателя.

Большинство фильтров в этом тесте – универсальные, конусного типа. Такая форма – не дань эстетике, она оптимальна с точки зрения практики. Пара «конусов» – с внутренним диффузором. Как показывают замеры, такая конструкция дает наилучшие показатели.
В общем, результаты тестов перед вами. Конечно, неплохо было бы узнать и эффективность фильтров – интересно же, сколько пыли какой пропускает. Но это – совсем другая история.

Таблица сравнения фильтров нулевого сопротивления

Фильтр нулевого сопротивления » Автомобили и тюнинг

Каждый двигатель внутреннего сгорания не может работать без воздуха, так как процесс сгорания топлива возможен только при наличии кислорода. Существует закономерность, чем больше воздуха поступает в двигатель, тем больше его мощность. Но в воздухе содержится пыль и всевозможные инородные частицы, которые негативно влияют на работу мотора. Для того чтобы эти частицы не попадали в двигатель используется воздушный фильтр. Стандартный фильтр состоит из плотных бумажных элементов, которые не только фильтруют воздух, но и затрудняют его доступ, из-за чего падает мощность двигателя. Для того чтобы увеличить количество воздуха, поступающего в двигатель, используют специальный фильтр нулевого сопротивления.

Фильтры нулевого сопротивления позволяют пропускать больше воздуха в двигатель, не снижая при этом уровень его фильтрации, что, в конечном счете, приводит к увеличению мощности. Такой фильтр состоит из фильтрующих элементов и многослойной хлопковой марли, которая пропитана особой масляной пропиткой и зажата в алюминиевый корпус. Фильтр нулевого сопротивления фильтрует воздух всей своей поверхностью, что обеспечивает максимальную фильтрацию и максимальный доступ воздуха. Воздух последовательно проходит через все слои марли и пыль оседает ее на волокнах. Штатный воздушный фильтр забивается и его необходимо менять, в свою очередь фильтр нулевого сопротивления устанавливается навсегда, срок его службы очень велик, при необходимости фильтр можно очищать через каждые 75-160 тысяч километров пробега. Помимо повышения мощности происходит и увеличение крутящего момента, что сразу же сказывается на динамике автомобиля. Чем больше объем и количество цилиндров двигателя, на котором планируется установить фильтр нулевого сопротивления, тем больший эффект он даст. А на обычном двигателе объемом 2,0 литра, мощность удается повысить примерно на 10 лошадиных сил.

Положительные стороны фильтра нулевого сопротивления:
• повышение мощности двигателя и улучшение динамики автомобиля;
• появление приятного индукционного шума (рокота) во время работы двигателя;

• возможность долгосрочного использования.

Поделитесь публикацией в социальных сетях:

Дополнительная информация и ссылки:

Быстрая навигация по похожим новостям: Технический тюнинг
Внимание! Копирование текста статьи без активной ссылки на сайт «Автотюни.ру» — запрещено!

Рекомендуем к прочтению:

VF Engineering добавил Audi R8 V10 200 лошадей Новый пакет технического тюнинга для немецкого суперкара Audi R8 V10 подготовили инженеры калифорнийского ателье VF Engineering. Главной задачей тюнинг-пакета VF720 является увеличение производительности двигателя и последующее улучшение

Vortech «зарядил» Ford Mustang GT 2013 Компания Vortech начала продажу пакета V-3 Si для обновленного Ford Mustang GT 2013 модельного года. Пакет технического тюнинга может быть установлен на автомобили с шестиступенчатой механической коробкой передач и позволяет существенно повысить

BBR увеличил мощность Mazda MX-5 до 258 лошадей Британская компания BBR (Brodie Britain Racing) представила очередной пакет доработок для популярного во всем мире родстера Mazda MX-5. Пакет ориентирован на улучшение производительности двигателя автомобиля и его главной составляющей становится

Турбокомпрессор Одним из самых эффективных способов повышения мощности двигателя и динамики автомобиля в целом является установка турбонаддува (турбокомпрессора). Турбина подает в двигатель большое количество сжатого воздуха, достаточного для полного сгорания

Избавляемся от сопротивления Как выделяются в общем потоке тюнинговые автомобили? Главным признаком их появления является специфический звук выхлопной системы. Зачем необходимо устанавливать выхлопную систему, которая имеет нулевое сопротивление? Это позволяет облегчить

Зависимость переменного тока (AC) от постоянного (DC)

Поразительно!

Откуда австралийская рок-группа AC / DC получила свое название? Ну, конечно же, переменный и постоянный ток! И переменный, и постоянный ток описывают типы протекания тока в цепи. В постоянного тока (DC) электрический заряд (ток) течет только в одном направлении. Электрический заряд в переменного тока (AC), напротив, периодически меняет направление.Напряжение в цепях переменного тока также периодически меняется на противоположное, потому что ток меняет направление.

Большая часть создаваемой вами цифровой электроники будет использовать постоянный ток. Однако важно понимать некоторые концепции переменного тока. Большинство домов подключено к сети переменного тока, поэтому, если вы планируете подключить свой проект музыкальной шкатулки Tardis к розетке, вам нужно будет преобразовать переменный ток в постоянный. Переменный ток также имеет некоторые полезные свойства, такие как способность преобразовывать уровни напряжения с помощью одного компонента (трансформатора), поэтому переменный ток был выбран в качестве основного средства для передачи электроэнергии на большие расстояния.

Что вы узнаете

• История создания переменного и постоянного тока
• Различные способы генерации переменного и постоянного тока
• Некоторые примеры приложений переменного и постоянного тока

Рекомендуемая литература

и nbsp

и nbsp

Переменный ток (AC)

Переменный ток описывает поток заряда, который периодически меняет направление. В результате уровень напряжения также меняется на противоположный вместе с током.AC используется для подачи питания в дома, офисные здания и т. Д.

Генератор переменного тока

переменного тока может производиться с использованием устройства, называемого генератором переменного тока. Это устройство представляет собой особый тип электрического генератора, предназначенного для выработки переменного тока.

Проволочная петля скручена внутри магнитного поля, которое индуцирует ток по проводу. Вращение провода может происходить с помощью любого количества средств: ветряной турбины, паровой турбины, проточной воды и так далее. Поскольку провод вращается и периодически меняет магнитную полярность, напряжение и ток на проводе чередуются.Вот короткая анимация, демонстрирующая этот принцип:

(Видео предоставлено: Хуррам Танвир)

Генератор переменного тока можно сравнить с нашей предыдущей аналогией с водой:

Чтобы генерировать переменный ток в наборе водопроводных труб, мы соединяем механический кривошип с поршнем, который перемещает воду по трубам вперед и назад (наш «переменный» ток). Обратите внимание, что защемленный участок трубы по-прежнему оказывает сопротивление потоку воды независимо от направления потока.

Осциллограммы

AC может быть разных форм, если напряжение и ток чередуются. Если мы подключим осциллограф к цепи переменного тока и построим график ее напряжения с течением времени, мы можем увидеть несколько различных форм сигналов. Наиболее распространенный тип переменного тока — синусоидальный. Переменный ток в большинстве домов и офисов имеет колебательное напряжение, которое создает синусоидальную волну.

Другие распространенные формы переменного тока включают прямоугольную волну и треугольную волну:

Прямоугольные волны часто используются в цифровой и переключающей электронике для проверки их работы.

Треугольные волны используются при синтезе звука и используются для тестирования линейной электроники, такой как усилители.

Описание синусоидальной волны

Мы часто хотим описать форму волны переменного тока в математических терминах. В этом примере мы будем использовать обычную синусоидальную волну. Синусоидальная волна состоит из трех частей: амплитуда, частота и фаза .

Рассматривая только напряжение, мы можем описать синусоидальную волну как математическую функцию:

V (t) — это наше напряжение как функция времени, что означает, что наше напряжение изменяется с изменением времени.Уравнение справа от знака равенства описывает, как напряжение изменяется во времени.

V _P — амплитуда . Это описывает максимальное напряжение, которое наша синусоида может достигать в любом направлении, что означает, что наше напряжение может быть + V _P вольт, -V _P вольт или где-то посередине.

Функция sin () указывает, что наше напряжение будет в форме периодической синусоидальной волны, которая представляет собой плавные колебания около 0 В.

2π — это константа, которая преобразует частоту из циклов (в герцах) в угловую частоту (радианы в секунду).

f описывает частоту синусоидальной волны. Это дается в виде герц или единиц в секунду . Частота показывает, сколько раз определенная форма волны (в данном случае один цикл нашей синусоидальной волны — подъем и спад) происходит в течение одной секунды.

t — наша независимая переменная: время (измеряется в секундах).Со временем меняется и форма нашего сигнала.

φ описывает фазу синусоидальной волны. Фаза — это мера того, насколько сдвинута форма сигнала во времени. Часто это число от 0 до 360 и измеряется в градусах. Из-за периодической природы синусоидальной волны, если форма волны сдвинута на 360 °, она снова становится такой же, как если бы она была сдвинута на 0 °. Для простоты мы предполагаем, что в остальной части этого руководства фаза равна 0 °.

Мы можем обратиться к нашей надежной розетке за хорошим примером того, как работает форма сигнала переменного тока. В Соединенных Штатах в наши дома подается питание переменного тока с размахом 170 В (амплитуда) и 60 Гц (частота). Мы можем подставить эти числа в нашу формулу, чтобы получить уравнение (помните, что мы предполагаем, что наша фаза равна 0):

Мы можем использовать наш удобный графический калькулятор, чтобы построить график этого уравнения. Если графического калькулятора нет, мы можем использовать бесплатную онлайн-программу для построения графиков, такую ​​как Desmos (обратите внимание, что вам может потребоваться использовать «y» вместо «v» в уравнении, чтобы увидеть график).

Обратите внимание, что, как мы и предсказывали, напряжение периодически повышается до 170 В и понижается до -170 В. Кроме того, каждую секунду происходит 60 циклов синусоидальной волны. Если бы мы измеряли напряжение в розетках с помощью осциллографа, мы бы увидели именно это ( ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: не пытайтесь измерить напряжение в розетке с помощью осциллографа! Это может привести к повреждению оборудования).

ПРИМЕЧАНИЕ: Возможно, вы слышали, что напряжение переменного тока в США составляет 120 В. Это тоже правильно.Как? Говоря об переменном токе (поскольку напряжение постоянно меняется), часто проще использовать среднее значение. Для этого мы используем метод под названием «Среднеквадратичный корень». (RMS). Когда вы хотите рассчитать электрическую мощность, часто бывает полезно использовать значение RMS для переменного тока. Несмотря на то, что в нашем примере у нас было напряжение от -170 В до 170 В, среднеквадратичное значение составляет 120 В RMS.

Приложения

В розетках дома и в офисе почти всегда есть кондиционер. Это связано с тем, что генерировать и транспортировать переменный ток на большие расстояния относительно просто.При высоком напряжении (более 110 кВ) при передаче электроэнергии теряется меньше энергии. Более высокие напряжения означают более низкие токи, а более низкие токи означают меньшее тепловыделение в линии электропередачи из-за сопротивления. Переменный ток можно легко преобразовывать в высокое напряжение и обратно с помощью трансформаторов.

AC также может питать электродвигатели. Двигатели и генераторы представляют собой одно и то же устройство, но двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую (если вал двигателя вращается, на выводах генерируется напряжение!).Это полезно для многих крупных бытовых приборов, таких как посудомоечные машины, холодильники и т. Д., Которые работают от сети переменного тока.

Постоянный ток (DC)

Постоянный ток немного легче понять, чем переменный. Вместо того, чтобы колебаться вперед и назад, постоянный ток обеспечивает постоянное напряжение или ток.

Генерация постоянного тока

DC может быть сгенерирован несколькими способами:

• Генератор переменного тока, оснащенный устройством, называемым «коммутатор», может производить постоянный ток
• Использование устройства, называемого «выпрямитель», которое преобразует переменный ток в постоянный ток
• Батареи обеспечивают постоянный ток, который генерируется в результате химической реакции внутри батареи

Используя нашу аналогию с водой снова, DC подобен резервуару с водой со шлангом на конце.

Бак может выталкивать воду только в одном направлении: из шланга. Как и в случае с нашей батареей постоянного тока, когда бак опустеет, вода больше не течет по трубам.

Описание DC

DC определяется как «однонаправленный» ток; ток течет только в одном направлении. Напряжение и ток могут изменяться с течением времени до тех пор, пока направление потока не меняется. Для упрощения предположим, что напряжение является постоянным. Например, мы предполагаем, что батарея AA обеспечивает 1.5 В, что математически можно описать как:

Если мы построим график с течением времени, мы увидим постоянное напряжение:

Что это значит? Это означает, что мы можем рассчитывать на то, что большинство источников постоянного тока обеспечат постоянное напряжение во времени. На самом деле батарея будет медленно терять заряд, а это означает, что напряжение будет падать по мере использования батареи. В большинстве случаев мы можем предположить, что напряжение постоянно.

Приложения

Практически все проекты электроники и запчасти для продажи на SparkFun работают на DC.Все, что работает от батареи, подключается к стене с помощью адаптера переменного тока или использует USB-кабель для питания, зависит от постоянного тока. Примеры электроники постоянного тока включают:

• Сотовые телефоны
• D&D Dice Gauntlet на основе LilyPad
• Телевизоры с плоским экраном (переменный ток переходит в телевизор, который конвертируется в постоянный ток)
• Фонари
• Гибридные и электромобили

Битва течений

Почти каждый дом или офис подключен к сети переменного тока.Однако это решение не было мгновенным. В конце 1880-х годов различные изобретения в Соединенных Штатах и ​​Европе привели к полномасштабной битве между распределением переменного и постоянного тока.

В 1886 году электрическая компания Ganz Works, расположенная в Будапеште, электрифицировала весь Рим с помощью переменного тока. Томас Эдисон, с другой стороны, построил 121 электростанцию ​​постоянного тока в Соединенных Штатах к 1887 году. Поворотный момент в битве наступил, когда Джордж Вестингауз, известный промышленник из Питтсбурга, в следующем году приобрел патенты Николы Теслы на двигатели переменного тока и трансмиссии. .

AC против

постоянного тока Томас Эдисон (Изображение любезно предоставлено biography.com)

В конце 1800-х годов постоянный ток было нелегко преобразовать в высокое напряжение. В результате Эдисон предложил систему небольших местных электростанций, которые питали бы отдельные кварталы или участки города. Электроэнергия распределялась по трем проводам от электростанции: +110 вольт, 0 вольт и -110 вольт. Фонари и двигатели могут быть подключены между розеткой + 110 В или 110 В и 0 В (нейтраль). 110 В допускает некоторое падение напряжения между установкой и нагрузкой (дома, в офисе и т. Д.).).

Несмотря на то, что падение напряжения на линиях электропередачи было учтено, электростанции необходимо было располагать в пределах 1 мили от конечного пользователя. Это ограничение сделало распределение электроэнергии в сельской местности чрезвычайно трудным, если не невозможным.

Используя патенты Tesla, компания Westinghouse работала над усовершенствованием системы распределения переменного тока. Трансформаторы предоставили недорогой метод повышения напряжения переменного тока до нескольких тысяч вольт и его снижения до приемлемого уровня. При более высоких напряжениях та же мощность могла передаваться при гораздо меньшем токе, что означало меньшие потери мощности из-за сопротивления проводов.В результате крупные электростанции могут быть расположены на много миль от них и обслуживать большее количество людей и зданий.

Кампания Эдисона по выявлению мазков

В течение следующих нескольких лет Эдисон провел кампанию по категорическому противодействию использованию AC в Соединенных Штатах, которая включала лоббирование законодательных собраний штатов и распространение дезинформации о AC. Эдисон также приказал нескольким техникам публично казнить животных переменным током, пытаясь показать, что переменный ток опаснее постоянного тока. Пытаясь показать эти опасности, Гарольд П.Браун и Артур Кеннелли, сотрудники Edison, разработали первый электрический стул для штата Нью-Йорк с использованием переменного тока.

Возвышение AC

В 1891 году Международная электротехническая выставка проводилась во Франкфурте, Германия, и на ней была показана первая передача трехфазного переменного тока на большие расстояния, которая питала фары и двигатели на выставке. Присутствовали несколько представителей того, что впоследствии станет General Electric, и впоследствии они были впечатлены выставкой. В следующем году была создана компания General Electric, которая начала инвестировать в технологии переменного тока.

Электростанция Эдварда Дина Адамса на Ниагарском водопаде, 1896 г. (Изображение предоставлено teslasociety.com)

Westinghouse выиграл контракт в 1893 году на строительство плотины гидроэлектростанции, чтобы использовать энергию Ниагарского водопада и передавать переменный ток в Буффало, штат Нью-Йорк. Проект был завершен 16 ноября 1896 года, и в Буффало начали использовать переменный ток. Эта веха ознаменовала упадок DC в США. В то время как Европа примет стандарт переменного тока 220–240 В при 50 Гц, стандартом в Северной Америке станет 120 В при 60 Гц.

Высоковольтный постоянный ток (HVDC)

Швейцарский инженер Рене Тюри в 1880-х годах использовал серию двигателей-генераторов для создания высоковольтной системы постоянного тока, которую можно было использовать для передачи постоянного тока на большие расстояния. Однако из-за высокой стоимости и высокой стоимости обслуживания систем Thury HVDC никогда не применялся в течение почти столетия.

С изобретением полупроводниковой электроники в 1970-х годах стало возможным экономичное преобразование между переменным и постоянным током. Для генерации постоянного тока высокого напряжения (иногда до 800 кВ) можно использовать специальное оборудование.Некоторые страны Европы начали использовать линии HVDC для электрического соединения различных стран.

В линиях

HVDC потери меньше, чем в аналогичных линиях переменного тока на очень больших расстояниях. Кроме того, HVDC позволяет подключать различные системы переменного тока (например, 50 Гц и 60 Гц). Несмотря на свои преимущества, системы HVDC более дороги и менее надежны, чем обычные системы переменного тока.

В конце концов, Эдисон, Тесла и Вестингауз могут осуществить свои желания. Переменный ток и постоянный ток могут сосуществовать, и каждый служит определенной цели.

Ресурсы и дальнейшее развитие

Теперь вы должны хорошо понимать разницу между переменным и постоянным током. Переменный ток легче преобразовывать между уровнями напряжения, что делает передачу высокого напряжения более возможной. С другой стороны, постоянный ток присутствует почти во всей электронике. Вы должны знать, что они не очень хорошо сочетаются, и вам нужно будет преобразовать переменный ток в постоянный, если вы хотите подключить большую часть электроники к розетке. С этим пониманием вы должны быть готовы заняться некоторыми более сложными схемами и концепциями, даже если они содержат переменный ток.

Взгляните на следующие руководства, когда будете готовы погрузиться глубже в мир электроники:

и nbsp

Действительно ли маски снижают распространение коронавируса? У экспертов неоднозначные ответы.

Примечание редактора (2 июня в 11:30): Статья, обсуждаемая ниже, была отозвана журналом Annals of Internal Medicine. Авторы написали , что их статистические методы не могут определить, были ли результаты надежными, что делает результаты небольшого исследования «не интерпретируемыми».«Исследование показало, что хирургические и хлопковые маски не содержат эффективных вирусных капель, содержащих SARS-CoV-2. Последующее исследование показало, что маски для лица являются эффективным методом сдерживания распространения вируса, используемым вместе с в шести футах от других людей.

Впервые Центр по контролю и профилактике заболеваний (CDC) рекомендовал, чтобы даже кажущиеся здоровыми люди носили маски поверх рта и носа при выходе из дома в места, где это возможно. трудно сохранять дистанцию ​​от других людей.Но до сих пор ведутся серьезные споры о том, сколько масок — особенно самодельных тканевых масок , которые CDC рекомендует для населения — могут замедлить распространение SARS-CoV-2 , вируса, вызывающего COVID-19.

Исследователи, пишущие в двух новых статьях, пытаются исследовать эффективность масок, одна более строго, чем другая, и приходят к разным выводам. В одном исследовании изучалось влияние масок на сезонных коронавируса (которые вызывают много случаев простуды) и было обнаружено, что хирургические маски помогают уменьшить количество вирусов, распространяемых больным человеком.Другой внимательно изучал SARS-CoV-2 и не обнаружил влияния хирургических или тканевых масок на снижение распространения вируса, но имел всего четырех участников и использовал грубую меру распространения вируса.

Суть в том, что, по словам экспертов, маски могут помочь людям с COVID-19 неосознанно передать вирус. Но доказательства эффективности хирургических или самодельных масок ограничены, и маски не являются самой важной защитой от коронавируса.

Связано: 13 мифов о коронавирусе, разоблаченных наукой

«Надевание маски не означает, что вы прекращаете другие практики», — сказал Мэй Чу, клинический профессор эпидемиологии в Школе общественного здравоохранения Колорадо, Медицинский кампус Аншутца, который не участвовал ни в одном новом исследовании.«Это не означает, что вы становитесь ближе к людям, это не значит, что вам не нужно так часто мыть руки и вы можете прикасаться к своему лицу. Все это по-прежнему на месте, это просто дополнение».

Основы масок для лица

Рекомендации по маскам могут легко запутать, потому что не все маски одинаковы. Маска N95 эффективно предотвращает распространение вируса. Эти маски при правильной установке плотно прилегают к лицу и отфильтровывают 95% частиц размером 0,3 микрона и более. Но маски N95 испытывают серьезный дефицит даже для медицинских работников, которые подвержены самым высоким уровням SARS-CoV-2 и больше всего нуждаются в самой сильной защите от вируса.Их также сложно правильно подогнать. По этим причинам CDC не рекомендует их для общего использования.

Связано: Как люди заражаются COVID-19?

Из-за нехватки CDC также не рекомендует хирургические маски для широкой публики. Эти маски не плотно прилегают к лицу, но содержат нетканые полипропиленовые слои, устойчивые к влаге. В хирургической маске около 70% наружного воздуха проходит через маску и около 30% — по бокам, сказал Чу Live Science.По этой причине они не обеспечивают такой защиты, как N95.

Остались тканевые маски, которые в настоящее время рекомендуются для общего использования CDC. Маски из ткани также пропускают воздух по бокам, но в них отсутствуют нетканые, отталкивающие влагу слои. По словам Чу, они препятствуют поступлению воздуха только на 2%.

Все эти утечки хирургических и тканевых масок являются причиной того, почему официальные лица здравоохранения обычно не верят, что ношение маски предотвращает заражение вирусом, который уже распространяется в окружающей среде.«Воздушный поток следует по пути наименьшего сопротивления», — сказала Рэйчел Джонс, доцент кафедры семейной и профилактической медицины Университета Юты, которая не принимала участия в новом исследовании. Если вирусные частицы находятся поблизости, они могут легко пройти вокруг хирургической или тканевой маски. А в случае тканевой маски владельцы вполне могут иметь частицы, достаточно мелкие, чтобы проходить сквозь ткань.

А как быть наоборот? Когда владелец маски кашляет или чихает, барьера может быть достаточно, чтобы сдержать большую часть этой первоначальной струи грубости, даже если в ткани или по бокам есть зазоры.Это то, на что были направлены новые исследования масок: хирургические или тканевые маски хорошо справляются с защитой от вирусов.

Эффективность масок для лица

Коронавирус, наука и новости

Почему COVID-19 убивает одних людей и щадит других. Вот что находят ученые.

Новый коронавирус, вызывающий COVID-19, кажется, поражает некоторых людей сильнее, чем других, при этом некоторые люди испытывают лишь легкие симптомы, а другие госпитализируют и нуждаются в вентиляции.Хотя ученые сначала думали, что возраст является доминирующим фактором, а молодые люди избегают худших результатов, новое исследование выявило ряд особенностей, влияющих на тяжесть болезни. Эти влияния могут объяснить, почему некоторые совершенно здоровые 20-летние с этим заболеванием находятся в ужасном положении, в то время как 70-летний пожилой человек избегает критических вмешательств.

Считается, что основные состояния здоровья являются важным фактором, влияющим на тяжесть заболевания. Действительно, исследование более 1.3 миллиона случаев COVID-19 в США, опубликованные 15 июня в журнале Morbidity and Mortality Weekly Report , показали, что частота госпитализаций была в шесть раз выше, а уровень смертности — в 12 раз выше среди пациентов с COVID-19 с сопутствующими заболеваниями по сравнению с пациентами без сопутствующих заболеваний. Основными заболеваниями, о которых чаще всего сообщалось, были болезни сердца, диабет и хронические заболевания легких.

В целом, факторы риска более тяжелых исходов COVID-19 включают:
Возраст
Диабет (тип 1 и тип 2)
Болезнь сердца и гипертония
Курение
Группа крови
Ожирение
Генетические факторы

Возраст

Около 8 из 10 смертей, связанных с COVID-19 в США.По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний США (CDC), S. произошли у взрослых в возрасте 65 лет и старше. Риск смерти от инфекции и вероятность необходимости госпитализации или интенсивной медицинской помощи значительно возрастают с возрастом. Например, взрослые в возрасте 65-84 лет составляют примерно 4-11% смертей от COVID-19 в США, а взрослые в возрасте 85 лет и старше составляют 10-27%.

Эта тенденция может быть частично связана с тем фактом, что многие пожилые люди имеют хронические заболевания, такие как сердечная болезнь и диабет , которые, по данным CDC, могут усугубить симптомы COVID-19. Способность иммунной системы бороться с болезнетворными микроорганизмами также снижается с возрастом, в результате чего пожилые люди становятся уязвимыми для серьезных вирусных инфекций, сообщает журнал Stat News .

Связано: Коронавирус в США: последние новости о COVID-19 и количество случаев

Диабет

(Изображение предоставлено Shutterstock)

Сахарный диабет — группа заболеваний, которые приводят к опасному высокому уровню сахара в крови уровни — также, похоже, связаны с риском более серьезных инфекций COVID-19.

Наиболее распространенной формой в США является диабет типа 2 , который возникает, когда клетки организма не реагируют на гормон инсулин. В результате сахар, который в противном случае переместился бы из кровотока в клетки для использования в качестве энергии, просто накапливается в кровотоке. (Когда поджелудочная железа вырабатывает мало или вообще не производит инсулина, это состояние называется диабетом типа 1 . )

В обзоре 13 соответствующих исследований ученые обнаружили, что людей с диабетом было почти 3.Они сообщили в Интернете 23 апреля в Инфекционный журнал .

Тем не менее, ученые не знают, напрямую ли диабет увеличивает тяжесть или виноваты другие состояния здоровья, которые, кажется, связаны с диабетом, включая сердечно-сосудистые и почечные заболевания.

Это соответствует тому, что исследователи наблюдали при других инфекциях и диабете. Например, грипп и пневмония более распространены и более серьезны у пожилых людей с диабетом 2 типа, сообщили 9 апреля ученые онлайн в журнале Diabetes Research and Clinical Practice . При поиске в литературе соответствующих исследований, посвященных связи между COVID-19 и диабетом, авторы этой статьи нашли несколько возможных механизмов, объясняющих, почему человеку с диабетом может быть хуже, если он инфицирован COVID-19.Эти механизмы включают: «Хроническое воспаление, повышенная коагуляционная активность, нарушение иммунного ответа и возможное прямое повреждение поджелудочной железы SARS-CoV-2».

Связано: 13 мифов о коронавирусе, разоблаченных наукой

Растущие исследования показали, что прогрессирование диабета 2 типа связано с изменениями в иммунной системе организма. Эта связь также может сыграть роль в ухудшении исходов у человека с диабетом, подвергшегося воздействию SARS-CoV-2, вируса, вызывающего COVID-19.

Нет исследований, посвященных этому конкретному вирусу и иммунному ответу у пациентов с диабетом; тем не менее, в исследовании, опубликованном в 2018 году в журнале Journal of Diabetes Research , ученые обнаружили на основе обзора прошлых исследований, что у пациентов с ожирением или диабетом обнаружена неисправная иммунная система с нарушением лейкоцитов, называемым Natural Killer. (NK) -клетки и B-клетки, которые помогают организму бороться с инфекциями. Исследование также показало, что у этих пациентов повышена выработка воспалительных молекул, называемых цитокинами.Когда иммунная система вырабатывает слишком много цитокинов, может возникнуть так называемая «цитокиновая буря», которая повредит органы тела. Некоторые исследования показали, что цитокиновые штормы могут быть причиной серьезных осложнений у людей с COVID-19, , ранее сообщалось Live Science . В целом диабет 2 типа связан с нарушением самой системы организма, которая помогает бороться с инфекциями, такими как COVID-19, и может объяснить, почему человек с диабетом подвергается высокому риску серьезной инфекции.

Однако не все люди с диабетом 2 типа подвержены одинаковому риску: исследование, опубликованное 1 мая в журнале Cell Metabolism , показало, что люди с диабетом, которые держат уровень сахара в крови в более узких пределах, гораздо реже болеют. тяжелое течение болезни, чем у людей с более высокими колебаниями уровня сахара в крови.

Люди с сахарным диабетом 1 типа (СД1) также подвержены повышенному риску неблагоприятных исходов, говорится в небольшом исследовании, опубликованном в Diabetes Care. Исследование, координируемое T1D Exchange — некоммерческой исследовательской организацией, специализирующейся на лечении людей с диабетом 1 типа, — показало, что из 64 человек с симптомами COVID-19 или COVID-19 двое умерли. Около 4 из 10 человек лечились в больнице. И почти у трети из них был диабетический кетоацидоз — потенциально смертельное состояние, при котором организм испытывает нехватку инсулина, а уровень сахара в крови опасно повышается. Средний возраст пациента составлял около 21 года, что позволяет предположить, что риски потенциально могут быть выше для старших возрастных групп.

Болезни сердца и гипертония

(Изображение предоставлено Shutterstock)

Люди с заболеваниями, которые влияют на сердечно-сосудистую систему , такими как болезнь сердца и гипертония, как правило, страдают от COVID-19 более тяжелых осложнений, чем те, у кого ранее не было заболеваний , согласно Американской кардиологической ассоциации.Тем не менее, исторически здоровые люди также могут пострадать от вирусной инфекции.

Первая зарегистрированная смерть от коронавируса в США, например, произошла, когда вирус каким-то образом повредил сердечную мышцу женщины, что в конечном итоге привело к ее разрыву, сообщает Live Science . 57-летняя женщина сохранила хорошее здоровье и регулярно занималась спортом, прежде чем заразиться, и, как сообщается, у нее было здоровое сердце «нормального размера и веса». Исследование пациентов с COVID-19 в Ухане, Китай, показало, что более чем у 1 из 5 пациентов развилось поражение сердца — у некоторых из выбранных пациентов были сердечные заболевания, а у некоторых — нет.

Наблюдая за появлением этих закономерностей, ученые разработали несколько теорий относительно того, почему COVID-19 может повредить как поврежденные, так и здоровые сердца, согласно отчету Live Science .

В одном сценарии, поражая легкие напрямую, вирус может истощить запас кислорода в организме до такой степени, что сердце должно работать больше, чтобы перекачивать насыщенную кислородом кровь по телу. Вирус также может атаковать сердце напрямую, так как сердечная ткань содержит ангиотензин-превращающий фермент 2 (ACE2) — молекулу, в которую вирус вставляет для заражения клетки. У некоторых людей COVID-19 также может запустить чрезмерно раздутый иммунный ответ, известный как цитокиновый шторм, при котором тело сильно воспаляется, и в результате может пострадать сердце.

Курение

(Изображение предоставлено Shutterstock)

Люди, которые курят сигареты, могут быть предрасположены к тяжелым инфекциям COVID-19, что означает, что они сталкиваются с повышенным риском развития пневмонии , страдающих повреждением органов и требующих поддержки дыхания. Исследование более 1000 пациентов в Китае, опубликованное в журнале New England Journal of Medicine , иллюстрирует эту тенденцию: 12.3% нынешних курильщиков, включенных в исследование, были помещены в отделение интенсивной терапии, были помещены на искусственную вентиляцию легких или умерли, по сравнению с 4,7% некурящих.

Сигаретный дым может сделать организм уязвимым для коронавируса несколькими способами, согласно недавнему отчету Live Science . Исходно курильщики могут быть уязвимы для заражения вирусными инфекциями, потому что воздействие дыма со временем ослабляет иммунную систему, повреждает ткани дыхательных путей и вызывает хроническое воспаление. Курение также связано с множеством заболеваний, такими как эмфизема и атеросклероз, которые могут усугубить симптомов COVID-19 .

Недавнее исследование, опубликованное 31 марта в базе данных препринтов bioRxiv , предложило более умозрительное объяснение того, почему COVID-19 сильнее поражает курильщиков. Предварительные исследования еще не прошли экспертную оценку, но ранняя интерпретация данных предполагает, что воздействие дыма увеличивает количество рецепторов ACE2 в легких — рецептора, к которому SARS-CoV-2 подключается для заражения клеток.

Многие рецепторы появляются на так называемых бокаловидных и булавовых клетках, которые выделяют слизистую жидкость для защиты респираторных тканей от патогенов, мусора и токсинов. Хорошо известно, , что количество этих клеток увеличивается, чем дольше человек курит, но ученые не знают, приводит ли последующее усиление рецепторов ACE2 напрямую к ухудшению симптомов COVID-19. Более того, неизвестно, являются ли высокие уровни ACE2 относительно уникальными для курильщиков или распространены среди людей с хроническими заболеваниями легких.

Ожирение

Несколько ранних исследований предположили связь между ожирением и более тяжелым заболеванием COVID-19 у людей. Одно исследование, в котором анализировалась группа пациентов с COVID-19, которые были моложе 60 лет в Нью-Йорке, показало, что те, кто страдали ожирением, были в два раза чаще госпитализированы, чем люди, не страдающие ожирением, и в 1,8 раза чаще были госпитализированы. быть помещенным в реанимацию.

«Это имеет важные и практические последствия» для такой страны, как США, где почти 40% взрослых страдают ожирением, — написали авторы в исследовании, которое было принято в журнал Clinical Infectious Diseases , но еще не рецензировано или опубликовано.Точно так же другое предварительное исследование, которое еще не было рецензировано, показало, что двумя самыми большими факторами риска госпитализации из-за коронавируса являются возраст и ожирение. В этом исследовании, опубликованном в medRxiv , рассматривались данные тысяч пациентов с COVID-19 в Нью-Йорке, но исследования из других городов по всему миру показали аналогичные результаты, как сообщает The New York Times .

Предварительное исследование из Шэньчжэня, Китай, которое также не было рецензировано, показало, что у пациентов с ожирением COVID-19 вероятность развития тяжелой пневмонии более чем в два раза выше, чем у пациентов с нормальным весом, согласно отчету. опубликовано в виде препринта в Интернете в журнале The Lancet Infectious Diseases .Авторы сообщают, что у людей с избыточным весом, но не страдающих ожирением, риск развития тяжелой пневмонии на 86% выше, чем у людей с «нормальным» весом. Другое исследование, принятое в журнал Obesity и прошедшее рецензирование, показало, что почти половина из 124 пациентов с COVID-19, поступивших в отделение интенсивной терапии в Лилле, Франция, страдали ожирением.

Непонятно, почему ожирение связано с увеличением количества госпитализаций и более тяжелым заболеванием COVID-19, но есть несколько возможностей, пишут авторы исследования.Ожирение обычно рассматривается как фактор риска тяжелой инфекции. Например, у людей с ожирением во время эпидемии свиного гриппа болезнь была более продолжительной и тяжелой, пишут авторы. Пациенты с ожирением также могут иметь пониженную емкость легких или усиление воспаления в организме. Большое количество воспалительных молекул, циркулирующих в организме, может вызывать вредные иммунные реакции и приводить к тяжелым заболеваниям.

Группа крови

(Изображение предоставлено Shutterstock)

Группа крови, похоже, является предиктором того, насколько человек подвержен заражению SARS-CoV-2, хотя ученые не обнаружили связи между группой крови как таковой и серьезностью болезни.

Цзяо Чжао из Южного научно-технического университета, Шэньчжэнь, и его коллеги изучили группы крови 2173 пациентов с COVID-19 в трех больницах в Ухане, Китай, а также группы крови из более чем 23000 пациентов, не зараженных коронавирусом. COVID-19 в Ухане и Шэньчжэне. Они обнаружили, что люди с группой крови в группе A (A-положительный, A-отрицательный и AB-положительный, AB-отрицательный) подвергались более высокому риску заражения этим заболеванием по сравнению с типами, не относящимися к группе A. Люди с O-группой крови (O-отрицательной и O-положительной) имели более низкий риск заражения по сравнению с группой крови, отличной от O, ученые написали 27 марта в базе данных препринтов medRxiv ; исследование еще не было рассмотрено коллегами в этой области.

В более позднем исследовании группы крови и COVID-19, опубликованном в Интернете с 11 апреля на сайте medRxiv , ученые изучили 1559 человек, прошедших тестирование на SARS-CoV-2 в пресвитерианской больнице Нью-Йорка; из них 682 дали положительный результат. Лица с группой крови A (A-положительной и A-отрицательной) имели на 33% больше шансов получить положительный результат теста, чем другие группы крови, и как O-отрицательная, так и O-положительная группы крови имели меньше шансов получить положительный результат, чем другие группы крови. (Существует 95% вероятность того, что увеличение риска составляет от 7% до 67%.) Хотя в исследование были включены только 68 человек с группой крови AB, результаты показали, что у этой группы меньше шансов получить положительный результат теста на COVID-19, чем у других.

Исследователи рассмотрели связь между группой крови и факторами риска COVID-19, включая возраст, пол, наличие у человека избыточного веса, другие основные заболевания, такие как сахарный диабет, гипертония, легочные и сердечно-сосудистые заболевания. Они обнаружили, что некоторые из этих факторов связаны с группой крови, а также между диабетом и группами крови B и A, между статусом избыточного веса и O-положительными группами крови, например, среди прочего.Когда они учли эти связи, исследователи все же обнаружили связь между группой крови и восприимчивостью к COVID-19. Когда исследователи объединили свои данные с исследованием Чжао и его коллег из Китая, они обнаружили аналогичные результаты, а также значительное снижение числа положительных случаев COVID-19 среди людей с группой крови B.

Неизвестно, почему группа крови может повышать или снижать риск заражения SARS-CoV-2. Группа крови человека показывает, какие антигены покрывают поверхность его клеток крови; Эти антигены вырабатывают определенные антитела, которые помогают бороться с патогеном. Предыдущие исследования показали, что, по крайней мере, в случае коронавируса SARS (SARS-CoV) антитела против А помогают подавить вирус; По словам команды Чжао, это может быть тот же механизм, что и SARS-CoV-2, помогающий людям с группой крови O не допустить распространения вируса.

Генетические факторы

(Изображение предоставлено Shutterstock)

Многие медицинские условия могут ухудшить симптомы COVID-19, но почему исторически здоровые люди иногда опасно заболевают или умирают от вируса? Ученые подозревают, что определенные генетические факторы могут сделать некоторых людей особенно восприимчивыми к болезни, и многие исследовательские группы стремятся точно определить , где именно в нашем генетическом коде лежат эти уязвимости.

В одном сценарии гены, которые инструктируют клетки строить рецепторы ACE2, могут различаться у людей, которые заразились тяжелыми инфекциями, и у людей, у которых практически не развиваются какие-либо симптомы, сообщает журнал Science . С другой стороны, различия могут заключаться в генах, которые помогают сплотить иммунную систему против инвазивных патогенов, согласно недавнему отчету Live Science .

Например, исследование, опубликованное 17 апреля в Journal of Virology , предполагает, что конкретные комбинации генов лейкоцитарного антигена человека (HLA) , которые тренируют иммунные клетки распознавать микробы, могут быть защитными от SARS-CoV-2, в то время как другие комбинации оставляют тело открытым для атаки.Однако HLA представляют собой лишь один винтик в механизме нашей иммунной системы, поэтому их относительное влияние на инфекцию COVID-19 остается неясным. Кроме того, в исследовании Journal of Virology компьютерные модели использовались только для имитации активности HLA против коронавируса; Клинические и генетические данные пациентов с COVID-19 потребуются, чтобы конкретизировать роль HLA в реальных иммунных ответах.

Первоначально опубликовано на Live Science .