Чи прийде нове століття енергетики? Електрика без машин. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Альтернативні джерела енергії

 Коментарі до статті

На початку минулого століття винахідники та вчені вже добре представляли ту користь, яку може дати широке застосування електроенергії. Однак способів її дешевого отримання достатньої кількості довго не існувало. Але в 1821 році німецьким ученим Зеєбеком було відкрито цікаве явище.

Якщо взяти замкнутий ланцюг із двох спаяних між собою різнорідних провідників і один спай нагрівати, а інший охолоджувати, то в ланцюзі виникне струм. У цьому напрочуд простому пристрої (назвали його термоелементом) теплова енергія як би прямо перетворюється на електричну.

У відомому задовго перед ним гальванічному елементі енергія виходила з допомогою розчинення металу в електроліті. Речовини ці досить дорогі, недешево виходила й енергія. Термоелемент – інша справа. Сам він не витрачається, а паливо цілком доступне. Тим більше, що нагрівати його спаї можна чим завгодно: сонцем, вулканічним теплом, продуктами згоряння, що вилітають через трубу печі, і т.д.

Давайте уважніше розберемо деякі його властивості. Одиночний термоелемент розвиває маленьку ЕРС - десяті, соті частки вольта. Однак його внутрішній опір дуже мало, отже, струм, що створюється, може бути дуже великий.

Давно відомий такий гарний експеримент. Електромагніт із залізним сердечником та обмоткою, що складається з... одного витка. Але виток - скоба з міді завтовшки в палець, замкнена впаяною перемичкою з вісмуту. Один кінець спаю нагріваємо звичайним лабораторним пальником, інший - охолоджуємо водою. Виникає струм у тисячі ампер, і магніт (при одному витку!) утримує чавунну бабусину праску.

Низька ЕРС - не біда, термоелементи легко з'єднуються в батарею з послідовним з'єднанням сотень чи тисяч джерел. Виглядає вона такою гармошкою з смуг двох металів, що чергуються. Сильний струм при помірній напрузі в 2-3 вольта якнайкраще годився для застосування в дрібних гальванічних майстернях. Його виробляли термоелектрогенератори, що нагадують невелику піч на дровах, вугіллі чи газі.

Застосовувалися вони чагарниками ще на початку століття. Були спроби вирішувати і більші завдання. Так, наприклад, наприкінці 80-х років минулого століття в Парижі Клуе побудував термоелектричний генератор, який давав енергію для 80 "свічок" Яблочкова. ККД установок на той час не перевищував 0.3%. Здавалося б, дуже мало, але все втрачене тепло можна було використовувати для опалення будинку, підігріву води або приготування їжі. Пропонувалися й опалювальні печі із вбудованими термоелектрогенераторами. Цікаво, що їх установка в жодному разі не збільшує витрати палива на опалення. Адже електрика, якщо її витратить у тому самому приміщенні, знову перейде в тепло!

Історія розпорядилася інакше. Електрика виявилася значно вигіднішою виробляти на електростанціях і централізовано розподіляти споживачам. Навіть у минулому столітті ККД електростанцій був у десятки разів вищим, ніж у термоелементів. Однак витончена простота, надійність, викликана відсутністю частин, що рухаються, зачарували багатьох. Спроби підвищити ККД без глибокого проникнення в теорію серйозного успіху не призвели. ЕРС виникає в результаті нагрівання гілок термоелемента, але одночасно виникає і паразитний потік тепла, який марно перетікає від гарячого спаю до холодного. Намагаючись його використовувати, почали збирати каскади термоелементів, у яких холодніший спай одного нагріває гарячий спай іншого. Температура гарячих спаїв кожному ярусі каскаду знижується. Однак, підбираючи матеріали, що найбільш добре працюють саме в заданому діапазоні температур, ККД усієї системи вдається значно підвищити.

Є й інша нагода. Її називають регенерацією тепла. Направимо потік повітря вздовж термоелектричного каскаду від холодного кінця до гарячого. При цьому він здобуде від елементів частину тепла, що протікає по них, і нагріється. Після цього направимо гаряче повітря в топку та заощадимо частину палива. Вся ця процедура рівноцінна зниженню теплопровідності матеріалів термоелементів, а принесе вона користь лише в тому випадку, якщо відбудеться відбір певної частини тепла від кожного елемента. Однак регенерація відчутна лише тоді, коли самі термоелементи, що входять до каскаду, досить досконалі.

У 30-ті роки теоретичні роботи у галузі термоелектрики особливо інтенсивно проводилися нашій країні. Кажуть, немає нічого практичнішого за хорошу теорію. Академік А. Ф. Іоффе створив нову теорію процесів, що відбуваються у твердому тілі. Деякі солідні вчені приймали її в багнети, називали "квантово-механічною підсвідомістю". Але в 1940 році, ґрунтуючись на її висновках, вдалося підняти ККД термоелемента у 10 разів. Сталося це завдяки заміні металів на напівпровідники – речовини з вищою термоЕРС та низькою теплопровідністю.

На початку війни в лабораторії Іоффе було створено "партизанський котел" - термоелектрогенератор для живлення портативних радіостанцій. Це був казанок, на днищі якого зовні розташовувалися термоелементи. Їхні горючі спаї знаходилися у вогні багаття, а холодні, прикріплені до дна казанка, охолоджувалися налитою в нього водою.

Ретельний вибір матеріалів, застосування регенерації дозволили в наш час довести ККД термоелемента до 15%. На початку століття таку ефективність мали звичайні електростанції, але тепер вона зросла більш як утричі. Термоелементу у великій енергетиці поки що місця немає. Але є й енергетика мала. Кілька десятків ват потрібно для живлення радіорелейної станції, що стоїть на гірській вершині, або морського сигнального бую. Є й віддалені місця, де живуть люди, яким потрібна електрика та тепло. У подібних випадках застосування знаходять термоелементи, що підігріваються газом або рідким паливом. Особливо цінно, що ці пристрої можна помістити в невеликий підземний бункер і залишити без нагляду, лише раз на рік або рідше поповнювати запас палива. Зважаючи на малу потужність витрата його за будь-якого ККД виявляється прийнятною, а крім того... немає вибору.

Цікаве застосування для термоелектрогенераторів знайшли лікарі. Вже більше двох десятиліть тисяч людей носять імплантований, поміщений під шкіру ритмоводитель серцевої діяльності. Джерелом енергії для нього служить крихітна (з наперсток) батарея з сотні послідовно з'єднаних термоелементів, що підігріваються розпадом нешкідливого ізотопу. Нескладна операція щодо її заміни проводиться раз на 5-10 років.

У Японії випускається електронний годинник, енергію яким від тепла руки дає термоелемент.

Нещодавно одна італійська фірма заявила про початок роботи над електромобілем із термоелектрогенератором. Це джерело струму значно легше акумуляторів, тому пробіг у термоелектричного автомобіля буде не меншим, ніж у звичайного. (Нагадаємо, що електромобілі здатні з однією зарядкою пройти 150 км.) Вважають, що шляхом різних хитрощів витрата палива вдасться зробити прийнятною. Головні переваги екіпажу нового типу - абсолютно нешкідливий вихлоп, безшумний рух, застосування найдешевшого рідкого (а можливо, твердого) палива, дуже велика надійність.

У 30-ті роки роботи, що проводилися в нашій країні, над термоелементами були широко відомі. Ймовірно, тому письменник Г. Адамов описав у своєму романі "Таємниця двох океанів" підводний човен "Піонер", який отримував енергію від тросів-батарей. Так він назвав термоелектричні генератори, виготовлені у вигляді довгих тросів. Їх гарячі спаї за допомогою буя піднімалися у верхні шари океану, де температура досягає 20-25°C, а холодні - охолоджувалися глибоководною водою з температурою 1-2°С. заряджав свої акумулятори.

Чи реальне таке? Повідомлення про прямі подібні досліди в пресі немає. Втім, промайнуло щось цікаве. Створено термоелектрогенератор на 1000 кВт, що виробляє енергію за рахунок тепла гарячих підземних джерел. Різниця температур між гарячим і холодним спаями 23°С, як і океані, питому вагу 6 кг на 1 кВт - набагато нижче, ніж в енергетичних установок звичайних підводних човнів. Чи на порозі ми нової енергетичної революції, нового століття електрики?

Автор: А.Савельєв

Дивіться інші статті розділу Альтернативні джерела енергії.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Розчинний пластик з манго та водоростей 01.08.2019 В якості альтернативи існуючому пластику був розроблений біоаналог з використанням полімерів - пектин та карагінан. Будівельну новинку розробив філіппінський дослідник, фахівець із біохімії Д.Монтинола. Будматеріал можна отримати з морських водоростей та переробленої шкірки манго. Фахівцю захотілося застосувати у виробництві саме ці рослини, оскільки вони удосталь виростають у цій країні і входять до 1-ї десятки експорту. Матеріал екологічний і за багатьма показниками кращий за пластик: він повністю розчиняється у водному середовищі, не розкладаючись на дрібні частинки, і не отруює організми тварин. Біопластик може вирішити проблему мікропластика, який забруднює величезні території всієї планети. Як відомо, ще 2014 року океан містив понад 5 трильйонів частинок. Вони були виявлені навіть у тих районах, де людина ніколи не жила. Крім цього, новинка має достатню міцність і здатна імітувати рухи тіла. З нього можна створити навіть тканинний покрив для захисту обгорілої ділянки шкіри та зупинки кровотечі. Раніше вчені з університету Тель-Авіва розробили схожий матеріал на продуктах обміну морських тварин. Для його виробництва, навіть у великих масштабах, не знадобиться прісна вода, ні грунт.

Інші цікаві новини:

▪ Новий спосіб охолодження повітря

▪ Пристрій Palette Cube точно визначає кольори

▪ Підводний лісоруб

▪ Пальне зі спитого чаю

▪ Електронна книга PocketBook Basic Lux 4

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки. Добірка статей

▪ стаття Вогонь по штабам! Крилатий вислів

▪ стаття У якому мегаполісі зовсім немає зовнішньої реклами? Детальна відповідь

▪ стаття Інженер з матеріально-технічного постачання. Посадова інструкція

▪ стаття Світлодіодні маячки. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Хімічна чистка - видалення плям екстракцією. Хімічний досвід

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024