В этом выпуске ПБ мы поговорим о том, как усовершенствовать двигатель внутреннего сгорания, каким образом использовать кладовые Солнца и можно ли устроить землетрясение, просто подпрыгнув.
Разберемся, не торопясь…
ДВИГАТЕЛЬ НА ЭФФЕКТЕ ДЭВИДСОНА
В своем письме 8-классник Александр Федоров из г. Егорьевска Московской области напоминает нам, что в современных двигателях внутреннего сгорания, кроме обычных видов топлива, используют метан, водород, биотопливо… И каждому из них присущи свои недостатки.
Бензин вредит окружающей среде, природный газ может рано или поздно закончиться. Биотопливо, как показывает практика, сложно в производстве и дороже обычного. Водород тоже пока дорог в производстве, к тому же взрывоопасен и его довольно трудно хранить…
Поэтому Саша предлагает использовать известный в физике эффект И. Дэвидсона. Если в пробирку с растительным маслом ввести с помощью пипетки капельку воды диаметром около 1 мм, а затем начать подогревать пробирку на спиртовке, то можно заметить, как капля сначала медленно погружается, а в момент закипания происходит микровзрыв, поскольку вода превращается в пар, который занимает куда больший объем. Кроме того, смесь масла с кислородом образует взрывчатую смесь…
Вот это явление Саша и предлагает использовать в камере сгорания ДВС нового типа. Двигатель этот должен работать следующим образом. На первом такте происходит впуск в камеру сгорания масла, смешанного в карбюраторе с воздухом. Затем с помощью иглы в эту смесь вводится капля воды. Для того чтобы произошел взрыв, необходимо предварительно камеру сгорания нагреть до температуры 250 °C. (Проще всего, по мнению автора изобретения, это сделать с помощью обычного бензина, на котором двигатель запускается и разогревается до рабочего состояния.) После взрыва температура в камере сгорания поднимется примерно до 1500 °C и произойдет рабочий такт двигателя. А в последнем такте производится выпуск отработанной смеси из камеры сгорания. Затем все повторяется снова…
К своему письму Саша приложил подробные чертежи и схему работы нового двигателя.
Все, казалось бы, замечательно. Но… Как известно, добавлять воду в топливо пытались уже неоднократно самыми разными, порой весьма хитроумными способами. И до сих пор результат получить не удалось.
Дело в том, что плохо контролируемая детонация в камере сгорания, как правило, приводит к повышенному износу деталей двигателя, резкому сокращению срока его службы. А ведь такой двигатель требует еще и дополнительного усложнения конструкции.
Рационализация
СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ
Как бы продолжая рассуждения Александра Федорова по поводу усовершенствования двигателей, 7-классник Александр Табанин из г. Сосновый Бор Ленинградской области предлагает модернизировать систему охлаждения двигателей внутреннего сгорания. Для этого автор намерен использовать рубашку цилиндров с выравнивающей температурой и термобатарею.
При работе двигателя тепло от стенок цилиндров передается выравнивающей среде — теплоносителю, а от нее рубашке. А та, в свою очередь, контактирует с горячими спаями термобатареи. А холодные спаи той же батареи выведены наружу и обдуваются воздухом охлаждающего вентилятора.
В итоге и цилиндры не перегреваются (в обычном двигателе их все равно приходится принудительно охлаждать), и вырабатывается электричество, которое можно использовать, например, для подзарядки аккумулятора.
Как видите, предложение довольно простое и вполне осуществимое. Но тогда почему его никто до сих пор не осуществил на практике? Неужто только наш читатель до него додумался? А все дело в том, что подобные термоэлектрические преобразователи имеют КПД меньше, чем у паровоза, и вследствие этого малую электрическую мощность.
Их неоднократно пытались усовершенствовать (см. например, а.с. СССР А.В. Косарева из г. Оренбурга, зарегистрированное в 1990 г.). Но все равно даже самые лучшие термогенераторы, основанные на эффекте Зеебека, имеют КПД не более 15 %. Но при этом они требуют использования специальных и довольно ядовитых материалов (например, сплавы висмут — сурьма). Поэтому современные производственники предпочитают и не возиться с подобными конструкциями, уповают на гибридные силовые установки, использование топливных элементов.
Есть идея!
КЛАДОВАЯ СОЛНЦА
«Последние десятилетия все большее практическое значение приобретает использование в быту солнечной энергии, — пишет нам из г. Астрахани Наталья Карамышева. — При этом свет преобразуется в электричество с помощью фотоэлементов, либо солнечное тепло используется для нагрева воды в специальных коллекторах, а далее горячая вода идет на отопление, купание, мытье посуды.
Но тогда наблюдается досадная природная аномалия. Летом тепла предостаточно, приходится даже включать кондиционеры, чтобы охладить помещение. А зимой, напротив, тепла не хватает. Так неужто нет таких материалов, которые бы, будучи нагреты летом, затем отдавали тепло зимой? Если нет, то надо дать заказ материаловедам о разработке подобных материалов…»
Наташа права: такая проблема действительно существует. Недавно очередную попытку разрешить ее предприняли американские химики. Они полагают, что запасать солнечную энергию в электроаккумуляторах, чтобы потом снова превращать в тепло, процесс трудоемкий и дорогостоящий. Проще и выгоднее забирать тепло напрямую, химическим путем, изменяя энергетическое состояние молекул.
В таком виде тепло можно было бы хранить очень долго, а в нужный момент легко отобрать. Для этого нужно лишь заставить молекулу войти в химическое общение с неким катализатором, после чего она вернется в прежнее энергетическое состояние и окажется вновь способна аккумулировать солнечные лучи.
До этой идеи специалисты додумались почти полвека назад. В 1996 году они даже нашли такую молекулу, которая может работать теплоаккумулятором — довольно сложное соединение под названием фульвален-тетракарбонилдирутен, или проще фульвален.
Однако эта молекула, как говорит само ее название, содержит рутений — очень редкий и очень дорогой химический элемент. А вот отыскать другое вещество на роль аккумулятора тепла долгое время не удавалось.
Более того, до недавнего времени никто даже не понимал, почему фульвален умеет превращать свет в тепло, а другие соединения нет. Теперь хотя бы эта загадка разрешена. Осенью 2010 года группа американских химиков из Массачусетского технологического института (МТИ) заявила, что секрет фульвалена ими разгадан.
Любая молекула, согласно законам квантовой механики, может находиться в разных энергетических состояниях, но, как правило, только одно из этих состояний стабильно. Умение фульвалена сколь угодно долго находиться в одном из двух стабильных состояний и делает его идеальным аккумулятором солнечного тепла. А вся тонкость заключается в том, что между двумя конечными состояниями есть еще и некий промежуточный этап перехода. И только соединение, обладающее способностью образовывать такое третье состояние, и может стать хорошим аккумулятором тепла.
Правда, проблема с рутением так и осталась нерешенной, но теперь, когда принцип действия фульвалена разгадан, хотя бы понятно, где искать ему замену — такую же эффективную, но менее дорогую и более распространенную. И через несколько лет исследователи обещают создать тепловую батарею, которую можно будет «перезаряжать» раз в год, обходясь таким образом без помощи котельной.
То ли в шутку, то ли всерьез…
«НОГОТВОРНЫЕ» ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ
«Ныне много говорят об опасности создания так называемого геофизического или сейсмического оружия, — пишет нам из Перми Алексей Безбородов. — Упрощенно суть его заключается в том, что в заранее рассчитанный момент в определенной точке производят подрыв мощного заряда. Распространяющиеся при этом сейсмические волны вызовут резонанс в недрах Земли, и разразится природное землетрясение большой силы.
Но ведь подобные сотрясения можно вызвать и иным способом. Например, если 1,5 млрд. дисциплинированных китайцев подпрыгнут на территории КНР в строго определенное время, то от такого сотрясения тоже может возникнуть сейсмическая волна со всеми вытекающими последствиями…»
Идея, конечно, интересная, но… Расчеты показывают, что даже хорошо согласованный прыжок полутора миллиардов человек эквивалентен взрыву всего лишь 15 т тротила, так что подобный проект едва ли работоспособен. Это, кстати, доказано и на практике. Лет пять тому назад, помнится, в СМИ был опубликован призыв подпрыгнуть в строго определенное время жителям всех стран на дневной стороне планеты. Это якобы было нужно для того, чтобы согласованным толчком ног изменить орбиту земного шара и уменьшить таким образом эффект глобального потепления.
Однако из этой затеи ничего не вышло. То ли народ оказался недисциплинированным, то ли инициаторы идеи просчитались в своих расчетах, но земной шар не подвинулся ни на йоту…
К сказанному можно добавить, что в свое время, а именно в начале 70-х годов XX века, в США кое-кто подумывал о создании подобного экзотического оружия. Как писал в 1973 году журнал New Scientist, была идея использовать миллионы бетонных блоков, подвешенных по всей территории США и сбрасываемых по команде центрального компьютера, оснащенного сверхточными атомными часами. Однако и здесь далее расплывчатых описаний дело не пошло.
Возьмите на заметку
ТЕПЕРЬ МОЖНО ПЕЧАТАТЬ ВСЕ…
Некоторое время назад (см., например, «ЮТ» № 4 за 2008 г.) мы рассказывали о том, как биологи пытаются с помощью объемных принтеров печатать органы живых организмов. Теперь эту идею подхватили еще и… кондитеры. Специально для них специалисты Корнеллского университета (США) создали и запатентовали аппарат — принтер, в который вместо чернил заправляют некие пищевые смеси, которые затем по определенному алгоритму послойно прыскаются на создаваемое изделие. Таким образом уже делают шоколадные плитки с начинкой и слоеные пирожные «наполеон».
Следующим логичным шагом будет использование этих технологий в космосе, полагают специалисты компании Made in Space, которые начали работы по созданию технологий космической трехмерной печати. По мнению журнала Astronaut, именно такая технология наиболее подходит для строительства объектов непосредственно в космосе.