Придет ли новый век энергетики? Электричество без машин. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

В начале прошлого века изобретатели и ученые уже хорошо представляли ту пользу, которую может дать широкое применение электроэнергии. Однако способов ее дешевого получения в достаточном количестве долго не существовало. Но вот в 1821 году немецким ученым Зеебеком было открыто любопытное явление.

Если взять замкнутую цепь из двух спаянных между собой разнородных проводников и один спай нагревать, а другой охлаждать, то в цепи возникнет ток. В этом удивительно простом устройстве (назвали его термоэлементом) тепловая энергия как бы прямо превращается в электрическую.

В известном задолго до него гальваническом элементе энергия получалась за счет растворения металла в электролите. Вещества эти достаточно дороги, недешево получалась и энергия. Термоэлемент - другое дело. Сам он не расходуется, а топливо вполне доступно. Тем более, что нагревать его спаи можно чем угодно: солнцем, вулканическим теплом, продуктами сгорания, вылетающими через трубу печи, и т. д.

Давайте повнимательней разберем некоторые его свойства. Одиночный термоэлемент развивает маленькую ЭДС - десятые, сотые доли вольта. Однако его внутреннее сопротивление очень мало, следовательно, создаваемый ток может быть очень велик.

Давно известен такой красивый эксперимент. Электромагнит с железным сердечником и обмоткой, состоящей из... одного витка. Но виток - скоба из меди толщиной в палец, замкнутая впаянной перемычкой из висмута. Один конец спая нагреваем обычной лабораторной горелкой, другой - охлаждаем водой. Возникает ток в тысячи ампер, и магнит (при одном-то витке!) удерживает чугунный бабушкин утюг.

Низкая ЭДС - не беда, термоэлементы легко соединяются в батарею с последовательным соединением сотен или тысяч источников. Выглядит она такой гармошкой из чередующихся полос двух металлов. Сильный ток при умеренном напряжении в 2-3 вольта как нельзя лучше годился для применения в мелких гальванических мастерских. Его вырабатывали термоэлектрогенераторы, напоминающие небольшую печь на дровах, угле или газе.

Применялись они кустарями еще в начале века. Были попытки решать и более крупные задачи. Так, например, в конце 80-х годов прошлого века в Париже Клуэ построил термоэлектрический генератор, дававший энергию для 80 "свечей" Яблочкова. КПД установок того времени не превышал 0.3%. Казалось бы, уж очень мало, но все потерянное тепло можно было использовать для отопления дома, подогрева воды или приготовления пищи. Предлагались и отопительные печи со встроенными термоэлектрогенераторами. Любопытно, что их установка ни в коем случае не увеличивает расхода топлива на отопление. Ведь электричество, если его израсходуют в том же помещении, вновь перейдет в тепло!

История распорядилась иначе. Электричество оказалось значительно выгоднее производить на электростанциях и централизованно распределять потребителям. Даже в прошлом веке КПД электростанций был в десятки раз выше, чем у термоэлементов. Однако изящная простота, надежность, вызванная отсутствием движущихся частей, очаровали многих. Попытки повысить КПД без глубокого проникновения в теорию к серьезному успеху не привели. ЭДС возникает в результате нагревания ветвей термоэлемента, но одновременно возникает и паразитный поток тепла, бесполезно перетекающий от горячего спая к холодному. Пытаясь его использовать, стали собирать каскады термоэлементов, в которых более холодный спай одного нагревает горячий спай другого. Температура горячих спаев на каждом ярусе каскада понижается. Однако, подбирая материалы, наиболее хорошо работающие именно в заданном диапазоне температур, КПД всей системы удается значительно повысить.

Есть и другая возможность. Ее называют регенерацией тепла. Направим поток воздуха вдоль термоэлектрического каскада от холодного конца к горячему. При этом он обретет от элементов часть протекающего по ним тепла и нагреется. После этого направим горячий воздух в топку и сэкономим часть топлива. Вся эта процедура равноценна снижению теплопроводности материалов термоэлементов, а принесет она пользу лишь в том случае, если произойдет отбор строго определенной части тепла от каждого элемента. Однако регенерация ощутима лишь тогда, когда сами термоэлементы, входящие в каскад, достаточно совершенны.

В 30-е годы теоретические работы в области термоэлектричества особенно интенсивно проводились в нашей стране. Говорят, нет ничего практичнее хорошей теории. Академик А. Ф. Иоффе создал новую теорию процессов, происходящих в твердом теле. Некоторые солидные ученые принимали ее в штыки, называли "квантово-механическим подсознанием". Но в 1940 году, основываясь на ее выводах, удалось поднять КПД термоэлемента в 10 раз. Произошло это благодаря замене металлов на полупроводники - вещества с более высокой термоЭДС и низкой теплопроводностью.

В начале войны в лаборатории Иоффе был создан "партизанский котел" - термоэлектрогенератор для питания портативных радиостанций. Это был котелок, на днище которого снаружи располагались термоэлементы. Их горючие спаи находились в огне костра, а холодные, прикрепленные ко дну котелка, охлаждались налитой в него водой.

Тщательный подбор материалов, применение регенерации позволили в наше время довести КПД термоэлемента до 15%. В начале века такую эффективность имели обычные электростанции, но теперь она возросла более чем в три раза. Термоэлементу в большой энергетике пока места нет. Но ведь есть и энергетика малая. Несколько десятков ватт требуется для питания радиорелейной станции, стоящей на горной вершине, или морского сигнального буя. Есть и отдаленные места, где живут люди, которым требуются электричество и тепло. В подобных случаях применение находят термоэлементы, подогреваемые газом или жидким топливом. Особенно ценно, что эти устройства можно поместить в небольшой подземный бункер и оставить совершенно без присмотра, лишь раз в год или реже пополнять запас топлива. Ввиду малой мощности расход его при любом КПД оказывается приемлем, а кроме того... нет выбора.

Любопытное применение для термоэлектрогенераторов нашли врачи. Уже более двух десятилетий тысячи людей носят имплантированный, помещенный под кожу ритмоводитель сердечной деятельности. Источником энергии для него служит крохотная (с наперсток) батарея из сотни соединенных последовательно термоэлементов, подогреваемых распадом безвредного изотопа. Несложная операция по ее замене производится раз в 5-10 лет.

В Японии выпускаются электронные часы, энергию которым от тепла руки дает термоэлемент.

Недавно одна итальянская фирма заявила о начале работы над электромобилем с термоэлектрогенератором. Этот источник тока значительно легче аккумуляторов, поэтому пробег у термоэлектрического автомобиля будет не меньше, чем у обычного. (Напомним, что электромобили способны с одной зарядкой пройти 150 км.) Полагают, что путем разных ухищрений расход топлива удастся сделать приемлемым. Главные достоинства экипажа нового типа - абсолютно безвредный выхлоп, бесшумное движение, применение самого дешевого жидкого (а возможно, и твердого) топлива, очень большая надежность.

В 30-е годы проводившиеся в нашей стране работы над термоэлементами были широко известны. Вероятно, поэтому писатель Г. Адамов описал в своем романе "Тайна двух океанов" подводную лодку "Пионер", получавшую энергию от тросов-батарей. Так он назвал термоэлектрические генераторы, выполненные в виде длинных тросов. Их горячие спаи при помощи буя поднимались в верхние слои океана, где температура достигает 20-25°C, а холодные - охлаждались глубоководной водой с температурой 1-2°С Так фантастический "Пионер" - лодка, способная дать сто очков вперед нынешним атомным, заряжал свои аккумуляторы.

Реально ли такое? Сообщение о прямых опытах подобного рода в печати нет. Впрочем, промелькнуло нечто любопытное. Создан термоэлектрогенератор на 1000 кВт, вырабатывающий энергию за счет тепла горячих подземных источников. Разность температур между горячим и холодным спаями 23°С, как в океане, удельный вес 6 кг на 1 кВт - много ниже, чем у энергетических установок обычных подводных лодок. Не на пороге ли мы новой энергетической революции, нового века электричества?

Автор: А.Савельев

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива 3D-печать металлических объектов при комнатной температуре 14.07.2023 Ученые из Университета Северной Каролины разработали уникальный состав, который позволяет печатать металлические изделия с помощью 3D-принтера при обычной комнатной температуре. Этот значительный прорыв открывает новые возможности для создания металлических предметов, включая те, которые чувствительны к высоким температурам, например, в области электроники. Основой нового материала является водная суспензия микрочастиц меди. В нее добавляются микрочастицы эвтектического сплава галлия с индием (EGaIn) и соляная кислота. Последняя изменяет pH воды до значения 1,0, что удаляет оксиды из EGaIn и временно превращает его в жидкометаллическое состояние. Глобулы EGaIn присоединяются к более крупным частицам меди, образуя прочные связи между ними. Для увеличения объема смеси в нее добавляется метилцеллюлоза. Полученный вязкий гель может быть выдавлен из сопла обычного 3D-принтера при комнатной температуре, позволяя создавать объекты путем последовательного формирования слоев. После печати объект высыхает при той же температуре, в результате чего вода и соляная кислота испаряются. Таким образом, получается твердый трехмерный объект с высокой электропроводностью, состоящий на 97,5% из металла (остальные 2,5% - метилцеллюлоза). Контролируя выдавливание геля и применяя тепло для быстрого высыхания, можно придать объекту желаемую форму: изначально плоская заготовка может быть преобразована в сложную деталь. В одном из примеров использования этой технологии был создан паук, который поднимался на ноги по мере высыхания при нагревании. Это демонстрирует потенциал нового метода для печати металлических объектов с высокой точностью и гибкостью при обычной температуре.

Другие интересные новости:

▪ Растворимая электроника

▪ Портативный программатор Lilygo T-Deck Plus

▪ Яйца и помидоры для автозапчастей

▪ Борьба с жарой с помощью холодных крыш

▪ Недорогая технологи регулировки прозрачности окон

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Параметры радиодеталей. Подборка статей

▪ статья Стихийные бедствия: возникновение, последствия и прогнозирование. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Как развивается яйцо? Подробный ответ

▪ статья Папоротник мужской. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Установка противоугонных устройств. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Загадочные карты. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025