|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Czy nadejdzie nowa era energii? Elektryczność bez samochodów. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Alternatywne źródła energii Już na początku ubiegłego wieku wynalazcy i naukowcy doskonale zdawali sobie sprawę z korzyści, jakie może przynieść powszechne wykorzystanie elektryczności. Jednak przez długi czas nie było możliwości zdobycia go tanio w wystarczających ilościach. Ale w 1821 roku niemiecki naukowiec Seebeck odkrył ciekawe zjawisko. Jeśli weźmiemy zamknięty obwód dwóch różnych przewodników zlutowanych razem i podgrzejemy jedno złącze, a drugie schłodzimy, wówczas w obwodzie pojawi się prąd. W tym zaskakująco prostym urządzeniu (nazywali je termoelementem) energia cieplna jest niejako bezpośrednio przekształcana w energię elektryczną.
W znanym od dawna ogniwie galwanicznym energię uzyskiwano przez rozpuszczanie metalu w elektrolicie. Substancje te są dość drogie, a energia też nie była tania. Termopara to inna sprawa. On sam nie jest zużyty, a paliwo jest dość przystępne. Co więcej, jego połączenia mogą być ogrzewane przez wszystko: słońce, ciepło wulkaniczne, produkty spalania wylatujące przez rurę pieca itp.
Przyjrzyjmy się bliżej niektórym jego właściwościom. Pojedynczy termoelement wytwarza małe pole elektromagnetyczne - dziesiąte, setne części wolta. Jednak jego rezystancja wewnętrzna jest bardzo mała, dlatego generowany prąd może być bardzo duży. Taki piękny eksperyment znany jest od dawna. Elektromagnes z żelaznym rdzeniem i uzwojeniem składającym się z… jednego zwoju. Ale zakręt to wspornik wykonany z miedzi o grubości palca, zamknięty zalutowaną zworką z bizmutu. Ogrzewamy jeden koniec złącza zwykłym palnikiem laboratoryjnym, a drugi chłodzimy wodą. Powstaje prąd o natężeniu tysięcy amperów, a magnes (po jednym obrocie!) trzyma żeliwne żelazko babci.
Niska EMF nie stanowi problemu, termoelementy można łatwo podłączyć do baterii z setkami lub tysiącami źródeł połączonych szeregowo. Wygląda jak akordeon naprzemiennych pasków dwóch metali. Silny prąd o umiarkowanym napięciu 2-3 woltów najlepiej nadawał się do stosowania w małych warsztatach galwanicznych. Wytwarzany był przez generatory termoelektryczne, przypominające mały piec na drewno, węgiel lub gaz. Używali ich rzemieślnicy na początku wieku. Były też próby rozwiązania większych problemów. Na przykład pod koniec lat 80. ubiegłego wieku w Paryżu Clouet zbudował generator termoelektryczny, który dostarczał energię do 80 „świec” Jabłoczkowa. Sprawność ówczesnych instalacji nie przekraczała 0.3%. Wydawałoby się, że niewiele, ale całe utracone ciepło można by wykorzystać do ogrzania domu, podgrzania wody czy gotowania posiłków. Oferowane były również piece grzewcze z wbudowanymi generatorami termoelektrycznymi. Ciekawe, że ich instalacja w żaden sposób nie zwiększa zużycia paliwa do ogrzewania. W końcu energia elektryczna, jeśli zostanie zużyta w tym samym pomieszczeniu, ponownie zamieni się w ciepło! Historia zarządziła inaczej. Energia elektryczna okazała się znacznie bardziej opłacalna w produkcji w elektrowniach i centralnie dystrybuowanej do konsumentów. Nawet w ubiegłym stuleciu wydajność elektrowni była dziesięciokrotnie wyższa niż termoelementów. Jednak elegancka prostota i niezawodność wynikająca z braku ruchomych części fascynowały wielu. Próby zwiększenia wydajności bez głębokiego wglądu w teorię nie doprowadziły do poważnego sukcesu. EMF powstaje w wyniku nagrzania nóżek termoelementu, ale jednocześnie powstaje pasożytniczy strumień ciepła, który bezużytecznie przepływa od złącza gorącego do zimnego. Próbując to wykorzystać, zaczęli montować kaskady termoelementów, w których zimniejsze złącze jednego ogrzewa gorące złącze drugiego. Temperatura spoin gorących na każdym etapie kaskady maleje. Jednak wybierając materiały, które najlepiej sprawdzają się w danym zakresie temperatur, można znacznie zwiększyć wydajność całego układu. Istnieje inna możliwość. Nazywa się to odzyskiem ciepła. Skierujmy strumień powietrza wzdłuż kaskady termoelektrycznej od zimnego do gorącego końca. Jednocześnie będzie odbierał od elementów część przepływającego przez nie ciepła i nagrzewał się. Następnie skierujemy gorące powietrze do pieca i zaoszczędzimy trochę paliwa. Cała ta procedura jest równoznaczna ze zmniejszeniem przewodności cieplnej materiałów termoelementowych i będzie korzystna tylko wtedy, gdy z każdego elementu zostanie odprowadzona ściśle określona część ciepła. Jednak regeneracja jest zauważalna dopiero wtedy, gdy same termoelementy wchodzące w skład kaskady są wystarczająco doskonałe. W latach trzydziestych XX wieku prace teoretyczne w dziedzinie termoelektryczności były szczególnie intensywnie prowadzone w naszym kraju. Mówią, że nie ma nic bardziej praktycznego niż dobra teoria. Akademik A.F. Ioffe stworzył nową teorię procesów zachodzących w ciele stałym. Niektórzy szanowani naukowcy przyjęli to z wrogością, nazywając to „podświadomością mechaniki kwantowej”. Ale w 30 roku, na podstawie jej odkryć, udało się zwiększyć wydajność termoelementu 1940-krotnie. Stało się tak dzięki zastąpieniu metali półprzewodnikami - substancjami o większej mocy termoelektrycznej i niskim przewodnictwie cieplnym. Na początku wojny w laboratorium Ioffe powstał „kocioł partyzancki” – termoelektryczny generator do zasilania przenośnych radiostacji. Był to czajnik, na dnie którego termoelementy znajdowały się na zewnątrz. Ich palne złącza znajdowały się w ogniu ognia, a zimne, przymocowane do dna garnka, były chłodzone przez wlewaną do niego wodę.
Staranny dobór materiałów, zastosowanie regeneracji umożliwiły w naszych czasach podniesienie sprawności termoelementu do 15%. Na początku wieku konwencjonalne elektrownie miały taką sprawność, ale teraz wzrosła ona ponad trzykrotnie. W energetyce wielkoskalowej nie ma jeszcze miejsca na termoelement. Ale jest też mała energia. Do zasilania radiowej stacji przekaźnikowej na szczycie góry lub morskiej boi sygnałowej potrzeba kilkudziesięciu watów. Istnieją również odległe miejsca, w których mieszkają ludzie, którzy potrzebują energii elektrycznej i ciepła. W takich przypadkach stosuje się termoelementy ogrzewane paliwem gazowym lub płynnym. Szczególnie cenne jest to, że urządzenia te można umieścić w małym podziemnym bunkrze i pozostawić całkowicie bez nadzoru, tylko raz w roku lub rzadziej w celu uzupełnienia zapasu paliwa. Ze względu na małą moc jego zużycie przy dowolnej wydajności okazuje się akceptowalne, a poza tym… nie ma wyboru. Lekarze znaleźli ciekawe zastosowanie dla generatorów termoelektrycznych. Od ponad dwóch dekad tysiące ludzi nosi wszczepiony pod skórę rozrusznik serca. Źródłem energii jest dla niego maleńka (z naparstką) bateria setek połączonych szeregowo termoelementów, nagrzewanych rozpadem nieszkodliwego izotopu. Prosta operacja wymiany odbywa się co 5-10 lat. W Japonii produkowane są zegarki elektroniczne, których energię dostarcza termoelement z ciepła dłoni. Niedawno włoska firma ogłosiła rozpoczęcie prac nad pojazdem elektrycznym z generatorem termoelektrycznym. To źródło prądu jest znacznie lżejsze niż akumulatory, więc przebieg samochodu termoelektrycznego będzie nie mniejszy niż przebieg konwencjonalnego. (Przypomnijmy, że pojazdy elektryczne mogą przejechać 150 km na jednym ładowaniu.) Uważa się, że za pomocą różnych sztuczek można doprowadzić do akceptowalnego zużycia paliwa. Głównymi zaletami nowego typu załogi są absolutnie nieszkodliwe spaliny, bezgłośny ruch, zastosowanie najtańszego paliwa płynnego (i możliwie stałego) oraz bardzo wysoka niezawodność. W latach trzydziestych prace prowadzone w naszym kraju nad termoelementami były szeroko znane. Prawdopodobnie dlatego pisarz G. Adamov opisał w swojej powieści „Tajemnica dwóch oceanów” łódź podwodną Pioneer, która otrzymywała energię z kabli akumulatorowych. Tak nazwał generatory termoelektryczne wykonane w postaci długich kabli. Za pomocą boi ich gorące złącza wznosiły się do górnych warstw oceanu, gdzie temperatura dochodzi do 30-20°C, a zimne zostały schłodzone przez głęboką wodę o temperaturze 25-1°C. Fantastyczny "Pionier" to łódź zdolna dać sto punktów przewagi nad obecnym atomowym, naładowanym akumulatorem. Czy jest to prawdziwe? W prasie nie ma doniesień o bezpośrednich eksperymentach tego rodzaju. Wyszło jednak coś ciekawego. Powstał generator termoelektryczny o mocy 1000 kW, który wytwarza energię z ciepła gorących źródeł podziemnych. Różnica temperatur między gorącym i zimnym złączem wynosi 23°C, ponieważ w oceanie ciężar właściwy wynoszący 6 kg na 1 kW jest znacznie niższy niż w konwencjonalnych elektrowniach podwodnych. Czy stoimy u progu nowej rewolucji energetycznej, nowej ery elektryczności? Autor: A. Saveliev
Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach
02.05.2024 Zaawansowany mikroskop na podczerwień
02.05.2024 Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024
▪ Grenlandia katastrofalnie traci lód ▪ Nowy rok nadejdzie sekundę później ▪ Baterie aluminiowe są lepsze niż litowo-jonowe ▪ Chipy neuromorficzne dla sztucznej inteligencji
▪ sekcji witryny internetowej poświęconej sprzętowi wideo. Wybór artykułów ▪ artykuł Dla wściekłych, dla niepodobnych! Popularne wyrażenie ▪ artykuł Kto jako pierwszy zdobył biegun południowy? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Wózek na łódź. Transport osobisty ▪ artykuł Urządzenie sterujące obiektami zdalnymi. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony