Читаем Юный техник, 2011 № 05 полностью

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