|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
VẬN CHUYỂN CÁ NHÂN: TRỒNG, NƯỚC, KHÔNG KHÍ
Giao thông vận tải của tương lai. phương tiện cá nhân
Cẩm nang / Phương tiện giao thông cá nhân: đường bộ, đường thủy, đường hàng không Các nhà khoa học giải quyết các vấn đề của tương lai - các nhà tương lai học - ngày nay đã cố gắng xác định thế giới xung quanh chúng ta sẽ trở thành gì, chẳng hạn như vào cuối thiên niên kỷ thứ hai hoặc thậm chí 100 năm kể từ bây giờ. Đồng thời, một cái gì đó được xem tương đối dễ dàng, một cái gì đó khó khăn. Nhưng chúng ta có thể khẳng định chắc chắn rằng trong 50, 100 năm nữa, giao thông vận tải sẽ tồn tại. Và không chỉ để tồn tại, mà còn để phát triển ổn định. Các nhà văn khoa học viễn tưởng đôi khi bày tỏ ý tưởng rằng trong tương lai, phần lớn thông tin sẽ được truyền chủ yếu bằng phương tiện liên lạc - từ điện thoại video đến các kênh laser. Vai trò của vận tải với tư cách là người chuyên chở không chỉ hàng hóa mà cả thông tin cũng không được tính đến. Nhưng điều này là xa sự thật. Ưu điểm của vận tải nằm ở chỗ nó đảm bảo sự di chuyển của không chỉ hàng hóa mà còn cả con người - những người vận chuyển thông tin mạnh mẽ nhất. GS. Không phải ngẫu nhiên mà ngày nay, bất chấp những tiến bộ đáng kể trong thông tin liên lạc, giao thông vận tải vẫn tiếp tục được cải thiện nhanh chóng. Nó sẽ phát triển như thế nào trong tương lai? Về cơ bản, các vấn đề có thể được giảm xuống như sau: phương tiện, hay đúng hơn là động cơ của chúng, phải trở nên thân thiện với môi trường, hay như người ta nói là "thân thiện với môi trường". Để kéo dài càng xa càng tốt "việc tiêu thụ các nguồn nhiên liệu và năng lượng của hành tinh chúng ta, các động cơ phải trở nên tiết kiệm nhất có thể. Người ta chú ý nhiều đến sự an toàn của máy móc, cũng như các vấn đề truyền thống như vậy. tăng tốc độ, khả năng cơ động, tiện nghi, hình thành và phát triển các phương thức vận tải mới, chuyên biệt phục vụ nền kinh tế quốc dân Tuy nhiên, nó sẽ như thế nào, phương tiện giao thông của tương lai, động cơ của nó? Có bất kỳ nguyên mẫu nào của chúng bây giờ không, trong thời đại của chúng ta? Các tài liệu đề xuất được dành cho tất cả những vấn đề này. 1. Nhiệt - "cho" và "chống lại" Tri ân nhân gian cáo biệt. Đây là cách người ta có thể hình thành thái độ hiện tại đối với động cơ lớn nhất - động cơ nhiệt, và đặc biệt là đối với động cơ đốt trong (ICE). Về cơ bản có hai bài báo về "tội lỗi" của động cơ nhiệt trước nhân loại. Đầu tiên là việc sử dụng man rợ, phi kinh tế các nguồn nhiên liệu tự nhiên không thể thay thế. Thứ hai là ô nhiễm môi trường với khí thải độc hại và các chất thải khác của năng lượng nhận được, bao gồm nhiệt dư thừa, tiếng ồn và mùi. Có rất nhiều cuộc nói chuyện về tất cả điều này ngay bây giờ. Cũng như về kết luận không thể chối cãi rút ra từ điều này: nếu động cơ nhiệt không được cải tiến (hoặc không bị bỏ rơi hoàn toàn), thì hành tinh trong tương lai gần, chỉ tính trong vài chục năm nữa, trước hết sẽ bị đe dọa bởi nạn đói nhiên liệu do sự cạn kiệt hoàn toàn nguồn dự trữ nhiên liệu tự nhiên; thứ hai, sự đầu độc hàng loạt của loài người bởi các sản phẩm đốt cháy nhiên liệu này, và có thể là sự nóng lên quá mức (tệ hơn cả trong phòng xông hơi nóng nhất!) của bầu khí quyển. Vì vậy, cải tiến hoặc thất bại hoàn toàn. Nếu chúng ta nhớ rằng động cơ nhiệt được lắp đặt trên hàng trăm triệu ô tô, xe máy, máy kéo, máy liên hợp, máy bay, tàu thủy, thuyền máy và các loại máy móc khác, thì rõ ràng là một người vẫn chưa thể hoàn toàn từ bỏ chúng. Tuy nhiên, cần đảm bảo rằng, trong khi kéo dài tuổi của họ, không làm giảm đáng kể tuổi của chính bạn! Làm sao để “dung hòa” giữa động cơ nhiệt và con người?
Câu trả lời rất đơn giản và phức tạp: cần phải loại bỏ độc tính của khí thải của động cơ nhiệt và tăng hiệu suất của chúng. Tác hại chính là do carbon monoxide, nitơ oxit và hydrocarbon (aldehyd) có trong khí thải, cũng như các chất gây ung thư. Nhưng chắc chắn họ có thể bị bắt? Vâng, các chất trung hòa bẫy như vậy đã được tạo ra: chất lỏng, plasma, xúc tác và kết hợp. Chúng thường được lắp ở cửa thoát khí phía sau ống xả động cơ. Tuy nhiên, tất cả các thiết bị này chỉ cung cấp một phần giải pháp cho vấn đề: ngay cả khi có sự hiện diện của chúng, bản thân động cơ vẫn là một con quái vật cơ khí phàm ăn. Trong nhiều thế kỷ, ước mơ của các chuyên gia động cơ là chế tạo một loại mà pít-tông không chuyển động tịnh tiến mà chỉ quay. Điều này hứa hẹn sẽ giảm đáng kể kích thước và trọng lượng của động cơ, giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và thải ra các sản phẩm đốt cháy độc hại. Gần giải quyết vấn đề này hơn bất kỳ ai khác, Giáo sư F. Wankel. Nhiều chuyên gia tin rằng động cơ quay do ông tạo ra có thể trở thành động cơ đốt trong chính trong ô tô. Nhớ lại cách wankel được sắp xếp và hoạt động. Trong thân của nó có một khoang có cấu hình phức tạp, trong đó một rôto-piston hình tam giác quay, được nối với trục bằng các bánh răng. Nó nằm tự do trên phần lệch tâm của trục, tâm của nó trùng với tâm của bánh răng cố định. Chạy xung quanh nó dọc theo một đường cong phức tạp, rôto-piston liên tục chạm vào đỉnh của các bức tường bên trong của vỏ. Để niêm phong, các tấm di động được lắp đặt ở phía trên... Đồng thời, thể tích của các khoang được hình thành bởi các bề mặt của rôto-piston và các bức tường của vỏ thay đổi tuần tự. Tại đây diễn ra các quá trình nạp, nén và đốt cháy nhiên liệu, giãn nở và giải phóng khí thải... Việc đóng mở các kênh nạp và xả do chính rôto-piston thực hiện. Do đó, đối với một cuộc cách mạng hoàn chỉnh trong động cơ Wankel, tất cả các quá trình của động cơ bốn thì thông thường diễn ra đồng thời trong các buồng làm việc khác nhau: với các tia nhiên liệu được đốt cháy bằng một ngọn nến, ba lần trợ lực, ba khí thải, ba luồng khí mới. đầu vào hỗn hợp. Động cơ Wankel hóa ra không chỉ nhỏ gọn nhất và nhẹ nhất (một trong những nguyên mẫu đầu tiên có công suất khoảng 30 mã lực chỉ nặng 10 kg) mà còn có tốc độ cao nhất. Thêm vào đó là nó có thể chạy bằng nhiên liệu diesel rẻ tiền. Có vẻ như đây là giải pháp cho vấn đề. Nhưng ... cho dù các nhà thiết kế có "khôn ngoan" đến đâu, cho đến nay vẫn chưa thể đạt được độ tin cậy của các vòng đệm của rôto quay... Khiếm khuyết này, chủ yếu ngăn cản sự cải tiến hơn nữa của động cơ, là một tai họa thực sự của các động cơ loại này. Một hướng nghiên cứu khác là phát triển động cơ hiện đang được sử dụng trong ngành hàng không - động cơ tua-bin khí (GTE). Chúng thu được ít hơn nhiều so với các động cơ đốt trong cùng công suất, vận hành đơn giản và đáng tin cậy hơn. Mặc dù mức tiêu thụ nhiên liệu tăng nhẹ, các sản phẩm ít độc hại hơn được thải ra, đặc biệt là nitơ điôxít. Điều này được giải thích là do trong động cơ tua-bin khí, quá trình đốt cháy nhiên liệu diễn ra liên tục, ở áp suất và nhiệt độ thấp hơn so với động cơ pít-tông. Động cơ tuốc bin khí cũng là động cơ đốt trong. Chỉ trong đó, hỗn hợp dễ cháy được nén bằng máy nén (thường là ly tâm). Không khí bên ngoài đi vào máy nén, quay cùng với các cánh của nó, được nén dưới tác dụng của lực ly tâm, sau đó được làm nóng trong bộ trao đổi nhiệt và đi vào buồng đốt. Do quá trình đốt cháy hỗn hợp, khí nóng ép vào các cánh tuabin, trên trục đặt máy nén. Một lần nữa trên các cánh của bánh công tác tuabin, chúng dành phần lớn năng lượng của mình để thực hiện công việc hữu ích. Đây là sơ đồ nguyên lý hoạt động của cái gọi là tuabin khí hai trục. Nó khác ở chỗ cả tuabin, áp suất cao (máy nén) và áp suất thấp (làm việc), hoàn toàn độc lập về mặt động học. Tua bin một trục và ba trục đang được phát triển cho xe cơ giới. Vẫn chưa biết kế hoạch nào trong số những kế hoạch này sẽ tỏ ra hứa hẹn nhất. Nhiều khả năng, tùy thuộc vào sức mạnh cần thiết và chuyên môn hóa của chiếc xe, mỗi người trong số họ sẽ nhận được quyền phát triển hơn nữa. Trong tất cả các động cơ đã thảo luận ở trên, nhiên liệu được đốt cháy trong buồng đốt - bên trong khoang nơi đặt rôto, pít-tông hoặc tua-bin. Rất khó kiểm soát quá trình cháy ở đó nên thường nhiên liệu không được đốt cháy hoàn toàn, thải ra nhiều sản phẩm độc hại. Tiếp theo, hãy xem xét các động cơ như vậy, trong đó nhiên liệu bị oxy hóa bên ngoài khoang làm việc (xi lanh). Tương tự như động cơ đốt trong, chúng có thể được gọi là động cơ đốt ngoài. Những cái chính là động cơ hơi nước và động cơ Stirling. Kỷ nguyên thứ hai của động cơ hơi nước chỉ bắt đầu cách đây vài năm, khi các trung tâm nghiên cứu lớn nhất tiếp nhận thiết kế của họ trên cơ sở hiện đại. Những động cơ này có nhiều tính năng hấp dẫn: mô-men xoắn ban đầu lớn, không có hộp số phức tạp, khí thải hoàn toàn vô hại. Và tính năng động của động cơ hơi nước là một trong những ưu điểm quan trọng. Với việc cải tiến các sơ đồ cũ, có thể khắc phục các vấn đề như vậy của động cơ hơi nước cổ điển như nguy cơ nổ nồi hơi, trọng lượng quá mức cho phép, khó khởi động và khó sử dụng nước làm chất lỏng tạo hơi vào mùa đông. Nồi hơi nước nóng cồng kềnh và nguy hiểm đã được thay thế bằng máy tạo hơi nước hình ống nhỏ gọn. Có thể lắp thành công tất cả các đơn vị vào kích thước của ô tô. Một nhánh nghiên cứu đầy triển vọng khác có liên quan đến động cơ, được phát minh vào năm 1816 bởi Scot R. Stirling. Động cơ đốt ngoài này là một đường ống bị nghẹt ở cả hai đầu, trong đó pít-tông đi vào. Khoang ở một bên của pít-tông được làm nóng liên tục, ở phía bên kia được làm mát. Gas lạnh được hóa lỏng và bơm vào khoang nóng. Ở đây, khi piston đứng yên, nhiệt độ và áp suất của nó tăng lên do nóng lên. Sau khi khí đạt đến các thông số tối đa, pít-tông bắt đầu di chuyển, tạo ra một hành trình làm việc. Sau đó, khí mở rộng được bơm vào một khoang lạnh, ở đó, được làm mát liên tục, nó được nén bởi một pít-tông đang chuyển động. Chu kỳ được lặp lại.
Vì công cơ học tiêu hao cho việc nén khí lạnh ít hơn so với công được giải phóng khi giãn nở khí nóng, nên động cơ Stirling đã tạo ra năng lượng cơ học dư thừa. Rõ ràng là hoạt động của động cơ như vậy không thể đặc biệt kinh tế. Tuy nhiên, nếu khí nén lạnh được làm nóng trước khi đưa vào khoang nóng bằng nhiệt đã được loại bỏ khi khí nóng được làm mát, thì stirling có thể trở thành một động cơ rất tiết kiệm, vượt qua hiệu suất của cả động cơ chế hòa khí và động cơ diesel. Một thiết bị để làm nóng khí - một bình chứa gọi là máy tái sinh - đã từng được đề xuất bởi chính tác giả của sáng chế. Ngày nay, hiệu quả của lò sưởi như vậy đã được tăng lên 98%. Và các khoang động cơ bắt đầu được lấp đầy bằng hydro hoặc heli được nén tới 100 - 200 atm. Truyền động của các pít-tông Stirling cũng được cải tiến, khiến nó tương tự như truyền động của bơm pít-tông hướng trục - với vòng đệm xiên. Do đó, stirling hiện đại hóa phù hợp với hầu hết các máy sử dụng động cơ nhiệt. Độc tính của nó ít hơn hàng trăm lần so với chế hòa khí và hoạt động gần như âm thầm. Nhưng trong khi stirlings phức tạp và đắt tiền, và thậm chí nặng hơn so với bộ chế hòa khí. Chưa hết, các động cơ được thảo luận ở trên là những người tiêu dùng nhiên liệu tự nhiên tích cực. Và dự trữ của nó không phải là vô hạn. Do đó, những nỗ lực sử dụng hydro được sản xuất nhân tạo làm nhiên liệu rất được quan tâm. Nó có thể được chiết xuất từ nước, phân hủy nó bằng dòng điện, ánh sáng mặt trời, nhiệt độ cao với chất xúc tác. Ưu điểm chính của nhiên liệu này là độc tính của các sản phẩm đốt cháy thấp hơn nhiều so với xăng. Ví dụ, các oxit nitơ được hình thành ít hơn 200 lần, đồng thời carbon monoxide và hydrocarbon hoàn toàn không có trong khí thải. Tuy nhiên, các vấn đề khác phát sinh - ví dụ, việc lưu trữ khí trong xi lanh. Tuy nhiên, các nhà khoa học đề xuất bão hòa hydrua của một số kim loại bằng hydro, hấp thụ nó như một miếng bọt biển. Thật thú vị, các thùng chứa đầy hydrua chứa lượng hydro gấp 40 lần so với các thùng chứa rỗng. Các động cơ cũng được tạo ra sử dụng các yếu tố tự nhiên bất ngờ nhất - bức xạ mặt trời, bay hơi, thẩm thấu. Không phải ngẫu nhiên mà chúng được gọi là kỳ lạ: cho đến nay chúng có phân phối rất nhỏ. Nhưng sự quan tâm ngày càng tăng đối với các nguồn năng lượng thân thiện với môi trường chắc chắn sẽ dẫn đến sự gia tăng vai trò của chúng. Chúng cũng sẽ hữu ích trong vận chuyển không gian - máy bay hành tinh, hệ thống phục vụ các trạm quỹ đạo. Một ví dụ về động cơ kỳ lạ là cái gọi là động cơ hấp thụ ánh sáng. Xi lanh làm việc trong đó có một cửa sổ trong suốt để tia nắng mặt trời hoặc tia laze chiếu qua, làm nóng khí trong xi lanh. Do sự gia nhiệt này, hành trình làm việc được thực hiện. Một mẫu thử nghiệm của động cơ laser tạo ra tốc độ lên tới 600 vòng / phút với công suất máy 30 watt. Tuy nhiên, hiệu suất của động cơ này không vượt quá 2%. Động cơ chạy bằng bức xạ mặt trời được biết đến. Nó được chuyển đổi bởi các tế bào quang điện thành dòng điện.
Và hoàn toàn khác thường là các mô hình động cơ hoạt động nhờ "bộ nhớ" được tìm thấy trong hợp kim nitinol. Được hàn từ niken và titan, nó có một đặc tính khác thường: nó ghi nhớ hình dạng được tạo ra khi nung nóng. Ví dụ, có thể xoắn một dải hợp kim này thành hình xoắn ốc - được nung nóng và làm mát xen kẽ, nó sẽ trở thành một dải một lần nữa, sau đó xoắn lại, v.v. Các kỹ sư người Mỹ đã chế tạo được động cơ bằng tài sản này. Cơ sở của nó là một bánh xe với các nan cong thẳng khi nóng. Khi một nan hoa như vậy được ngâm trong nước ấm, nó sẽ thẳng lên và đẩy bánh xe. Ngay lập tức, chiếc kim rơi vào nước lạnh và uốn cong, và thay vào đó, một chiếc kim cong mới được đưa vào bồn nước ấm. Để vận hành động cơ, chênh lệch nhiệt độ chỉ 23 ° là đủ. Các nhà phát minh tin rằng động cơ kỳ lạ này sẽ giúp sử dụng nhiệt do nước làm mát của các nhà máy điện hạt nhân mang đi chẳng hạn. Động cơ cũng có thể, trong đó nhiệt mặt trời (hoặc bất kỳ loại nào khác) được sử dụng để thay đổi tính chất từ của kim loại. Nhờ đó, công việc cơ học cũng có thể đạt được. Một minh họa cho điều này là động cơ do nhà phát minh và nhà báo A. G. Presnyakov đề xuất. Nó cực kỳ đơn giản, bao gồm một vành có nan hoa - và không có gì hơn thế. Vành được làm bằng hợp kim sắt từ, mất tính chất từ tính ở nhiệt độ +65 °C. (Ngày nay, hợp kim đã được biết là nơi sự mất mát này xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn.) Lắp một nam châm vĩnh cửu mạnh đủ gần vành và thậm chí không làm nóng mà chỉ chiếu sáng bất kỳ phần nào của vành cho đến khi nó mất đi đặc tính từ tính, vì nam châm sẽ hút các phần lân cận của vành, làm cho nó quay. Không nên nghĩ rằng một động cơ như vậy là rất yếu. Thang máy nước năng lượng mặt trời do Presnyakov chế tạo đã bơm tới 800 lít nước mỗi giờ trên sa mạc. Presnyakov cũng đã chế tạo một chiếc xe lăn dưới ánh sáng của một ngọn đèn điện mạnh. Về nguyên tắc, bất kỳ nhà thiết kế trẻ nào cũng có thể xây dựng một mô hình như vậy.
Một số nhà phát minh đang cố gắng sử dụng hiện tượng thẩm thấu để thu được công cơ học. Được biết, nó bao gồm quá trình khuếch tán một chất qua vách ngăn bán thấm, do áp suất thẩm thấu dư thừa được tạo ra... Ở Anh, bằng sáng chế số 1343391 đã được cấp cho một động cơ thẩm thấu, khá phức tạp, nhưng phù hợp, theo các nhà phát minh, để sử dụng trong ô tô. Kỹ sư Liên Xô P. Rogovik từ Makeevka đề xuất một động cơ thẩm thấu công suất thấp tốc độ thấp rất đơn giản dựa trên sự trương nở của vật liệu khi được làm ẩm. Vì vậy, sưng lên, ví dụ, gelatin. Nhà phát minh đã ép một vòng vật liệu này giữa hai cuộn được ngâm trong nước đến mức của các trục. Các bộ phận của vòng nằm dưới mức sẽ nở ra do sưng lên và gây áp lực lên các con lăn, khiến chúng quay. Cùng với các cuộn, chiếc nhẫn cũng quay chậm. Các bộ phận sưng của nó dần dần nhô lên, và các bộ phận khô chìm xuống, hút nước, phồng lên và tạo áp lực lên các cuộn, tiếp tục xoay chúng. Các bộ phận của chiếc nhẫn thoát ra khỏi nước khô đi và chu kỳ tiếp tục. Các nhà thiết kế trẻ cũng có thể tạo ra một mô hình động cơ kỳ lạ khác. Nó hoạt động nhờ năng lượng ánh sáng của đèn điện hoặc mặt trời, hội tụ qua một thấu kính. Để xây dựng nó, cần có một số tấm lưỡng kim, được sử dụng trong các rơle nhiệt khác nhau. Được biết, một tấm lưỡng kim, được ghép từ hai dải kim loại có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau, sẽ uốn cong khá mạnh khi nung nóng. Xi lanh làm việc, ví dụ, được làm bằng nhựa, được bọc xung quanh chu vi bằng các tấm lưỡng kim được gắn vào xi lanh ở một đầu. Ở đầu kia là trọng lượng. Xi lanh được gắn trên một nan hoa cố định trong hai ống lót ở các cạnh của bình. Ở trạng thái bình thường, các tấm được uốn cong xung quanh chu vi của hình trụ. Khi được làm nóng, tấm thẳng ra và di chuyển ra khỏi tường, sự cân bằng lực của các trọng lượng bị xáo trộn và hình trụ cuộn lại. Vị trí của tấm này bị chiếm bởi một cái mới, E, duỗi thẳng, nguội đi và lại ép vào thành xi lanh. Để tăng tốc độ làm mát, nước lạnh có thể được đổ vào bình. 2. Ngân hàng mã lực Chúng tôi đã nói về thực tế là động cơ nhiệt liên tục được cải tiến: mức tiêu thụ nhiên liệu và độc tính của khí thải giảm. Nhưng một câu hỏi công bằng được đặt ra: liệu có thể làm được gì nếu không có những phẩm chất tiêu cực này không? Câu hỏi này có thể được trả lời một cách tích cực: có thể thu được năng lượng cho các phương tiện không cần đốt nhiên liệu, sau đó "giao phó" năng lượng này cho người tiêu dùng, tích lũy trong pin. Bây giờ hầu hết năng lượng trên thế giới được sản xuất bởi các nhà máy nhiệt điện - nhà máy nhiệt điện. Nếu chúng ta tưởng tượng chúng dưới dạng động cơ đặc biệt có kích thước khổng lồ, chúng ta sẽ thấy rằng chúng tiết kiệm nhất có thể và bầu khí quyển ít bị ảnh hưởng bởi chúng hơn, trên các thiết bị cố định có công suất lớn hơn, việc điều chỉnh quá trình đốt cháy nhiên liệu chính xác sẽ dễ dàng hơn nhiều hơn là trên hàng ngàn động cơ nhỏ, hơn nữa, điều kiện hoạt động của chúng thay đổi mỗi phút. Nhưng... Các nhà máy nhiệt điện không vượt qua bài kiểm tra về tính thân thiện với môi trường, nghĩa là không có tác động có hại đến các quá trình tự nhiên xảy ra trong lĩnh vực ứng dụng của một kỹ thuật cụ thể. Tuy nhiên, nhân loại sử dụng các nguồn năng lượng thân thiện với môi trường và các nguồn này thực tế là vô tận. Đây là năng lượng của mặt trời, sông ngòi, thủy triều, gió, sức nóng bên trong trái đất, sức nóng đại dương và các dòng hải lưu. Các trạm hạt nhân (tương lai và nhiệt hạch) tương đối vô hại. Năng lượng nhận được từ các nguồn này có thể được đưa đến người tiêu dùng theo nhiều cách khác nhau. Nếu cái sau cố định hoặc gắn với một tuyến đường cụ thể (tàu điện, xe điện, xe đẩy), hãy để dây điện hoạt động. Nếu người tiêu dùng di động, những năng lượng đó sẽ phải được tích lũy trước, để có thể sử dụng mông, đen với "đồ hộp năng lượng" xẻ thịt như vậy khi di chuyển. Nhân tiện, năng lượng như vậy đã được sử dụng từ thời cổ đại. Tất nhiên, những viên pin đầu tiên là thiết bị cơ học đơn giản nhất mà một người lưu trữ năng lượng tiềm năng. Tải nâng, bó kéo dài, máy phóng - những loại pin này đã được sử dụng từ thời xa xưa. Ngày nay có những loại pin tương tự. Chúng được sử dụng rất rộng rãi dưới dạng lò xo đồng hồ: trong đồng hồ, đồ gia dụng, đồ chơi trẻ em. Trước đây, chúng cũng được sử dụng trong các phương tiện giao thông: ví dụ, những cỗ xe khổng lồ có kim đồng hồ được chế tạo, trên đó các hoàng đế thực hiện các chuyến diễu hành. Những chiếc lò xo liên tục được quấn bởi những nô lệ ẩn bên trong toa xe. Tuy nhiên, pin lò xo có mật độ năng lượng thấp, tức là lượng năng lượng chứa trong một đơn vị khối lượng. Nó còn nhiều hơn thế nữa trong các ắc quy đàn hồi bằng cao su. Mọi người làm mô hình đều biết rằng động cơ làm bằng dây thun nâng các mô hình máy bay và trực thăng lên không trung. Tất nhiên, cũng có những nhược điểm ở đây: CPV thấp, dễ vỡ.
Đối với các phương tiện giao thông, một loại pin khác phù hợp hơn, loại pin này có thể tích lũy nhiều năng lượng đến mức có thể cung cấp khả năng di chuyển trong hàng chục, thậm chí hàng trăm km. Đó là khí nén. Sự tích tụ năng lượng xảy ra khi khí được bơm vào xi lanh dưới áp suất; giải phóng - khi khí được giải phóng khỏi xi lanh. Động cơ khí nén hoạt động ở đây, tương tự như động cơ được sử dụng, chẳng hạn như trong dụng cụ cầm tay khí nén - cờ lê, máy khoan. Ngay từ năm 1876, một chiếc xe điện chạy bằng khí nén đã được chế tạo tại thành phố Nantes của Pháp. Anh ấy đã vượt qua quãng đường dài sáu km từ một trạm xăng. Nén đến 30 atm. mười xi lanh với tổng thể tích 2800 lít chứa đầy không khí. Mức tiêu thụ là 8 kg không khí trên mỗi km. Tổng nguồn cung đủ cho 10-12 km. Ý tưởng này không bị lãng quên ngày hôm nay. Bình khí nén xuất hiện trên ô tô hoạt động trong điều kiện đô thị: công ty Sorgato ở Ý đang thử nghiệm một chiếc ô tô được trang bị chín bình khí nén bằng thép. Nó đủ để đi khoảng 100 km với tốc độ 50 km / h. Trọng lượng của "xe hơi" khoảng nửa tấn. Bộ tích lũy khí nén được "sạc" bằng các loại khí khác, thường là bằng nitơ lỏng, 50 lít đủ cho một chiếc ô tô chạy quãng đường 230 km. Nhưng bình xăng cũng có những nhược điểm và những nhược điểm đáng kể. Do đó, khi được bơm vào, khí nóng lên và khi nhả ra, nó sẽ nguội đi. Và đây là sự mất năng lượng nhiệt không hiệu quả. Hứa hẹn hơn là một bộ tích năng lượng khác - bánh đà. Khi quay, nó tích lũy năng lượng cơ học dưới dạng động năng và nó có mặt trong bánh đà miễn là nó quay. Một trong những bánh đà cổ xưa nhất, hơn 55 nghìn năm tuổi, đã được nhà khảo cổ học Leonard Woolley phát hiện trong quá trình khai quật ở Iraq: một bánh xe khổng lồ từng là bánh xe của thợ gốm cho một bậc thầy cổ đại. Theo thời gian, bánh đà đã trải qua những thay đổi đáng kể, biến thành một đĩa thép, hình dạng của nó được quyết định bởi yêu cầu về "sức mạnh ngang nhau": xét cho cùng, tốc độ quay cũng tăng lên. Ngày nay nó được đặt trong buồng chân không - để giảm tổn thất rất đáng kể do ma sát với không khí. Với cùng một mục đích, thay vì vòng bi, vòng bi từ tính được sử dụng, tổn thất ma sát trên chúng thực tế được loại trừ. Những người hoài nghi đã đưa ra quan điểm của họ trong một thời gian dài, chỉ ra nhược điểm chính của bánh đà là pin - mật độ năng lượng thấp. Với những gì nó đã được kết nối! Có vẻ như mọi thứ đều đơn giản: bằng cách tăng tốc độ quay, chẳng hạn như hai lần, chúng ta, như đã biết từ vật lý, tăng gấp bốn lần động năng của bánh đà. Nhưng đồng thời, tải trọng cơ học trên thân bánh đà cũng tăng gấp XNUMX lần, dẫn đến việc nó bị vỡ tạo thành các mảnh vỡ gây nguy hiểm lớn cho người khác. Và sau đó, cuộc tìm kiếm của các nhà khoa học và nhà thiết kế đã dẫn đến việc tạo ra cái gọi là siêu bánh đà làm từ sợi hoặc băng mỏng bằng cách cuộn dây. Thực tế là các vật liệu giống như dây tóc và băng hiện đại có độ bền cực lớn - mạnh hơn nhiều lần so với một khối nguyên khối làm bằng cùng một vật liệu. Sự đứt gãy của siêu bánh đà cũng an toàn hơn: các sợi hoặc băng mỏng không tạo thành các mảnh có thể gây ra sự phá hủy nghiêm trọng. Tác giả của những dòng này đã phải thử độ bền của một siêu bánh đà băng: nó thậm chí không thể xuyên thủng lớp vỏ có độ dày hai milimét, trong khi các bánh đà nguyên khối không quan tâm đến các bức tường mét. Cái chính là mật độ năng lượng của siêu bánh đà cao hơn nhiều so với mật độ năng lượng của bánh đà nguyên khối. Về mặt lý thuyết, nó thậm chí còn cao hơn nhiều so với pin điện, nhưng thực tế không thừa nhận chúng. Tuy nhiên, pin không chỉ được đặc trưng bởi mật độ năng lượng mà còn bởi mật độ năng lượng: nghĩa là năng lượng mà mỗi kg khối lượng phát triển. Và theo chỉ số này, bánh đà không có gì sánh bằng. Do đó, siêu bánh đà là một loại pin (và động cơ) đầy hứa hẹn cho phương tiện giao thông trong tương lai. Nó cung cấp khả năng tăng tốc nhanh cho xe và phanh không kém phần hiệu quả, có độ bền cao - nói một cách dễ hiểu, tất cả những phẩm chất mà một chiếc xe chạy pin cần có và điều mà hiện nay nó còn thiếu rất nhiều. Siêu bánh đà đặc biệt hứa hẹn để lái xe buýt, tàu điện ngầm, taxi và các phương tiện giao thông đô thị khác hoạt động theo chu kỳ, lịch trình bận rộn, thường xuyên tăng giảm tốc. Các siêu bánh đà hiện đại trong buồng quay chân không lưu trữ năng lượng thậm chí trong nhiều tuần và các mẫu pin anh túc đặc biệt có thể cai trị nó trong nhiều năm. Về mặt bảo tồn năng lượng, chúng chỉ có một đối thủ xứng tầm - điện, hay nói đúng hơn là điện cơ, pin. Chúng được tạo ra tương đối gần đây, mặc dù ngày xuất hiện của chúng có thể được coi là năm 1799, khi Alexander Volta, đặt các điện cực đồng và kẽm trong axit sunfuric loãng, nhận được tế bào điện đầu tiên. Rốt cuộc, về nguyên tắc, hầu hết mọi tế bào điện đều có thể trở thành pin nếu một dòng điện chạy qua nó theo hướng ngược lại, sạc nó. Ngay cả pin khô thông thường, dùng cho đèn pin và máy thu bóng bán dẫn, cũng có thể sạc được 8-10 lần như pin. Một điều nữa là việc "sạc" như vậy không mang lại lợi nhuận đặc biệt về mặt kinh tế: hiệu quả rất thấp. Nhưng bạn thấy đấy, nó vẫn cao hơn nhiều so với pin bỏ đi. Pin thật, mặc dù đắt hơn pin điện thông thường, nhưng không thể chịu được 8-10 chu kỳ sạc lại, mà hơn cả trăm lần. Do đó, việc lưu trữ năng lượng trong pin điện không đắt lắm. Trong số các loại pin điện, pin chì-axit là phổ biến nhất; chúng được lắp đặt trên mọi ô tô dưới dạng pin khởi động. Đây là những người lao động chăm chỉ khiêm tốn, họ không tỏa sáng với các chỉ số năng lượng và sức mạnh, nhưng họ khá kinh tế - họ có hiệu quả cao. Đúng vậy, chúng không chịu được sương giá, dòng điện cao và phóng điện mạnh. Không giống như chúng, pin không có tiếng nhưng hiệu suất thấp: lên tới 0,4-0,5 so với 0,75-0,8 đối với axit chì. Từ hai bộ tích lũy này, không thể mong đợi những triển vọng đặc biệt. Mật độ năng lượng và công suất của chúng thấp, và một chiếc ô tô có tải trọng như vậy sẽ chủ yếu tự chở - chúng rất nặng. Các nhà khoa học hiện đang đặt hy vọng đặc biệt vào các chất siêu tích tụ - natri lưu huỳnh, lithium clorua, v.v. Chúng duy trì nhiệt độ cao (300 - 600 °), chất điện phân bị nóng chảy. Tất nhiên, việc phá hủy một cục pin như vậy trong một vụ tai nạn ô tô không phải là điềm tốt và hiệu quả của chúng thấp, đặc biệt là khi xem xét nhu cầu làm nóng bên trong. Tuy nhiên, mật độ năng lượng rất cao - gấp mười lần so với axit chì và mật độ năng lượng cao gấp đôi - lên tới 150 W trên mỗi kg khối lượng. Cần lưu ý rằng những "siêu tích lũy" như vậy vẫn chưa rời khỏi bức tường của các phòng thí nghiệm và họ phải làm việc và làm việc với chúng. Cuối cùng, không thể không nhắc đến cái gọi là pin nhiên liệu, giúp chuyển đổi trực tiếp năng lượng của nhiên liệu thành dòng điện. Điều thú vị nhất trong số này là các nguyên tố oxy-hydro, sử dụng quá trình phân hủy nước trực tiếp trong chính nguyên tố đó; nó cũng có các thùng chứa để lưu trữ các loại khí được sản xuất. Ví dụ, hydro và oxy một lần nữa được kết hợp thành nước với sự trợ giúp của chất xúc tác, nhiệt độ cao, v.v. Trong trường hợp này, năng lượng điện được giải phóng, được sử dụng trong quá trình phân hủy nước và năng lượng pin được giải phóng thành hydro và oxy . Pin nhiên liệu rất hứa hẹn cho xe điện, nhưng vẫn còn rất nặng và đắt tiền.
Bộ tích lũy năng lượng nhiệt đứng ngoài. Bản thân chúng không thể làm cho ô tô chuyển động, nhưng kết hợp với động cơ nhiệt, chẳng hạn như Stirling, chúng có thể mang lại kết quả tốt. Chúng tôi đã đề cập đến một chiếc xe tay ga hoạt động trong khoảng năm giờ từ một xô lithium florua nóng chảy - một bộ tích nhiệt. Một phích nước nóng, một viên đá ấm dưới ánh mặt trời, một cái bàn ủi nóng, nói một cách dễ hiểu, bất kỳ vật thể nóng nào cũng là một vật tích trữ năng lượng. Tuy nhiên, có những hợp chất có thể tích lũy nó gấp mười lần so với chỉ một cơ thể được làm nóng đến cùng một nhiệt độ. Từ vật lý học, người ta biết rằng trong quá trình nóng chảy của một chất kết tinh, nhiệt độ của nó sẽ không tăng thêm một độ nào cho đến khi tiêu tốn một lượng nhiệt nhất định, thường là khá lớn, cái gọi là nhiệt nóng chảy ẩn. Trong quá trình hóa rắn, nhiệt này được giải phóng và cũng không làm thay đổi nhiệt độ của chất. Chính trên hiện tượng này, cái gọi là bộ tích nhiệt nóng chảy được chế tạo. Nếu nhiệt độ yêu cầu thấp, dưới 100°C, thì các hydrat tinh thể khác nhau được sử dụng làm chất tích tụ. Đối với nhiệt độ 600-800°, hợp chất lai florua và liti là phù hợp nhất; ở trên - silicua và borua của một số kim loại: Ắc quy nhiệt lưu trữ lượng năng lượng khổng lồ - nhiều hơn bất kỳ loại ắc quy hứa hẹn nhất nào. Rắc rối duy nhất là khi cố gắng sử dụng năng lượng này ở dạng cơ, điện và các loại "chất lượng" khác của nó, phần lớn năng lượng bị mất đi, khiến môi trường nóng lên. Ngoài ra, khối lượng của thiết bị chuyển đổi nhiệt thành loại năng lượng "chất lượng cao" (ví dụ: động cơ Stirling, các nguyên tố nhiệt, v.v.) làm giảm đáng kể chỉ số như mật độ năng lượng của toàn bộ thiết bị, mang lại cho nó gần với các loại thiết bị lưu trữ năng lượng thông thường nhất... Tuy nhiên, ngày nay, pin nhiệt có thể được sử dụng tốt, chẳng hạn như để sưởi ấm phương tiện vận chuyển, được dẫn động từ một bộ tích lũy năng lượng khác: điện, cây thuốc phiện. Nói về pin, chúng tôi luôn đề cập đến chỉ số chính của chúng - mật độ năng lượng. Đối với các loại khác nhau của chúng, nếu được biểu thị bằng kilôgam trên kilôgam khối lượng, thì như sau: đối với bộ tích lũy năng lượng tiềm năng: lò xo thép - 0,32; cao su - 32; gas and hydro-gas - 28. Bình tích nhiệt động cơ Stirling - 9. Pin điện hóa: chì-axit - 64; niken-cadmium (kiềm) - 110; natri sunfuric - 800; pin nhiên liệu tại các thời điểm tách rời khác nhau - 15-150. Pin bánh đà: đĩa thép có lỗ - 30; đĩa rắn có độ bền bằng nhau - 120; băng siêu bánh đà - 150; siêu bánh đà làm bằng sợi đặc biệt - 650 (model). Tuy nhiên, không nên quên rằng pin bánh đà có trữ lượng dự trữ năng lượng rất lớn. Vì vậy, ví dụ, nếu bạn chế tạo một siêu bánh đà từ sợi thạch anh, loại sợi cho đến nay chỉ tồn tại trong phòng thí nghiệm, thì bạn sẽ có thể tăng mật độ năng lượng lên 5000 kilojoules trên mỗi kilogam. Và nếu chúng ta sử dụng sợi carbon "siêu khan hiếm" có cấu trúc kim cương, chúng ta sẽ nhận được một con số hoàn toàn tuyệt vời - 15 kJ / kg! Mới đây, các nhà khoa học Nhật Bản đã đưa ra kết luận như vậy. Tóm lại, tôi muốn đề xuất chế tạo một mô hình động cơ "vĩnh cửu" thú vị chạy bằng năng lượng tích lũy thu được từ bộ tích nhiệt có thiết kế đơn giản. Để làm điều này, chúng tôi sẽ tạo một nắp hình trụ bằng cách dán nó từ giấy sáp hoặc giấy mỏng và chắc khác với mặt trên làm bằng giấy whatman hoặc giấy nhôm cứng. Nắp này sẽ có dạng cánh quạt được hình thành bởi các đường cắt có cạnh uốn cong; góc uốn tối ưu có thể được xác định theo kinh nghiệm. Ở trung tâm của bánh công tác, một tổ kim loại nhẹ được gắn vào keo: một bào tử có rãnh hình nón để đưa đầu kim vào. Đầu cùn của kim đi vào một nút bần được gắn trên một giá đỡ chống cháy nặng với giá ba chân làm bằng dây dày. Nắp không bị cong trên kim và dễ dàng xoay khi ấn nhẹ hoặc thở từ bên dưới. Để thiết lập chuyển động của "di động vĩnh viễn" như vậy, bạn cần đặt một phôi kim loại được làm nóng đến 300-400 ° trên giá đỡ và đậy nắp bằng nắp. Khoảng trống của bộ tích nhiệt sẽ làm cho không khí di chuyển bên trong máy hút mùi từ dưới lên. Đi qua tuabin, không khí sẽ quay nó càng nhanh, bộ tích nhiệt càng được đốt nóng. Thậm chí có thể đạt được kết quả tốt hơn nếu mẫu trắng được thay thế bằng một hộp chì hoặc kẽm nóng chảy. Sau đó, chúng tôi nhận được một pin nóng chảy thực sự. Tất nhiên, tốt nhất là sử dụng lithium florua hoặc lithium hydride. Ở đây, bạn cần hết sức cẩn thận để không bị bỏng và không bắt lửa, nhưng thí nghiệm phải được thực hiện trong phòng thí nghiệm hoặc xưởng vật lý được trang bị đặc biệt. Có lẽ ai đó sẽ nói rằng việc che đèn điện bằng nắp này sẽ dễ dàng hơn. Sau đó, nắp chụp đèn (có thể được sơn cùng lúc) sẽ xoay khi đèn vẫn sáng. Nhưng đồng thời, chúng tôi sẽ làm cho một động cơ nhiệt thông thường hoạt động mà không cần lưu trữ năng lượng. Chúng ta mới chỉ nói về một số loại động cơ nhiệt đang được phát triển cho máy móc của tương lai. Tất nhiên, đây thậm chí không phải là tất cả các loại động cơ chính của ngày mai. Tất nhiên, các nhà thiết kế và nhà tạo mẫu trẻ cũng có thể thử sức mình với sự phát triển của họ. Tuy nhiên, chúng ta phải nhớ rằng việc tạo ra các động cơ mới là một vấn đề phức tạp và tốn nhiều thời gian, đòi hỏi kiến thức nghiêm túc và chuyên sâu; Một "phát minh" sẽ không đạt được nhiều. Và bài kiểm tra đầu tiên cho hiệu suất của ý tưởng của bạn có thể là một mô hình hoạt động tự xây dựng. Tác giả: N. Gulia
▪ Catamaran chèo thuyền bơm hơi có thể thu gọn
Da nhân tạo để mô phỏng cảm ứng
15.04.2024 Cát vệ sinh cho mèo Petgugu Global
15.04.2024 Sự hấp dẫn của những người đàn ông biết quan tâm
14.04.2024
▪ Đồ uống có đường gây béo phì và mòn răng ▪ Sông băng đang tan chảy trên Everest
▪ phần trang web Các chỉ số, cảm biến, máy dò. Lựa chọn bài viết ▪ bài viết Con số này sẽ không hoạt động. biểu hiện phổ biến ▪ bài viết Rong biển mọc như thế nào? đáp án chi tiết ▪ bài viết Chuyên gia tư vấn. Mô tả công việc ▪ bài báo Điều khiển đèn mạng trên hai dây. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện ▪ bài Điếu thuốc trên mép ly. tiêu điểm bí mật
Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web
www.diagram.com.ua |
Chúng tôi giới thiệu các bài viết thú vị razdela 
Xem các bài viết khác razdela 
Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:
Tất cả các ngôn ngữ của trang này