Юный техник, 2011 № 05 - Журнал «Юный техник»

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.

«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.

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.

НАШ ДОМ

Поговорим о печках

Кухня — единственное место в доме, где изо дня в день функционирует некое производство. И чтобы это производство работало как можно лучше, не грех присмотреться к самым передовым технологиям XXI века. И начнем мы, как водится, от печки…

Дровяные печки в большинстве своем остались лишь на дачах да в некоторых деревнях. Население нашей страны пользуется в основном газовыми и электрическими плитами. Хозяйки достаточно хорошо знают их свойства, а потому на них мы подробно останавливаться не будем. Поговорим-ка лучше об индукционных печах, приходящих на смену обычным электроплитам, а также о микроволновках и аэрогрилях.

Индукционной называется кухонная электроплита, разогревающая металлическую посуду индуцированными вихревыми токами, создаваемыми высокочастотным магнитным полем. Раньше эффект индукции применялся лишь в металлургии при выплавке металлов особой чистоты, но теперь дошел и до быта.

Эта печка удобнее старой тем, что позволяет экономить время. Расчет показывает: если обычная двухкиловаттная электроплита нагревает до кипения 2 л воды за 9 минут 50 секунд и расходует на это 0,32 кВт/ч электроэнергии, а газовая плита справляется с той же задачей за 8 минут 18 секунд и расходует 3,1 кВт/ч, то индукционная плита мощностью 2,8 кВт вскипятит 2 л воды за 4 минуты 46 секунд и потратит всего 0,225 кВт/ч.

Экономия получается из-за того, что индукционные плиты выделяют тепло внутрь кастрюль. В итоге 90 % тепла, выделенного в индукционной плите, передается непосредственно готовящейся пище. (Для сравнения — у обычной электроплиты на это идет 70 %, а у газовой — не более 55 %.) Индукционные панели могут даже регулировать диаметр зоны генерации вихревых токов, что тоже благотворно сказывается на КПД. При этом рабочая поверхность индукционной плиты остывает со 100 до 60 °C вчетверо быстрее, чем конфорка традиционной электроплиты, а значит, она меньше угрожает ожогами.

Отмыть гладкую рабочую поверхность проще, чем гнезда и форсунки старой газовой плиты. При этом, в отличие от традиционных электроплит, на рабочей поверхности индукционной плиты почти не пригорают брызги масла и кусочки пищи.

Единственная особенность, на которую приходится обращать внимание, когда имеешь дело с индукционной плитой, — применение специальной посуды. Она должна быть из материала, который бы эффективно поглощал энергию вихревых полей. Впрочем, не думайте, что такая посуда стоит сумасшедше дорого. На практике оказалось, что для индукционных плит годится обычная стальная посуда, имеющая магнитные свойства.