Юный техник, 2010 № 05

Очень перспективными источниками энергии для устройств с размерами порядка 10^-9 — 10^-8 м являются и водородные элементы. Так, например, в наноструктуре на основе углеродных нанотрубок с примесью титана оказалось очень удобно хранить водород, атомы которого могут составлять до 8 % от общей массы комплекса.

Конечно, наногенераторы вряд ли когда-нибудь станут постоянными источниками электроэнергии для наших жилищ; ведь даже для питания карманных фонариков их мощность слишком мала. Но системы нанопроволочек могут стать идеальными генераторами для устройств, от которых требуется лишь периодическая работа, например для медицинских сенсоров, которые должны собирать и передавать данные в течение одной секунды раз в минуту.

Связка наногенераторов при изгибе дает ток.

Возможно, в будущем наногенераторы будут преобразовывать энергию, которую теряем в нашей повседневной жизни, например, в результате изменений давления в автомобильной шине, шума и вибраций движущегося автомобиля и даже от давления ветра на стенки походной палатки.

Вообще количество малых источников энергии, которые нас окружают, неисчислимо. Вот, например, вы перелистнули страницу и… выработали при трении бумажных листов электричество, которого хватило бы на полчаса работы, например, датчика уровня сахара в крови.

Публикацию подготовил Я. ГРУШИН

НАНОБАТАРЕЙКИ

Профессор Корнеллского университета (США) Амит Лал по заказу DARPA — военного Агентства перспективных исследовательских проектов — создал нанобатарейку на основе радиоактивного изотопа никель-63. Размер ее с песчинку, то есть не более 1 куб. мм. Период радиоактивного полураспада изотопа составляет около 100 лет.

Как заявил профессор Лал, этот источник энергии не менее полувека сможет давать энергию для питания мобильного телефона, коммутатора или плеера.

Это не единственный источник такого рода. Профессор Квон Чжэ из университета Миссури изобрел атомную батарею размером с цент. Он полагает, что такой источник в миллионы раз эффективнее, чем современные химические источники, которые используются в мобильных телефонах. Что же касается радиоактивной опасности, то она, как полагает ученый, сильно преувеличена. Изотопные источники уже многие годы используются в медицине, на космических спутниках и подводных лодках и прекрасно себя зарекомендовали.

А в университете Тулса создана нанобатарейка толщиной всего 500 мкм. Такой источник, состоящий из 25 000 параллельно соединенных батарей, представляет собой диск, который по диаметру вдвое меньше копеечной монеты.

НОВАЯ ЖИЗНЬ СТАРЫХ ИДЕЙ

Возвращение паровика?

Сегодня уж мало кто помнит, что в начале XX века несколько рекордов скорости было поставлено не только паровозами и пароходами, но и паромобилями. Да и вообще первый в мире механический тягач француза Николя Жозефа Кюньо работал именно на пару и предназначался для транспортировки артиллерийских орудий.

Кюньо тогда не повезло: во время испытаний механик не справился с управлением, паровик врезался в стену и котел его взорвался. И это была первая, но вовсе не последняя авария парового котла, и потому, в частности, паровики не выдержали конкуренции с двигателями внутреннего сгорания. Но некоторое время паромобили все-таки успешно конкурировали с автомобилями и даже ставили мировые рекорды скорости. Так, в 1910 году именно паромобиль первым в мире преодолел рубеж скорости 200 км/ч. Столь быстро в ту пору не летали даже аэропланы…

А чтобы показать преимущества паровой машины перед двигателем внутреннего сгорания, американцы в начале прошлого столетия демонстрировали такой рекламный трюк.

Паромобиль упирали передним бампером в прочную стену, давали полный газ — и колеса крутились на месте, пока не протирались и не взрывались покрышки. Двигателю же подобные перегрузки были нипочем. Более того, паромобиль не имел коробки скоростей, а смена хода с переднего на задний производилась одним движением.

Развести пары тоже было минутным делом. Автоматический котел разогревался всего за минуту, а не за 30–40 минут, как того требовали, скажем, паровозные котлы. И, тем не менее, как сказано, от паровых котлов все же пришлось отказаться из-за низкой надежности.

Р. Стирлинг — один из изобретателей двигателя внешнего сгорания.

Макет двигателя внешнего сгорания и его схема.

_{Цифрами обозначено: 1 — холодный воздух; 2 — поршень; 3 — горячий воздух.}

«Все это уже в прошлом», — уверяет Оливер Меллер, вице-президент немецкой фирмы Enginion, которая недавно продемонстрировала всему миру серьезность своих намерений в отношении пара, установив экспериментальный паровой двигатель нового поколения под капотом автомобиля Idea-Fabia.

Итоги испытаний показали, что современные паромобили по надежности вряд ли уступят обычным авто. При этом они практически не будут загрязнять окружающую среду, поскольку дают на выхлопе чистую воду.

Компания Enginion надеется, что со временем паровая тяга, вытеснив все прочие двигатели, вернется даже на железную дорогу. А что касается надежности… Не стоит бояться, что паровой котел взорвется. Хотя бы потому, что в привычном понимании его попросту нет…

Дело в том, что еще в начале XX века американскими изобретателями братьями Добль был создан и серийно выпускался до 1914 года особый агрегат — парогенератор. Он состоял из десятка плоских трубчатых змеевиков, размещенных в корпусе из жаропрочной стали, стенки которого для уменьшения потерь тепла с внутренней стороны также были увиты трубками с водой. Горелка помещалась сверху, выхлоп — снизу. Парогенератор отличался от обычного котла прежде всего тем, что воду в него под давлением накачивали насосом. Количество ее очень невелико и точно соответствовало потребностям паровой машины в данный момент. Такой способ работы делал парогенератор абсолютно взрывобезопасным.

В случае же разрыва трубки пар спокойно вытекал в топку, а автоматика отключала горелку. Подобный случай, к слову, произошел лишь однажды после пробега в 200 000 км. А узнали об этом лишь случайно, начав выяснять, почему машина не заводится. Ремонт занял не более часа и свелся к замене вышедшего из строя змеевика.

Раз уж мы заговорили о надежности, добавим к сказанному, что в США сохранились два «Добль-Беслера», выпущенных в 20-е годы XX века. Они и поныне в работоспособном состоянии, хотя пробег каждого уже превысил 900 000 км.

Одна из моделей двигателя Стирлинга и ее детали (внизу).

А еще паровая машина интересна тем, что «всеядна». Вместо высокооктанового бензина пар можно получать с помощью дров, угля, газа, нефти и нефтепродуктов… В общем, всего, что только может гореть.

Именно это, кстати, недавно продемонстрировала компания Cyclone Power Technologies, которая разработала двигатель внешнего сгорания Cyclone, объединивший современные материалы с паровыми технологиями XIX века.