Юный техник, 2014 № 05

ПАТЕНТНОЕ БЮРО

ЭНЕРГИЯ ЕСТЬ ПОВСЮДУ

«Довольно часто можно слышать о том, что нынешние источники энергии несовершенны, нужно использовать альтернативную энергетику, продолжать работы над термоядерным реактором, — пишет нам Галина Николаева из г. Салехарда. — Наверное, это правильно. Но, мне кажется, не стоит забывать и о том, что огромное количество энергии человечество попросту растранжиривает.

Вот вам только один пример. Недавно мы с подругой гуляли в районе ЛЭП — линии электропередачи высокого напряжения — и услышали жужжание. Дома папа мне пояснил, что с проводов высокого напряжения стекает электричество, и посоветовал нам с Дашей держаться от ЛЭП в стороне. А учитель в школе рассказал нам об электромагнитном «смоге» — паразитных полях, которые образуются при работе всевозможной электрической и электронной аппаратуры и которые вовсе не безразличны человеческому организму. Но если все это так, получается, огромное количество производимой энергии не только попусту растранжиривается, но и еще наносит вред всему живущему на планете. Так, быть может, стоит подумать о том, как обратить вред на пользу?

Начать стоит хотя бы с такой мелочи. Мне нигде не попадались цифры, которые бы показывали, какое количество энергии люди расходуют на подзарядку аккумуляторов своих мобильников, ноутбуков и подобной техники. Но, наверное, все же немало, если учесть, что счет хотя бы тем же мобильникам в мире идет уже на миллиарды. Вот я и предлагаю оснастить каждый такой прибор этаким ловителем энергии, которая имеется в электромагнитном «смоге» или даже в самом геомагнитном поле нашей планеты».

Согласитесь, рассуждения Галины не лишены оснований. Мы и в самом деле полностью окружены электромагнитными полями, живем в этом электромагнитном океане. И жалко, когда эта энергия пропадает без толку.

Так думают не только наши читатели. Денис Сигал, студент Университета искусств в г. Бремене, тоже решил обратить вред на пользу. Недавно он создал небольшое устройство, которое способно заряжать батарейки, используя только электромагнитные поля, выделяемые линиями электропередачи, транспортными средствами и даже самими электронными гаджетами.

По его словам, зарядка начинается, когда его зарядное устройство оказывается неподалеку от источника электромагнитного поля — будь то сотовый телефон, кофеварка или даже пригородная электричка. В этот момент загорается светодиод, показывающий, что можно производить подзарядку.

Денис разработал два варианта устройства — один частот ниже 100 Гц (электрические сети), а другой высоких частот (например, Bluetooth, Wi-Fi и дачи). Недостаток системы — малая мощность, поэтому зарядка одной батарейки может длиться сутки. Именно потому, кстати, не нашло широкого применения устройство Airnergy, которое начала было выпускать фирма RCA Airnergy Charger.

Словом, здесь еще есть над чем поработать. Надеемся, что это понимает и сама Галина, которой наше жюри присуждает свой Почетный диплом, так сказать, авансом, в надежде, что интересное и перспективное устройство будет доработано общими усилиями.

МАССА — АККУМУЛЯТОР ЭНЕРГИИ

«Прошлым летом я ездил к бабушке. В доме у нее я увидел старинные часы-ходики, для завода которых надо просто время от времени подтягивать гирьку, висящую на цепочке. Таким образом запасается потенциальная энергия, которая, по мере продвижения гирьки вниз под действием силы тяжести, превращается в кинетическую, обеспечивающую ход часов.

Вот тогда я и подумал: а ведь таким образом можно запасать энергию и в больших масштабах. Известно, например, что на некоторых гидроэлектростанциях по ночам, когда расход электричества небольшой, излишнюю энергию используют для работы насосов, которые перекачивают воду из реки в особое водохранилище, расположенное выше уровня плотины. А днем, когда потребление энергии увеличивается, запасенную воду спускают по водостокам и используют для вращения турбин.

Но ведь подобный способ можно применять и при работе тепловых электростанций. Только тут гидроаккумуляторы использовать не всегда удобно, поскольку ТЭЦ строят обычно в тех местах, где поблизости нет крупных рек.

И мне в голову пришла вот какая мысль. Дом моей бабушки расположен неподалеку от железнодорожной станции, где проложено множество путей и даже так называемая горка. Это возвышение специально сделано для того, чтобы составителям поездов было удобнее формировать составы, спуская с горки вагоны по одному и распределяя их с помощью стрелок на разные пути.

А что, если сделать такую горку повыше? По ночам электровозы загоняли бы туда товарные составы. Днем же, при спуске, вагоны будут отдавать запасенную потенциальную энергию в железнодорожную электросеть».

Как видите, в своем письме Андрей Деревянкин из г. Саратова предлагает весьма толковую разработку, которую впору патентовать. Ее единственный недостаток — аналогичный патент уже существует. Его получила калифорнийская компания Advanced Rail Energy Storage (ARES).

«Идея была такова: как можно передвигать массу при помощи гравитации? — пояснил руководитель ARES Джеймс Келли. — Это привело нас к технологии столетней давности — электрической железной дороге, к которой мы добавили современную цифровую систему управления, чтобы автоматизировать всю работу».

В настоящее время инженеры создали рабочий прототип такой дороги в горах Тахачапи. Подобные системы способны запасать гораздо больше энергии, чем химические аккумуляторы и механические маховики, а их строительство обходится в два раза дешевле, чем строительство ГЭС.

Используя излишки энергии, локомотивы будут поднимать груз камней и цемента весом 230 т на гору. Эксперименты показали, что для строительства подобных систем идеально подходят пологие склоны с уклоном 6–8 %, по которым вагоны катятся со скоростью до 30 км/ч.

Главным преимуществом подобной системы является высокий КПД превращения электроэнергии в потенциальную энергию вагонов и наоборот. По словам создателей, в настоящее время этот показатель составляет 85 %, и его еще можно увеличить.

Прототип установки, использующей гравитацию для аккумулирования энергии. Спущенная с горки вагонетка вернет электричество, потраченное на ее подъем в гору.

ТО НАМОКНЕТ, ТО ПОДСОХНЕТ…

«Всем известно, что древесина при увлажнении разбухает, — пишет нам из г. Ростова Великого Александр Волобуев. — Говорят, этим обстоятельством пользовались древние египтяне. При строительстве пирамид они откалывали каменную глыбу нужной им формы и размеров следующим образом. По периметру каменной плиты сверлили ряд отверстий. В них забивали деревянные колья, которые затем поливали водой. Древесина разбухала и раскалывала камень.

Можно воспользоваться и тем, что лед имеет больший объем, чем вода в жидком состоянии. И силища у него такая, что запросто рвет железные бочки.

Наверное, можно сделать заказ химикам на синтез такого полимера, который бы изменял свои геометрические размеры в зависимости от окружающей температуры или влажности, и использовать его для выполнения полезной работы».

Интересная идея, не правда ли? Вот только Саша не пишет подробно о свойствах такого полимера, как его синтезировать. Между тем вот какую хитрость придумали для этого доктор Озгур Сахин и его коллеги из США. В своей статье, опубликованной в журнале Royal Society Interface, они пишут об одном интересном исследовании, которое было проведено ими в 2012 году.

Ученые обнаружили, что почвенная бактерия, называемая сенной палочкой (Bacillus subtilis), когда высыхает, становится жесткой и сморщенной. Но она может немедленно восстановить свою первоначальную форму, когда появится достаточное количество воды. Исследователи использовали эту особенность для выполнения механической работы. Они покрыли маленькую гибкую кремниевую пластину раствором, содержащим споры этой бактерии, она начала сгибаться и выпрямляться в ответ на изменения влажности в окружающей среде. Оказалось, что для этого достаточно даже дыхания одного человека.

Расчет показал, что гибкая, покрытая спорами пластина может генерировать мощность, в 1 000 раз большую, чем человеческая мышца. Иными словами, если увлажнить один фунт сухих спор, он выдаст мощность, которой хватит, чтобы поднять легковой автомобиль на 1 м от земли.

Далее, использовав детали детского конструктора, миниатюрный вентилятор, магнит и покрытый спорами кронштейн, О. Сахин создал своеобразный генератор, работающий за счет изменения влажности.

Бактерии Bacillus subtilis могут генерировать мощность, в 1 000 раз большую, чем человеческая мышца.

МУСОР КОСМИЧЕСКИЙ УБЕРЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСТВОМ?

Сейчас на орбите насчитывается примерно 1 200 относительно крупных объектов, не считая более мелких. Это в основном обломки космической аппаратуры или сами аппараты. Лишь треть из них при этом функционирует, остальные — это фактически мусор, который при столкновении с функционирующими аппаратами может нанести им повреждения, тем самым умножив количество мусора.

Сегодня эффективных мер защиты от космического мусора размером более 1 см в поперечнике практически не существует. Ганспетер Шауб из Колорадского университета в г. Боулдере (США) предложил ликвидировать мусор при помощи электростатической сортировки.

Идея его состоит в том, чтобы при помощи пучка электронов придать орбитальному мусору отрицательный заряд напряжением до нескольких десятков киловольт. Затем мимо пройдет специальный спутник-мусорщик, которому придадут положительный электростатический заряд. Весь мусор за ним и потянется.

Спутник сможет либо отвести все обломки на орбиту, где они останутся до тех времен, пока в космосе не появятся орбитальные заводы по переработке этих обломков, либо подтолкнуть их поближе к Земле, где мусор, падая на землю, сгорит в плотных слоях атмосферы.