Текст книги "Юный техник, 2006 № 01"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 5 страниц)

ПАТЕНТНОЕ БЮРО

В этом выпуске Патентного бюро мы расскажем о магнитодинамическом двигателе на сверхпроводнике, предложенном Степаном Енцовымиз Чебоксар, и об источнике альтернативной энергии А.Н.Амерхановаи Ю.Н.Богословскогоиз Элисты.

Авторское свидетельство № 1086

МАГНИТОДИНАМИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ…

…предлагает Степан Енцов из Чебоксар. В общих чертах это колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности и конденсатора. Однако катушка разделена на две части. При прохождении переменного тока эти части испытывают то притяжение, то отталкивание и, благодаря упругости материала витков, совершают механические колебания.

Все части этой системы, по которым течет ток – катушки» соединительные провода и пластины конденсатора, выполнены из материала, становящегося при достаточно сильном охлаждении сверхпроводником, то есть проводником, сопротивление которого равно нулю. Благодаря этому, как полагает Степан, колебательный процесс в системе будет продолжаться практически вечно. Чтобы не тратить большую мощность на охлаждение, он предлагает такие устройства ставить на спутниках, где на них будет действовать холод космического пространства.

Свое устройство автор назвал «двигателем вечной работы». Это, конечно, не двигатель, скорее своеобразный накопитель энергии механических колебаний и переменного тока.

Рассмотрим, какое применение в технике оно может найти. Обычно от накопителей энергии ожидают либо большой энергоемкости на единицу веса, либо долговечности, либо большой мощности.

Энергоемкость колебательной системы С. Енцова складывается из энергии ее электрических и механических колебаний, которые происходят в резонанс на одной и той же частоте. Чтобы найти энергию электрических колебаний, вспомним, что, как следует из теории, электрический резонанс сводится к периодической переброске энергии из емкости в индуктивность и обратно. В тот момент, когда напряжение на пластинах конденсатора максимально, ток в контуре равен нулю. Вся содержащаяся в нем энергия полностью попадает в конденсатор. Поэтому, зная емкость конденсатора и напряжение, действующее на его пластинах в этот момент, можно найти всю энергию, запасенную в колебательном контуре.

В примере, который приводит автор, для получения резонанса на частоте 50 Гц потребуется конденсатор емкостью 200 мкФ. Допустим, что напряжение на его пластинах 10 000 В. Тогда, по известной из учебника формуле Е = С∙V ²/2, энергия его равна 10 000 Дж. Но такой конденсатор (10 000 В, 200 мкФ) сам весит более 10 кг. Столько же должны весить катушки и система охлаждения, а вес всей системы не менее 20 кг.

Ту же энергию можно получить от свинцового аккумулятора, весом около 1 кг. В системе, правда, есть еще энергия механических колебаний – энергия упругой деформации витков катушек. Однако и с учетом этого колебательная система Степана Енцова оказывается примерно в 10 раз тяжелее аккумуляторов. Но у них есть слабое место – саморазряд. Через несколько месяцев запасенная в аккумуляторе энергия переходит в тепло.

Казалось бы, накопитель Енцова может работать если не вечно, то очень долго. Потерь энергии на нагревание проводов в нем нет. Но появляются потери на излучение электромагнитных волн катушками и пластинами конденсатора, а также потери на нагрев витков катушки при их колебании.

Потери на излучение электромагнитных волн пропорциональны четвертой степени частоты. В 70-е годы прошлого века в США был сделан экспериментальный колебательный контур со сверхпроводящей катушкой, настроенный на частоту 1 МГц. Через две секунды амплитуда его колебаний уменьшилась примерно в три раза. Если резонансная частота подобного колебательного контура уменьшится в 20 000 раз и станет равна 50 Гц, то его потери на излучение уменьшатся в 10 ¹⁷раз, а запасенной в нем энергии, казалось бы, хватит на миллиард лет!

Но вспомним о механических колебаниях. Из-за них в устройстве Степана появляются потери при деформации витков. Они, к сожалению, велики. Как показывает опыт, стальная пружина на резонансной частоте теряет 9/10 своей энергии через 10 000 колебаний. Так что энергии системы Енцова хватит примерно на два часа…

Остается рассмотреть возможность отдавать большую мощность. Здесь у системы Енцова есть преимущество перед любыми другими.

В отличие от аккумуляторов, дающих ток постоянный, она может отдавать в нагрузку большую мощность переменного тока. Так что теоретически у таких накопителей энергии может быть будущее если не в космосе, то на Земле в качестве резервного источника переменного тока для энергосистем.

Разберемся не торопясь

ИСТОЧНИК АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГИИ…

…предлагают нам Алексей Николаевич Амерханов и Юрий Николаевич Богословский. Вот как они его видят. В сосуде, поверх которого намотана катушка индуктивности, находится магнитная жидкость. С двух сторон сосуда – источники ультразвука (см. рис.). Под его действием в магнитной жидкости появляется ЭДС, и через катушку течет ток, утверждают авторы.

К сожалению, это не совсем так. Если к магнитной жидкости не будет приложено внешнее, постоянное по величине магнитное поле, то под действием ультразвука она будет лишь нагреваться, а ток в катушке не потечет. Если это поле появится, то под действием вызванного ультразвуком уплотнения жидкости оно начнет изменяться по величине, и в витках обмотки появится ЭДС. Но ее энергия не превысит энергии ультразвуковых волн. Так что, увы, предложенное устройство является не источником энергии, а ее потребителем.

Выпуск подготовил А. ИЛЬИН

НАШ ДОМ

Не дверь, а картинка!..

Дверь может не только выполнять свое прямое предназначение, но и стать произведением искусства, считает московский дизайнер А. Строганов. Его рецептом вполне может воспользоваться каждый из вас.

Чтобы обычная дверь стала радовать глаз, словно картинка, нужно не так уж много. Сначала выберите сюжет. Дверь в вашу комнату может напоминать о море. Или об авиации. А может, вы захотите стилизовать ее под люк космической орбитальной станции?..

Ознакомьте со своим проектом родителей и получите их согласие. После этого заготовьте все необходимые инструменты и материалы. И наконец, приступайте к делу.

Дверь снимают с петель, отвинчивают ручки, чтобы не мешали, и кладут на козлы или две табуретки. По центру, стараясь соблюдать симметрию, наклеивают резиновым клеем заранее подобранный рисунок, плакат, постер-вкладку из журнала или большую фотографию. Размеры картинки подбирают таким образом, чтобы по краям оставались «дорожки» шириной 15 – 20 см. Сверху и снизу промежутки должны быть пошире, с боков поуже – это зрительно увеличивает высоту двери.

Так может выглядеть «дверь в небо».

Схема превращения двери в произведение искусства.

Из самоклеящейся пленки, цветного пластика, фольги или тонкого алюминия вырезаете полосы таких размеров, чтобы они покрыли все не занятое рисунком пространство. Аккуратно приклеиваете их или прикрепляете шурупами-саморезами. Границы между рисунками и полосами лучше окантовать тонкими сосновыми рейками. Такими же рейками, но пошире (примерно 2–3 см) окантуйте и всю лицевую панель двери по периметру. Рейки эти предварительно можно отлакировать или покрыть морилкой.

Остается поставить дверь на место и наслаждаться результатами своего труда.

Ю. ВАСИЛЬЕВ

Дизайнер А. Строгановиспользует двери как своего рода холсты, создавая на них целые художественные композиции. На фото он демонстрирует один из вариантов отделки двери.

Чистим сами

Что греха таить – все мы в той или иной степени неряхи. Не успеешь оглянуться, и на любимой футболке откуда ни возьмись – пятно. Да причем такое, что и стирка не помогает. Что делать? Нести в химчистку?..

Но довольно часто работники химчистки принимают вещи «без гарантии качества», да и цены там такие, что порой проще купить новую вещь… А посему давайте-ка попробуем стать мастерами химчистки сами.

Первое, что для этого нужно сделать – проявить способности… детектива! Попробуйте-ка выяснить происхождение пятна. Чаще всего пятна бывают жирные, от кофе, какао и других пищевых продуктов, а также чернильные, от краски или ржавчины. (Пятна от грязи мы здесь в рассмотрение не берем – их довольно легко отстирать.)

Выяснив «биографию» пятна, подберите соответствующий пятновыводитель. В продаже их великое множество, так что найти нужный не составит особого труда. Не забудьте также про бензин и ацетон – они могут помочь в ряде случаев. Причем не откладывайте это дело в долгий ящик: чем старее пятно, тем труднее с ним бороться.

Прежде чем применить соответствующий препарат, в строгом соответствии с инструкцией проверьте его на маленьком кусочке такой же ткани, что и ваша вещь, или на внутренних складках одежды – всегда есть риск, что пятновыводитель вместе с пятном разрушит и пропитку ткани, ее краситель или даже сами волокна. И тогда пятно уже не выведешь…

Еще одна предосторожность: подкладывайте под участок ткани, с которого будете выводить пятно, сложенную в несколько слоев чистую белую тряпочку – тогда растворитель не попадет на соседние участки одежды и не вызовет на них образование новых пятен.

Само же пятно начинайте выводить ватным тампоном, смоченном в пятновыводителе, от краев к середине. И не лейте на тампон сразу много жидкости – иначе может образоваться ореол – некая граница, благодаря которой ваше пятно станет еще заметнее, чем раньше. Избежать ореола, кстати, можно, если предварительно смочить ткань водой.

Теперь перейдем от общих рекомендаций к частностям. Легче всего выводить жирные и масляные пятна. Для этого подойдет бензин, ацетон, «Агидель», «Минутка» и другие аналогичные составы. Лично мне больше всего нравятся пятновыводящие карандаши и салфетки. Натираешь таким карандашом пятно и ждешь несколько минут. Когда растворитель, содержащийся в порах чистящего стержня, улетучивается, на ткани остается белое пятно, как от известки или мела. Счищаешь его щеткой – и пятна как не бывало.

Аналогично действуют и салфетки. Вытаскиваешь ее из герметичного пакета, разделяешь на две половинки. Одну подкладываешь с изнанки в районе пятна, другую – с лица. Прижимаешь (можно даже слегка потереть пятно), а когда через 2–4 минуты салфетку снимаешь, пятно должно исчезнуть.

Пятна от какао, кофе, вина, различных газировок поддаются обработке сложнее, чем в предыдущем случае. Поэтому даже сами производители (см. инструкцию) порой советуют нагревать препарат в горячей воде перед его применением. Обрабатывать пятно, как правило, приходится несколько раз, а потом обработанное место еще застирывать.

Пятна от чернил и шариковой ручки выводятся спиртом, а также специализированными пятновыводителями и салфетками. Говорят даже, что свежие пятна поддаются обработке теплым парным молоком.

А вот загрязнения тушью, гуашевыми и акварельными красками можно ликвидировать лишь холодной водой со стиральным порошком или иным моющим средством.

Ржавые пятна выводят специализированным пятновыводителем, средством «Вици», а также лимонным соком или уксусом. После обработки вещь застирывают.

Последнее время появилось также огромное число комплексных пятновыводящих средств как отечественного, так и импортного производства. Если верить рекламе, то они выводят сразу все пятна, причем делают это мгновенно. Однако помните: чудес на свете не бывает – чем сложнее состав, тем менее предсказуемы последствия его применения. Проверьте сначала действие данного «чудо-средства» в эксперименте» а потом уж применяйте на практике. Хотя отдадим должное и успехам химиков Elte, Heksen Meister, «Джинн» и некоторые другие средства действуют достаточно эффективно.

Кстати…

ПОЛЕЗНЫЕ СОВЕТЫ

• Свежие жирные и масляные пятна можно удалить, посыпав их истолченным мелом. Дав мелу впитать в себя жир, счищаем порошок щеткой. При необходимости операцию повторяют.

• Иногда помогает проглаживание жирного пятна через промокашку, подложенную в несколько слоев снаружи и с внутренней стороны ткани.

• Пятна от хны (краски для волос) удаляют смесью 3%-ной перекиси водорода, 2%-ного нашатырного спирта и воды. Затем ткань застирывают.

• Свежие пятна крови удаляют застирыванием в холодной воде.

• Пятна от чая удаляют смесью, состоящей из 2 чайных ложек глицерина и половины чайной ложки 10%-ного нашатырного спирта.

КОЛЛЕКЦИЯ «ЮТ»

Биплан «Небесное дитя», построенный Реем Ститсом в Калифорнии, претендует на звание «самого маленького самолета в мире». Фюзеляж сварен из стальных труб, крылья деревянные с полотняной обшивкой. В настоящее время «Небесное дитя» бережно хранится в музее экспериментальных летательных аппаратов в г. Ошкош.

Техническая характеристика:

Двигатель «Континенталь»… С-85

Мощность… 85 л.с.

Размах крыла… 2,6 м

Длина самолета… 3,3 м

Высота самолета… 1,65 м

Площадь крыла… 3,3 м ²

Взлетная масса… 205 кг

Максимальная скорость… 298 км/ч

Посадочная скорость… 129 км/ч

Вездеход отличается высокой проходимостью по грязи, болотам и снегу. Глубина преодолеваемого брода 1,7 м. Конструкция полностью сварная, из легированной стали. На грузовой платформе вездехода свободно размещаются автомобили, тракторы, оборудование для добычи нефти и газа общим весом 13,6 т. Благодаря сверхшироким гусеницам «Чифтейн D» не оставляет за собой на слабых грунтах технологической колеи, что выгодно отличает его or других вездеходов подобного назначения. Применяется в северных районах Канады, США, России.

Техническая характеристика:

Масса пустого вездехода… 22,5 т

Масса с грузом… З6,1 т

Длина… 11,2 м

Ширина… 3,2 м

Высота… 3,3 м

Радиус поворота… 10 м

Максимальная скорость… 19 км/ч

Мощность двигателя… 340 л.с.

ПОЛИГОН
… И ни одной подвижной части

Как правило, насос сложное устройство. По существует множество насосов, которые не имеют подвижных частей и состоят только из трубок. Размером всего лишь с ладонь, такой насос способен перекачивать сотни литров жидкости в минуту или подавать ее миллиграммами. Некоторые из них постоянно находятся в нашем доме, хоть мы об этом порой и не задумываемся…

Соедините две «соломинки» для коктейлей при помощи ниток и куска гибкой проволоки. После этого изогните их так, чтобы срез одной трубочки располагался по оси другой (рис. 1).

Поставьте их в стакан с водой и подуйте. Вода начнет подниматься по вертикальной трубочке, переливаться через край, и ее капли подхватит поток воздуха. Что заставляет ее подниматься?

Предположим, воздух заходит в вертикальную трубочку, как-то захватывает воду и тянет ее вверх. Проверим это предположение. Если оно верно, то, вытащив вертикальную трубочку из воды и подув, мы заметим, что из нее вытекает струя воздуха. А чтобы наш эксперимент был точнее, используем горящую свечу.

Если из трубочки вытекает хоть самая слабая струйка воздуха, пламя непременно отклонится в сторону.

Проделаем этот несложный эксперимент и… Пламя свечи не отклоняется, наоборот, оно втягивается в трубочку. Так в чем же причина поднятия воды?

Любой поток (струя) всегда «выбирают» направление своего движения от области, где давление больше, туда, где оно меньше. Поскольку в трубочку втекает воздух из комнаты, имеющий атмосферное давление, значит, в трубочке оно ниже атмосферного.

Вспомним одно из следствий закона Бернулли. Чем больше скорость потока, тем ниже в нем давление. Поэтому давление у находящегося в потоке среза вертикальной трубочки ниже атмосферного. И потому в нижний ее конец втягивается воздух и «вдавливается» атмосферным давлением вода из стакана.

А теперь – о практическом применении этого устройства. Если его немножечко отрегулировать: горизонтальную трубку сдвинуть чуть-чуть назад, а срез ее немного поднять или опустить, то достаточно легкого дуновения, чтобы образовалось облачко мельчайших капель. На этом основан пульверизатор, применяемый в парикмахерской для распыления одеколона. Но работает он не только там. Пульверизатор способен превращать в облачко капель не только воду, но и любую жидкость, будь то краска или удобрение. Карбюратор автомобиля – это тоже пульверизатор, распыляющий бензин. Краска, распыленная пульверизатором, ложится на изделие идеально ровным блестящим слоем.

Можете проверить, сделав пульверизатор посолиднее (рис. 2). Он надевается на горлышко бутылки.

Давление, создаваемое насосом, переменно, и поверхность будет окрашиваться пятнами. Поэтому насос следует соединить с пульверизатором через емкость объемом 2–3 литра. Тогда поток воздуха, поступающего в пульверизатор, станет равномерным и пятен не будет.

Сегодня многие для защиты от вредителей применяют в своих садах ядохимикаты. За последние года химики приложили много сил, чтобы сделать их как можно менее вредными для человека. И все же лучше, чтобы их в вашем саду было поменьше. Для этого, прежде всего, их следует не выливать на растения струями, а распылять. Так расход ядохимикатов будет меньше, а эффект – больше. В обычных садовых приборах распыление происходит за счет непосредственного разбиения потока жидкости.

Это позволяет заметно упростить распылитель, но даваемые им капли все же достаточно велики. Растение опрыскивается неравномерно, часть вещества стекает с листьев на землю. Однако с уменьшением размеров капель они садятся на растение полностью, а активность ядохимиката возрастает. (Происходит это за счет действия поверхностной энергии капель, а суммарная поверхность капель при уменьшении их размеров, как известно, увеличивается.) Пульверизатор же способен распылять жидкость до капель предельно малых размеров – аэрозолей.

Опыты показали, что в этом случае расход ядохимикатов сокращается в десятки раз. Садовый распылитель на основе пульверизатора изображен на рисунке 3.

Получается устройство более сложное, чем обычный жидкостный распылитель, но через эту сложность стоит переступить. Здоровье ведь дороже!

Вот еще о распылении. Запатентован пульверизатор, распыляющий… расплавленный металл. Его капелькам дают остыть и получают тончайший порошок.

Вспомните, при первой пробе пульверизатора мы получали крупные капли, уносимые струей воздуха, и лишь потом настроили прибор на тонкое распыление. Однако это нужно далеко не всегда. Если далее на пути капель поставить сужающийся конус, то они сольются в струю. Ее скорость и давление могут быть достаточно велики. На этом принципе делают насосы для перекачивания жидкостей.

В 1858 г. французским инженером Анри Жиффаром был создан инжектор – насос, подающий в паровой котел свежую воду при помощи струи пара (рис. 4).

Вот как он работал. Струя пара, вытекая из сопла, засасывала воду, захватывала ее и с большой скоростью бросала в сужающийся конический раструб. Здесь пар смешивался с водой, сам превращался в воду, а вода от этого заметно подогревалась. Весь этот поток врывался в котел. Любопытно, что давление воды, покидающей инжектор Жиффара, может быть в десятки раз выше, чем давление поступающего в него пара. В наше время инжекторы такого типа применяются для подачи топлива в двигатели ракет.

Итак, струя газа может успешно перекачивать жидкость. Но возможно и обратное. На любой пожарной машине имеется дымосос. Он присоединяется к широкому брезентовому рукаву, подведенному к задымленному помещению. Сам дымосос: (рис. 5) – это труба переменного сечения, в начале которой установлено сопло, разбрызгивающее воду.

Струи воды смешиваются с воздухом и гонят его к выходу. Так дым отсасывается из помещения, и пожарники получают возможность нормально работать. Такое устройство первоначально применялось для вентиляции шахт. Изобрели его в XIX веке англичане братья Кертинг.

В нашем эксперименте со свечкой пульверизатор засасывал воздух. Это явление используется в горелке газовой плиты. Струя газа захватывает воздух, смешивается с ним и поступает в зону горения.

Но почему газ горит именно в конце горелки? Все дело в площади поперечного сечения канала, по которому движется газовоздушная смесь, и скорости распространения пламени. В начале площадь велика, а скорость движения смеси мала. Но горелка накрыта крышкой. Она оставляет для движения газовоздушной смеси лишь несколько отверстий. Суммарная площадь их сечения мала. Благодаря этому здесь и немного далее, скорость смеси возрастает и становится больше, чем скорость распространения пламени. Но после выхода из горелки скорость смеси начинает вновь уменьшаться и где-то становится равна скорости пламени. Здесь-то и начинается его спокойное устойчивое горение. Изобрел такую горелку с газоструйным инжектором великий немецкий химик XIX века Г.X.Бунзен.

Когда при аварии летчик морского самолета покидает машину, в его ранце находится не только парашют, но и компактная надувная лодка. Однако в раздутом состоянии объем ее достигает 200 и более литров. Надуть ее нужно за считанные секунды. Как? Казалось бы, достаточно присоединить к лодке баллон со сжатым воздухом. Но он получается тяжел и громоздок. Выручает инжектор, в который поступает воздух из крохотного баллончика. При этом он захватывает из окружающей среды в десятки раз больше воздуха, и лодка успешно наполняется. Размером инжектор чуть больше авторучки.

При старте ракеты, когда скорость ее очень мала, порою расходуется десятая часть топлива, что превышает по массе ее полезную нагрузку. Для того чтобы этот расход уменьшить, тоже применяют инжектор (рис. 6).

Он выглядит как окружающее хвост ракеты кольцо обтекаемой формы. В нем происходит множество сложных процессов, но приближенно работу инжектора молено описать так.

Струя газов, выходящих из ракетного двигателя, засасывает воздух и смешивается с ним. Скорость от этого уменьшается, но масса газов, выбрасываемых ракетой, значительно возрастает. От этого во много раз увеличивается тяга двигателя, что и уменьшает расход топлива на старте. Но почему только на старте? Да потому, что с увеличением скорости работа инжектора ухудшается, и его обычно в определенный момент сбрасывают. На этом принципе в нашей стране удалось создать ракеты высочайшего совершенства, но о них нужен особый рассказ.

Перечислять области применения и типы струйных насосов можно до бесконечности. Каждый месяц появляются десятки новых патентов на эту тему. Над чем же бьются изобретатели всего мира? Они решают множество практически важных вопросов, но при этом постоянно остается один главный. Струйный насос, инжектор, энергетически не совершенен. Его КПД всего лишь 10–15 %. Это связано с тем, что в нем происходит так называемый неупругий удар. Проиллюстрировать это понятие поможет такой пример.

Когда шар на бильярдном столе ударяет по другому, неподвижному, происходит обмен энергиями. Первый шар останавливается, второй летит со скоростью первого. Это удар упругий.

Если бы те же два шара были сделаны из пластилина, то при соударении они бы слиплись. Это удар неупругий.

Дальше продолжал бы движение объединенный ком пластилина. Скорость его была бы вдвое меньше скорости первого шара. Кинетическая энергия этого кома составляла бы всего лишь половину энергии первого шара. Куда же девалась вторая половина? Превратилась в тепло, потраченное на деформацию пластилина. В инжекторе масса струи газа или жидкости, подаваемой внешним насосом, объединяется с массой перекачиваемой среды, и далее они движутся совместно. Тут-то и происходит потеря механической энергии на неупругий удар. Однако способы уменьшения этих потерь, в принципе, есть. Их нужно лишь довести до уровня технического решения. И тогда появятся бесшумные самолеты без винтов, простые сверхэкономичные двигатели, холодильники и тепловые насосы.

А. ВАРГИН

Рисунки автора