Текст книги "Юный техник, 2011 № 05"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 6 страниц)

ПОЧЕТНЫЙ ДИПЛОМ

В этом выпуске ПБ мы поговорим о том, как усовершенствовать двигатель внутреннего сгорания, каким образом использовать кладовые Солнца и можно ли устроить землетрясение, просто подпрыгнув.

Разберемся, не торопясь…

ДВИГАТЕЛЬ НА ЭФФЕКТЕ ДЭВИДСОНА

В своем письме 8-классник Александр Федоров из г. Егорьевска Московской области напоминает нам, что в современных двигателях внутреннего сгорания, кроме обычных видов топлива, используют метан, водород, биотопливо… И каждому из них присущи свои недостатки.

Бензин вредит окружающей среде, природный газ может рано или поздно закончиться. Биотопливо, как показывает практика, сложно в производстве и дороже обычного. Водород тоже пока дорог в производстве, к тому же взрывоопасен и его довольно трудно хранить…

Поэтому Саша предлагает использовать известный в физике эффект И. Дэвидсона. Если в пробирку с растительным маслом ввести с помощью пипетки капельку воды диаметром около 1 мм, а затем начать подогревать пробирку на спиртовке, то можно заметить, как капля сначала медленно погружается, а в момент закипания происходит микровзрыв, поскольку вода превращается в пар, который занимает куда больший объем. Кроме того, смесь масла с кислородом образует взрывчатую смесь…

Вот это явление Саша и предлагает использовать в камере сгорания ДВС нового типа. Двигатель этот должен работать следующим образом. На первом такте происходит впуск в камеру сгорания масла, смешанного в карбюраторе с воздухом. Затем с помощью иглы в эту смесь вводится капля воды. Для того чтобы произошел взрыв, необходимо предварительно камеру сгорания нагреть до температуры 250 °C. (Проще всего, по мнению автора изобретения, это сделать с помощью обычного бензина, на котором двигатель запускается и разогревается до рабочего состояния.) После взрыва температура в камере сгорания поднимется примерно до 1500 °C и произойдет рабочий такт двигателя. А в последнем такте производится выпуск отработанной смеси из камеры сгорания. Затем все повторяется снова…

К своему письму Саша приложил подробные чертежи и схему работы нового двигателя.

Все, казалось бы, замечательно. Но… Как известно, добавлять воду в топливо пытались уже неоднократно самыми разными, порой весьма хитроумными способами. И до сих пор результат получить не удалось.

Дело в том, что плохо контролируемая детонация в камере сгорания, как правило, приводит к повышенному износу деталей двигателя, резкому сокращению срока его службы. А ведь такой двигатель требует еще и дополнительного усложнения конструкции.

Рационализация

СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ

Как бы продолжая рассуждения Александра Федорова по поводу усовершенствования двигателей, 7-классник Александр Табанин из г. Сосновый Бор Ленинградской области предлагает модернизировать систему охлаждения двигателей внутреннего сгорания. Для этого автор намерен использовать рубашку цилиндров с выравнивающей температурой и термобатарею.

При работе двигателя тепло от стенок цилиндров передается выравнивающей среде – теплоносителю, а от нее рубашке. А та, в свою очередь, контактирует с горячими спаями термобатареи. А холодные спаи той же батареи выведены наружу и обдуваются воздухом охлаждающего вентилятора.

В итоге и цилиндры не перегреваются (в обычном двигателе их все равно приходится принудительно охлаждать), и вырабатывается электричество, которое можно использовать, например, для подзарядки аккумулятора.

Как видите, предложение довольно простое и вполне осуществимое. Но тогда почему его никто до сих пор не осуществил на практике? Неужто только наш читатель до него додумался? А все дело в том, что подобные термоэлектрические преобразователи имеют КПД меньше, чем у паровоза, и вследствие этого малую электрическую мощность.

Их неоднократно пытались усовершенствовать (см. например, а.с. СССР А.В. Косарева из г. Оренбурга, зарегистрированное в 1990 г.). Но все равно даже самые лучшие термогенераторы, основанные на эффекте Зеебека, имеют КПД не более 15 %. Но при этом они требуют использования специальных и довольно ядовитых материалов (например, сплавы висмут – сурьма). Поэтому современные производственники предпочитают и не возиться с подобными конструкциями, уповают на гибридные силовые установки, использование топливных элементов.

Есть идея!

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.

То ли в шутку, то ли всерьез…

«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.

Возьмите на заметку

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…

Какую продукцию дает индукция?

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.

Приложите к кастрюле магнит. Если он прилипнет, посудина годится для индукционного нагрева. Впрочем, современные индукционные плиты автоматически распознают пригодную посуду и только в этом случае включают магнитное поле.

Волнения относительно микроволновки

Самые быстрые скороварки в мире – это сверхвысокочастотные (СВЧ), или, как их теперь называют, микроволновые печи (МВП); они же – микроволновки. Говорят, своим появлением МВП обязаны случаю. В 1942 году американские военные работали над созданием микроволновых радаров нового поколения. После очередного опыта один из исследователей, Перси Спенсер, заметил, что луч расплавил плитку шоколада, лежавшую на столе. И мысль заработала…

Принцип действия печи таков: электромагнитные волны определенной частоты, порождаемые излучателем, проходя через продукт, своими колебаниями разогревают его, причем в 2–3 раза быстрее, чем обычный нагрев. Заодно значительно (до 80 %) сокращается и расход электроэнергии.

Самая простая микроволновка оборудована жарочным шкафом, вращающейся тарелкой для равномерного обжаривания, таймером с сигналом об окончании обработки и регулятором мощности на 5–7 ступеней.

Более совершенные печи дополнительно оснащены кнопками памяти, автоматического управления размораживанием в зависимости от веса продукта и дисплеем, показывающим время, вид работы и мощность.

Наименьшая мощность микроволновок – 500 Вт, наибольшая – 900 Вт. Кроме того, в печи может быть установлена вращающаяся антенна – дополнительный распределитель микроволн, чтобы наиболее полно использовать их мощность.

В МВП можно готовить и разогревать пищу в той же посуде, которая подается на стол (тарелки, блюдца и т. д.). Для приготовления пищи в этой печи не требуются масло (кроме некоторых блюд) и жиры. Продукты, приготовленные в микроволновке, сохраняют питательные вещества в процессе приготовления и размораживания. Эта печь экологически чистая, простая и удобная в эксплуатации. Время для приготовления увеличивается тем больше, чем больше масса продуктов. Если она возрастает вдвое, то и время приготовления тоже увеличивается примерно в 2 раза. Так что не стоит перегружать печь приготовлением сразу большого количества пищи, лучше сделать это за несколько приемов. Но и менее 200 г продукта в печи готовить тоже не рекомендуется – слишком быстро все может сгореть.

Продукты, заключенные в скорлупу, раковину, кожу, пленку, перед приготовлением необходимо проколоть, чтобы не взорвались.

Еда будет полностью готова только по истечении нескольких минут после извлечения ее из МВП. Это происходит потому, что микроволновая энергия воздействует на крайние участки продуктов, а от них тепло проникает в глубину. Поэтому извлеченные продукты должны оставаться в той посуде, в которой были приготовлены, от 3 до 10 минут. В это время происходит окончательное формирование вкуса и аромата готового блюда, поэтому крышку снимать тоже не надо.

Самый простой способ проверить, можно ли использовать данную посуду в МВП, – налить в нее около стакана воды, поставить ее на подставку и включить печь на 45–60 секунд. Если по истечении этого времени посуда сильно нагрелась, то лучше в ней не готовить.

Нельзя пользоваться посудой, на которой для украшения нанесены золотые или серебряные узоры и уж, конечно, металлическую утварь. Не используйте в печи также тонкую стеклянную посуду. Пластиковые контейнеры могут быть использованы для разогрева пищи, когда время пребывания их в печи невелико.

Аэрогриль

Так называется электрическая конвекционная турбопечь – одно из последних слов кухонной индустрии. Она будто бы соединяет в себе все достоинства газовой духовки, микроволновой печи, тостера, фритюрницы, электросковороды, электропароварки и т. д. и т. п. Все это дает полное право назвать эту многофункциональную кухонную машину печью будущего.

Современные аэрогрили могут иметь разборную или неразборную конструкцию, одну или несколько скоростей подачи горячего воздуха, электронное или ручное управление… Принцип действия аэрогрилей различных модификаций один и тот же: вентилятор нагнетает горячий воздух, который обдувает продукты, равномерно нагревая их со всех сторон.

Общий вид аэрогриля:

_{1 – стеклянная кастрюля; 2 – стеклянная крышка; 3 – ручка с защитным выключателем; 4 – пульт управления; 5 – высокая решетка; 6 – низкая решетка; 7 – подставка для крышки.}

Перед тем как начать готовить, аэрогриль обязательно прогревают. Для этого помещают нижнюю решетку в стеклянную кастрюлю, устанавливают крышку и подключают к сети. Затем опускают ручку-предохранитель до горизонтального положения «Включено» и нажимают кнопку «Предварительный прогрев». Печь будет работать около 6 минут до тех пор, пока таймер не покажет ноль.

После прогрева продукты укладывают, как правило, прямо на низкую решетку и закрывают печь крышкой. Затем поворачивают ручку в положение «Включено». Потом устанавливают необходимое время готовки, нажимая кнопки-стрелки «Вверх» и «Вниз». Когда таймер покажет выбранное время, нажатием кнопки «Температура» запускают селектор температур. При загорании индикатора нужной температуры кнопку отпускают. Скорость вентилятора регулируют при помощи кнопки «Скорость», пока не загорится индикатор выбранной скорости. И наконец, нажимают кнопку «Старт».

Стеклянную кастрюлю и решетки можно мыть в посудомоечной машине. А вот крышку мыть нельзя. Никогда не опускайте крышку в жидкость, не допускайте попадания влаги в нагреватель. Иначе он выйдет из строя.

Как видите, аэрогриль – это переходное устройство между печами и электрической посудой. Однако о современной посуде мы поговорим как-нибудь в следующий раз.

КОЛЛЕКЦИЯ «ЮТ»

Армейский пистолет VIS. 35 создали в 1931 году конструкторы польского государственного предприятия «Фабрика Брони» Петр Вильневчиц и Ян Скшипинский под патрон 9x19 мм «Парабеллум». На вооружение пистолет приняли в 1935 году. В основу конструкции были положены пистолеты «Кольт» М1911 и «Браунинг Хай Пауэр». Рычаг безопасного спуска курка расположен на левой стороне в конце кожуха-затвора. Пистолет имеет два предохранителя. Флажковый расположен на левой стороне рамки, а автоматический – на задней стенке рукоятки. На тыльной стороне рукоятки сделаны пазы для присоединения кобуры-приклада.

В период Великой Отечественной войны пистолет достойно конкурировал с пистолетами «Вальтер» НР-38 и «Браунинг» мод.35. Всего в период с 1935 по 1945 год было выпущено 360 тысяч экземпляров.

Технические характеристики:

Калибр… 9 мм

Патрон… 9x19 «Парабеллум»

Общая длина пистолета… 208 мм

Длина ствола… 120 мм

Высота пистолета… 142 мм

Вес снаряженного пистолета… 1120 г

Вес без патронов… 1030 г

Емкость магазина… 8 патронов

Начальная скорость пули… 350 м/с

Chevrolet Camaro – культовый американский автомобиль, выпускавшийся подразделением Chevrolet корпорации General Motors с 1967 по 2002 год. Автомобиль первого поколения был представлен в 1967 году как конкурент модели Mustang, который к тому времени уже два года успешно выпускала фирма Ford.

Слово «Сатаго» – от французского «camarade» – «дружище», «товарищ». Однако менеджеры Chevrolet на вопросы о происхождении слова «Сатаго» поначалу отвечали, что это название маленького злого животного, которое питается мустангами.

В 1970 году Chevrolet представил модель второго поколения Сатаго, в 1982 году – третьего, а в 1993 году – четвертого. В 2002 году производство Сатаго свернули, а в 2009 году было начато производство модели пятого поколения сразу нескольких модификаций, в том числе Camaro SS.

Технические характеристики Chevrolet Camaro SS (АКП)

Тип кузова… купе

Посадочных мест (спереди/сзади)… 2/2

Длина автомобиля… 4,815 м

Ширина… 1,928 м

Высота… 1,365 м

Колея передних колес… 1,618 м

Колея задних колес… 1,618 м

Снаряженная масса… 1779

Объем двигателя… 6162 см³

Максимальная мощность… 427 л/с

Максимальная скорость… 253 км/ч

Время разгона до 100 км/ч… 4,7 с

Объем багажника… 320 л

Объем топливного бака… 71,9 л

Расход топлива на трассе… 26 л/100 км