Юный техник, 2009 № 05 - страница 18
Материал оболочек современных тепловых аэростатов выдерживает температуру воздуха не более 120 °C. При спуске она снижается примерно до 100 °C. Термический КПД такого аэростата из-за потерь тепла через оболочку окажется маловат и не превысит 1–2 %. Это, конечно же, очень мало. Для серьезного повышения КПД есть только один путь — увеличение температуры воздуха в аэростате. Сегодня существуют синтетические пленки, выдерживающие более 700 °C. Если сделать дирижабль из них, то термический КПД его в принципе может достигнуть 50 %. Правда, часть тепла уйдет через стенки оболочки, но все равно расход топлива может оказаться ниже, чем у дирижабля с обычными двигателями.
Отметим, что еще в 1880 г. с проектом аналогичного аэростата, только наполнявшегося не воздухом, а перегретым паром, выступил французский изобретатель А. Дерваль. Его аэростат также был снабжен крыльями. Он то поднимался, то опускался и при этом продвигался вперед.
По подсчетам Дерваля, аэростату объемом 3500 м>3 для полета со скоростью 5 км/ч было нужно на час 80 кг воды и 10 кг угля. Столь малая скорость получалась из-за очень низкой эффективности крыльев того времени. Аэростат так и не был построен. А проект Дерваля известен лишь историкам техники, и юный изобретатель про него вряд ли знал. Экспертный совет ПБ присуждает Андрею Селиванову Авторское свидетельство.
НАСОС ПРИНЦИПИАЛЬНО НОВОГО ТИПА…
…предложил восьмиклассник Серафим Буюкли из Кишинева. Насос представляет собою электрический конденсатор, составленный либо из двух изолированных друг от друга половинок металлического конуса, либо из двух непараллельных пластин. При подаче напряжения на обкладки таких конденсаторов вода, по мнению Серафима, «начнет втягиваться в ту сторону, где силовые линии гуще».
Насос действительно будет работать, но несколько не так, как думает изобретатель…
Начнем с того, что обычная вода электропроводна. Поэтому разность потенциалов между обкладками конденсатора будет ничтожна, а электростатические силы очень малы, и насос вряд ли сможет работать. Дистиллированная вода — другое дело. Она ток не проводит, так что электростатические силы проявятся в полной мере. Вообще же это устройство пригодно для любых непроводящих жидкостей и газов.
Чтобы понять, как работает насос Серафима Буюкли, достаточно обратить внимание на то, что под действием электрического поля находящаяся в конденсаторе жидкость притягивается к одной из стенок и соскальзывает с нее, словно сани со снежной горы.
Для выполнения расчета сил, действующих на жидкость в насосе, мы используем принцип наименьшего действия — принцип Мопертюи.
Пьер Луи Мопертюи (1698–1759).
В сильно упрощенном виде он формулируется так: «Всякая система стремится перейти в состояние, при котором ее потенциальная энергия минимальна» (именно поэтому книга падает на пол, а не на потолок).
На рисунке конденсатор с двумя расходящимися пластинами. Мысленно наполним его диэлектрической жидкостью, например, трансформаторным маслом, и подадим напряжение. Под его действием молекулы масла поляризуются и накопят некоторую энергию. (Отметим, что основная часть энергии конденсатора запасается в диэлектрике.)
В конденсаторном насосе С. Буюкли жидкость перетекает от высокой напряженности поля к низкой.
При разрядке конденсатора она израсходуется на создание тока в его внешней цепи. В нашем конденсаторе напряженность поля выше всего в самой узкой части. Там наиболее высока и плотность энергии в единице объема диэлектрика. В широкой части и напряженность поля, и плотность энергии минимальны. Поэтому жидкий диэлектрик потечет от узкой части конденсатора к широкой. Здесь плотность энергии в единице его объема уменьшится примерно в 60 раз. Избыток энергии будет израсходован на движение жидкости.
При разности потенциалов 10 кВ для трансформаторного масла получаем скорость течения 0,02 м/с. Это уже технически значимый результат! Такой насос пригодится везде, где требуется подавать небольшие количества жидкости, например в лабораторных приборах, причем насос Серафима будет работать даже в космосе, в условиях невесомости.
