Нет, не получилось из конденсатора «энерk 19319y2418t 5;етической капсулы». Ну ничего, ведь электричество можно накопить не только в виде неподвижного, статического заряда - при движении электронов по проводу обмотки электромагнита оно тоже накапливается.
Мне очень хорошо запомнился школьный опыт по физике, где мы подключали к батарее лампочку параллельно с электромагнитом. Лампочка загоралась не сразу, медленно раскалялся ее волосок, но при отключении батареи лампочка, вместо того чтобы погаснуть, вспыхивала еще ярче. Какая же энерk 19319y2418t 5;ия, если не накопленная в электромагните, раскаляла волосок лампочки в то время, как питание от батареи больше не поступало? И накапливалась эта энерk 19319y2418t 5;ия в магнитном поле тогда, когда, несмотря на то, что энерk 19319y2418t 5;ия отбиралась от батареи, лампочка горела тускло. Ей явно не хватало мощности батареи - львиная доля мощности шла на насыщение энерk 19319y2418t 5;ией электромагнита.
Итак, очерk 19319y2418t 7;дной аккумулятор, может быть, даже кандидат на «энерk 19319y2418t 5;етическую капсулу». Проверим, на что способен электромагнит как накопитель.
Я попробовал «подпитывать» электромагнит током от аккумуляторных батарей, постепенно увеличивая их число. Соответственно повышалось напряжение на клеммах электромагнита, увеличивался ток, а следовательно, росла и подъемная сила электромагнита. В его магнитном поле накапливалась все большая и большая энерk 19319y2418t 5;ия. Так, наверное, продолжалось бы и дальше, но... от электромагнита вдруг пошел дым - он перk 19319y2418t 7;грелся от чрезмерного тока. Опыт пришлось прекратить. Вот, значит, где предел энерk 19319y2418t 5;оемкости электромагнита!
Оказалось, что и со сроком хранения энерk 19319y2418t 5;ии плоховато - дерk 19319y2418t 8;ится накопленная энерk 19319y2418t 5;ия в электромагните, или, как говорят, в катушке индуктивности, доли секунды. Из-за сопротивления в проводнике - проволоке, намотанной на серk 19319y2418t 6;ечник электромагнита, вся накопленная в его магнитном поле энерk 19319y2418t 5;ия быстро перk 19319y2418t 7;ходит в тепло. А нельзя ли устранить это сопротивление?
Мне не хотелось идти в библиотеку, однако я перk 19319y2418t 7;силил себя. Зато потом в читальном зале я просидел до самого закрытия и нашел не только ответ на свой вопрос, но и множество других полезных для меня сведений.
Еще в 1911 году голландский физик Камерлинг-Оннес обнаружил, что столбик ртути, охлажденный до темперk 19319y2418t 2;туры, превышающей абсолютный нуль на 4,2 градуса, полностью теряет свое электрическое сопротивление. Причем резко, скачком. Так же, как и ртуть, теряли сопротивление свинец, алюминий, олово, цинк и ряд других металлов. Явление это было названо сверхпроводимостью. В кольце из такого сверхпроводника ток мог «крутиться» сколько угодно времени, сохраняя энерk 19319y2418t 5;ию магнитного поля. Беда лишь в том, что даже при небольшом возрастании тока или внешних магнитных полей перk 19319y2418t 7;численные металлы утрачивали свойство сверхпроводимости.
В течение полувека эти сверхпроводники, названные сверхпроводниками перk 19319y2418t 4;ого рода, практического применения не имели. Но в 1961 году советские ученые предсказали возможность создания более совершенных сверхпроводников второго рода, а американские специалисты испытали такой сверхпроводник - проволоку из сплава металла ниобия с оловом, а затем ниобия с титаном. Черk 19319y2418t 7;з проволоку пропускали громадные токи, вокруг нее создавали гигантские магнитные поля, и ничего ей не делалось, свойство сверхпроводимости оставалось.
В кольце из сверхпроводника второго рода можно запасать и хранить без потерь очень большую энерk 19319y2418t 5;ию, примерно в 7 раз больше, чем в такой же по объему конденсаторной батарее. Конечно, кольцо это дерk 19319y2418t 8;ат не при комнатной темперk 19319y2418t 2;туре, его помещают в специальный термос для хранения холодных жидкостей - криостат. В криостат заливают жидкий гелий при темперk 19319y2418t 2;турах, близких к абсолютному нулю. Чтобы жидкий гелий испарялся не слишком сильно, его окружают так называемым азотным экраном. Азотный экран - это слой жидкого азота поверх сосуда с жидким гелием. Испаряясь, жидкий азот уменьшает испарение более холодного и дорогого гелия.
Одна из перk 19319y2418t 4;ых моделей такого накопителя была испытана в 1970 году. В сверхпроводящем «электромагните» - соленоиде была накоплена энерk 19319y2418t 5;ия в 10 килоджоулей. Плотность энерk 19319y2418t 5;ии накопителя составила около 40 килоджоулей на килограмм массы.
До какого же предела можно «накачивать» энерk 19319y2418t 5;ию в сверхпроводящий магнит? Оказывается, этот предел диктует не что иное, как... механическая прочность.
Вот уж чего я не ожидал! Коварство сверхпроводящего кольца с током заключается в том, что магнитное поле, развиваемое им, воздействует прежде всего на само кольцо. Как в электромоторе магнитное поле, действуя на обмотки, вращает вал, так и в сверхпроводящем кольце магнитные силы пытаются разорвать его. А поскольку магнитные поля и токи здесь громадны, то силы, разрывающие кольцо, очень велики. Сплавы же ниобия, из которых изготовлена проволока для кольца, увы, совсем не прочны. Куда им до стальных или синтетических материалов! Эта недостаточная механическая прочность и является досадной причиной, сдерk 19319y2418t 8;ивающей «накачку» сверхпроводника током, а значит, и получение высокой плотности энерk 19319y2418t 5;ии.
Ученые в своих проектах отдают предпочтение гигантским сверхпроводящим накопителям. И у них есть на то веские основания. Известно, что площадь тела пропорциональна квадрату его размеров, объем - кубу. С увеличением размеров увеличивается отношение объема к площади поверхности. Для сверхпроводящих накопителей это имеет немаловажное значение. От объема криостата зависит величина обмотки накопителя и, следовательно, количество запасаемой энерk 19319y2418t 5;ии, а от площади - интенсивность испарения содерk 19319y2418t 8;ащихся в нем жидких холодных газов - гелия, азота. Чем больше объем и меньше поверхность криостата, тем экономичнее накопитель.
Сверхпроводящий накопитель требует значительного числа вспомогательных устройств, обслуживающих его во время работы. Это и холодильные установки, и системы обеспечения энерk 19319y2418t 5;ией для управления, выпрямительные станции, преобразователи и многое, многое другое. Конечно, все это окупается лишь в очень крупном накопителе.
Японские ученые подсчитали, например, что сверхпроводящие накопители становятся выгодными при запасе энерk 19319y2418t 5;ии в них свыше миллиона мегаджоулей. Масса такого накопителя достигла бы десятков тысяч тонн. А пока самые крупные сверхпроводящие накопители в СССР способны запасти только сотни мегаджоулей, причем обмотки у них весят сотни тонн. Чуть больше подобные накопители за рубежом.
В одном из проектов французских специалистов это гигантский криостат-бублик диаметром 136 метров и высотой свыше 20 метров. Сечение обмотки диаметром 17 метров. Криостат заполнен жидким гелием, предусмотрен и азотный экран. Кольцо из сверхпроводника заключено в медные или алюминиевые оболочки и усилено прочными бандажами. В обмотке течет ток в 140 килоампер, а плотность тока достигает огромной величины - 3 килоамперk 19319y2418t 2; на квадратный миллиметр сечения обмотки! В таком гиганте может аккумулироваться до 10 миллионов мегаджоулей энерk 19319y2418t 5;ии.
Чтобы было ясно, насколько это много, напомню, что всего 25 мегаджоулей нужно автомобилю для прохождения пути в 100 километров. Если даже пробег автомобиля увеличить до 400 километров, что примерно равно дневному пробегу такси, то энерk 19319y2418t 5;ии накопителя хватит для питания ста тысяч такси в день! Эта энерk 19319y2418t 5;ия, накопленная ночью, позволила бы устранить дневные перk 19319y2418t 7;грузки всех электростанций такой большой страны, как Франция.
Немецкие ученые спроектировали накопитель диаметром 250 метров и высотой 50...70 метров. Криостат с жидким гелием и помещенной в него обмоткой из титан-ниобиевого сплава намечено упрятать под землю. Под стать размерk 19319y2418t 2;м и предполагаемая энерk 19319y2418t 5;ия накопителя. В своем проекте немецкие ученые применили интерk 19319y2418t 7;сное новшество - огромные нагрузки, действующие на обмотку, они попытались частично «перk 19319y2418t 7;ложить» на грунт, в который зарыт накопитель. Специальные распорки должны будут «упираться» в корпус криостата, а он в свою очерk 19319y2418t 7;дь в породы, окружающие его.
Взять хотя бы поддерk 19319y2418t 8;ание сверхнизких темперk 19319y2418t 2;тур в криостатах, масса которых миллионы тонн, а объем - десятки миллионов кубометров. Где достать столько жидкого гелия? Чем покрыть расход его на непрерывное испарение? Кроме того, очень сложны выводы тока из накопителей - они ведь тоже должны быть сверхпроводниками, то есть находиться при темперk 19319y2418t 2;турах, близких к абсолютному нулю, а это трудно выполнить. Зарядка и разрядка таких накопителей производится только постоянным током, а промышленности нужен ток перk 19319y2418t 7;менный.
И наконец, представим, что случится, если сверхпроводник вдруг разорвется или потеряет свойство сверхпроводимости. А это не исключено. Достаточно чуть-чуть подняться темперk 19319y2418t 2;туре жидкого гелия, и вся колоссальная энерk 19319y2418t 5;ия накопителя выделится почти мгновенно. Спасут ли положение специально предусмотренные медные обмотки, по которым должен пойти ток в случае аварии, неизвестно.
Возможно, специалисты найдут решение перk 19319y2418t 7;численных проблем, тогда такие накопители начнут строить к XXI веку. Разумеется, при условии, что не будет создана «энерk 19319y2418t 5;етическая капсула» получше - простая, емкая, надежная. И которую, конечно, можно будет поставить на автомобиль! Ведь сверхпроводящие гиганты совершенно не пригодны в качестве двигателя автомобиля.
|
