מנוע קרח יבש 16.03.2015

חוקרים הבינו כיצד להפעיל את המתיישבים הראשונים של מאדים: לכוכב הלכת יש הרבה קרח יבש שניתן להשתמש בו כדי לייצר אנרגיה זמינה.

בטח שמתם לב איך טיפת מים, פוגעת במחבת חמה, מתחילה להתגלגל על ​​פני השטח. נראה שטמפרטורת המחבת גבוהה בהרבה מנקודת הרתיחה של מים, והטיפה צריכה להתאדות מיד, אבל היא עדיין "חיה" זמן מה. אפקט זה תואר לראשונה על ידי יוהאן ליידנפרוס ב-1756. מדוע הטיפה לא מתאדה באופן מיידי? הכל קשור לשכבת הקיטור, שנוצרת בנקודת המגע בין הטיפה למשטח החם. חלק מהטיפה הופך לאדים, המרים את הטיפה מעל פני השטח, ומונע מהנוזל שנותר להתאדות באופן מיידי. כתוצאה מכך, הטיפה עוברת מסביב למחבת במשך זמן רב למדי.

אפקט Leidenfrost אינו מוגבל למחבתות. לדוגמה, אם אתה מהר מאוד טובל את האצבע שלך בכוס חנקן נוזלי ומשוך אותה במהירות החוצה, אז, באופן מוזר, האצבע לא תקפא ותפול, למרות שהטמפרטורה של חנקן נוזלי היא -196 מעלות צלזיוס. זה נובע מהעובדה שחנקן נוזלי מתחיל לרתוח במגע עם עור חם, שעליו נוצרת שכבת הגנה של חנקן גזי כבר. וגזים מתקררים ומתחממים הרבה יותר לאט מנוזלים, אז לאצבעו של נסיין פזיז אין זמן לקפוא. נכון, עדיין קיים סיכון להישרף, אז בשום מקרה אל תבדוק את השפעת Leidenfrost על עצמך. טריק קיצוני עוד יותר ומסוכן הרבה יותר הוא להוריד יד רטובה לתוך מיכל עם מתכת נוזלית - המים על פני היד רותחים מיידית ולמשך שבריר שנייה יוצרים שכבת הגנה בין העור למתכת המותכת. .

טריקים טריקים, אבל איך להפיק תועלת אמיתית מהתופעה הזו? חוקרים מאוניברסיטת Northumbria בבריטניה יצרו אב טיפוס של מנוע שיכול לפעול על פיסת קרח יבשה. העיצוב מבוסס על אותו אפקט ליידנפרוסט. אנו זוכרים שטיפת נוזל עוברת על משטח חם. חתיכת קרח יבש מתנהגת בדיוק באותה צורה אם היא נזרקת למים. קרח יבש הוא ייחודי בכך שכאשר הוא מחומם משלב מוצק הוא הופך מיד לגז, עוקף את הפאזה הנוזלית. כל השאלה היא איך לכוון את האנרגיה שלו לכיוון שימושי. מהנדסים פיתחו זה מכבר טכנולוגיה להמרת אנרגיית קיטור לאנרגיה מכנית: במנוע טורבינת גז, סילון קיטור או גז פוגע בפני השטח של להבי הטורבינה, שמתחיל להסתובב. אבל במקרה שלנו, החוקרים הלכו בדרך אחרת.

הם עשו את המשטח המחומם בצורת דיסק, עם פרופיל דומה ללהבים של טורבינה. כעת, אם מניחים טיפת מים על משטח מחומם שכזה, אז הקיטור שנוצר בנקודת המגע לא רק יתמוך בירידה במשקל, אלא גם ידחוף אותה לכיוון מסוים. הטיפה תתרוצץ במעגל עד שהיא תתאדה. אבל מה קורה אם מניחים דיסקית של קרח יבש על משטח כל כך מחומם? אידוי פחמן דו חמצני יתחיל לסובב את הדיסק, יתר על כן, גיאומטריית פני השטח לא תאפשר לו לנוע מהציר, זרמי גז יחזירו את הדיסק למרכז. כעת, אם תקבעו מגנטים על דיסק של קרח יבש, ותמקמו את כל המבנה בתוך מעגל מוליך, תקבלו גנרטור חשמלי אמיתי, שאין בו חלקי שפשוף, ומכאן הפסדי חיכוך. מחברי ההמצאה פרסמו באתר סרטון של איך הכל עובד.

אוקיי, מנוע האב-טיפוס עובד, אבל מאיפה משיגים לו דלק? קרח יבש אינו מתרחש באופן טבעי. זה המקום שבו החוקרים התנדנדו, לא פחות, עבור גנרטורים למתיישבים עתידיים של מאדים או כוכבי לכת אחרים. עתידנים רבים בטוחים שבמוקדם או במאוחר לא תהיה לאנושות ברירה אלא לאכלס את כוכבי הלכת הקרובים אלינו ביותר.

כעת נידונים ומפותחים ברצינות תוכניות כדי לשלוח משלחת לכוכב הלכת האדום. חברי המשלחת יצטרכו לצייד את חייהם שם, ואחת הבעיות המרכזיות תהיה מציאת מקורות אנרגיה. העובדה היא שבמאדים, פחמן דו חמצני נמצא לעתים קרובות בצורה מוצקה, כלומר בצורה של קרח יבש. והוא יכול לשמש כמשאב אנרגיה. ייחודו של המנוע המומצא הוא בפשטות העיצוב - אין בו כמעט חלקים להחלפה. וכשהחנות הקרובה ביותר נמצאת במרחק של יותר מ-50 מיליון קילומטרים, נושא אמינות הציוד הוא אחד המקומות הראשונים.