Usando uma bomba de calor para receber energia de fusão. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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O físico inglês Ernest Rutherford era um homem honesto e não fazia segredo do fato de ter realizado a decomposição do nitrogênio em hidrogênio e oxigênio (em 1919) guiado por um dos manuscritos alquímicos [1]. Aparentemente, ao mesmo tempo, na sombria Idade Média, foi criado o "bisavô" dos refrigeradores modernos (Fig. 1), que, após o aprimoramento, poderia muito bem ser a lendária "máquina de movimento perpétuo".

Por que? Vejamos uma bomba de calor clássica (fig.2), composta por 4 partes: bomba (H), ventilador, compressor; circuito quente (G), tubo quente; expansor (D), motor a gás comprimido (na versão comercial da bomba de calor, a função do expansor é desempenhada por acelerador de gás, diafragma, válvula, divisória porosa, válvula, filtro, etc.); circuito frio (X), tubo frio, refrigerador.

O que acontece com o ar, vapor de água e outros gases, líquidos de baixo ponto de ebulição em várias partes da bomba de calor? Comecemos pelo soprador (H), que bombeia o gás do circuito frio (X) para o circuito quente (H). Nesse caso, o volume do gás diminui e a densidade e a pressão aumentam. Como a quantidade de calor contida no gás permaneceu inalterada, a temperatura do gás aumenta, porque a temperatura é a densidade do calor contido no gás. Do supercarregador (H), o gás passa para o circuito quente (G), através de cujas paredes cede calor ao ambiente. O circuito quente parece muito quente ao toque. A temperatura do gás que passa pelo circuito quente diminui gradativamente, o que indica a perda de parte do calor contido no gás. Do circuito quente, o gás entra no expansor (D), cuja função pode ser desempenhada por uma máquina a vapor, turbina a gás e outros motores pneumáticos. No expansor, o gás se expande, reduzindo sua pressão e temperatura. Parcialmente ou completamente, o gás pode entrar em um estado líquido ou mesmo sólido (semelhante à neve). Este fenômeno é utilizado na liquefação de gases e em geradores de neve.

Curiosamente, o primeiro gás (amônia) foi liquefeito já em 1799 [2]. Conhecemos Michael Faraday (1791 -1867) como um eletroquímico talentoso (ver biografia em E 4/2000), mas todos os tecnólogos da época o consideram "seu", já que Faraday conseguiu converter quase todos os gases conhecidos na época em um Estado líquido. Em 1908, os cientistas conseguiram converter até o hélio, que tem a temperatura de liquefação mais baixa (-267,9 ° C), em estado líquido. Em um expansor, especialmente um expansor de turbina, ocorre um dos fenômenos físicos mais surpreendentes. O fato é que a viscosidade da resistência ao movimento dos líquidos diminui com o aumento da temperatura, e os gases, ao contrário, aumentam [4]. Como o gás no expansor é superresfriado e o líquido (condensado de gás) é quente (relativamente), o expansor opera com uma substância de trabalho ideal, o que lhe confere a maior potência específica entre os motores térmicos. Turbinas com diâmetro de rotor de cerca de 10 cm (e até milímetros) desenvolvem dezenas, centenas de milhares de revoluções por minuto e geram milhares de quilowatts de eletricidade!

Uma grande contribuição para o aperfeiçoamento dos turboexpansores foi feita pelo físico P.L. Kapitsa (aluno de Rutherford), pelo qual recebeu o Prêmio Nobel. Como o rotor da turbina se move a uma velocidade próxima à velocidade das moléculas do próprio gás, surge o efeito de ordenar o movimento browniano das moléculas da substância e a possibilidade de uma seleção significativa de sua energia interna. O gerador elétrico para um turboexpansor pode ser usado da maneira mais simples: bipolar, assíncrono, de alta frequência e até mesmo em supercondutores.

Mas o principal não é isso. A calorimetria precisa do calor liberado pelo circuito quente (Q1) mostrou que é menor que o recebido pelo circuito frio (Q2), e o trabalho gasto no acionamento do soprador (W1) acabou sendo menor que o trabalho produzido pelo o expansor (W2). Aqui está a máquina de movimento perpétuo. De fato, mergulhando um circuito frio na água, soprando-o com ar quente ou irradiando-o com a luz do sol, você pode obter um motor do segundo tipo, que recebe a energia do Sol. Esses motores foram criados por A. Musho (França), J. Erickson (Suécia), A. Enyas (EUA).

Em 1912, por sugestão de F. Schumann (Alemanha) e W. Beuys (Grã-Bretanha), perto do Cairo (Egito), foi construída a maior usina da época com capacidade de 45 kW. O físico francês F. Joliot-Curie considerou possível usar amplamente a energia solar nas próximas décadas [5]. Para trabalhar numa bomba de calor E.O. Paton (biografia em [6]) sugeriu o uso de hélio. Este gás nunca congela e tem a pressão crítica mais baixa de 0,23-106 Pa (2,3 atm.). O calor profundo da Terra, que é predominantemente de origem radioativa, também pode ser usado como fonte de calor [7]. Então a bomba de calor pode se tornar um receptor não apenas da energia da fusão termonuclear que ocorre no Sol (hidrogênio - hélio), mas também da decadência termonuclear dentro da Terra (urânio - chumbo).

Também é verdade que o sol, a água e o ar ainda não podem ser colocados em cofres, fechados em armazéns, escondidos das pessoas. Essas coisas são difíceis de tirar das pessoas para vender depois, e é por isso que não podemos usar energia gratuita. Certa vez, o milionário Henry Ford disse: "Nossa sociedade não entende a economia monetária dos bancos. E se entendesse, faria imediatamente uma revolução" [8]. É uma pena que apenas milionários saibam disso até agora...

Literatura:

1. Frost V. Esqueça a arte da transmutação//Tizhnevik da Galiza. - 24 vermes 1999
2. Goncharenko S.U. Física. 10º ano - Kiev: Osvita, 1994. - P.47.
3. M. Faraday//Eletricista. - 2000. - Nº 4. P.60.
4. Lobodyuk V.A. Manual de física elementar. - Kyiv, 1972. - S. 127.
5. Grande Enciclopédia Soviética. - T.6. -A PARTIR DE. 196.
6. Paton E.O.//Electric. - 2001. - Nº 5. P.31.
7. Grande Enciclopédia Soviética. - T.30.
8. Shtepa P. Mafia na Ucrânia. - Lviv: VPK "Globus", 2002.

Autor: Y. Barbudo

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