Накопители энергии:
Электрическая машина.
Лейденская банка - первый конденсатор.
Мы в школе крутили большой стеклянный диск, трущийся о кожаные подушки, а затем извлекали из заряженных шаров или лейденских банок яркие искры. Вращая диск, мы накапливали энергию, а извлекая искры из шара или лейденской банки, использовали ее.
Однако аккумулятор должен выделять энергию в том виде, в каком она была в него заложена. А если форма энергии изменяется, это уже не аккумулятор, а машина.
Наряду с конденсаторами, электроэнергию накапливают и катушки-электромагниты, которые мы видим в мощных электромагнитных подъемных кранах, электронных будильниках, а в каждом приемнике или телевизоре их вообще десятки.
В конденсаторах энергия накапливается в виде электрического заряда, а в электромагнитах - в виде магнитного поля вокруг катушки.
Электромагнит - индукционный накопитель энергии.
Пружина и поднятый груз в часах - накапливают потенциальную механическую энергию.
Аккумулируют тепло - лучше всего обыкновенные чугунные утюги, разогреваемые на огне. Тепло от пламени переходит в металл утюга и долго в нем сохраняется.
Поддается накоплению и механическая энергия. В механических часах два пружинных аккумулятора - заводная пружина и пружинка балансира. А если эти часы - будильник, то добавляется еще и пружина боя или звонка.
Многие приборы работают на энергии пружин. Заводные игрушки, механические бритвы тоже питаются этой энергией.
Неплохой накопитель механической энергии - резиномотор, часто применяемый на летающих моделях.
Механическую энергию можно накопить и во вращающихся маховиках. Точильные круги - после выключения мотора еще долго вертятся за счет накопленной в них кинетической энергии.
Пружинная тележка - безменовоз.
На простой платформе с двумя осями и колесами я укрепил безмен, к крючку которого привязал прочную нить. Другой конец нити привязал к одной из осей и, вращая колеса, стал наматывать нить на ось. Чем больший вес показывала стрелка безмена, тем труднее становилось крутить колеса. Это накопленная в пружине механическая энергия стремилась провернуть их в обратную сторону.
Растянув пружину на полную длину, я опустил безменовоз на пол. Но перед тем как отпустить колеса, поставил на тележку гирю, чтобы экипаж был потяжелей.
Как только колеса были отпущены, началось выделение энергии пружиной безмена - она тянула нить, которая сматывалась с оси и вращала колеса безменовоза. Разогнавшись, он проехал немалое расстояние, прежде чем остановиться.
Пружины изготавливают из стальной упругой проволоки. Растягивая пружину, мы как бы раскручиваем проволоку. Если мы чрезмерно растянем пружину, она больше не вернется к прежним размерам - вытянется, испортится. А нельзя ли накапливать энергию, растягивая не пружину, а саму проволочку? Можно, и мы это часто делаем - когда играем на струнных музыкальных инструментах. Взять хотя бы струну на гитаре. Пока струна не напряжена, провисает, сила натяжения равна нулю. Чем больше мы натягиваем струну, тем больше сила, с которой струна сопротивляется растяжению: во сколько раз удлиняется струна, во столько же раз и растет сила. Наконец струна не выдерживает натяжения и со звоном лопается.
Звон - это выделение накопленной в струне потенциальной механической энергии.
Современная высококачественная проволока, из которой делается музыкальная струна, очень прочная. Сечением 1 мм² она может выдержать до 400 кг груза. При этом метровая проволока упруго вытянется на 2 см.
Музыкальная струна, растягиваясь под нагрузкой и накапливая энергию, может удлиниться почти на 2%.
Музыкальная струна - это уникальный дорогой материал. Для обычных стальных пружинных материалов плотность энергии снизится более чем вдвое.
Больше всего накапливает энергии - резина. А выделяет она энергию с максимальным КПД - не при комнатной температуре, а при 80 - 90°С! Поэтому автомобильные резиновые шины прочнее и экономичнее именно при данной температуре, которая и возникает вследствие трения во время длительной езды с полной нагрузкой.
График растяжения-сокращения резины (заштрихованные зоны - потери энергии).
Хорошая резина из натурального каучука, до разрыва растянется раза в четыре. Но при растяжении жгута требуется больше силы, чем при его сокращении до той же длины - не вся энергия, затраченная на растяжение, возвращается при сокращении, особенно если растягивать жгут сильно. Пропадает (переходит в тепло) до 30%!
В резиномоторах для моделей, жгут из тонких резиновых нитей скручивают. При этом перекручивается жгут при заводке мотора, трутся петли резины друг о друга. Их даже смазывают касторкой, чтобы уменьшить трение. В результате - много потерь энергии и быстрый износ.
Тележка-резиновоз - движется на накопленной в резине энергии.
Под днищем тележки я закрепил конец резинового жгута. Ко второму концу привязал шнурок, а сам шнурок намотал на ось колеса - и привод готов. Стоило прокрутить колеса тележки в обратную сторону, и энергия растянутой резины начинала катить резиновоз, как только я опускал его на пол.
Как транспортная машина он гораздо лучше безменовоза - проходит большее расстояние, и движется более плавно.
Если перекидывать жгут через блоки (как трос в подъемных кранах) - хоть мы и сократим его длину, почти всю накопленную энергию съедят потери в блоках. Резина - не стальной трос, она сильно растягивается, и при огибании блока жгут будет так тереться о его поверхность, что потери энергии и быстрый износ резины, неминуемы.
Жгут сечением в 1 дм², растягиваясь может развивать силу в несколько тонн. Перекинув жгут через блоки, мы как бы складываем его раз в 100, но усилие растяжения при этом достигает СОТЕН тонн!
Если навить резиновый жгут на очень скользкий цилиндр (как на катушку) по спирали, то можно сильно сократить его длину. К тому же ВСЕ усилие растяжения, после перейдет во вращение вала. Допустим, диаметр цилиндра будет 0.5 метра. Тогда на каждый метр его длины ляжет не менее 30 слоев жгута, который еще и сильно сузится при растяжении. Это уже составит около 50 м растянутой резины.
Километровый жгут уляжется на 20 м цилиндра, сделав при этом 600 оборотов.
Такой же результат получим, если разрежем цилиндр, как колбасу, на отдельные слои и насадим их свободно на общую ось. Слои эти можно изготовить из легкой пластмассы, даже из дерева.
Резино-аккумулятор.
Я взял толстую скалку и распилил ее на множество тонких дисков. Проделав центральные отверстия, посадил диски на гладкий стальной стержень, на котором они могли бы свободно вращаться. Чтобы максимально облегчить конструкцию, я высверлил диски в разных местах.
В самые крайние диски, аккуратно, стараясь не расколоть, вбил короткие толстые гвозди, перекинул через них зигзагами резиновый жгут, концы которого связал между собой. Чтобы диски не терлись торцами, проложил между ними шайбы.
Теперь, вращая крайние диски в разные стороны, я мог растягивать резиновый жгут, накапливая в нем изрядное количество энергии.
Установил я свой резино-аккумулятор на оси колеса детской коляски. Крайние диски закрепил неподвижно - один на оси колеса, другой на раме коляски. Закрутив колесо в обратную движению сторону до полного натяжения резины - оборотов на 50 - я затем опустил его на землю. Коляска рванулась вперед и резво вынесла меня на середину двора.
Потом я соединил вместе 10 таких резино-аккумуляторов, расположив их под днищем коляски, с приводом на одно заднее колесо. Второе посадил на ось свободно. Передние колеса я сделал рулевыми и, проехал на своем резиновозе уже метров 300.
Карта сайта
Мой адрес Электронной почты: q2212@yandex.ru
Номер моего мобильного телефона: +79030100732
