Motor auf Trockeneis. Kostenlose Neuigkeiten aus der technischen Bibliothek

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Trockeneismotor

16.03.2015

Forscher haben herausgefunden, wie man die ersten Kolonisatoren des Mars antreibt: Der Planet hat viel Trockeneis, das zur Erzeugung verfügbarer Energie verwendet werden kann.

Sie haben wahrscheinlich schon bemerkt, wie ein Wassertropfen, der auf eine heiße Bratpfanne trifft, auf der Oberfläche zu rollen beginnt. Es scheint, dass die Temperatur der Pfanne viel höher ist als der Siedepunkt von Wasser, und der Tropfen sollte sofort verdampfen, aber er "lebt" noch einige Zeit. Dieser Effekt wurde erstmals 1756 von Johann Leidenfrost beschrieben. Warum verdunstet der Tropfen nicht sofort? Es geht um die Dampfschicht, die sich an der Kontaktstelle zwischen dem Tropfen und der heißen Oberfläche bildet. Ein Teil des Tropfens verwandelt sich in Dampf, der den Tropfen über die Oberfläche hebt und verhindert, dass die verbleibende Flüssigkeit sofort verdunstet. Dadurch läuft der Tropfen recht lange um die Pfanne herum.

Der Leidenfrost-Effekt ist nicht auf Bratpfannen beschränkt. Wenn Sie beispielsweise Ihren Finger sehr schnell in ein Glas flüssigen Stickstoff tauchen und schnell wieder herausziehen, friert der Finger seltsamerweise nicht ein und fällt ab, obwohl die Temperatur von flüssigem Stickstoff -196 ° C beträgt. Denn flüssiger Stickstoff beginnt beim Kontakt mit warmer Haut zu sieden, auf der sich eine Schutzschicht aus bereits gasförmigem Stickstoff bildet. Und Gase kühlen und erwärmen sich viel langsamer als Flüssigkeiten, sodass der Finger eines rücksichtslosen Experimentators keine Zeit zum Einfrieren hat. Es besteht zwar immer noch Verbrennungsgefahr, also testen Sie auf keinen Fall die Leidenfrost-Wirkung an sich selbst. Ein noch extremerer und viel gefährlicherer Trick besteht darin, eine nasse Hand in einen Behälter mit flüssigem Metall zu senken – das Wasser auf der Handoberfläche kocht sofort und bildet für den Bruchteil einer Sekunde eine Schutzschicht zwischen der Haut und dem geschmolzenen Metall .

Tricks Tricks, aber wie kann man wirklich von diesem Phänomen profitieren? Forscher der Northumbria University im Vereinigten Königreich haben einen Prototyp eines Motors gebaut, der auf einem Stück Trockeneis laufen kann. Das Design basiert auf dem gleichen Leidenfrost-Effekt. Wir erinnern uns, dass ein Flüssigkeitstropfen über eine heiße Oberfläche läuft. Genauso verhält sich ein Stück Trockeneis, wenn es ins Wasser geworfen wird. Trockeneis ist insofern einzigartig, als es sich beim Erhitzen aus einer festen Phase sofort in ein Gas umwandelt und die flüssige Phase umgeht. Die ganze Frage ist, wie er seine Energie in eine nützliche Richtung lenken kann. Ingenieure haben lange Technologien entwickelt, um Dampfenergie in mechanische Energie umzuwandeln: In einem Gasturbinentriebwerk trifft ein Dampf- oder Gasstrahl auf die Oberfläche der Turbinenschaufeln, die sich zu drehen beginnen. Aber in unserem Fall gingen die Forscher den anderen Weg.

Sie machten die erhitzte Oberfläche in Form einer Scheibe mit einem Profil, das den Schaufeln einer Turbine ähnelt. Bringt man nun einen Wassertropfen auf eine solche erhitzte Fläche, so wird der an der Kontaktstelle entstehende Dampf den Gewichtsabfall nicht nur tragen, sondern auch in eine bestimmte Richtung schieben. Der Tropfen läuft im Kreis herum, bis er verdunstet ist. Aber was passiert, wenn eine Scheibe Trockeneis auf eine so erhitzte Oberfläche gelegt wird? Verdampfendes Kohlendioxid beginnt die Scheibe zu drehen, außerdem erlaubt die Oberflächengeometrie nicht, dass sie sich von der Achse wegbewegt, Gasströme bringen die Scheibe in die Mitte zurück. Wenn Sie nun Magnete auf einer Trockeneisscheibe befestigen und die gesamte Struktur in einen leitfähigen Stromkreis legen, erhalten Sie einen echten elektrischen Generator, in dem es keine reibenden Teile und daher Reibungsverluste gibt. Die Autoren der Erfindung haben auf der Website ein Video veröffentlicht, das zeigt, wie alles funktioniert.

Okay, der Prototyp-Motor funktioniert, aber wo bekommt man Treibstoff dafür? Trockeneis kommt nicht natürlich vor. Hier suchten die Forscher nicht weniger nach Generatoren für zukünftige Besiedler des Mars oder anderer Planeten. Viele Zukunftsforscher sind sich sicher, dass die Menschheit früher oder später keine andere Wahl haben wird, als die Planeten zu besiedeln, die uns am nächsten sind.

Jetzt werden ernsthaft Programme diskutiert und entwickelt, um eine Expedition zum Roten Planeten zu schicken. Die Mitglieder der Expedition müssen dort ihr Leben ausstatten, und eines der Hauptprobleme wird darin bestehen, Energiequellen zu finden. Tatsache ist, dass Kohlendioxid auf dem Mars häufig in fester Form, also in Form von Trockeneis, vorkommt. Und es kann als Energiequelle genutzt werden. Die Einzigartigkeit des erfundenen Motors liegt in der Einfachheit des Designs - es gibt praktisch keine austauschbaren Teile. Und wenn das nächste Geschäft mehr als 50 Millionen Kilometer entfernt ist, steht das Thema Zuverlässigkeit der Geräte an erster Stelle.

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Das Gerät wurde von Neil Gershenfeld, Leiter eines der Wissenschaftszentren des Massachusetts Institute of Technology, dem Gastwissenschaftler Ara Knayan und dem Doktoranden Kenneth Cheng konzipiert. Es wurde kürzlich auf der Intelligent Robots and Systems Conference 2012 vorgestellt.

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Um den kleinsten Roboter der Welt zu bauen, musste das Team einen völlig neuartigen Motor entwickeln: nicht nur klein und leistungsstark, sondern auch in der Lage, auch ohne Strom einsatzbereit zu bleiben. Im Prinzip ähnelt der Motor entfernt den riesigen Elektromagneten, die auf Schrottplätzen verwendet werden. Die, die ein Auto heben können. Sie enthalten einen starken Permanentmagneten, der wie ein normaler natürlicher Magnet keine besondere elektrische Energie benötigt. Gepaart mit ihm ist ein schwächerer Magnet - einer, dessen Magnetfeld von einer Spule induziert wird. Diese beiden Magnete sind so konstruiert, dass sich ihre Felder entweder addieren oder aufheben, je nachdem, wie Sie sie schalten. Auf diese Weise kann die Kraft eines starken Magneten nach Belieben abgeschaltet werden – beispielsweise um eine angehobene Last wie ein Auto loszulassen – ohne dass ständig viel Energie für den Betrieb des Elektromagneten aufgewendet werden muss.

Miniaturisiert für einen winzigen Roboter, besteht dieses Motorprinzip aus einer Reihe von Permanentmagneten, gepaart mit Elektromagneten, die kreisförmig angeordnet sind.

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