Открыт невиданный метод обращения тепла прямо в электроток

Авторы разработки демонстрируют свою установку (слева направо): Ричард Джеймс (Richard James), Иньтао Сун (Yintao Song), Канвал Бхатти (Kanwal Bhatti) и Виджай Шривастава (Vijay Srivastava) (фото University of Minnesota).

Исследователи из университета Миннесоты испытали новый материал, конвертирующий слабое рассеянное тепло в электрический ток способом, который никогда прежде не демонстрировался.

Учёные из США разработали экзотический сплав-мультиферроик, сочетающий необычайно «эластичные» магнитные и сегнетоэлектрические свойства. Физики сумели переплести на атомарном уровне ряд элементов так, что получился состав с упрощённой формулой Ni45Co5Mn40Sn10. В серии опытов он проявил поистине необычные возможности.

В эксперименте сплав испытывал быстрые и обратимые фазовые превращения, в которых одно твёрдое тело словно сменялось другим по строению, но тоже твёрдым телом. В момент самого перехода сплав претерпевал резкое изменение магнитных свойств, которое было использовано в устройстве преобразования энергии, информирует ScienceDaily.

Во время демонстрации установки новый материал сначала пребывал в немагнитном состоянии, представляя по структуре мартенсит. Но когда температура незначительно повысилась, материал вдруг стал сильно ферромагнитным, обратившись при этом в аустенит.

Когда это произошло, сплав поглотил тепло и спонтанно обратил его в электричество при посредничестве окружающей деталь катушки. (Кстати, данное устройство отдалённо напомнило нам спиновую батарею.)

Некоторая доля тепловой энергии в таком цикле теряется из-за гистерезиса. Критическое открытие команды – это способ минимизации гистерезиса при фазовом превращении.

Учёные подчёркивают перспективу новинки: «Теория предсказывает, что при оптимальных условиях производительность (нового метода конверсии) выигрывает в сравнении с лучшими примерами термоэлектричества.

Из-за низкого гистерезиса сплава перспективным направлением применения этой концепции представляется преобразование энергии при малых ΔT. Это предлагает новый путь к освоению огромного количества энергии, накопленной на Земле в виде небольшой разницы температур».

(Детали эксперимента можно найти в пресс-релизе университета и статье в Advanced Energy Materials.)



Израильтяне нашли белую дыру

27 мая 2011

Физики получили самую плотную материю

25 мая 2011

Физики получили алмазный аэрогель

18 мая 2011

Эйнштейновское искривление пространства доказано окончательно

5 мая 2011

Физики удержали антиматерию на 17 минут

3 мая 2011
  • Георгий Ратушный  29 июня, 14:24
    да, данный материал может использоваться при малой разности температур, но только в одной точке фазового перехода. по-моему не самый практичный метод.
    ОтветитьНравится
  • Георгий Ратушный  29 июня, 14:25
    хотя, конечно, интересный
    ОтветитьНравится
  • Александр Вихров  29 июня, 15:14
    Есть проще методы. 2 сплава — термопара.
    ОтветитьНравится
  • Ильшат Тагиев  29 июня, 14:26
    «Тепловой насос».
    ОтветитьНравится
  • Олег Апарцев  29 июня, 14:54
    Эффект интересный. Перспективна сама идея связки «низко-градиентные термические переходы производящие изменение магнитных свойств». Еще интресней материалы с возможностью вариации температуры переходов в широком диапазоне температур, пусть даже это возможно только при изготовлении структуры, а не при ее эксплуатации. Это очень перспективное направление, практически прыжок от термо-ЭДС в металлах и полупрводниках к новому источнику термо-электричества.
    ОтветитьНравится
  • Олег Апарцев  29 июня, 15:06
    Даже «одноточечный» элемент с таким переходом может иметь множество применений: от банального «съема электричества с дачной или автомобильной дымовой трубы» , до постройки «теплового компьютера» , о котором я, лично, давно мечтаю.
    ОтветитьНравится
  • Александр Вихров  29 июня, 15:06
    Леонид, исправьте. Нельзя говорить о переходе одного твердого тела в другое. Это просто структурные превращения. Мартенсит, обычно, содержит остаточный аустенит. Это что, два твердых тела в одном? Меняется микроструктура сплава. Вообще-то, это обычное структурное превращение стали при закалке. Обратное превращение мартенсита в аустенит при нагреве идет с выделением тепла.
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  29 июня, 15:25
    Закалка мягко говоря отличается от условий опыта. Да, понятно же, что не тело заменяется другим (я там чуть-чуть поправил), а претерпевает переход его структура. Причём именно при небольшом температурном «толчке». Тем и интересно явление.
    ОтветитьНравится
  • Александр Вихров  29 июня, 17:45
    Закалка разная бывает. Может быть и на воздухе, есть самозакаливающиеся стали. Но игольчатые структуры типа мартенсита и нижнего бейнита, образуются в результате ускоренного охлаждения. Это метастабильные фазы. При медленном охлаждении их быть не должно. Вряд ли здесь можно говорить о температурном толчке. Есть температуры фазовых превращений. Они могут быть как высокими, так и низкими. Какая она для данного сплава, я не знаю.
    ОтветитьНравится
  • Александр Вихров  29 июня, 15:12
    Кста, никель и кобальт теряют магнитные свойства просто при повышении температуры. Точка Кюри. У железа она 769 град, никеля 358, а кобальта — 1130.
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  29 июня, 15:22
    Там речи не идёт о таком большом нагреве.
    ОтветитьНравится
  • Александр Вихров  29 июня, 17:33
    У никеля точка Кюри невысокая. А какая у сплава?
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  29 июня, 16:03
    -- Очень интересно, вообще говоря подобные эффекты на других принципах тоже существуют.. Помните, я рассказывал, что у меня есть похожая штучка..но на другом принципе.
    ОтветитьНравится
  • Михаил Зиньков  29 июня, 16:04
    Ну убей не могу представить как эту штуковину можно использовать, да еще и для производства электричества ... Это ж надо постоянно то нагревать то охлаждать ... канитель, а эффект? Думаю все это можно смело отнести в категорию «курьезы науки».
    ОтветитьНравится
  • Георгий Ратушный  29 июня, 16:55
    какой-нибудь автоколебательный процесс сделать в среде с постоянным потоком тепла или большой теплоемкостью

    например в море разные слои воды прогреты по-разному. запустить робототизированную подводный зонд с питание благодаря этому источнику. энергия закончилась- лодка всплывает. немного прогрелась — электричество выработалось — зонд тонет.
    или любой источник тепла и колебания ближе к нему — дальше от него на подобном же принципе
    примеры, конечно, очень натянутые но все же.

    ОтветитьНравится
  • Георгий Ратушный  29 июня, 16:56
    проблемы у меня с русским((
    ОтветитьНравится
  • Георгий Ратушный  29 июня, 16:56
    надеюсь что хотя бы понятно, что подразумевал)
    ОтветитьНравится
  • Михаил Зиньков  30 июня, 14:05
    Ваш пример выглядит не убедительно. Например про море. Разница в температуре слоев воды ну пускай градусов 20 будет и то много думаю. Теперь пускай вес элемента преобразования будет ну 10 тонн. Тогда мощность которую можно получить переходя из одного слоя в другой равна 10т*20 *0.5 = 100 000 000 калорий / 860000=116квт*час. (0.5 — КПД). И что имеем? Сможем обеспечить энергией двигатель от жигулей в течении часа. Маловато будет. А сколько времени будет «остывать/нагреваться» 10 т? Все это очень и очень «хилые результаты», а практика показывает приживется только то, что даст выигрыш сразу на порядок т.е. в 10 раз и дополнительно все упростит. Тут такого мы и в помине не видим.
    ОтветитьНравится
  • если не десять тонн, а десять килограмм, то и время остыванияохлаждения небольшое и на питание начинки какого-нибудь автономного буя хватит. научное оборудование навесить и получится относительно удобная для ученых вещь без необходимости перезарядки аккумуляторов. узкое применение но сойдет.

    опять-таки как неломающийся датчик на какую-либо критическую для системы температуру. как только превышение — идет сигнал на систему управления, что все плохо.

    вообще мне это ассоциативно напоминает ситуацию с обычным эффектом Холла. вроде и нигде не используется, а то тут то там в вспомогательных устройствах всплывает. измерение магнитного поля — не особо частая но нужная задача. так и тут — может не только в силовых агрегатах будет применяться, а в чем-нибудь другом. по-мелочи, но часто

    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  29 июня, 17:28
    -- Да не куоьёзы , а интересная технология, ничего сложного в переключении нет..
    ОтветитьНравится
  • Михаил Зиньков  30 июня, 13:45
    Сергей Асташкин
    Ну и ЧТО интересного Вы находите в этой «технологии»? В каком переключении и чего переключении нет сложностей? Пытаясь оппонировать потрудились бы хоть примитвным примером проиллюстрировать свою мыслЮ.
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  1 июля, 22:32
    -- элементарный пример — ДВС ! там очень даже все переключается и никого это не волнует !
    ОтветитьНравится
  • Владимир Власов  29 июня, 17:37
    Такое чувство, что хотят эффект термоэлектричества заваулировать под «что то новое»!!!!!!!!!!!
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  30 июня, 07:43
    -- Там принципиально новый эффект.
    ОтветитьНравится
  • Илья Казённых  30 июня, 15:28
    «сплав поглотил тепло и спонтанно обратил его в электричество при посредничестве окружающей деталь катушки»
    Это как?? Т. е. сплав охладился и выработал магнитным полем электричество?
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  1 июля, 22:36
    -- Нет , в узком интервале температур структура переходит в другое магнитное состояние — читайте же ?? образующееся поле своим появлением — создает расширяющееся магнитное поле- это равносильно движению магнита, и в катушке наводится ток !, более того, оно (поле) будет индуцировать спонтанное паралелезирование моментов, а это совсем хорошо ..
    ОтветитьНравится
  • Алекс Москов  1 июля, 21:08
    гениально!
    фактически двигатель Стирлинга, но вместо изменения объема газа используется фазовый переход намагничености твердого тела.
    Чем больше объем рабочего тела тем больше тепловой энергии преобразуем в ток. Проблема только в стоимости изготовления рабочего тела.
    Стоимость изготовления тела должна быть такой, что на его изготовление не должно уходить энергии больше чем от него получим например за 5 лет эксплуатации, тогда после пяти лет использования такой генератор начинает работать в плюс как источник энергии.
    В отличие от АЭС где энергия изготовления + энергия на дезактивацию и хранение отходов и не дай бог устранение последствий аварий в сумме превышает объем энергии полученной от этой АЭС.
    То есть пора сказать людям правду
    на протяжении десятков тысяч лет атомная промышленность является не генератором энергии, а потребителем.
    Развивая атомную энергетику (речь об уровне технологий имеющихся на текущий момент) Мы залезаем в энергетический карман будущим поколениям. Это недопустимо и преступно по отношению к детям и внукам.

    Данная технология позволит при малозатратном (дешевом) рабочем теле получить неограниченный источник энергии для человечества.
    Чем больше кусок рабочего тела, тем больше энергии из окружающей среды мы получим. Места где разместить есть, пустынь много.
    Но если стоимость или затраты энергии на изготовление рабочего тела например достигнут 10000 лет энергоотдачи. То есть при изготовлении рабочего тела и последующей эксплуатации мы вернем энергию которую затратили на изготовление установки лишь через 10000 лет , то такая установка конечно не годится.
    Поэтому вопрос цены изготовления единицы объема вещества и его долговечности тут главный.

    ОтветитьНравится
  • Алекс Москов  1 июля, 21:30
    наверное я слишком оптимистично сказал
    «на протяжении десятков тысяч лет атомная промышленность является не генератором энергии, а потребителем.»
    уже сегодня факты говорят что фактический интервал на котором атомная энергетика очевидно превращается из генерирующей в потребляющую отрасль деятельности человека равен 2011-1950=61 год.
    1950 год запуска первой АЭС
    2011 авария на Фукусиме.
    следующие 60 лет всё что все станции мира нагенерят не окупит средств на создание технологий и механизмов которыми будут устранять последствия аварий на Чернобыле и Фукусиме, в дальнейшем исходя из статистики опять случатся аварии и т. д.
    То есть даже ста лет не прошло для получения статистики о том что атомная промышленность энергетически убыточна.
    Естественно речь о современном развитии атомных технологий.
    ОтветитьНравится
  • Илья Цыгвинцев  1 июля, 21:53
    Толсто.
    ОтветитьНравится
  • да, весьма толсто.
    но про аналогию с двигателем стирглинга понравилось
    ОтветитьНравится
  • Алёна Кажамяка  3 июля, 03:02
    Представляется идиллическая картинка — альпийская горная речушка, домик на берегу.. над водой как у старой мельницы — крутятся колесики с коробочками «элементов», окунется в ледяную воду, потом вынырнет на секунду под солнышко — Ватт по оси в домик передал... комп и чайник запитал...
    ОтветитьНравится
  • Аркадий Юрчук  31 августа, 21:33
    Не совсем понятно при каких температурах работает,при комнатных? В пресс-релизе университета на графиках показана температура выше 100 С, не понятно где на земле есть такие температуры, если только в вулканах и гейзерах. Ну это я так, а вообще сплав очень перспективный.
    ОтветитьНравится