Искусство использования солнечной энергии: Уроки Джорджа Портера ☀️ 0:27
Джордж Портер, лауреат Нобелевской премии, в своей пятой рождественской лекции 1976 года в The Royal Institution обратился к теме, которую назвал «непопулярным четырехбуквенным словом» — работе. Лектор исследует эволюцию человечества: от использования физической силы рабов и животных до осознания того, что практически все источники энергии на Земле — это энергия солнечных лучей, накопленная миллионы лет назад.
🌬️ Энергия ветра: от мельниц к современным технологиям 2:19
Ветер, будучи порождением солнечной энергии, нагревающей атмосферу и создающей конвекционные потоки, остается перспективным ресурсом.
- Вертикальные ветряки: Доктор Масгроув из Редингского университета разработал ветряк с вертикальной осью, который не требует поворота вслед за направлением ветра.
- Механическое преимущество: Такая конструкция проще в опоре (требуется лишь столб с растяжками) и эффективнее использует аэродинамические свойства лопастей.
- Автоматизация: В сильный ветер лопасти устройства под действием центробежной силы могут отклоняться, сбрасывая избыточную нагрузку.
По словам Портера, подобные установки уже тестируются в Канаде, а в будущем рассматривается возможность создания целых «ветряных ферм» в мелких водах Северного моря.
🌊 Потенциал морских волн 7:13
Энергия волн — это еще один способ накопления солнечной энергии. Ученые из Эдинбурга, в частности господа Солтер и Джеффри, разработали уникальный механизм, известный как «утка Солтера».
- Принцип движения: В отличие от течений, волны заставляют частицы воды двигаться по кругу.
- Эффективность: Конструкция «утки» спроектирована так, чтобы поглощать энергию волны, минимизируя ее отражение. По оценкам господина Джеффри, установка способна извлекать до 80% энергии волны.
- Масштабирование: Теоретически, цепочка таких устройств длиной в несколько сотен километров могла бы обеспечить электроэнергией всю Великобританию.
🌡️ Термодинамика: почему энергия не бесконечна 12:44
Для понимания преобразования тепла в работу Портер обращается к термодинамике.
- Первый закон: Энергия сохраняется — ее нельзя создать или уничтожить.
- Второй закон: Энергия неоднородна. Существует «высокосортная» упорядоченная энергия (работа) и «низкосортная» неупорядоченная (тепло, хаотическое движение молекул, называемое энтропией).
Лектор отмечает, что превратить работу в тепло легко, но обратный процесс крайне неэффективен. Любой тепловой двигатель требует разности температур между «котлом» и «конденсатором». Эффективность такого двигателя ограничена математической формулой, зависящей от этих температур. Например, паровой двигатель теоретически не может достичь эффективности выше 20%.
🏠 Тепловые насосы и «Парниковый эффект» 28:06
Тепловой насос работает по принципу двигателя, но «наоборот»: затрачивая энергию, он перекачивает тепло из холодного места в теплое.
- Коэффициент эффективности: Поскольку насос лишь переносит энергию, а не преобразует ее, его кажущаяся эффективность может достигать 500%.
- Применение: Электрический совет активно внедряет подобные системы в школах и бассейнах.
- Зеленая архитектура: Лектор демонстрирует концепцию «дома Хэя», где используются черные панели-поглотители, тепловые аккумуляторы (резервуары с водой) и эффект «парника» — использование стекол, удерживающих инфракрасное излучение внутри помещения.
⚙️ Практические тепловые двигатели 45:58
Портер показывает два перспективных направления использования солнечного тепла без использования классических турбин:
- Двигатель Стирлинга: Разработка доктора Уэста из Харуэлла не имеет движущихся частей и работает за счет расширения и сжатия газа при перепаде температур. При поддержке компании Metal Box проводятся исследования по использованию таких насосов для ирригации.
- Двигатели на металлах с памятью: Использование сплава нитинола (никель и титан) позволяет создать двигатель, который совершает работу за счет циклического нагрева и охлаждения проволоки, заставляя ее менять форму.
В завершение лекции Портер упоминает грандиозную солнечную печь во Франции, способную плавить металлы при температурах до 3000 градусов, и с долей юмора вспоминает легенду об Архимеде, который якобы использовал солнечные лучи как оружие против римского флота.
