Юный техник, 2001 № 01
Шрифт:
КОЛЛЕКЦИЯ «ЮТ»
Этот транспортный самолет предназначен для перевозки различного рода контейнерных грузов, самоходной техники и т. п. Мощное многоколесное шасси позволяет ему совершать взлет и посадку даже на грунтовых аэродромах. Габаритные размеры грузового отсека соответствуют международным стандартам. Благодаря своей универсальности самолет приобрел популярность не только в военной, но и в гражданской авиации.
Техническая характеристика:
Двигатели… 4 х Д-30 кп
Тяга одного двигателя… 12 000 кгс
Расход топлива… 9 т/ч
Экипаж… 7 чел.
Скорость… 750–800 км/ч
Высота полета… 9000 — 12 000 м
Дальность полета… 4500 км
Грузоподъемность… 40 000 кг
В народном хозяйстве требуются автомобили повышенной проходимости, причем в немалых количествах. В свою пору автомобилей «ЗИЛ» стало не хватать и было принято решение о выпуске автомобилей марки «КАМАЗ» с колесной формулой 6x6. Автомобиль имеет лебедку, широкопрофильные шины, современный дизельный двигатель. И что важно — может эксплуатироваться даже при морозе —40 °C.
Техническая характеристика:
Полная масса… 15,6 т
Собственная масса… 8,41 т
Запас топлива… 250 л
Максимальная скорость… 85 км/ч
Рабочий объем двигателя… 10 850 см3
Мощность двигателя… 210 л.с.
ПОЛИГОН
ТЭЦ местного значения
На заре становления электроэнергетики бережливые немцы размышляли, нужно ли строить для освещения домов большие электростанции или достаточно иметь одну маленькую, но в каждом доме (рис. 1.)?
Работать она могла на светильном газе, который в ту пору широко применялся во многих городах Германии. Впрочем, промышленность нуждалась в больших мощностях. И потому решили строить крупные электростанции, а уж от них дома получали ток через высоковольтные передачи.
Рис. 1
Проблемы нашей энергетики сегодня у всех «на слуху». А вот какой она была еще совсем недавно.
В 1980 году население нашей страны — СССР составляло примерно двадцатую часть населения Земли, а вырабатывала страна седьмую часть всей электроэнергии земного шара. И так распределялась она по отраслям народного хозяйства. Шестьдесят процентов шло в промышленность, двадцать непосредственно на нужды населения. Мир в целом имел несколько иную пропорцию — шестьдесят к пятнадцати. Наш быт был обеспечен энергией значительно лучше, чем в других странах… И это несмотря на то, что из-за больших размеров территории условия для развития энергетики были у нас не из самых лучших. Так, например, потери в проводах дальних линий электропередачи составляли около 15 % всей полученной электроэнергии.
А теперь посмотрим, на что, как и в каких количествах мы расходуем электроэнергию в быту.
Самая большая статья расхода — это освещение — примерно 40–50 кВт/ч в месяц. За ним следует электроплита (если она есть) — 92 кВт/ч.
Удивляет своей прожорливостью тихоня холодильник— 38 кВт/ч. Телевизор — 12 кВт/ч, утюг — 8, пылесос — 4 и стиральная машина — 4, да еще плюс разные мелочи. Итого примерно 215 кВт/ч в месяц.
А теперь подумайте, на что эта энергия расходуется? Некоторая часть света и тепловых лучей вылетает через окна и отправляется греть улицу. Но подавляющая часть (99 %) остается в комнате, превращается в тепло и согревает ее. В этом деле пылесос, холодильник, телевизор выступают как электронагревательные приборы.
Ведь, например, совершаемая пылесосом механическая работа в конечном итоге переходит в тепло. Конечно, в зимнее время этого тепла недостаточно. В 25-градусный мороз для отопления 40-метровой квартиры необходимо добавить еще 3000 кВт/ч тепла любого происхождения. Разумеется, электричеством квартиры отапливают редко — дорого. Получают тепло в виде горячей воды, поступающей от ТЭЦ или котельных, где в городских условиях сегодня все чаще сжигается природный газ. Он имеется почти в каждом доме. Это позволяет взглянуть по-новому на проблему, волновавшую энергетиков более ста лет назад. Все необходимые виды энергии мы могли бы сегодня получать на месте. Надо лишь устроить теплоэлектроцентраль на дому.
Кому-то покажется, что это должно быть нечто шумное и громоздкое. Не будем спешить, а вначале посчитаем КПД этого устройства. Общая потребность квартиры в энергии, как мы уже подсчитали, 3215 кВт/ч в месяц. Из них 215 кВт/ч нам нужно иметь в виде электроэнергии. Тогда КПД устройства находим путем деления 215/3215 = 0,067. Грубо говоря, семь процентов. Такой КПД без труда можно получить от батареи термоэлементов. Напомним, что термоэлемент состоит из двух спаянных разнородных проводников (рис. 4.).
Если один из них нагревать, а другой охлаждать, то в цепи появится электрический ток. Явление это было открыто в 1821 году немецким физиком Томасом Зеебеком. На его основе пытались получать электроэнергию для практических целей. Однако применение спаев из разнородных металлических проводников позволяло добиться лишь весьма низкого КПД, не превышавшего 0,5 %. Лишь после изобретения в 1930 году советским ученым А.Ф. Иоффе полупроводников КПД термоэлементов удалось сразу же увеличить в 10 раз.
В конце 80-х годов в СССР были созданы экспериментальные полупроводниковые термоэлектрогенераторы, имеющие КПД более 40 %.
Вот как могла бы выглядеть домашняя термоэлектростанция (рис. 2).
Каталитическая газовая горелка, в которой газ горит самым чистейшим образом без малейшего выделения ядовитых веществ, нагревает горячие спаи батареи термоэлементов. Противоположные спаи охлаждаются водой, которая нагревается и расходуется для различных домашних нужд. Продукты сгорания, пройдя через спаи термоэлементов, еще имеют высокую температуру. Поэтому они направляются в регенератор, где своим теплом подогревают свежий воздух, поступающий к горелке.
Этим достигается значительная экономия газа. Отметим, что наша электростанция, в сущности, выполняет все функции теплоэлектроцентрали. Как и нормальная ТЭЦ, она снабжает нас электричеством, а бросовое тепло, которое появляется в результате охлаждения, не выбрасывается на улицу, а направляется потребителю. И крохотная домашняя ТЭЦ сможет выполнять свое предназначение во всех отношениях лучше, чем полноразмерная. Судите сами.
Начнем с того, что домашняя ТЭЦ не нуждается в подстанциях и проводах, а потому не теряет 15 % на передачу электроэнергии. Присмотримся к качеству поставляемой нам сегодня электроэнергии. Оно сложилось исторически, но отнюдь не безупречно. Напряжение (220 В) опасно для жизни. Но столь высокое значение выбрано ради снижения потерь в весьма протяженных городских электросетях. В квартире длина проводов ничтожна, и можно выбрать абсолютно безопасное напряжение, например, 24 вольта. Частота переменного тока 50 Гц также не является наилучшей. В бортовых сетях самолетов применяют ток в 400 Гц а на ракетах даже частотой 1000 Гц. С ростом частоты резко уменьшаются размеры электродвигателей и трансформаторов, но одновременно резко возрастают потери на излучение энергии проводами в виде радиоволн. Поэтому для передач на большие расстояния и выбрали ток частотой 50–60 Гц. Однако в пределах квартиры, как и на борту самолета, больших расстояний нет. И, выбрав ток повышенной частоты, мы получим колоссальные преимущества. Пылесосы станут очень легкими и дешевыми.