Ошибка!

Показать Ошибка!

Забыли пароль?

Ошибка!

Ошибка!

Скрыть Ошибка!

Скрыть Ошибка!

Забыли пароль? Напишите ваш email и мы отправим письмо с инструкциями.

Ошибка!

Обратно

Закрыть

Исследователи предсказывают, а затем доказывают странные твердотельные тепловые переключатели

Исследователи предсказывают, а затем доказывают странные твердотельные тепловые переключатели
Исследователи из штата Огайо показали, как обычный керамический материал может изменить свою теплопроводность в ответ на воздействие электрического поля, открыв дверь для твердотельных тепловых переключателей, которые могли бы сделать термоэлектрические генераторы намного более эффективными.


Открытие было основано на полезной, но сбивающей с толку идее о квазичастицах, которые действуют так, как будто они существуют, но на самом деле их нет. В твердом теле есть только три типа частиц: протоны, нейтроны и электроны. Когда эти отдельные частицы упакованы вместе в твердое тело, их чрезвычайно трудно предсказать, поскольку движение каждой из них напрямую зависит от всех остальных в массивно-хаотической задаче о множестве тел.

Но, несмотря на безумную сложность, в этих системах есть наблюдаемые эмерджентные паттерны, которые ведут себя гораздо проще, как если бы они были частицами, не взаимодействующими со всем, что их окружает. Исследователи обнаружили некоторое их количество в различных системах и назвали их квазичастицами. По сути, это математические инструменты, которые позволяют ученым работать с простыми моделями поведения, возникающими в хаотических системах.

Соответствующей квазичастицей в этом случае является феррон, который, как предполагалось, существует в сегнетоэлектрических материалах, подмножестве пьезоэлектрических материалов. Пьезоэлектрики — это материалы, которые генерируют переменное напряжение при вибрации или нагрузке, или вибрируют при воздействии внешнего переменного напряжения. Например, в некоторых микрофонах используются пьезоэлектрические компоненты для преобразования звуковых волн в электрические сигналы. Сегнетоэлектрики - это пьезоэлектрики, которые также демонстрируют электрическую поляризацию, которую можно обратить вспять приложением электрического поля.

Ферронов, как и других квазичастиц, не существует. Но они описывают волны, которые проходят через сегнетоэлектрические материалы, несущие как тепло, так и поляризацию, которые распространяются предсказуемым образом, даже если реальность каждой частицы в матрице намного сложнее.

Исследователи из штата Огайо предсказали, а затем попытались подтвердить поведение ферронов, используя обычную керамику из титаната свинца и циркония в качестве сегнетоэлектрического материала. Их теория: когда электрическое поле используется для возбуждения пьезоэлектрических колебаний в сегнетоэлектрическом материале, эти колебания изменяют теплопроводность материала.

«Мы выяснили, что это изменение положения этих атомов и изменение характера колебаний должно нести тепло, и поэтому внешнее поле, которое изменяет эту вибрацию, должно влиять на теплопроводность», — сказал Джозеф Хереманс, старший автор нового исследования, опубликованного в журнале Science Advances.

«Феррон также чувствителен к деформации в твердом теле», продолжил он. «Поскольку феррон переносит тепло, это делает количество переносимого тепла зависимым от электрического поля. Поэтому мы написали новую теорию, которая связывает внешнее электрическое поле, напряжение, которое оно вызывает в сегнетоэлектрике, и как это напряжение влияет на теплопроводность».


Тестирование подтвердило их прогнозы — хотя и в довольно мягком эффекте. Приложение электрического поля к керамике дало 2%-ую разницу между ее максимальной и минимальной теплопроводностью. «Любое применение зависит от того, найдем ли мы материал, в котором эффект будет намного больше», — сказал Хереманс. «Мы ищем материалы с нужными параметрами». Теория предсказывает, что будут другие материалы, способные изменять теплопроводность на целых 15%.

Потенциальным результатом здесь является новый тип теплового выключателя, который работает без движущихся частей в диапазоне температур. Большинство современных технологий основаны либо на механических клапанах, которые со временем выходят из строя, либо на чрезвычайно низких или очень специфических температурах для проявления каких-либо полезных эффектов.

Это может привести к радикальному скачку эффективности термоэлектрических систем, преобразующих тепло в электричество. «Термодинамическая эффективность схемы выработки электроэнергии критически зависит от разницы температур между горячим и холодным тепловыми резервуарами», — сказал Хереманс. «С помощью теплового выключателя и системы накопления тепла можно поддерживать температуру аккумулирующей среды намного выше средней температуры горячего источника и близкой к ее максимуму, что может удвоить тепловую эффективность системы».

Статья находится в открытом доступе в журнале Science Advances.

Комментарии:

Еще нет комментариев, станьте первым коментатором!
Войдите на зайт или зарегистрируйтесь, чтобы оставлять комментарии!
0
Причины роста популярности Астрономии и Космоса среди молодого поколения

Причины роста популярности Астрономии и Космоса среди молодого поколения

Астрономия и космос всегда привлекали внимание людей всех возрастов, но особенно ярко эта наука проявляется среди молодого поколения.

Астрономия и космос всегда привлекали внимание людей всех возрастов, но особенно ярко эта наука проявляется среди молодого поколения. Многие факторы объясняют популярность астрономии среди молодых людей: от увлекательных открытий в области космоса до влияния культурных произведений. Сериалы, фильмы и другие произведения искусства о космических приключениях играют значительную роль в формировании ...
25.02.24 17:55
0
0
e-Learning в цифрах: 6 общих фактов, много данных и прогнозы на ближайшее будущее

e-Learning в цифрах: 6 общих фактов, много данных и прогнозы на ближайшее будущее

e-Learning – это обучение с помощью цифровых технологий (Интернета, электронных устройств и специальных программ). Процесс можно организовать в аудиториях или удалённо, одновременно для целой группы или по гибкому графику для каждого.

e-Learning – это обучение с помощью цифровых технологий (Интернета, электронных устройств и специальных программ). Процесс можно организовать в аудиториях или удалённо, одновременно для целой группы или по гибкому графику для каждого. Ранее эта система была не популярна. Затем вспыхнул COVID-19, и все перешли на «удалёнку»: школы, ВУЗы, компании. Электронное обучение стало нужным в глобальном мас...
28.12.23 18:10
0
5
Энергорезонатор Neutrino Power Cube - электроэнергия под воздействием невидимого спектра излучений

Энергорезонатор Neutrino Power Cube - электроэнергия под воздействием невидимого спектра излучений

Следующим этапом на пути к отказу от ископаемого топлива станут, вероятнее всего, энергетические технологии, связанные с возможностью преобразования энергии полей материи Луи де Бройля, обладающих корпускулярно-волновыми свойствами, в электрический ток.

Следующим этапом на пути к отказу от ископаемого топлива станут, вероятнее всего, энергетические технологии, связанные с возможностью преобразования энергии полей материи Луи де Бройля, обладающих корпускулярно-волновыми свойствами, в электрический ток. Это одно из перспективных направлений в науке, дающее серьёзный шанс диверсифицировать способы получения электроэнергии, а более конкретно, одно и...
30.09.23 06:25
0
9
Возобновляются работы по возведению грандиозного километрового небоскреба

Возобновляются работы по возведению грандиозного километрового небоскреба

Для архитектуры Саудовской Аравии 2023 год оказался просто невероятным. Сначала страна подтвердила, что строительство 170-километрового (105 миль) здания The Line будет продолжено, затем раскрыла планы строительства кубовидной башни, способной вместить 20 зданий Empire State Buildings.

Теперь страна возобновила реализацию своего амбициозного плана по строительству нового самого высокого здания в мире - башни Джидда. С момента завершения строительства в 2010 году дубайская башня Бурдж-Халифа (Burj Khalifa), высота которой составляет 828 м (2 717 футов), остается самым высоким рукотворным сооружением в мире. Хотя окончательная высота башни Джидда пока неизвестна, но она значитель...
22.09.23 09:06
0
5
Энергорезонатор Neutrino Power Cube - электроэнергия под воздействием невидимого спектра излучений

Энергорезонатор Neutrino Power Cube - электроэнергия под воздействием невидимого спектра излучений

Следующим этапом на пути к отказу от ископаемого топлива станут, вероятнее всего, энергетические технологии, связанные с возможностью преобразования энергии полей материи Луи де Бройля, обладающих корпускулярно-волновыми свойствами, в электрический ток.

Следующим этапом на пути к отказу от ископаемого топлива станут, вероятнее всего, энергетические технологии, связанные с возможностью преобразования энергии полей материи Луи де Бройля, обладающих корпускулярно-волновыми свойствами, в электрический ток. Это одно из перспективных направлений в науке, дающее серьёзный шанс диверсифицировать способы получения электроэнергии, а более конкретно, одно и...
30.09.23 06:25
0
2
Крупнейший в мире ветряк уже полностью подключен и работает

Крупнейший в мире ветряк уже полностью подключен и работает

Компания Three Gorges Energy подключила к электросети первую в мире морскую ветряную турбину мощностью 16 мегаватт. С ошеломляющим диаметром ротора 260 метров (853 фута) этот колосс будет снабжать чистой энергией около 36 000 китайских домов.

Он не выглядит неуместно, стоя на поле других, меньших гигантов, но MingYang Smart Energy MySE 16-260 является самым большим из когда-либо подключенных к сети. «Машинное отделение» и генератор, размещенные в ступице на вершине 152-метровой башни, весят гигантские 385 тонн, а каждая из трех 123-метровых лопастей добавляет еще 54 тонны, свисая с одной стороны вала генератора. Каждый раз, когда он с...
21.07.23 09:18
0
2
«Шагающий» бур и плазменная дрель обещают дешевую геотермальную энергию

«Шагающий» бур и плазменная дрель обещают дешевую геотермальную энергию

Словацкая компания GA Drilling продемонстрировала пару новых технологий, которые, по ее словам, могут открыть доступ к производству геотермальной энергии почти в любой точке планеты.

Anchorbit и Plasmabit обещают гораздо более быстрое и дешевое бурение горячей породы на глубине 10 км под землей. Интенсивное тепло под поверхностью Земли представляет собой практически неиссякаемый источник надежной чистой энергии, которая будет доступна 24/7 из любой точки Земли — можно использовать ее в виде пара для запуска турбин генератора или направить непосредственно в системы централизов...
30.06.23 12:34
0
4
Композитная наноплёнка – ноу-хау Neutrinovoltaic электрогенерации

Композитная наноплёнка – ноу-хау Neutrinovoltaic электрогенерации

Многослойная наноплёнка из чередующихся слоёв графена и легированного кремния, наносимых послойно на металлическую фольгу, позволила создать новый вид альтернативной энергетики.

Многослойная наноплёнка из чередующихся слоёв графена и легированного кремния, наносимых послойно на металлическую фольгу, позволила создать новый вид альтернативной энергетики. Процесс электрогенерации подчиняется законам физики, а сама технология получила название Neutrinovoltaic. Такое название обусловлено участием в этом процессе не только окружающих полей излучений невидимого спектра и темпер...
16.05.23 19:04
0