Termoakustika būtu palikusi kā teorētiska zinātne laboratorijām un fizikas kabinetiem, ja ne iepriekšējie izgudrojumi citā fizikas nozarē – termodinamikā. Tas saņēma jaunu atdzimšanas periodu, izgudrojot Stirlinga siltuma dzinēju. Tas notika 19. gadsimtā un gandrīz nekavējoties izraisīja revolūciju tehniskajā jomā. Siltumenerģiju sāka plaši izmantot visu veidu dzinējos. Bet izgudrojums, kuru mēs šodien izskatām, ir īpaši saistīts ar termoakustiku - zinātni par skaņas un siltuma mijiedarbību. Jūs varat jautāt, kāds sakars ar to motoram un ģeneratoram? Sakārtosim to secībā.
Termoakustiskā motora darbības princips
Šī improvizētā ierīce burtiski ir salikta no metāllūžņiem vai pat to atliekām. Tomēr tas neliedz to saukt par dzinēju ģeneratoru, kas ražo elektroenerģiju no siltuma. Šīs parādības pamatā ir akustisko viļņu radīšanas princips, kas iziet caur rezonatoru ar divām membrānām, kas rada rezonansi. To augšpusē ir magnēts, kas vibrē no šiem viļņiem ar noteiktu frekvenci. Tā rezultātā veidojas magnētiskais lauks, ko uztver induktors. Tas savukārt spēj radīt patērētājam nodoto elektrisko strāvu.
Šī izgudrojuma pamatā ir augšējais modulis - termoakustiskais pārveidotājs jeb dzinējs. Būtībā tā ir stikla caurule, kas ir sadalīta trīs zonās:
- Apkures zona – tajā silda gaisu vai gāzi;
- Reģeneratora zona - viela, kas pārmaiņus nonāk saskarē ar aukstu un karstu gaisu;
- Dzesēšanas zona – kurā pazeminās gaisa temperatūra.
Materiāli un instrumenti
Lai izveidotu dzinēja ģeneratoru, mums būs nepieciešamas šādas sastāvdaļas:
- Stikla karstumizturīga caurule;
- Metāla caurules gabals;
- Vairāki PVC santehnikas stūri;
- Kartona caurules gabals;
- Gumijas bumba vai cimds membrānām;
- Izolācijas lente;
- Tērauda vates rullis vai trauku mazgāšanas sūklis;
- Neodīma magnēts;
- Induktors;
- Neliels auduma gabals trauku mazgāšanai;
- Koka odere ārējai kontaktligzdai vai slēdzim;
- Hermētiķis, līme.
Starp instrumentiem mēs varam ieteikt, lai pa rokai būtu kaut kas tāds, kam vienmēr jābūt pa rokai: nazis, knaibles, stiepļu griezēji, skrūvgriezis, līmes pistole un silikona pistole.
Termoakustiskā ģeneratora montāža
Dzinēja konstrukcija ir salikta, pamatojoties uz rāmja vara caurulēm un vienu stikla cauruli. Tos vieno rezonators – svarīga un neparasta šī dzinēja sastāvdaļa. Šeit pārvietojas reģeneratora radītie skaņas viļņi.
Šī ir vienkārša kartona caurule, kuras vidū ir membrāna, kas neļauj gaisam cirkulēt. Ja izslēdzam šo elementu, tad augšējā membrānā, kas atrodas rezonatora kaklā, vienkārši nebūs vibrāciju.
Video autors izvēlējās caurulīti pārgriezt uz pusēm un kā apakšējo membrānu pārstiept gumijas medicīniskā cimda gabalu virs vienas no daļām. Savienoto rezonatora fragmentu šuvi viņš aptin ar elektrisko lenti.
Viņš īpaši paplašināja rezonatora kaklu, lai uzlabotu reģeneratora skaņas vibrāciju ietekmi uz augšējo membrānu. Viņš to izgatavoja no blīvākas balona gumijas. Caurules apakšā ir koka pamatne ārējam slēdzim vai kontaktligzdai uzstādīšanas stabilitātei.
Stikla caurule-motors ir mēģene, kuras vidū ir ievietots tērauda vates gabals vai skaidas. Pēc reģenerācijas zonas jānotiek gaisa dzesēšanai, ko veicina ūdenī samērcēts auduma gabals, kas aptīts ap mēģenes pamatni. Sakarā ar gaisa kustību caur divām pretējas temperatūras vidēm, notiek intensīva skaņas viļņu veidošanās.
Motora pēdējā daļa ir mazs, bet jaudīgs neodīma magnēts. Pēc tam tas rada nelielas, bet ļoti biežas vibrācijas, kas skaņas ietekmē tiek pārraidītas no membrānas.
Lai šo termoakustisko motoru pārvērstu par ģeneratoru, mums ir nepieciešams induktors vai vienkāršs solenoīds.Šo elementu varat izgatavot pats, uztinot vara stiepli uz spoles, piemēram, no zvejas rīka. Galvenais nosacījums ir tāds, ka tā iekšējam diametram jābūt lielākam par magnēta diametru.
Kā siltumenerģijas raidītāju nelielām instalācijām varat izmantot parastu sveci vai sausā spirta gabalu un tajā pašā laikā salīdzināt jaudu, kas saņemta no dažādiem siltuma avotiem.
Eksperimentā autors demonstrē efektu, kas rodas, tuvinot induktors magnētam un attālinot to. Tā kā šajā elektriskajā ķēdē nav atmiņas ietilpības, atšķirība ir pamanāma uzreiz.
Nostiprinot spoli magnētiskā lauka zonā, jūs varat saņemt elektroenerģiju no šāda ģeneratora, lai darbinātu, piemēram, LED paneli vai gaismas.
Secinājums
Protams, šādu izgudrojumu mūsdienās nevar uzskatīt par pilnīgi pabeigtu un pabeigtu. Tas prasa uzlabojumus, jo pats autors atzīst, ka skaņas viļņu vibrācija ir diezgan jūtama. Dzinēja korpuss ir viegls un nesatur stabilizatoru, un pats dizains ir vājš. Tomēr nevar ignorēt pašu elektroenerģijas ražošanas faktu no siltuma. Iespējams, jūsu šīs iekārtas modernizācija novedīs pie grandioza izrāviena alternatīvās enerģijas jomā, un pasaule beidzot saņems lētas tīras enerģijas avotu, nekaitējot mūsu planētai.
