Termoakustyka pozostałaby nauką teoretyczną dla laboratoriów i pracowni fizycznych, gdyby nie wcześniejsze wynalazki z innej gałęzi fizyki – termodynamiki. Otrzymał nowy okres odrodzenia wraz z wynalezieniem silnika cieplnego Stirlinga. Stało się to w XIX wieku i niemal natychmiast doprowadziło do rewolucji w dziedzinie techniki. Energia cieplna zaczęła być szeroko stosowana we wszelkiego rodzaju silnikach. Jednak wynalazek, który dzisiaj badamy, dotyczy w szczególności termoakustyki – nauki o interakcji dźwięku i ciepła. Możesz zapytać, co ma z tym wspólnego silnik i generator? Uporządkujmy to po kolei.
Zasada działania silnika termoakustycznego
To improwizowane urządzenie jest dosłownie składane ze złomu lub nawet ich pozostałości. Nie przeszkadza to jednak w nazywaniu go generatorem silnikowym, wytwarzającym prąd z ciepła. Zjawisko to opiera się na zasadzie tworzenia fal akustycznych przechodzących przez rezonator z dwiema membranami, które tworzą rezonans. Na ich szczycie znajduje się magnes, który wibruje od tych fal z określoną częstotliwością. W rezultacie powstaje pole magnetyczne, które jest wychwytywane przez cewkę indukcyjną. To z kolei jest w stanie wytwarzać prąd elektryczny przesyłany do konsumenta.
Podstawą tego wynalazku jest moduł górny – przetwornik termoakustyczny lub silnik. Zasadniczo jest to szklana rurka, która jest podzielona na trzy strefy:
- Strefa grzewcza – podgrzewane jest w niej powietrze lub gaz;
- Strefa regeneracji - substancja, która na przemian styka się z zimnym i gorącym powietrzem;
- Strefa chłodzenia – w której następuje spadek temperatury powietrza.
Materiały i narzędzia
Aby stworzyć generator silnika, będziemy potrzebować następujących składników:
- Szklana rurka żaroodporna;
- Kawałek metalowej rury;
- Kilka narożników hydraulicznych z PCV;
- Kawałek tekturowej tuby;
- Gumowa piłka lub rękawica do membran;
- Taśma izolacyjna;
- Rolka wełny stalowej lub gąbki do mycia naczyń;
- Magnes neodymowy;
- Induktor;
- Mały kawałek materiału do mycia naczyń;
- Drewniana okładzina do zewnętrznego gniazda lub przełącznika;
- Uszczelniacz, klej.
Wśród narzędzi możemy polecić coś, co prawdziwy majsterkowicz powinien mieć zawsze pod ręką: nóż, szczypce, przecinaki do drutu, śrubokręt, pistolet do klejenia i pistolet do silikonu.
Montaż generatora termoakustycznego
Konstrukcja silnika zmontowana jest w oparciu o ramę z rur miedzianych i jedną rurę szklaną. Łączy je rezonator – ważna i nietypowa część tego silnika. To tutaj poruszają się fale dźwiękowe wytwarzane przez regenerator.
Jest to prosta tekturowa tuba, pośrodku której znajduje się membrana uniemożliwiająca cyrkulację powietrza. Jeśli wykluczymy ten element, po prostu nie będzie wibracji w górnej membranie, która znajduje się w szyjce rezonatora.
Autor filmu zdecydował się przeciąć rurkę na pół i naciągnąć kawałek gumowej rękawicy medycznej na jedną z części jako dolną membranę. Owinął szew połączonych fragmentów rezonatora taśmą elektryczną.
Specjalnie poszerzył szyjkę rezonatora, aby wzmocnić efekt wibracji dźwiękowych z regeneratora na górną membranę. Zrobił go z gęstszej gumy balonu. W dolnej części tuby znajduje się drewniana podkładka pod zewnętrzny włącznik lub gniazdo, zapewniająca stabilność montażu.
Silnik z rurką szklaną to probówka z kawałkiem wełny stalowej lub wiórami umieszczonymi pośrodku. Po strefie regeneracji powinno nastąpić ochłodzenie powietrzem, co ułatwia kawałek materiału nasączony wodą i owinięty wokół podstawy probówki. W wyniku ruchu powietrza przez dwa środowiska o przeciwnej temperaturze dochodzi do intensywnego generowania fal dźwiękowych.
Ostatnią częścią silnika jest mały, ale mocny magnes neodymowy. Wytwarza wówczas niewielkie, ale bardzo częste drgania przenoszone z membrany pod wpływem dźwięku.
Aby zamienić ten silnik termoakustyczny w generator, potrzebujemy cewki indukcyjnej lub prostego elektromagnesu.Możesz wykonać ten element samodzielnie, nawijając drut miedziany na szpulę, na przykład ze sprzętu wędkarskiego. Głównym warunkiem jest to, że jego średnica wewnętrzna musi być większa niż średnica magnesu.
Jako transmiter energii cieplnej dla małych instalacji można wykorzystać zwykłą świecę lub kawałek suchego alkoholu i jednocześnie porównać moc otrzymaną z różnych źródeł ciepła.
W eksperymencie autor demonstruje efekt zbliżenia cewki indukcyjnej do magnesu i oddalenia jej. Ponieważ w tym obwodzie elektrycznym nie ma pojemności magazynowania, różnica jest zauważalna natychmiast.
Mocując cewkę w strefie pola magnetycznego, można z takiego generatora pobrać prąd do zasilania np. panelu LED lub oświetlenia.
Wniosek
Oczywiście takiego wynalazku nie można dziś uznać za całkowicie ukończony i kompletny. Wymaga poprawy, gdyż sam autor przyznaje, że wibracje wywołane falami dźwiękowymi są dość zauważalne. Obudowa silnika jest lekka i nie zawiera stabilizatora, a sama konstrukcja jest słaba. Nie można jednak pominąć samego faktu wytwarzania prądu z ciepła. Być może Państwa modernizacja tej instalacji doprowadzi do wielkiego przełomu w dziedzinie alternatywnych źródeł energii, a świat wreszcie otrzyma źródło taniej, czystej energii bez szkody dla naszej planety.
