Как получают электричество используя силу воды

Как получают электричество используя силу воды

Вся материя состоит из крошечных частиц, которые называются атомами. Внутри атома имеются еще более мелкие частицы: электроны, вращающиеся вокруг центра, или ядра. Ядро состоит из протонов и нейтронов. Электрон имеет отрицательный заряд, а протон положительный. Обычно у атома столько же электронов, сколько и протонов, поэтому атом является нейтральным, т. е. не имеет заряда. Но иногда электроны слетают со своих орбит – их притягивают другие атомы, которые имеют положительный заряд, потому что в них не хватает электрона.

Движение электронов от одного атома к другому порождает энергию, которая называется электричеством. Электричество, которым мы пользуемся, вырабатывают гигантские машины – генераторы, и происходит это в местах, которые называются электростанциями. Для того чтобы генераторы работали, необходим источник энергии. Чтобы производить пар, который будет вращать огромные лопасти турбины, приводящие в действие генератор, воду для получения пара нагревают с помощью тепла, получаемого либо при сжигании угля, нефти или природного газа, либо при делении ядерного топлива.

Энергия, полученная на основе тепла, называется тепловой энергией (мощностью). Работу эту может также выполнять вода, падающая с громадных, построенных человеком плотин или водопадов (гидроэнергетика). Для питания генераторов, вырабатывающих электричество, может также использоваться сила ветра или тепло Солнца, хотя к этим источникам энергии прибегают нечасто.

С помощью гигантского магнита генератор создает поток электрических зарядов, или электрический ток, который течет по медным проводам. Но для того чтобы электричество передавалось на большие расстояния – к жилым домам и промышленным предприятиям, – необходимо повысить напряжение, то есть силу, которая толкает ток. Для этого электричество проходит через устройство, которое называется трансформатор. Готовое к путешествию, но теперь слишком мощное и опасное для использования электричество выходит из электростанции по огромным кабелям, которые должны быть надежно укрыты под землей или протянуты высоко в воздухе с помощью опорных вышек.

Когда электричество доходит до места назначения, оно пропускается через другой трансформатор, понижающий его напряжение таким образом, что оно становится пригодным для нормального использования. После этого электричество поступает в жилые дома и на промышленные предприятия по проводам. Провода подсоединены к счетчикам, которые регистрируют, сколько электричества потребляется в каждом доме, чтобы потребители могли оплатить стоимость потребленного электричества компании-производителю.

Провода, проложенные через стены и полы, подводят электричество в каждую комнату дома или квартиры. Эти провода подключены через особые устройства, которые называются плавкие предохранители или прерыватели цепи. Плавкие предохранители прерывают прохождение электрического тока (т. е. размыкают цепь), если по какой-то причине ток увеличится до опасного уровня (что может вызвать перегревание и пожар). Бытовые приборы, которые работают от электричества – освещение, телевизор, тостер и другие, можно подключить к току, нажав выключатель или вставив вилку прибора в розетку.

Министерство образования Свердловской области

Муниципальное автономное образовательное учреждение лицей № 88

История открытия электричества

Электричество – обыденное и жизненно необходимое для большинства людей явление. И как любая привычная вещь, оно редко заметно. Мало кто задаётся вопросом откуда оно появляется, как работает, что с его помощью можно сделать. Однако, его исследованием занимались задолго до нашей эры и до сих пор некоторые загадки остаются без ответа.

Что понимают под электрическим током

Электричество – это комплекс явлений, связанный с существованием электрических зарядов. Под этим словом чаще всего подразумевается электрический ток и все процессы, которые он вызывает.

Электрический ток – это направленное движение частиц, несущих заряд, под воздействием электрического поля.

Кто придумал электричество — история

Частные проявления электричества изучались ещё задолго до нашей эры. Но соединить их в одну теорию, объясняющую вспышки молний в небе, притяжение предметов, способность вызывать пожары и онемение частей тела или даже смерть человека, оказалось непростой задачей.

Учёные издревле изучали три проявления электричества:

• Рыбы, вырабатывающие электричество;
• Статическое электричество;
• Магнетизм.

В Древнем Египте целители знали о странных способностях нильского сома и пытались с его помощью лечить головную боль и другие заболевания. Древнеримские врачи использовали в сходных целях электрического ската. Древние греки подробно изучали странные способности ската и знали, что оглушить человека существо могло без прямого контакта через трезубец и рыболовные сети.

Несколько раньше было обнаружено, что если потереть янтарь о кусок шерсти, то он начнёт притягивать шерстинки и небольшие предметы. Позже был открыт и другой материал со сходными свойствами – турмалин.

Примерно в 500-х годах до н.э. индийские и арабские учёные знали о веществах, способных притягивать железо и активно использовали эту способность в разных областях. Около 100-го года до н.э. китайские учёные изобрели магнитный компас.

В 1600 году Уильям Гилберт, придворный врач Елизаветы I и Якова I, обнаружил, что вся планета – это один огромный компас и ввел понятие «электричество» (с греческого «янтарность»). В его трудах эксперименты с натиранием янтаря о шерсть и способность компаса указывать на север начали объединяться в одну теорию. На картине ниже он демонстрирует магнит Елизавете I.

В 1633 год инженер Отто фон Герике изобретает электростатическую машину, которая может не только притягивать, но и отталкивать предметы, а в 1745 году Питер ван Мушенбрук сооружает первый в мире накопитель электрического заряда.

В 1800 году итальянец Алессандро Вольта изобретает первый источник тока – электрическую батарею, вырабатывающую постоянный ток. Также он смог передать электрический ток на расстояние. Поэтому именно этот год многие считают годом изобретения электричества.

В 1831 году Майк Фарадей открывает явление электромагнитной индукции и открывает направление для изобретения различных устройств на основе электрического тока.

На рубеже XIX-XX веков совершается огромное количество открытий и достижений, благодаря деятельности Николы Тесла. Среди прочего, он изобрёл высокочастотный генератор и трансформатор, электродвигатель, антенну для радиосигналов.

Наука, изучающая электричество

Электричество – природное явление. Оно частично изучается в биологии, химии и физике. Наиболее полно электрические заряды рассматриваются в рамках электродинамики – одного из разделов физики.

Теории и законы электричества

Законов, которым подчиняется электричество немного, но они полностью описывают явление:

• Закон сохранения энергии – фундаментальный закон, которому подчиняются и электрические явления;
• Закон Ома – основной закон электрического тока;
• Закон электромагнитной индукции – о электромагнитном и магнитном полях;
• Закон Ампера – о взаимодействии двух проводников с токами;
• Закон Джоуля-Ленца – о тепловом эффекте электричества;
• Закон Кулон – об электростатике;
• Правила правой и левой руки – определяющие направления силовых линий магнитного поля и силы Ампера, действующей на проводник в магнитном поле;
• Правило Ленца – определяющее направление индукционного тока;
• Законы Фарадея – об электролизе.

Первые опыты с электричеством

Первые опыты с электричеством носили, в основном, развлекательный характер. Их суть была в лёгких предметах, которые притягивались и отталкивались под действием плохо изученной силы. Другой занимательный опыт – передача электричества через цепочку людей, взявшихся за руки. Физиологическое действие электричества активно изучал Жан Нолле, заставивший пройти электрический заряд через 180 человек.

Из чего состоит электрический ток

Электрический ток – это направленное или упорядоченное движение заряженных частиц (электронов, ионов). Такие частицы называют носителями электрического заряда. Для того чтобы движение появилось, в веществе должны быть свободные заряженные частицы. Способность заряженных частиц перемещаться в веществе определяет проводимость этого вещества. По проводимости вещества различают на проводники, полупроводники, диэлектрики и изоляторы.

В металлах заряд перемещают электроны. Само вещество при этом никуда не утекает – ионы металла надёжно закреплены в узлах структуры и лишь слегка колеблются.

В жидкостях заряд переносят ионы: положительно заряженные катионы и отрицательно заряженные анионы. Частицы устремляются к электродам с противоположным зарядом, где становятся нейтральными и оседают.

В газах под действием сил с разными потенциалами образуется плазма. Заряд переносится свободными электронами и ионами обоих полюсов.

В полупроводниках, заряд перемещают электроны, перемещаясь от атома к атому и оставляя после себя разрывы, считающиеся положительно заряженными.

Откуда берется электрический ток

Электричество, поступающее по проводам в дома, вырабатывается электрическим генератором на различных электростанциях. На них генератор соединён с постоянно вращающейся турбиной.

В конструкции генератора есть ротор – катушка, которая располагается между полюсами магнита. При вращении турбиной этого ротора в магнитном поле по законам физики появляется или наводится электрический ток. Таким образом назначение генератора – преобразовывать кинетическую силу вращения в электричество.

Заставить турбину крутиться можно многими способами, используя разнообразные источники энергии. Они разделяются на три вида:

• Возобновляемые – энергия, получаемая из неисчерпаемых ресурсов: потоков воды, солнечного света, ветра, геотермальных источников и биотоплива;
• Невозобновляемые – энергия, получаемая из ресурсов, которые возникают очень медленно, несоизмеримо с темпами расходования: уголь, нефть, торф, природный газ;
• Ядерные – энергия, получаемая из процесса ядерного деления клеток.

Чаще всего электроэнергия возникает благодаря работе:

• Гидроэлектростанций (ГЭС) – строятся на реках и используют силу водного потока;
• Тепловых электростанций (ТЭС) – работают на тепловой энергии от сжигания топлива;
• Атомные электростанции (АЭС) – работают на тепловой энергии, получаемой от процесса ядерной реакции.

Преобразованная энергия по проводам поступает в трансформаторные подстанции и распределительные устройства и уже потом доходит до конечного потребителя.

Сейчас активно развиваются так называемые альтернативные виды энергии. К ним относят ветрогенераторы, солнечные батареи, использование геотермальных источников и любые другие способы получить электроэнергию через необычные явления. Альтернативная энергетика сильно уступает по производительности и окупаемости традиционным источникам, но в определённых ситуациях помогают сэкономить и снизить нагрузку на основные электросети.

Также есть миф о существовании БТГ — бестопливных генераторов. В интернете есть ролики демонстрирующие их работу и предлагается их продажа. Но о достоверности этой информации идут большие споры.

Виды электричества в природе

Самый простой пример электричества, возникающего естественным путём – это молнии. Частицы воды в облаках постоянно сталкиваются друг с другом, приобретая положительный или отрицательный заряд. Более лёгкие, положительно заряженные частицы оказываются в верхней части облака, а тяжёлые отрицательные перемещаются вниз. Когда два подобных облака оказываются на достаточно близком расстоянии, но на разной высоте, положительные заряды одного начинают взаимно притягиваться отрицательными частицами другого. В этот момент и возникает молния. Также это явление возникает между облаками и самой земной поверхностью.

Другое проявление электричества в природе – это специальные органы у рыб, скатов и угрей. С их помощью они могут создавать электрические заряды, чтобы обороняться от хищников или оглушать своих жертв. Их потенциал – от совсем слабых разрядов, незаметных для человека, до смертельно опасных. Некоторые рыбы создают вокруг себя слабое электрическое поле, помогающее искать добычу и ориентироваться в мутной воде. Любой физический объект так или иначе искажает его, что помогает воссоздавать окружающее пространство и «видеть» без глаз.

Также электричество проявляется и в работе нервной системы живых организмов. Нервный импульс передаёт информацию от одной клетки к другой, позволяя реагировать на внешние и внутренние раздражители, мыслить и управлять своими движениями.

Как получают электричество используя силу воды

Главная
• Список секций
• Физика
• КАК ПОЛУЧАЮТ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО.

КАК ПОЛУЧАЮТ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО.

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Электричество имеет большое значение в нашей жизни. Почти все, что нас окружает, работает на электричестве. Например, бытовая техника у нас дома: телевизоры, стиральные машины, холодильники, компьютеры, лампочки для освещения. На улице за счет электрического тока ездят троллейбусы, трамваи, электрички, и, даже машины, используют электричество для управления и освещения дороги фарами. На заводах на электричестве работают станки, печи и другие сложные механизмы.

Так откуда же берется электричество, которое поступает к нам в дом по проводам?

В своей работе я изучу, как вырабатывается электричество на электростанциях: ТЭЦ, АЭС, гидроэлектростанция, ветроэлектростанция. Как по электрическим проводам, закрепленным на специальных опорах, электричество направляется в город, затем в каждый дом, в каждую квартиру.

В экспериментальной части докажу, как «маленький» генератор вырабатывает ток, которого будет достаточно для освещения домика.

Тема «Как получают электричество» мне особенно интересна, потому что, чтобы изготовить макеты, надо паять настоящие схемы.

Цель исследования: изучение возникновения электричества.

Задачи исследования:

Изучить, как появляется электричество за счет преобразования энергии воды, ветра, солнца и газа.

Понять, как устроен генератор, который вырабатывает электричество.

Рассмотреть, как устроена батарейка (переносной источник энергии).

Провести эксперименты: подключить игрушечный домик к генератору, который будет вырабатывать электрический ток, чтобы включить в домике освещение. Затем, таким же образом включить вентилятор.

Изготовить самодельную батарейку из соленой воды и металлических пластинок.

Содержание работы:

Первое, что необходимо сделать: проанализировать учебную литературу. Из нее я узнал следующее: Электричество вырабатывается на электростанциях, затем по электрическим проводам, закрепленным на специальных опорах, направляется в город, затем в каждый дом, в каждую квартиру.

Электростанции

Электричество вырабатывается на электростанциях за счет преобразования энергии воды, ветра, солнца и газа в электрическую энергию (рис.1).

Рис.1 Электростанции: а – теплоэлектроцентраль (ТЭЦ), б — атомная электростанция, в – гидроэлектростанция, г – ветроэлектростанции.

Теплоэлектроцентраль (рис.1а), одна из самых распространенных станций, дает городу не только электричество, но и тепло для отопления домов зимой. Таких станций построено очень много. Как она работает? В большой печке сжигают газ, тот самый газ, на котором мы готовим еду в кухне, см. схему на рис.2. Газ нагревает котел с водой. Вода, нагреваясь, превращается в пар. Пар вращает турбину, а она в свою очередь вращает генератор, который и вырабатывает электрический ток. Электричество по линиям электропередачи направляется к нам в город. Дым от сгоревшего газа выходит в трубу, а пар охлаждаясь в градирне, превращаясь обратно в воду, возвращается в котел. Зимой эта горячая вода направляется в наши дома, для отопления квартир. Теперь мы видим, что механическая энергия вращения, превращается в электрическую энергию, в генераторе . [1, 4]

Рис.2. Схема работы ТЭЦ

Атомная электростанция (АЭС) сложнее предыдущей электростанции, см. рис.1б. Их меньше у нас в стране. Все дело в том, что в них не сжигают газ, а используют тепло от ядерной реакции (рис. 3). Получение такой ядерной энергии очень сложный процесс. На АЭС внутри реактора циркулирует обычная вода, очищенная от всех примесей. Реактор запускается, когда из его активной зоны извлекаются стержни, поглощающие нейтроны. Во время цепной реакции высвобождается большая тепловая энергия. Вода, циркулируя через активную зону, омывая топливные элементы, нагревается до 320 0 С. Проходя внутри теплообменных трубок парогенератора, вода первого контура отдает тепло воде второго контура, не соприкасаясь с ней, что исключает попадание радиоактивных веществ за пределы реакторного зала. В остальном схема точно такая же, как и предыдущая. Вода второго контура превращается в пар. Пар с бешеной скоростью вращает турбину, а турбина приводит в движение электрогенератор, который вырабатывает электрический ток. Электричество по линиям электропередачи направляется к нам в город [1, 4].

Рис. 3 Схема работы АЭС

Гидроэлектростанция есть у нас в Перми (рис.1-в). В таких электростанциях используют энергию падающей воды. Для этого — строят поперек реки плотину. С ее высоты вода падает вниз и вращает турбину, а турбина вращает генератор, который вырабатывает электричество. Схема работы гидроэлектростанции показана на рис.4 [1, 4].

Рис. 4 Схема работы гидроэлектростанции

Ветроэлектростанции используют энергию ветра (рис.1-г). Такие электростанции не очень мощные. Ветер вращает лопасти вентилятора, похожие на лопасти самолета, только очень большие. А они уже вращают генератор (рис.5) [4].

Рис. 5 Схема работы ветроэлектростанции

Есть и другие электростанции, в которых ничего не вращается, и в них нет генератора. Это солнечные электростанции [4]. Энергия солнечного света преобразуется в электрическую в солнечных панелях, изготовленных из специального материала, который под воздействием солнечной энергии начинает вырабатывать электрический ток (рис.6).

Рис. 6 Схема работы солнечной электростанции

Устройство генератора

Так как же устроен генератор, который вырабатывает электричество?

Все мы знаем, что такое магнит, любой с ним сталкивался и играл. Магнит притягивает к себе металлические предметы. Магниты бывают разные: большие и маленькие, сильные и слабые [1].

Если в магнитное поле поместить рамку, сделанную из электрического провода, закрепить ее так, чтобы можно было вращать за ручку, то получится простейший генератор [1, 3]. Если вращать рамку, в ней возникнет электрический ток. И, если ток будет достаточно мощный, то им можно будет зажечь электрическую лампочку (рис.7). В настоящих генераторах используют вместо рамки очень длинный провод, намотанный на специальные катушки и за счет этого, генераторы получаются очень мощные.

Рис.7 Схема устройства генератора

Но что будет, если к генератору подвести электрический ток?

Если к генератору подвести электрический ток, то рамка начнет сама вращаться, то есть произойдет обратный эффект (рис.8). Такие устройства называются электродвигатели [1, 3]. Они так же бываю большими и маленькими, мощными и слабыми.

Рис.8 Схема устройства двигателя

Что делать, если источник энергии нужен переносной, а не связанный с розеткой проводами? Для этого существуют, всем нам знакомые, батарейки.

Батарейки

Батарейка — это, емкость в которой происходит химическая реакция. Самая простая батарейка состоит из цинкового стаканчика, графитового стержня и электролита между ними (рис.9).

Рис.9 Устройство батарейки

В процессе использования батарейки, химическая реакция разрушает ее изнутри и батарейка «садится», то есть разряжается. Чем больше мы нагружаем батарейку, тем сильнее химическая реакция и тем быстрее она разрядится [1, 2].

Самую простую батарейку можно изготовить дома [2]. Для этого необходимо взять два разных «металла»: гвоздик и монетка — это будут электроды (рис.10), а в качестве электролита можно использовать лимон.

Рис.10 Самодельная батарейка

Но надо учесть, что такая батарейка будет очень слабая и ее не хватит даже для того, чтобы загорелась лампочка. То, что электричество появилось, мы видим только на приборе, который называется вольтметр.

Еще самодельную батарейку можно изготовить из соленой воды и металлических пластинок (рис.11). Ее устройство очень простое. Имеется три баночки, наполненные простой соленой водой. В каждую из них опускаем по два электрода, изготовленных из металлических пластинок. Одна пластинка покрыта медью, а вторая — цинком.

Рис. 11 Самодельная батарейка

Вот такую батарейку я и продемонстрирую в экспериментальной части моей работы. А также проведу другие эксперименты: подключу игрушечный домик к генератору, который будет вырабатывать электрический ток, чтобы включить в домике освещение. И докажу следующее: механическая энергия вращения преобразуется в электрическую энергию, в генераторе.

Экспериментальная часть:

В первом эксперименте я подключу игрушечный домик к маленькой электростанции (рис.12). Буду вращать ручку, и маленький генератор будет вырабатывать ток, которого хватит, чтобы в домике заработало освещение.

Материалы для изготовления макета: картон, деревянные фанерки размером 90х170 мм, 70х165 мм, розетка, механизм от фонарика, провода, вилка, лампочки (5 шт.), клей.

Рис. 12 Первый эксперимент

Во втором эксперименте я подключу к электростанции вентилятор (рис.13). Мы увидим, как механическая энергии вращения в генераторе, преобразуется в электрическую, бежит по проводам к вентилятору, и в его двигателе, преобразуется обратно в энергию вращения.

Материалы для изготовления макета: картон, деревянные фанерки размером 95х210 мм, 70х165 мм, розетка, провода, вилка, клей, вентилятор, электродвигатель.

Рис.13 Второй эксперимент

В третьем эксперименте я подключу к батарейкам, по-очереди, все тот же домик и вентилятор (рис.14-а,-б).

Материалы для изготовления макета: картон, деревянные фанерки размером 95х210 мм, 70х165 мм, 90х170 мм, розетка, провода, вилка, клей, вентилятор, электродвигатель, лампочки (5 шт.), батарейки.

Рис.14 Третий эксперимент

В следующем – четвертом эксперименте я продемонстрирую самодельную батарейку (рис.15-а). Берем баночки заполненные соленой водой. В каждую из них опускаем по два электрода, изготовленные из металлических пластинок. Одна пластинка покрыта медью, а вторая цинком.

Материалы для изготовления макета: картон Ø 20 мм, часовой механизм, лампочка (1 шт.), провода, три баночки с соленой водой, деревянная фанерка 75х330 мм для основания, медные и цинковые пластинки длиной 75 мм, клей.

Рис.15 Четвертый эксперимент

Энергии этих трех батареек хватило, чтобы загорелась лампочка и пошли часы (рис.15-б).

Выводы

В своей работе я рассмотрел, как работают: ТЭЦ, АЭС, гидроэлектростанция, ветроэлектростанция. Схема работы ТЭЦ и АЭС в целом похожи: нагревается котел с водой, вода превращается в пар. Пар вращает турбину, а турбина вращает генератор, который и вырабатывает электрический ток. Электричество по линиям электропередачи направляется к нам в город. В одном случае сжигают газ, а, во втором — используют тепло от ядерной реакции. В гидроэлектростанциях используют энергию падающей воды для вращения турбины, а турбина вращает генератор, который вырабатывает электричество. В ветроэлектростанциях ветер вращает лопасти вентилятора, а они уже вращают генератор.

Во всех электростанциях реализуется следующее: механическая энергия вращения превращается в электрическую энергию, в генераторе. Но есть и другие электростанции, в которых ничего не вращается, и, в них нет генератора. Это — солнечные батареи. Они изготовлены из специального материала, и, под воздействием солнца вырабатывают электрический ток.

Далее в работе я рассмотрел устройство батарейки — переносного источника энергии. И как можно самую простую батарейку изготовить дома.

В практической части я провел несколько экспериментов. В первом эксперименте подключил игрушечный домик к «маленькой электростанции». «Маленький» генератор вырабатывает ток, которого достаточно для включения в доме электричества. Во втором — подключил к электростанции вентилятор. Механическая энергия вращения в генераторе, преобразуется в электрическую, бежит по проводам к вентилятору, и в его двигателе, преобразуется обратно в энергию вращения. В третьем эксперименте я подключил к батарейкам, по очереди, все тот же домик и вентилятор. В четвертом эксперименте я продемонстрировал самодельную батарейку. В каждую из трех баночек с соленой водой опустил по два электрода, изготовленные из металлических пластинок из меди и цинка.

В проведенных двух экспериментах, я подтвердил и наглядно продемонстрировал следующее: механическая энергия вращения в генераторе, преобразуется в электрическую. А также изготовил самодельную батарейку, энергии которой хватило, чтобы загорелась лампочка и пошли часы.

Но, у меня остались вопросы, на которые мне предстоит найти ответы:

Как протекает ядерная реакция? Какие АЭС есть у нас в стране? А еще мне интересно почему произошла авария в Чернобыле.

О, сколько нам открытий чудных

Готовит просвещенья дух,

И опыт – сын ошибок трудных,

И гений, парадоксов друг.

1 Ю.И. Дик, В. А. Ильин, Д.А. Исаев и др. /Физика: Большой справочник для школьников и поступающих в вузы / Издательство «Дрофа», 2000 год.

2 «Энциклопедия для детей от А до Я» / Издательство «Махаон», Москва, 2010.

3 А.А. Бахметьев/ Электронный конструктор «Знаток»/ Практические занятия по физике. 8, 9, 10, 11 классы.// Москва, 2005 год.

Топливо из крана? Мечтатель из Перми знает, как из воды получить энергию

■ Солнечная энергия — 28% (243 голоса)

■ Атомная энергия — 28% (240 голосов)

■ Биотопливо — 15% (129 голосов)

■ То, что ещё не изобретено, — 15% (126 голосов)

■ Энергия ветра — 8% (69 голосов)

■ Гидроэлектростанции — 6% (51 голос)

Фёдор Камильевич Глумов — большой мечтатель. Он живёт в хрущёвке в центре Перми и мечтает о революции. Но не о той, о которой в последнее время твердят на российских площадях, а о революции в энергетике. 57-летний инженер-механик Глумов уверен: недалёк тот день, когда в каждой квартире, в каждом доме, даже на Северном полюсе, где обитают полярники, будет стоять автономное устройство, дающее электричество, тепловую энергию для приготовления пищи, нагрева воды и отопления. Подобное устройство станет приводить в движение и колёса автомобилей. Единственное условие для работы чудо-установки — наличие воды. Глумов изобрёл и запатентовал разработки, которые позволяют сжигать воду в качестве топлива и получать почти бесплатную тепловую энергию.

На выходе — пар

Идея, если максимально её упростить, такова: вода, как известно, состоит из водорода и кислорода, и если разделить её на эти два элемента, то водород можно сжечь в кислороде, выделив большое количество тепла. Дополнительную энергию даст так называемая рекомбинация атомарного водорода — соединение его атомов в молекулы. Эта реакция — уже нечто среднее между химической и ядерной, отсюда и колоссальная энергия. «Расчёты показывают: тепло, полученное при сгорании полутора железнодорожных цистерн воды в таком реакторе, эквивалентно энергии, выделяемой в течение часа китайской АЭС в Тяньване, которую строила Россия! — утверждает Глумов. — Важно и то, что технология экологически безопасна: в выхлопе только водяной пар, то есть это возобновляемый источник энергии».

Но это теория. И к ней есть вопросы. Первый: каким способом пермский Кулибин собирается разделять воду на составляющие? Ведь известно, что этот процесс сам по себе энергозатратный и для извлечения водорода из воды методом электролиза, например, надо сжечь нефти или газа столько, что технология становится нерентабельной. «Необходимо принимать во внимание, каким образом происходит диссоциация воды, — поясняет изобретатель. — Это может быть, например, кавитация (образование в жидкости пузырьков, заполненных паром), воздействие ультразвуком или вращение в противоположные стороны дисков, между малыми зазорами которых находится вода. На выставке изобретений «Архимед-2002» демонстрировалось устройство, где вода разлагалась на кислород и водород специально заданными резонансными акустическими волнами низких частот. Мощность устройства составляла милливатты».

Есть и более впечатляющие примеры. Три года назад одна японская компания представила прототип автомобиля, который заправляют водой. Мембрана-электрод расщепляет её на водород и кислород. Первый заново соединяется со вторым в электрохимическом генераторе, от которого работает мотор. Из выхлопной трубы выходит обычный пар. На одном литре воды машина за час проезжает 80 км.

Плазмотрон от батарейки

«Но если вода «сгорает» в вашем реакторе, а на выходе получается всё тот же пар, откуда берётся энергия?» — интересуюсь я у Глумова. «Из энергии внутримолекулярных связей воды», — отвечает он. И предъявляет подробные расчёты, из которых следует, что если молекулу Н2О разрушать механическим образом или высоковольтной дугой, то при повторном её синтезе будет излучаться дополнительная тепловая энергия. Он долго рассказывает о кластерах, в которые объединяются молекулы воды, о ковалентных связях, разрушение которых сопровождается выделением энергии, о цепной реакции горения, но самое интересное выясняется потом: оказывается, прототипы его установки (пока существующей лишь в теории) уже созданы и успешно применяются!

«Это плазменные аппараты — их используют для резки металлов и бетона, сварки, обработки материалов и пр. Аппараты давно есть в продаже, и они эффективнее обычных, — поясняет Фёдор Камильевич. — С помощью электрической дуги такой аппарат доводит водяной пар до состояния плазмы. Температура факела — 6000°С, как на поверхности Солнца. А разделение воды на кислород и водород происходит уже при 1800°С. 50-70 мл воды хватает, чтобы в течение получаса резать сталь толщиной до 5 см. При этом мощность аппарата составляет всего 200 ватт! Я взял эту идею и усовершенствовал её. Моё запатентованное изобретение работает на том же принципе, только это многоступенчатый плазмотрон — он позволяет многократно увеличивать количество энергии».

Первичный плазмотрон, по словам Глумова, сможет работать от простой батарейки. Потом через так называемое сопло Лаваля (техническое приспособление, разгоняющее потоки газа) плазма попадёт во второе, большее по размерам устройство, затем в третье и т. д. Реактор размером с бачок унитаза, уверяет Фёдор Камильевич, сможет обеспечить жилое помещение всей необходимой энергией.

Сейчас он патентует устройство, которое будет преобразовывать тепловую энергию непосредственно в электрическую, без «механических посредников». К слову, у пермского Кулибина уже 11 патентов. С их внедрением, правда, есть проблемы, но таков удел почти всех изобретателей в России. Переписка с высшими инстанциями ни к чему не приводит, а своих денег на производство опытных образцов нет. Хотя… «Уникальное устройство для сжигания воды, несомненно, имеет революционную значимость. Полученные на эти инновации патенты, а также проведённая нашими специалистами экспертиза подтверждают перспективность использования этих изобретений для создания принципиально новой экономики России», — ответил ему глава Департамента промышленного развития Кировской области, куда он обратился со своими идеями.

Может, это и чиновничья отписка, но нетрудно заметить: в ней есть карт-бланш на революцию. Энергетическую, разумеется.

Как получить электричество из соли и воды? |Comment obtenir de l’électricité à partir du sel et de l’eau?

Автор: Татьяна Гирко, Лозанна, 14. 07. 2016.

(© Steven Duensing/National Center for Supercomputing Applications/University of Illinois/Urbana-Champaign)

В то время как швейцарские политики ведут ожесточенные споры о возможности полного отказа от использования атомных станций, ученые Конфедерации научились добывать электричество из подручных средств. Альтернативными источниками энергии в данном случае могут стать обычная вода и бытовая соль.

«После солнечной, ветряной и гидравлической вырисовывается новый тип экологически чистой энергии – осмотическая», – говорится в коммюнике EPFL, распространенном по случаю публикации результатов исследований в научном журнале Nature. Название этого источника происходит от слова «осмос» (от греческого ὄσμος — толчок, давление), означающего процесс односторонней диффузии через полупроницаемую мембрану молекул растворителя в сторону большей концентрации растворенного вещества из объема с меньшей концентрацией. Обратный осмос давно используется в промышленных масштабах в опреснительных установках.

Следует отметить, что и сама по себе осмотическая энергия – не новое слово научной среде. Первая в мире электростанция, производящая «соленые киловатты», начала работу еще осенью 2009 года в Норвегии. Впоследствии пилотные проекты были запущены также в Нидерландах, Японии и США. Электростанции, базовый принцип работы которых основан на разнице между соленостью морской и пресной воды, могут располагаться в местах впадения рек в моря и океаны. Однако норвежская экспериментальная установка вырабатывала очень мало энергии (всего 2-4 киловатта), и в конце 2013-го компания-оператор Statkraft сообщила о приостановке проекта, предоставив возможность развивать осмотическую энергию другим игрокам рынка. Рентабельность и по сегодняшний день остается главной проблемой для этого направления.

Как же функционирует установка, работа которой базируется на использовании явления осмоса? В ходе контакта между соленой (морской) и пресной водой ионы соли через мембрану проникают в отсек с пресной водой; в результате концентрация соли в обоих контейнерах становится одинаковой, объясняют ученые EPFL. Между тем ионы – не что иное, как электрически заряженные частицы, а значит, воспользовавшись этими перемещениями, можно получить электричество.

«Ахиллесовой пятой» норвежского проекта эксперты называли мембраны, использующиеся для диффузии молекул: в отличие от аналогичных деталей, которые поставляют разработчики оборудования для опреснения воды, мембраны осмотической установки должны быть максимально тонкими, что позволяет увеличить их эффективность. Использование органических мембран, оказавшихся слишком хрупкими, не позволило добиться значительных успехов в повышении производительности.

Похоже с поставленной задачей удалось справиться швейцарским ученым, использовавшим в своих исследованиях мембрану из сульфида молибдена с крошечным отверстием, или нанопорой. Это позволило ионам из раствора с большей концентрацией соли мигрировать в раствор с меньшей концентрацией. Во время перемещения через нанопоры электроны передаются на электрод, что позволяет получить электричество.

Мембрана, которую использовали швейцарские ученые, пропускает только положительно заряженные ионы, отталкивая большинство их «собратьев» со знаком « – ». Таким образом, в ходе миграции между двумя отсеками, содержащими ионы с положительным и отрицательным зарядом, создается напряжение, позволяющее «запустить» электрический ток.

«Мы изготовили нанопоры, потом провели исследование, чтобы определить, какой размер оптимален. Если отверстие слишком большое, получается отобрать меньше ионов и напряжение снижается. И наоборот, если оно слишком маленькое – поток ионов недостаточен и снижается ток», – отмечает один из авторов исследования Джандонг Фенг.

Открывающиеся перспективы выглядят многообещающе: теоретически мембрана площадью 1 кв.м, 30% поверхности которой покрыто нанопорами, способна произвести 1 мегаватт энергии. Этого достаточно для того, чтобы обеспечить работу 50 тысяч стандартных энергосберегающих лампочек. Следует отметить, что недостатка в сульфиде молибдена (MoS2) для производства таких мембран не ощущается, а значит, осмотические станции скоро смогут занять достойное место рядом с ветряками и солнечными батареями. При этом, в отличие от последних, электричество из соленой и пресной воды можно вырабатывать круглосуточно, без оглядки на погоду.

Больше статей на эту тему вы найдете в нашем досье.

3 способа получить электричество из земли своими руками

Зачем добывать электричество из земли

Для того, чтобы получить электричество, нужно найти разность потенциалов и проводник. Соединив всё в единый поток, можно обеспечить себе постоянный источник электроэнергии. Однако в действительности приручить разность потенциалов не так-то просто.

Природа проводит через жидкую среду электроэнергию огромной силы. Это разряды молнии, которые, как известно, возникают в воздухе, насыщенном влагой. Однако это всего лишь единичные разряды, а не постоянный поток электроэнергии.

Человек взял на себя функцию природной мощи и организовал перемещение электроэнергии по проводам. Однако это всего лишь перевод одного вида энергии в другой. Извлечение электричества непосредственно из среды остаётся преимущественно на уровне научных поисков, опытов из разряда занимательной физики и создания небольших установок малой мощности.

Проще всего извлекать электричество из твёрдой и влажной среды.

Единство трёх сред

Самой популярной средой в этом случае является почва. Дело в том, что земля – это единство трёх сред: твёрдой, жидкой и газообразной. Меду мелкими частичками минералов расположены капли воды и пузырьки воздуха. Более того, элементарная единица почвы – мицелла или глинисто-гумусовый комплекс представляет собой сложную систему, обладающую разницей потенциалов.

На внешней оболочке такой системы формируется отрицательный заряд, на внутренней – положительный. К отрицательно заряженной оболочке мицеллы притягиваются положительно заряженные ионы, находящиеся в среде. Так что в почве постоянно происходят электрические и электрохимические процессы. В более гомогенной воздушной и водной среде таких условий для концентрации электричества нет.

Как получить электроэнергию из земли

Поскольку в почве есть и электричество, и электролиты, то её можно рассматривать не только как среду для живых организмов и источник урожая, но и как мини электростанцию. Кроме того, наши электрифицированные жилища концентрируют в среде вокруг себя и то электричество, которое «стекает» чрез заземление. Этим нельзя не воспользоваться.

Чаще всего домовладельцы применяют следующие способы извлечения электроэнергии из грунта, расположенного вокруг дома.

Способ 1 — Нулевой провод –> нагрузка –> почва

Напряжение в жилые помещения подается через 2 проводника: фазный и нулевой. При создании третьего, заземлённого, проводника между ним и нулевым контактом возникает напряжение от 10 до 20 В. Этого напряжения достаточно для того, чтобы зажечь пару лампочек.

Таким образом, для подключения потребителей электроэнергии к «земляному» электричеству достаточно создать схему: нулевой провод – нагрузка – почва. Умельцы эту примитивную схему могут усовершенствовать и получить ток большего напряжения.

Способ 2 — Цинковый и медный электрод

Следующий способ получения электричества основан на использовании только земли. Берутся два металлических стрежня – один цинковый, другой медный, и помещаются в грунт. Лучше, если это будет грунт в изолированном пространстве.

Изоляция необходима для того, чтобы создать среду с повышенной солёностью, что несовместимо с жизнью – в таком грунте ничего расти не будет. Стержни создадут разницу потенциалов, а грунт станет электролитом.

В самом простом варианте получим напряжение в 3 В. Этого, конечно мало для дома, но систему можно усложнить, увеличив тем самым мощность.

Способ 3 — Потенциал между крышей и землёй

3. Достаточно большую разность потенциалов можно создать между крышей дома и землёй. Если на крыше поверхность металлическая, а в земле – ферритовая, то можно добиться разницы потенциалов в 3 В. Увеличить этот показатель можно за счёт изменения размеров пластин, а также расстояния между ними.

Создан электрогенератор, работающий на соленой воде

Сегодня большая часть потребляемой нами электроэнергии вырабатывается на далеко не самых безопасных с точки зрения экологии электростанциях. И, несмотря на успехи в области использовании солнечной энергии, введение в эксплуатацию новых технологий в области добычи электричества остается трудоемким и ресурсозатратным процессом. Но в скором времени все может измениться благодаря новому методу — получению электроэнергии из соленой воды.

В основе технологии лежит использование каждому со школы знакомого процесса осмоса. Суть проста: на электростанции находится две емкости — одна с соленой водой, другая с водой чистой. В емкости с чистой водой расположена турбина, которая приводится в действие движением воды. Емкости соединены между собой трубкой с полупроницаемой мембраной. Далее в дело вступает физика: благодаря осмосу концентрация солей в двух сосудах должна быть одинаковой. Это заставляет молекулы соли устремляться из емкости с соленой водой через мембрану в емкость с чистой водой. Колебания воды приводят в действие турбину, которая вырабатывает электроэнергию. Вот только есть одна проблема: этот процесс получения электричества известен давно и с его помощью количество получаемой энергии крайне невелико. Но группа исследователей из Швейцарии и США нашла способ как увеличить получаемую на выходе энергию в несколько раз.

Осмос в действии. Выравнивание концентрации молекул в сосудах

В изобретении ученых основным компонентом, позволяющим добиться увеличения энергии на выходе является новый тип мембраны. Соленая и чистая вода находятся в одном сосуде, разделенном ультратонкой полупроницаемой мембраной. Мембрана пропускает только положительно заряженные ионы. К мембране подсоединены электроды. Когда положительно заряженный ион проходит сквозь мембрану, он отдает свой электрон на мембрану, а та передает заряд на электроды, что и приводит к выработке электричества.

Принцип работы мембраны. По заверениям исследователей, толщина мембраны составляет меньше одного миллиметра

Плюс технологии в том, что таких «ворот» для ионов может быть очень много в одной мембране и, как говорят сами разработчики, мембрана площадью в 1 квадратный метр может генерировать до 1000 киловатт энергии, чего хватит для того, чтобы обеспечить электроэнергией около 600 квартир.