ALAMBIK-ALFA

abstrakcyjny

Przedstawiono uzasadnienie głównych postanowień leżących u podstaw opracowania całkowicie nowej metody wytwarzania wodoru z wody przy użyciu energii kinetycznej i cieplnej. Opracowano i przetestowano projekt generatora elektrowodoru (EHG). W trakcie badań z użyciem elektrolitu kwasu siarkowego przy prędkości wirnika 1500 obr/min elektroliza wody i wydzielanie wodoru (6...8% obj.) rozpoczęły się w warunkach wycieku powietrza z ich otoczenia.

Przeprowadzono analizę procesu rozkładu wody na tlen i wodór podczas działania siły odśrodkowej w generatorze. Stwierdzono, że elektroliza wody w generatorze odśrodkowym zachodzi w warunkach znacznie różniących się od tych występujących w konwencjonalnych elektrolizerach:

Zwiększenie prędkości ruchu i ciśnienia wzdłuż promienia wirującego elektrolitu

Możliwość samodzielnego użytkowania EHG nie stwarza problemów z magazynowaniem i transportem wodoru.

Wstęp

Podejmowane w ciągu ostatnich 30 lat próby wykorzystania cykli termochemicznych do rozkładu wody przy użyciu tańszej energii cieplnej nie przyniosły pozytywnych rezultatów ze względów technicznych.

Technologia pozyskiwania dostatecznie taniego wodoru z wody z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii i ponownego pozyskiwania wody jako ekologicznego odpadu podczas późniejszego przetwarzania (przy spalaniu w silnikach lub przy wytwarzaniu energii elektrycznej w ogniwach paliwowych) wydawała się niemożliwym marzeniem, ale wraz z wprowadzeniem elektrowodoru odśrodkowego generator w praktyce ( EVG) stanie się rzeczywistością.

EVG przeznaczony jest do produkcji mieszanki tlenowo-wodorowej z wody przy wykorzystaniu energii kinetycznej i cieplnej. Ogrzany elektrolit wlewa się do obracającego się bębna, w którym podczas rotacji w wyniku rozpoczynającego się procesu elektrochemicznego woda rozkłada się na wodór i tlen.

Model procesu rozkładu wody w polu odśrodkowym

Ogrzany elektrolit wlewa się do obracającego się bębna, w którym podczas rotacji w wyniku rozpoczynającego się procesu elektrochemicznego woda rozkłada się na wodór i tlen. EVG rozkłada wodę wykorzystując energię kinetyczną źródła zewnętrznego oraz energię cieplną podgrzanego elektrolitu.

Na ryc. 1 przedstawia schemat ruchu jonów, cząsteczek wody, elektronów, cząsteczek wodoru i tlenu podczas elektrochemicznego procesu elektrolizy wody w elektrolicie kwaśnym (przyjmuje się, że masa cząsteczkowa jonów μ wpływa na rozkład cząsteczek w objętość elektrolitu). Podczas dodawania kwasu siarkowego do wody i mieszania następuje odwracalny i równomierny rozkład jonów w objętości:

H 2 SO 4 = 2H + + SO 4 2-, H + + H 2 O = H 3 O +.

(1)

Roztwór pozostaje elektrycznie obojętny. Jony i cząsteczki wody biorą udział w ruchach Browna i innych. Wraz z początkiem obrotu wirnika pod działaniem siły odśrodkowej następuje oddzielenie jonów i cząsteczek wody zgodnie z ich masą. Cięższe jony SO 4 2- (μ = 96 g/mol) i cząsteczki wody H 2 O (μ = 18 g/mol) kierowane są na obrzeże wirnika. W procesie akumulacji jonów w pobliżu obrzeża i powstawania ujemnego ładunku wirującego powstaje pole magnetyczne. Lżejsze jony dodatnie Н 3 О + (μ = 19 g/mol) i cząsteczki wody (μ = 18 g/mol) są wypychane w kierunku wału przez siły Archimedesa i tworzą wirujący ładunek dodatni, wokół którego powstaje ich pole magnetyczne. Wiadomo, że pole magnetyczne wywiera siłę na sąsiednie jony ujemne i dodatnie, które nie są jeszcze zaangażowane w obszarze ładunków w pobliżu wirnika i wału. Analiza wpływu siły pola magnetycznego powstałego wokół tych jonów pokazuje, że jony naładowane ujemnie SO 4 2- są dociskane do obręczy siłą magnetyczną, potęgując działającą na nie siłę odśrodkową, co prowadzi do aktywacji ich nagromadzenia na obręczy.

Siła pola magnetycznego na dodatnio naładowanych jonach H 3 O + wzmaga działanie siły Archimedesa, co prowadzi do aktywacji ich przemieszczenia do wału.

Siły elektrostatyczne odpychania podobnych ładunków i przyciągania odmiennych ładunków zapobiegają gromadzeniu się jonów na obrzeżu i wale.

W pobliżu wału reakcja redukcji wodoru rozpoczyna się przy zerowym potencjale katody platynowej φ + = 0:

Jednak redukcja tlenu jest opóźniona do momentu, gdy potencjał anody osiągnie φ - = -1,228 V. Następnie elektrony jonu tlenu mogą przejść do anody platynowej (rozpoczyna się tworzenie cząsteczek tlenu):

2O - - 2e = O 2.

(4)

Rozpoczyna się elektroliza, elektrony zaczynają płynąć przez przewód prądowy, a jony SO 4 2- zaczynają przepływać przez elektrolit.

Powstające w ten sposób gazy tlen i wodór są wypychane siłą Archimedesa do obszaru niskiego ciśnienia w pobliżu szybu, a następnie kanałami wykonanymi w szybie są odprowadzane na zewnątrz.

Utrzymanie prądu elektrycznego w obwodzie zamkniętym oraz wysokowydajny przebieg reakcji termochemicznych (1-4) są możliwe przy spełnieniu szeregu warunków.

Reakcja endotermicznego rozkładu wody wymaga stałego dostarczania ciepła do strefy reakcyjnej.

Z termodynamiki procesów elektrochemicznych [2, 3] wiadomo, że do rozpadu cząsteczki wody niezbędne jest dostarczenie energii:

.

Fizycy przyznają, że struktura wody nawet w normalnych warunkach, mimo wieloletnich badań, nie została jeszcze rozszyfrowana.

Istniejąca chemia teoretyczna ma poważne sprzeczności z eksperymentem, ale chemicy unikają poszukiwania przyczyn tych sprzeczności, ignorują pojawiające się pytania. Odpowiedzi na nie można uzyskać na podstawie wyników analizy struktury cząsteczki wody. Tak przedstawia się ta struktura na obecnym etapie jej poznania (por. ryc. 2).

Uważa się, że jądra trzech atomów cząsteczki wody tworzą trójkąt równoramienny z dwoma protonami należącymi do atomów wodoru u podstawy (ryc. 3A), kąt między osiami H-O wynosi α = 104,5 о.

Ta informacja o budowie cząsteczki wody nie wystarczy, aby uzyskać odpowiedzi na pojawiające się pytania i usunąć zidentyfikowane sprzeczności. Wynikają one z analizy energii wiązań chemicznych w cząsteczce wody, dlatego te energie muszą być przedstawione w jej strukturze.

Jest całkiem naturalne, że w ramach istniejących koncepcji fizykochemicznych budowy cząsteczki wody i procesu jej elektrolizy w celu uzyskania wodoru cząsteczkowego trudno znaleźć odpowiedzi na postawione pytania, dlatego autor proponuje własne modele budowy cząsteczki.

Wyniki obliczeń i eksperymentów podane w wynikach wskazują na możliwość uzyskania dodatkowej energii podczas elektrolizy wody, ale do tego konieczne jest stworzenie warunków do realizacji tej możliwości.

Należy zauważyć, że elektroliza wody w EHG zachodzi w warunkach znacznie różniących się (i słabo zbadanych) od warunków pracy elektrolizerów przemysłowych. Ciśnienie w pobliżu obręczy zbliża się do 2 MPa, prędkość obwodowa obręczy wynosi około 150 m/s, gradient prędkości na obracającej się ściance jest wystarczająco duży, a do tego działają elektrostatyczne i dostatecznie silne pola magnetyczne. W jakim kierunku w tych warunkach zmienią się ΔH o, ΔG i Q, nadal nie wiadomo.

Trudnym problemem jest również teoretyczny opis procesu hydrodynamiki elektromagnetycznej w elektrolicie EEG.

Na etapie przyspieszania elektrolitu należy wziąć pod uwagę lepkie oddziaływanie jonów i obojętnych cząsteczek wody pod wpływem odśrodkowego i wypierającego lżejsze składowe siły Archimedesa, wzajemne odpychanie elektrostatyczne jonów o tej samej nazwie, gdy zbliżają się do siebie inne podczas tworzenia naładowanych obszarów, wpływ siły magnetycznej tych obszarów na ruch naładowanych jonów do ładunków.

Przy ruchu jednostajnym, po rozpoczęciu elektrolizy, następuje aktywny ruch promieniowy jonów (prąd jonowy) i pływające pęcherzyki powstałego gazu w wirującym ośrodku, ich akumulacja w pobliżu wału wirnika i wycofanie na zewnątrz, oddzielenie tlenu paramagnetycznego i wodór diamagnetyczny w polu magnetycznym, dostarczanie (usuwanie) potrzebnych porcji elektrolitu oraz włączanie napływających jonów do procesu separacji ładunku.

W najprostszym przypadku nieściśliwej cieczy izolowanej adiabatycznie w obecności dodatnio i ujemnie naładowanych jonów oraz obojętnych cząsteczek, proces ten można opisać (dla jednego ze składników) w postaci [9]:

1. Równania ruchu w warunku na granicy zewnętrznej (r = R, V-V pom):

¶ U / ¶ t = (W × Ñ) U = -grad Ф + D (a × U + b × W),

¶ W / ¶ t + (U × Ñ) W = -gradФ + D (a × W + b × U),

gdzie V to prędkość ośrodka, H to natężenie pola magnetycznego, U = V + H / (4 × p × r) 0,5, W = VH / (4 × p × r) 0,5, Ф = P / r + (UW) 2/8, P - ciśnienie, r - gęstość medium, n, nm - lepkość kinematyczna i „magnetyczna”, a = (n + nm) / 2, b = (n -nm) / 2.

2. Równania ciągłości i zamknięcia płynów linii pola magnetycznego:

3. Równanie potencjalności pola elektrostatycznego:

4. Równania kinetyki reakcji chemicznych opisujące proces przemiany substancji (typ (1,3)) można opisać:

dC a / dτ = v (C o.a -C a) / V е -r a,

gdzie C a jest stężeniem produktu reakcji chemicznej A (mol / m3),

v to prędkość jego ruchu, V e to objętość elektrolitu,

r a jest szybkością konwersji odczynników w produkt reakcji chemicznej,

С о.а - stężenie odczynników dostarczanych do strefy reakcji.

Na granicy metal-elektrolit konieczne jest uwzględnienie kinetyki procesów elektrodowych. Niektóre procesy towarzyszące elektrolizie są opisane w elektrochemii (przewodnictwo elektryczne elektrolitów, akt interakcji chemicznej podczas zderzenia aktywnych chemicznie składników itp.), ale ujednolicone równania różniczkowe rozważanych procesów jeszcze nie istnieją.

5. Proces powstawania fazy gazowej w wyniku elektrolizy można opisać za pomocą termodynamicznych równań stanu:

y k = f (x 1, x 2,… .x n, T),

gdzie yk to wewnętrzne parametry stanu (ciśnienie, temperatura T, objętość właściwa (molowa), xi to zewnętrzne parametry sił zewnętrznych, z którymi oddziałuje medium (kształt objętości elektrolitu, pole sił odśrodkowych i magnetycznych , warunki na granicy), ale proces ruchu pęcherzyków w wirującym płynie jest nadal słabo poznany.

Należy zauważyć, że rozwiązania układu powyższych równań różniczkowych uzyskano dotychczas tylko w kilku najprostszych przypadkach.

Efektywność działania EEG można uzyskać z bilansu energetycznego analizując wszystkie straty.

Przy stałym obrocie wirnika z wystarczającą liczbą obrotów moc silnika N d jest zużywana na:
pokonanie oporu aerodynamicznego wirnika Na;
straty tarcia w łożyskach wału N p;
straty hydrodynamiczne N gd podczas przyspieszania elektrolitu wchodzącego do wirnika, jego tarcie o wewnętrzną powierzchnię części wirnika, pokonywanie nadchodzącego ruchu do wału pęcherzyków gazu powstałych podczas elektrolizy (patrz ryc. 1) itp .;
polaryzacja i straty omowe N om, gdy prąd porusza się w zamkniętej pętli podczas elektrolizy (patrz rys. 1);
doładowanie kondensatora Nk utworzonego przez ładunki dodatnie i ujemne;
elektroliza Nw.

Po oszacowaniu wielkości oczekiwanych strat można z bilansu energetycznego wyznaczyć ułamek energii N, który zużyliśmy na rozkład wody na tlen i wodór:

N w = N d –N a -N p -N gd -N om -N k.

Oprócz energii elektrycznej konieczne jest dodanie ciepła do objętości elektrolitu o mocy N q = N we × Q / D H o (patrz wyrażenie (6)).

Wtedy całkowita moc pobierana do elektrolizy będzie wynosić:

N w = N we + N q.

Sprawność produkcji wodoru w EHG jest równa stosunkowi uzyskanej energii użytecznej wodoru N w do energii zużytej w silniku N d:

h = N w ּ ę / N d

gdzie Do uwzględnia nieznany do tej pory wzrost wydajności EEG pod wpływem sił odśrodkowych i pola elektromagnetycznego.

Niewątpliwą zaletą EHG jest możliwość jego samodzielnego wykorzystania, gdy nie ma potrzeby długotrwałego przechowywania i transportu wodoru.

Wyniki testu EVG

Dotychczas przeprowadzono pomyślne testy dwóch modyfikacji EEG, które potwierdziły słuszność opracowanego modelu procesu elektrolizy oraz operatywność wytworzonego modelu EEG.

Przed badaniami sprawdzono możliwość rejestracji wodoru za pomocą analizatora gazu AVP-2, którego czujnik reaguje tylko na obecność wodoru w gazie. Wodór uwolniony podczas aktywnej reakcji chemicznej Zn + H 2 SO 4 = H 2 + ZnSO 4 dostarczono do AVP-2 za pomocą kompresora próżniowego DC112 przez rurkę PVC o średnicy 5 mm i długości 5 m. Na początkowym poziomie tła odczytów Vo = 0,02% obj. AVP-2, po rozpoczęciu reakcji chemicznej, objętościowa zawartość wodoru wzrosła do V = 0,15% obj., co potwierdziło możliwość detekcji gazu w tych warunkach.

Podczas badań w dniach 12-18 lutego 2004 r. do obudowy wirnika wlano roztwór kwasu siarkowego ogrzany do 60 °C (o stężeniu 4 mol/l) i rozgrzano wirnik do 40 °C. badania wykazały, co następuje:

1. Obracając elektrolit (o stężeniu 4 mol/l) można było siłą odśrodkową oddzielać jony dodatnie i ujemne o różnych masach cząsteczkowych i tworzyć ładunki w oddalonych od siebie obszarach, co prowadziło do pojawienie się różnicy potencjałów między tymi obszarami, wystarczającej do rozpoczęcia elektrolizy, gdy prąd zostanie zamknięty w zewnętrznym obwodzie elektrycznym.

2. Po przejściu elektronów przez barierę potencjału na granicy metal-elektrolit przy prędkości wirnika n = 1000...1500 obr/min rozpoczęła się elektroliza wody. Przy 1500 obr/min analizator wodoru AVP-2 rejestrował wydajność wodoru V = 6…8% obj. w warunkach wycieków powietrza z otoczenia.

3. Gdy prędkość spadła do 500 obr/min elektroliza została zatrzymana, a odczyty analizatora gazów powróciły do ​​początkowego V 0 = 0,02 ... 0,1% obj .; wraz ze wzrostem obrotów do 1500 obr./min zawartość objętościowa wodoru ponownie wzrosła do V = 6 ... 8% obj.

Przy prędkości wirnika 1500 obr/min stwierdzono 20-krotny wzrost uzysku wodoru wraz ze wzrostem temperatury elektrolitu od t = 17 o do t = 40 o C.

Wniosek

1. Zaproponowano, wyprodukowano i pomyślnie przetestowano urządzenie do badania poprawności zaproponowanej nowej metody rozkładu wody w zakresie sił odśrodkowych. Podczas wirowania elektrolitu kwasu siarkowego (o stężeniu 4 mol/L) w polu sił odśrodkowych dochodziło do separacji jonów dodatnich i ujemnych o różnych masach cząsteczkowych i w oddzielonych od siebie obszarach powstawały ładunki, co doprowadziło do pojawienia się różnicy potencjałów między tymi obszarami, wystarczającej do zainicjowania elektrolizy przy prądzie zamykającym w zewnętrznym obwodzie elektrycznym. Początek elektrolizy rejestrowano przy prędkości wirnika n = 1000 obr/min.
   Przy 1500 obr./min analizator wodoru AVP-2 wykazał wydzielanie wodoru w procentach objętościowych 6 ... 8% obj.
2. Przeprowadzono analizę procesu rozkładu wody. Wykazano, że pod działaniem pola odśrodkowego w wirującym elektrolicie możliwe jest pole elektromagnetyczne i powstanie źródła energii elektrycznej. Przy określonej prędkości wirnika (po pokonaniu bariery potencjału między elektrolitem a elektrodami) rozpoczyna się elektroliza wody. Stwierdzono, że elektroliza wody w generatorze odśrodkowym zachodzi w warunkach znacznie różniących się od tych występujących w konwencjonalnych elektrolizerach:
   - zwiększenie prędkości ruchu i ciśnienia wzdłuż promienia wirującego elektrolitu (do 2 MPa);
   - aktywny wpływ na ruch jonów pól elektromagnetycznych indukowanych przez wirujące ładunki;
   - pochłanianie energii cieplnej z otoczenia.
   Otwiera to nowe możliwości zwiększenia wydajności elektrolizy.
3. Obecnie trwają prace nad kolejnym wydajniejszym modelem EHG z możliwością pomiaru parametrów generowanego prądu elektrycznego, formującego się pola magnetycznego, sterowania prądem podczas elektrolizy, pomiaru zawartości objętościowej wychodzącego wodoru, jego ciśnienia cząstkowego , temperatura i natężenie przepływu. Wykorzystanie tych danych, wraz z już zmierzoną mocą elektryczną silnika i prędkością wirnika, pozwoli:
   - określenie efektywności energetycznej EVG;
   - opracowanie metodologii obliczania głównych parametrów w zastosowaniach przemysłowych;
   - nakreślić sposoby jego dalszego doskonalenia;
   - wyjaśnienie wciąż słabo zbadanego wpływu wysokich ciśnień, prędkości i pól elektromagnetycznych na elektrolizę.
4. Zakład przemysłowy może służyć do pozyskiwania paliwa wodorowego do zasilania silników spalinowych lub innych instalacji elektroenergetycznych oraz tlenu na potrzeby technologiczne w różnych gałęziach przemysłu; pozyskiwanie gazu tlenowo-wodorowego np. dla technologii gazowo-plazmowej w wielu gałęziach przemysłu itp.
5. Niewątpliwą zaletą EHG jest możliwość samodzielnego użytkowania, gdy nie ma potrzeby skomplikowanego technicznie długoterminowego przechowywania i transportu wodoru.
6. Technologia pozyskiwania dosyć taniego wodoru z wody przy wykorzystaniu odpadowej niskowartościowej energii cieplnej i uwalnianie przyjaznych dla środowiska odpadów (znowu wody) podczas późniejszego spalania wydawało się mrzonką, ale wraz z wprowadzeniem EHG do praktyki stanie się rzeczywistością.
7. Wynalazek otrzymał PATENT Nr 2224051 z dnia 20.02.2004.
8. W chwili obecnej opatentowana jest powłoka anody i katody oraz elektrolit, co dziesiątki razy zwiększy wydajność elektrolizy.

Lista wykorzystanych źródeł

1. Frish S.E., Timoreva A.I. Kurs Fizyki Ogólnej, tom 2, Moskwa-Leningrad, 1952, 616 s.
2. Krasnov K.S., Vorobiev N.K., Godnev I.N. i inne chemia fizyczna. Elektrochemia. Kinetyka chemiczna i kataliza, Moskwa, „Szkoła wyższa”, 2001, 219 s.
3. Shpilrain E.E., Malyshenko S.P., Kuleshov G.G. Wprowadzenie do energii wodorowej, 1984.10.
4. Putincew N.M. Właściwości fizyczne lodu, wody słodkiej i morskiej, rozprawa doktorska, Murmańsk, 1995,
5. F.M.Kanarev Woda jest nowym źródłem energii, Krasnodar, 2000, 155s,
6. Zacepin G.N. Właściwości i struktura wody, 1974, 167 s.,
7. Yavorskiy BM, Detlaf A.A. Podręcznik fizyki, Moskwa, „Nauka”, 1971, 939 s.
8. Ekonomika niekonwencjonalnej produkcji wodoru. Centrum Systemów Elektrochemicznych i Badań Wodorowych, 2002, inżynier, tamh, educces / ceshr / centrum.
9. Przenośny wielofunkcyjny analizator wodoru AVP-2, firma Alfa BASSENS, Wydział Biofizyki, Moskiewski Instytut Fizyki i Technologii, Moskwa, 2003.

Data publikacji: Przeczytano: 60942 razy Dodatkowo na ten temat

URZĄDZENIE SZKOLENIOWE DO POKAZANIA RUCHU JONÓW ELEKTROLITU W POLU MAGNETYCZNYM, zasilacz soaerzhashib, przezroczysty pojemnik z elektrolitem, magnesem i zasilaczem podłączonym do źródła zasilania, w celu zwiększenia przejrzystości „Lanka ma prostokątny krzyż -sekcja i jest połączona z jednym z biegunów źródła zasilania i znajdującą się w nim przegrodą. ku wykonany z materiału przewodzącego prąd elektryczny, zajmujący mało miejsca pojemnik na dwa połączone naczynia, elektrody umieszczone są na wewnętrznych ściankach pojemnika równolegle do przegrody i połączone z drugim biegunem źródła. i)

ZWIĄZEK DORADCZY

REPUBLIKA

„.Я0„ „1 027754

KOMITET PAŃSTWOWY ZSRR

HYU DEL4M WYNALAZKÓW I WYNIKÓW

OPIS WYNALAZKU

K. ABTOPCHQMY CERTYFIKAT

(2 1) 340О847 / 28-12

(22) 22.02..82 (4b) 07.07.83. Bul. nr 25 (72) D.S. Kroytor

(71) Państwowy Instytut Medyczny w Kiszyniowie (53) b58 686,06 (068.8) (56) 1. Margolis A.A., Parfentieva N.E., Ivanova A.A. Practicum o doświadczeniu fizycznym. M., Edukacja, "1 i 77, s. 212, il. 22-10. (54) (57) URZĄDZENIE DYDAKTYCZNE DLA DE

MONSTRACJE RUCHU JONÓW ELE, KTROLITU W POLU MAGNETYCZNYM, s

Źródłem podtrzymującym jest litania, przezroczysty pojemnik z elektrolitem, magnesem i elektrodami podłączonymi do źródła zasilania, z tego, że dla jasności pojemnik ma prostokątny przekrój i jest połączony z jednym z bieguny źródła zasilania oraz znajdująca się w nim przegroda wykonana z materiału przewodzącego prąd elektryczny, dzieląca pojemność na. dwóch połączonych naczyń, elektrody są umieszczone na wewnętrznych ściankach naczynia równolegle do przegrody i połączone z drugim biegunem źródła.

Wynalazek dotyczy urządzeń demonstracyjnych i pomocy wizualnych do wykorzystania w edukacji. proces, w; szczególnie do instrumentów w fizyce.

Znane urządzenie do demonstracji ruchu jonów elektrolitów w polu magnetycznym. Urządzenie jest wykonane w następujący sposób; Powiększenie. Na pierścieniowych magnesach ceramicznych umieszcza się płaskie naczynie szklane, na przykład krystalizator, wewnątrz którego wstawione są dwie elektrody (pierścieniowa i centralna prostoliniowa). Naczynie wypełnione jest pakmopem z siarczanu miedzi. tak, aby poziom cieczy znajdował się poniżej krawędzi naczynia o kilka milimetrów. Na powierzchni płynu unosi się pył z likopodium lub korka. Gdy prąd przepływa przez elektrolit, jony są odchylane przez pole magnetyczne podczas ich ruchu, a ciecz między elektrodami wchodzi w obrót 0, ciągnąc za sobą pływające materiały 1 .

Wadą tego urządzenia jest słaba widoczność demonstracji podczas przeprowadzania eksperymentu w dużej grupie odbiorców.Celem wynalazku jest zwiększenie widoczności demonstracji ruchu jonów elektrolitu w polu magnetycznym.

Cel ten osiąga się dzięki temu, że

; urządzenie do demonstracji ruchu 30 lat elektrolitu w polu magnetycznym zawierające źródło zasilania, przezroczysty pojemnik z elektrolitem, magnes i elektrody połączone ze źródłem zasilania, pojemnik ma prostokątny przekrój i jest podłączony do jednego z bieguny zasilacza i 1 przegroda z materiału przewodzącego elektryczność rozdzielająca pojemnik na dwa połączone naczynia, elektrody są umieszczone na wewnętrznych ściankach pojemnika równolegle do przegrody i są połączone z drugim biegunem źródła.

FIGA. l. przedstawia urządzenie, widok ogólny „na ryc. 2 - te same, poprzeczne razy 45 cięcia

Urządzenie zawiera pojemnik o 1 przekroju prostokątnym wykonany ze szkła organicznego = la. Przegroda 2 wykonana z materiału przewodzącego prąd elektryczny dzieli go na dwie części, ale nie sięga dna, tworząc w ten sposób dwa naczynia łączące 3 i 4. Dwie elektrody 5 i 6 są przymocowane do ścian bocznych pojemnika 1 od wewnątrz równolegle do przegrody Pojemnik 1 jest zamocowany między biegunami elektromagnesu ... Jeden biegun źródła prądu stałego jest podłączony do przegrody 2, a drugi do elektrod bocznych 5 i 6. Do eksperymentu roztwór siarczanu miedzi wlewa się do pojemnika 1 tak, aby poziom cieczy wynosił 5-7 cm poniżej krawędzi statku. Następnie włącz elektr

poMBI i obserwuj, czy płyn w naczyniach 3 i 4 pozostaje na tym samym poziomie.

Po podłączeniu stałego źródła takiej (z zachowaniem biegunowości wskazanej na rys. 1) płynnie zwiększając wartość prądu uzyskuje się płynną zmianę poziomu cieczy w naczyniach 3 i 4. Siła działająca na prąd jonowy w lewym naczyniu 3 jest skierowane w dół, a prawe naczynie 4 w górę. W rezultacie efekt działania pola magnetycznego podwaja się i poziom cieczy po osiągnięciu prądu 5 A w lewym naczyniu 3 będzie niższy od poziomu s w prawym naczyniu o 4-5 cm.

K do tego samego poziomu.

Wynalazek umożliwia zwiększenie siły pokazu, a tym samym poprawę jakości opanowania materiału edukacyjnego i efektywności wykorzystania podręcznika w procesie dydaktycznym.

Natura przygotowała dla nas mnóstwo elektryczności. Ogromna jego część jest skoncentrowana w oceanach świata. W Oceanie Światowym kryją się ogromne rezerwy energii. Do tej pory ludzie wiedzą, jak wykorzystać tylko znikomy ułamek tej energii, i to nawet wtedy kosztem dużych i powoli spłacających się inwestycji kapitałowych, aby taka energia wciąż wydawała się mało obiecująca. Jednak postępujące bardzo szybkie wyczerpywanie się paliw kopalnych, których stosowanie wiąże się również ze znacznym zanieczyszczeniem środowiska, zmusza naukowców i inżynierów do zwracania coraz większej uwagi na poszukiwanie nieszkodliwych źródeł energii, takich jak energia w oceanach. Ocean zawiera kilka różnych rodzajów energii: energię przypływów i odpływów, prądy oceaniczne, energię cieplną itp. Ponadto woda morska jest naturalnym elektrolitem i zawiera mnóstwo różnych jonów w 1 litrze, na przykład dodatnie jony sodu i ujemne jony chloru. Perspektywa staje się kusząca - umieścić takie urządzenie w naturalnym, niekończącym się strumieniu naturalnych prądów morskich i w efekcie otrzymać niedrogi prąd z wody morskiej i przesłać go na brzeg. Jednym z takich urządzeń może być generator wykorzystujący efekt magnetohydrodynamiczny. Stało się to temat badań: „Potencjał energetyczny efektu magnetohydrodynamicznego”.

Cel badania jest opisem, demonstracją i możliwością wykorzystania efektu magnetohydrodynamicznego. Przedmiotem badań jest: ruch naładowanych cząstek w polu magnetycznym. Przedmiot badań: efekt magnetohydrodynamiczny, generator magnetohydrodynamiczny.

Aby osiągnąć ten cel, rozwiązano następujące: zadania:
1. Przeprowadzić analizę historyczną i logiczną edukacyjnych, naukowych, popularnonaukowych źródeł informacji.
2. Ujawnij prawa fizyczne, zasady wyjaśniające, na czym polega efekt magnetohydrodynamiczny.
3. Ujawnienie możliwości wykorzystania efektu MHD jako zasobu energetycznego.
4. Zrób model demonstrujący efekt magnetohydrodynamiczny.

Do najefektywniejszego rozwiązania zadań wykorzystano: metody badawcze: badanie źródeł informacji, analiza, metoda uogólniania, eksperyment.

CZĘŚĆ TEORETYCZNA

Efekt magnetohydrodynamiczny- pojawienie się pola elektrycznego i prądu elektrycznego, gdy przewodząca prąd elektryczny ciecz lub zjonizowany gaz porusza się w polu magnetycznym. Efekt magnetohydrodynamiczny opiera się na zjawisku indukcji elektromagnetycznej, czyli pojawieniu się prądu w przewodniku przekraczającego linie siły pola magnetycznego. W tym przypadku przewodnikami są elektrolity, ciekłe metale lub zjonizowane gazy (plazma). Podczas poruszania się w poprzek pola magnetycznego powstają w nich przeciwnie skierowane przepływy nośników ładunku o przeciwnych znakach. W oparciu o efekt magnetohydrodynamiczny stworzono urządzenia - generatory magnetohydrodynamiczne (generatory MHD), które są urządzeniami do bezpośredniej konwersji energii cieplnej na energię elektryczną.

Generator MHD To elektrownia, w której energia cieplna płynu roboczego (elektrolitu, ciekłego metalu lub plazmy) jest zamieniana bezpośrednio na energię elektryczną. W 1832 roku Michael Faraday próbował wykryć pole elektromagnetyczne między elektrodami zanurzonymi w Tamizie (w strumieniu wody rzecznej poruszającej się w polu magnetycznym Ziemi znajdują się jony rozpuszczonych soli), ale czułość instrumentów pomiarowych była zbyt niska, aby wykryć EMF. A w latach 70. i 80. wielkie nadzieje wiązano z powstaniem przemysłowych generatorów MHD wykorzystujących plazmę (przepływ zjonizowanego gazu), przeprowadzono liczne opracowania, zbudowano eksperymentalne generatory MHD, ale stopniowo wszystko się uspokoiło.

Zasada działania generatorów MHD została wystarczająco szczegółowo opisana w jednym z numerów magazynu Dvigatel.
Z jednej strony generatory MHD mają szerokie zastosowanie, z drugiej nie są zbyt powszechne. Spróbujmy zrozumieć ten problem. Po przestudiowaniu odpowiedniej literatury opracowaliśmy listę zalet i wad generatorów MHD.

Zalety generatorów MHD

* Bardzo duża moc, do kilku megawatów przy niezbyt dużej instalacji
* Nie używa części obrotowych, dlatego nie ma utraty tarcia.
* Rozważane generatory to maszyny wolumetryczne - zachodzą w nich procesy wolumetryczne. Wraz ze wzrostem objętości zmniejsza się rola niepożądanych procesów powierzchniowych (zanieczyszczenia, prądy upływowe). Jednocześnie wzrost wolumenu, a wraz z nim mocy generatora, jest praktycznie nieograniczony (zarówno 2 GW, jak i więcej), co odpowiada trendowi wzrostu mocy pojedynczych jednostek.
* Przy wyższej wydajności Generatory MHD znacznie ograniczają emisję szkodliwych substancji, które zwykle zawarte są w spalinach.
* Wielki sukces w rozwoju technicznym wykorzystania MHD - generatorów do produkcji energii elektrycznej osiągnięto dzięki połączeniu stopnia magnetohydrodynamicznego z zespołem kotłowym. W tym przypadku gorące gazy przechodzące przez generator nie są wrzucane do rury, ale ogrzewają wytwornice pary TPP, przed którymi umieszczony jest stopień MHD. Ogólna sprawność takich elektrowni osiąga bezprecedensową wartość - 65%
* Wysoka zwrotność

Wady generatorów MHD

* Konieczność użycia materiałów super żaroodpornych. Zagrożenie topnieniem. Temperatura 2000 - 3000 K. Aktywny chemicznie i gorący wiatr ma prędkość 1000 - 2000 m/s
* Generator wytwarza tylko prąd stały. Stworzenie wydajnego falownika elektrycznego do konwersji prądu stałego na prąd przemienny.
* Środowisko w otwartym cyklu generatora MHD to chemicznie aktywne produkty spalania paliwa. W generatorze MHD o obiegu zamkniętym - chociaż chemicznie nieaktywne gazy obojętne, ale bardzo aktywne chemicznie zanieczyszczenie (cez)
* Płyn roboczy wpływa do tzw. kanału MHD, gdzie następuje pojawienie się siły elektromotorycznej. Kanał może być trzech typów. Niezawodność i trwałość elektrod to wspólny problem dla wszystkich kanałów. W temperaturze otoczenia kilku tysięcy stopni elektrody są bardzo krótkotrwałe.
* Pomimo tego, że generowana moc jest proporcjonalna do kwadratu indukcji magnetycznej, instalacje przemysłowe wymagają bardzo silnych układów magnetycznych, znacznie potężniejszych od eksperymentalnych.
* Przy temperaturze gazu poniżej 2000°C pozostaje w nim tak niewiele wolnych elektronów, że nie nadaje się już do wykorzystania w generatorze. Aby nie marnować ciepła, strumień gazu przechodzi przez wymienniki ciepła. W nich ciepło jest przekazywane do wody, a powstała para jest podawana do turbiny parowej.
* W chwili obecnej najczęściej badane i rozwijane generatory plazmowe MHD. Nie znaleziono żadnych informacji na temat generatorów MHD wykorzystujących wodę morską jako czynnik roboczy.

Ta lista pokazuje, że istnieje wiele wyzwań, które należy przezwyciężyć. Trudności te są rozwiązywane na wiele pomysłowych sposobów.

W sumie etap poszukiwań koncepcyjnych w zakresie generatorów MHD w zasadzie został zaliczony. Już w latach sześćdziesiątych ubiegłego wieku przeprowadzono podstawowe badania teoretyczne i eksperymentalne oraz powstały instalacje laboratoryjne. Wyniki badań i zgromadzone doświadczenie inżynierskie pozwoliły rosyjskim naukowcom w 1965 roku uruchomić kompleksową elektrownię modelową „U-02”, która pracowała na paliwie naturalnym. Nieco później rozpoczęto projektowanie instalacji doświadczalno-przemysłowej MHD U-25, które prowadzono równolegle z pracami badawczymi nad U-02. Pomyślne uruchomienie tej pierwszej eksperymentalnej elektrowni przemysłowej o projektowanej mocy 25 MW nastąpiło w 1971 roku.

Obecnie Ryazanskaya GRES wykorzystuje głowicowy blok energetyczny MHD o mocy 500 MW, który obejmuje generator MHD o mocy około 300 MW i blok turbiny parowej o mocy 315 MW z turbiną K-300-240. Przy mocy zainstalowanej ponad 610 MW moc wyjściowa bloku MHD do systemu wynosi 500 MW ze względu na znaczne zużycie energii na potrzeby pomocnicze w bloku MHD. Współczynnik wydajności MHD-500 przekracza 45%, jednostkowe zużycie równoważnego paliwa wyniesie około 270 g / (kW-h). Głowica MHD-power jest przeznaczona do wykorzystania gazu ziemnego, w przyszłości planowane jest przejście na paliwo stałe. Badania i rozwój generatorów MHD są szeroko stosowane w USA, Japonii, Holandii, Indiach i innych krajach. W USA pracuje pilotowy blok węglowy MHD o mocy cieplnej 50 MW. Wszystkie wymienione generatory MHD wykorzystują plazmę jako medium robocze. Chociaż naszym zdaniem woda morska może być również wykorzystywana jako elektrolit. Jako przykład przeprowadziliśmy eksperyment demonstrujący efekt MHD. W celu zademonstrowania możliwości energetycznych generatora MHD wykonano łódź na napędzie MHD.

CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

Efekt MHD można zademonstrować za pomocą następujących zestaw materiałów:
1. Magnes;
2. Sól;
3. Pieprz;
4. Bateria;
5. Druty miedziane.

Postęp:
1. Zrób wodny roztwór soli i dodaj pieprz. Jest to konieczne, aby zobaczyć ruch przepływów płynu.
2. Na magnes kładziemy małe naczynie z przygotowanym roztworem.
3. Do przygotowanego roztworu obniżamy końce drutu miedzianego, połączonego drugimi końcami z biegunami akumulatora (zdjęcie 1).
4. Obserwuj ruch przepływu płynu między końcami drutu miedzianego.

Łódź będzie się poruszać z powodu ruchu elektrolitu w polu magnetycznym.
Możemy zatem stwierdzić, że energia elektryczna MHD, pomimo wszystkich trudności, będzie służyć człowiekowi i ludzie nauczą się w pełni wykorzystywać energię oceanu. W końcu jest to po prostu konieczne dla współczesnej ludzkości, ponieważ według obliczeń naukowców zapasy paliw kopalnych dosłownie wyczerpują się przed żywymi mieszkańcami planety Ziemia!

Literatura

1. Volodin V., Khazanovskaya P. Energy, XXI w. - M .: Literatura dziecięca, 1989. - 142 s.
2.http: //ru.wikipedia.org/ - darmowa encyklopedia
3.http: //www.naukadv.ru - strona „Fizyka maszyn”
4. Kasyan A. Napięcie tornada plazmowego lub po prostu - o generatorze MHD // Silnik, 2005, nr 6
5. Magomiedow A.M. Niekonwencjonalne odnawialne źródła energii. - Machaczkała: Stowarzyszenie Wydawnictwa i Drukarstwa „Jowisz”, 1996
6. Ashkinazi L. Generator MHD // Kvant, 1980, nr 11, s. 2–8
7. Kirillin V.A. Energia. Główne problemy. - Moskwa: Wiedza, 1990 - 128 s.
8.http: //how-make.ru - Strona dla miłośników majsterkowania.

Praca skończona:

Volodenok Anastasia Viktorovna, uczennica klasy 10

Kierownik:

dr Filatova Nadieżda Olegowna, nauczycielka fizyki

MOU Liceum Syberyjskie
Tomsk

SOOE SOWIECIETY RADZIECKIE: mkhashiRESPUBLIK 75 09) W) STAN P 0 AELAM Z OPISU WYMYŚLONY CERTYFIKAT AUTONOMICZNY (7).) Państwowy Instytut w Kiszyniowie (54) (57) URZĄDZENIE SZKOLENIOWE DO MONITOROWANIA RUCHU JONÓW, KTROLITE W POLU MAGNETYCZNYM, trzymające źródło zasilania, pojemność przeźroczystą z attektrolitem, magnesem i elektrodami podłączonymi do źródła zasilania Powodem jest to, że dla większej przejrzystości pojemnik ma prostokątny przekrój poprzeczny i jest połączony z jednym z biegunów źródła zasilania i umieszczoną w nim przegrodą, materiałem przewodzącym, na który kondensator się rozdziela. dwa naczynia łączące, elektrody są umieszczone na wewnętrznych ściankach pojemnika równolegle do przegrody i są połączone z drugim biegunem źródła, 1027 Wynalazek dotyczy urządzeń demonstracyjnych i pomocy wizualnych do wykorzystania w treningu. proces, w szczególności do urządzeń w fizyce Znane urządzenie do demonstracji ruchu jonów elektrolitów w polu magnetycznym. Urządzenie wykonane jest z następującego abra; som. Na okrągłych magnesach ceramicznych umieszcza się płaskie naczynie szklane, np. krystalizator, w które wkłada się: 10 dwóch elektrod (okrągła i centralna prostoliniowa). Roztwór siarczanu miedzi wpłynął do naczynia tak, że poziom cieczy znajdował się poniżej naczynia o kilka milimetrów. Pył z likopodium lub korka unosi się na powierzchni cieczy. Gdy prąd płynie przez elektrolit, jony podczas swojego ruchu są odchylane przez pole magnetyczne i ciecz pomiędzy elektrodami zaczyna się obracać, unosząc pływający materiał 1) Wadą tego urządzenia jest słaba widoczność demonstracji podczas przeprowadzania eksperymentu w dużej grupie odbiorców. Celem wynalazku jest zwiększenie widoczności demonstracji ruchu jonów elektrolitu w polu magnetycznym o przekroju prostokątnym i POŁĄCZONYM Z JEDNYM IE BIEGUNAMI ŹRÓDŁA ZASILANIA i znajdującą się w nim przegrodą wykonaną z materiału przewodzącego prąd elektryczny , dzieląc pojemność na dwa naczynia połączone; , przekrój poprzeczny 45 784 2Urządzenie zawiera pojemnik 1 o przekroju prostokątnym ee ze szkła organicznego. Przegroda 2 ee materiał przewodzący prąd elektryczny dzieli go na dwie części, ale nie sięga dna , tworząc w ten sposób dwa naczynia łączące 3 i 4. Do ścian bocznych pojemnika 1 od wewnątrz równolegle do przegrody przymocowane są dwie elektrody 5 i 6. Pojemnik 1 jest zamocowany między biegunami elektromagnesu. Jeden biegun źródła prądu stałego jest podłączony do przegrody 2, a drugi do elektrod bocznych 5 i 6. Do eksperymentu roztwór siarczanu miedzi wlewa się do pojemnika 1 tak, aby poziom cieczy znajdował się 5-7 cm poniżej krawędź statku. Następnie włącza się elektromagnes i obserwuje się, że ciecz w naczyniach 3 i 4 pozostaje na tym samym poziomie. Przy podłączeniu stałego źródła prądu (z zachowaniem biegunowości wskazanej na rys. 1) płynnie zwiększającego wartość prądu uzyskuje się w topieniu zmianę poziomu cieczy w naczyniach 3 i 4. Siła działająca na prąd jonów w lewe naczynie 3 skierowane jest w dół, a prawe naczynie 4 do góry, w wyniku czego działanie pola magnetycznego podwaja się i poziom cieczy przy wartości prądu osiągającej 5 A w lewym naczyniu 3 będzie mniejszy niż w prawym o 4-5 cm. Następnie eksperyment powtarza się ze zmienną polaryzacją i poziom płynu w prawym naczyniu 4 staje się niższy niż w lewym 3. Wynalazek pozwala zwiększyć szybkość demonstracji, a tym samym poprawić jakość uczenia się materiału edukacyjnego i skuteczność wykorzystania pomocy w procesie edukacyjnym Mat punkt rzek EditoTigo Subskrypcja 4/5 PPP oddział fPateng, g, Użgorod projectnaya 4745/55 Obieg 488 VNIIPI State Komitet Wynalazków i Odkryć 113035, Moskwa, Ż, Raushskaya

Podanie

3400847, 22.02.1982

PAŃSTWOWY INSTYTUT MEDYCZNY W KISZYNIU

KROITOR DMITRY SEMENOVICH

IPC / Tagi

Kod referencyjny

Urządzenie edukacyjne do demonstracji ruchu jonów elektrolitów w polu magnetycznym

Podobne patenty

Talerze 5, po dwie sztuki w każdym rogu (góra i dół), które mocuje się do skorupy 1 pojemnika za pomocą kleju. i połączenia śrubowe Śruby przechodzą przez otwory w 10 płytach 5 i skorupie 1. Płyty 5 mają otwory 7 o średnicy wystarczającej do przejścia haka urządzenia podnoszącego.Wewnątrz skorupy 1 elastycznego pojemnika są zainstalowane przerwane pośrodku ostatnich przegród 8 wykonanych z elastycznego materiału, składającego się z dwóch części, z których każda jest zamontowana na górnej i dolnej części płaszcza 1 pojemnika. W pozycji roboczej części przegrody 8 20 są zasznurowane za pomocą elastyczna opaska 9 naprzemiennie nawlekając ją na pętle 10 zainstalowane wzdłuż krawędzi półprzegród.Opaska 9 jest wiązana węzłem na początku i na końcu ...

Choroby