Comments 109
И хотя внутренние электроны атома обладают энергиями связи в сотни и тысячи электронвольт, а ядра — в миллионы и миллиарды, нам всё это (почти) недоступно. Мы хорошо научились манипулировать лишь тонкой внешней оболочкой атома. В ней, в виде напряжённости электрического поля, и хранятся почти все энергетические запасы нашей цивилизации.
так научились же — атомная энергетика вполне работает. Еще термоядерную пытаются развивать. Строят всякие ТОКАМАКи, но это пока больше в стадии исследований.
Либо можно еще пробовать использовать «бесплатную» энергию — ту же солнечную. Но конкретно в применении на Земле вопрос в том — сколько будет энергии и материала затрачено на производство этих самых солнечных панелей. А потом еще и как их грамотно утилизировать. Ну, и понятно, что энерговооруженность с.п. будет не очень большая, зато энергия практически дармовая.
Химики найдутся? Вот у этого вот
LiC6 + CoO2 <-> C6 + LiCoO2
сколько выход в электронах, потом с учётом молей вещества, валентностей и прочих атомных масс…
Короче, сколько конкретно ёмкость условного аккумулятора, состоящего только из этого вещества и со 100% КПД?
Просто 20-30 МДж/кг — это 5-8 кВт*ч, но мне смутно припоминается расчёт по выходу электронов, показывающий, что там максимум чота в районе 500 ватт/кг чтоли…
LiC6 + CoO2 <-> C6 + LiCoO2
сколько выход в электронах, потом с учётом молей вещества, валентностей и прочих атомных масс…
Короче, сколько конкретно ёмкость условного аккумулятора, состоящего только из этого вещества и со 100% КПД?
Просто 20-30 МДж/кг — это 5-8 кВт*ч, но мне смутно припоминается расчёт по выходу электронов, показывающий, что там максимум чота в районе 500 ватт/кг чтоли…
Мегаджоули тут выводятся как теоретический предел. У конкретной реакции выход может быть (и есть) во много раз ниже.
Если судить по графику №5 вот в этой работе (https://arxiv.org/pdf/1607.05658.pdf), то по крайней мере у первой полуреакции (LiC6 <-> Li + C6) энергия на молекулу составляет эдак 0.3 эВ. Что должно соответствовать примерно 2 МДж/кг.
В реальных литиевых аккумуляторах уже достигли выхода в электронах порядка 50-70%.
И энергия этих электронов практически на самом пределе для химических реакций находится — рабочее напряжение в 4 с хвостиком Вольта это и есть по ~4 эВ на каждый переносимый между электродами электрон.
«Рабочий» (валентный во внешней оболочке) электрон у лития только одни, так что на 1 атом — столько же — до ~4 эВ.
Вообще конкретно по литию отдельно это дает огромную удельную энергоемкость, т.к. элемент очень легкий и энергия связи на 1 элемент около теоретического максимума.
Но получить ее всю можно что разве сжигая его в каком-нибудь сильном окислителе — с кислородом или фтором например. Собственно во 2й части связка «литий-фтор» фактически лидер среди всех химических топлив (3.2 эВ на молекулу, 23.7 МДж/кг).
С аккумуляторами вся проблема, что приходится использовать огромное количество «балласта», чтобы манипулировать литием управляемо, контролируемого и безопасно.
Конкретно в этом простейшем варианте химии литевыех аккумуляторов на 1 атом лития («топливо») и половинку кислорода (окислитель) приходится еще 8.5 других атомов (6 углерода, кобальт, 1.5 кислорода), причем кобальт еще и тяжелый элемент.
1 моль подобной «смеси» имеет массу: 7+12*6+59+16*2 = 170 г
Запасаемая энергия в на 1 моль при 100% эффективности использования активной массы 96485 (постоянная Фарадея) на 3.7 В (средне-взвешенное напряжение / работа совершаемая при переносе 1 электрона)
96485*3.7=356994 Дж
или на 1 кг активной массы 356994/0.17=2099964.70 ~ 2.1 МДж/кг ~ 580 Вт*ч/кг
При этом собственно на сам литий из этого 1 кг приходится всего ~7/170 ~4% массы.
Это из активной хим. массы. От общей массы готового к использованию аккумулятора соответственно еще меньше, обычно что-то уровня 2-3%.
Это и есть теоретический предел для подобной химии. На практике результаты меньше существенно, т.к. и эффективность не 100% и кроме активной массы нужны корпус, сепаратор для разделения электродов, электролит и токосъемники.
Но уже где-то 50% от теор. максимума в самых хороших и современных аккумуляторах выжали (~280 Вт*ч)
Все «прорывы» которые обещают емкость литиевых элементов в разы больше — связаны с принципиально другими схемами лития.
Например электрод из углеродных или кремниевые нанотрубок на которые литий вешается «гроздями» — по несколько атомов лития на 1 атом углерода/кремния, вместо матрицы из 6 атомов углерода (в виде графита) удерживающей максимум 1 атом лития.
Либо литий-воздушные элементы — когда окислитель (кислород) берется из воздуха, а не хранится в связанном виде в самом аккумуляторе вообще.
Либо электроды из чистого металлического лития (как в литиевых «батарейках») вместо соединений лития с оксидами кобальта/никеля/железа/титана — от которых в свое время отказались, т.к. в многоразовом варианте такой вариант оказывается опасен. Но периодически делаются попытки «реанимировать» цельнолитиевые электроды путем разных ухищрений.
И энергия этих электронов практически на самом пределе для химических реакций находится — рабочее напряжение в 4 с хвостиком Вольта это и есть по ~4 эВ на каждый переносимый между электродами электрон.
«Рабочий» (валентный во внешней оболочке) электрон у лития только одни, так что на 1 атом — столько же — до ~4 эВ.
Вообще конкретно по литию отдельно это дает огромную удельную энергоемкость, т.к. элемент очень легкий и энергия связи на 1 элемент около теоретического максимума.
Но получить ее всю можно что разве сжигая его в каком-нибудь сильном окислителе — с кислородом или фтором например. Собственно во 2й части связка «литий-фтор» фактически лидер среди всех химических топлив (3.2 эВ на молекулу, 23.7 МДж/кг).
С аккумуляторами вся проблема, что приходится использовать огромное количество «балласта», чтобы манипулировать литием управляемо, контролируемого и безопасно.
Конкретно в этом простейшем варианте химии литевыех аккумуляторов на 1 атом лития («топливо») и половинку кислорода (окислитель) приходится еще 8.5 других атомов (6 углерода, кобальт, 1.5 кислорода), причем кобальт еще и тяжелый элемент.
1 моль подобной «смеси» имеет массу: 7+12*6+59+16*2 = 170 г
Запасаемая энергия в на 1 моль при 100% эффективности использования активной массы 96485 (постоянная Фарадея) на 3.7 В (средне-взвешенное напряжение / работа совершаемая при переносе 1 электрона)
96485*3.7=356994 Дж
или на 1 кг активной массы 356994/0.17=2099964.70 ~ 2.1 МДж/кг ~ 580 Вт*ч/кг
При этом собственно на сам литий из этого 1 кг приходится всего ~7/170 ~4% массы.
Это из активной хим. массы. От общей массы готового к использованию аккумулятора соответственно еще меньше, обычно что-то уровня 2-3%.
Это и есть теоретический предел для подобной химии. На практике результаты меньше существенно, т.к. и эффективность не 100% и кроме активной массы нужны корпус, сепаратор для разделения электродов, электролит и токосъемники.
Но уже где-то 50% от теор. максимума в самых хороших и современных аккумуляторах выжали (~280 Вт*ч)
Все «прорывы» которые обещают емкость литиевых элементов в разы больше — связаны с принципиально другими схемами лития.
Например электрод из углеродных или кремниевые нанотрубок на которые литий вешается «гроздями» — по несколько атомов лития на 1 атом углерода/кремния, вместо матрицы из 6 атомов углерода (в виде графита) удерживающей максимум 1 атом лития.
Либо литий-воздушные элементы — когда окислитель (кислород) берется из воздуха, а не хранится в связанном виде в самом аккумуляторе вообще.
Либо электроды из чистого металлического лития (как в литиевых «батарейках») вместо соединений лития с оксидами кобальта/никеля/железа/титана — от которых в свое время отказались, т.к. в многоразовом варианте такой вариант оказывается опасен. Но периодически делаются попытки «реанимировать» цельнолитиевые электроды путем разных ухищрений.
Да, когда читаешь, что теоретический предел теоретической пружины — выше, чем теоретический предел аккумулятора и теоретически равен теоретическому пределу топлива, то думаешь: «ЧТОООО? ОХ УЖ ЭТИ ТЕОРЕТИКИ !»
А потом прикидываешь, что ведь таки да — все твердые и жидкие и даже газообразные предметы вокруг нас — это электромагнитная сила, и я даже припоминаю видео Фейнмана на эту тему, и у них один общий принцип (накачаешь слишком много электронов — и привет) %)
А потом прикидываешь, что ведь таки да — все твердые и жидкие и даже газообразные предметы вокруг нас — это электромагнитная сила, и я даже припоминаю видео Фейнмана на эту тему, и у них один общий принцип (накачаешь слишком много электронов — и привет) %)
Вес грузовика в наших широтах определяется не прочностью стали, а глупостью тех, кто бездумно его использует круглый год. Что представляет собой современная фура или жд вагон? — это балка полуприцепа, опёртая на балки мостов концами. Рационально используются свойства материалов? Нет!
Есть решение получше? Да. Русские люди большую часть года использовали сани, которые за счёт некоторой эластичности имеют грузоподъёмность в разы большую, чем масса сани+лошадь+возница. В переделе — берём стальной лист, грузим всё на него и цепляем лебёдкой к внешнему якорю- весовая и энергетическая эффективность будет запредельная.
Аналогично можем сделать хоть баржу высокой эффективности, хоть жд вагон, хоть дирижабль, хоть замену первой ступени РН.
Только вот нестандартные массо- и энергоэффективные решения в текущих обстоятельствах не востребованы, востребовано шаблонное, но предсказуемое мышление ((
Есть решение получше? Да. Русские люди большую часть года использовали сани, которые за счёт некоторой эластичности имеют грузоподъёмность в разы большую, чем масса сани+лошадь+возница. В переделе — берём стальной лист, грузим всё на него и цепляем лебёдкой к внешнему якорю- весовая и энергетическая эффективность будет запредельная.
Аналогично можем сделать хоть баржу высокой эффективности, хоть жд вагон, хоть дирижабль, хоть замену первой ступени РН.
Только вот нестандартные массо- и энергоэффективные решения в текущих обстоятельствах не востребованы, востребовано шаблонное, но предсказуемое мышление ((
Вам слова «трение качения — трение скольжения» о чём-нибудь говорят?..
Кстати, опишите свою «рационализацию» первой ступени РН и дирижабля в свете своей концепции. Любопытно.
Кстати, опишите свою «рационализацию» первой ступени РН и дирижабля в свете своей концепции. Любопытно.
«Качение- скольжение» — абстрактно ложное противопоставление, когда везём груз не по идеально ровной и идеально упругой поверхности, а режем снег покрышками. У снегоходов лыжи колёсами никто уже не пробует заменять. Вдобавок на грузовике назад возвращаемся порожняком таща половину полной массы, плюс большая часть перемещений — с недогрузом. Реальная картинка очень далека от теоретической физики.
С РН — ещё проще — цепляемся к стратостату тросом — делаем стратосферный лифт (энергией, естественно, питаемся от электростанции), не тащим вверх ни топливо, ни рабочее тело.
С дирижаблем — ещё проще за сто лет полимерные материалы стали _на разрыв_ прочнее на три порядка — при правильном подходе вес современного дирижабля будет относиться к дирижаблю столетней давности как вес пластикового пакета к весу чемодана.
С РН — ещё проще — цепляемся к стратостату тросом — делаем стратосферный лифт (энергией, естественно, питаемся от электростанции), не тащим вверх ни топливо, ни рабочее тело.
С дирижаблем — ещё проще за сто лет полимерные материалы стали _на разрыв_ прочнее на три порядка — при правильном подходе вес современного дирижабля будет относиться к дирижаблю столетней давности как вес пластикового пакета к весу чемодана.
Это одни из первых мыслей, что приходят в голову.
Считал ради интереса: простейший воздушный шар с трудом вытягивает вес троса из современных материалов на высоту, о полезной нагрузке там речь вообще не идёт.
Не всё так просто, к сожалению.
Считал ради интереса: простейший воздушный шар с трудом вытягивает вес троса из современных материалов на высоту, о полезной нагрузке там речь вообще не идёт.
Не всё так просто, к сожалению.
Точно. Имеем стратостат или их связку с гигантской парусностью и привязанным к нему тросом. И как же это можно использовать для разгона ракеты? Смекаете?
Нет, что-то не смекаю. Объясните, пожалуйста.
Наверное имеется ввиду что поднимать можно с ускорением, тогда будет и начальная скорость достаточно высокой, что в разы повысит полезную нагрузку.
Я недооценил инертность мышления читателей Хабра.
Если кратко — у нас стратостат-парашют с привязанным тросом. Лифт едет вверх по тросу — использует массу воздуха, через который продирается аэростат. Ну просто ведь!
А минусящие меня умнее не станут. Как же всё-таки хорошо, что в науке и технике нет голосования!
Если кратко — у нас стратостат-парашют с привязанным тросом. Лифт едет вверх по тросу — использует массу воздуха, через который продирается аэростат. Ну просто ведь!
А минусящие меня умнее не станут. Как же всё-таки хорошо, что в науке и технике нет голосования!
У надувного крыла нет жёсткости, оно складывается. Недавно сам интересовался. Уже пробовали.
Почему не «складывается» парашют?
Судя по убыли моей кармы, комменты Хабра — место, где торжествует самодовольная ограниченность. Успехов.
Судя по убыли моей кармы, комменты Хабра — место, где торжествует самодовольная ограниченность. Успехов.
У парашюта есть встречный поток воздуха, который и обеспечивает это «не складывается». А у Вашего «стратостата-парашюта» он где? Вопрос, на мой взгляд, достаточно очевидный, если Вы знаете механизм работы Вашей идеи — ответ Вам должен быть тоже очевиден.
А наш стратостат-парашют тянет вниз КА, который по тросу, ускоряясь, карабкается. Аэродинамика и аэростатика работают совместно.
То есть, цепочка такая:
— запустить стратостат на достаточно большую высоту;
— прицепить к нему КА;
— стратостат будет опускаться и за счёт этого опираться на воздух, КА — подниматься за счёт взаимодействия с тросом.
Теперь — вопросы:
— с какой скоростью и, главное, сколько времени будет опускаться стратостат под грузом троса и КА? Как следствие — в какой точке они встретятся?
— с какой максимальной скоростью можно разгоняться вдоль троса так, чтобы не разорвать ни трос, ни крепления, через которые он пропущен?
Это чисто навскидку, то, что по-любому надо знать, продвигая подобную идею.
— запустить стратостат на достаточно большую высоту;
— прицепить к нему КА;
— стратостат будет опускаться и за счёт этого опираться на воздух, КА — подниматься за счёт взаимодействия с тросом.
Теперь — вопросы:
— с какой скоростью и, главное, сколько времени будет опускаться стратостат под грузом троса и КА? Как следствие — в какой точке они встретятся?
— с какой максимальной скоростью можно разгоняться вдоль троса так, чтобы не разорвать ни трос, ни крепления, через которые он пропущен?
Это чисто навскидку, то, что по-любому надо знать, продвигая подобную идею.
Да, цепочка, по которой удобно вылезать из гравитационного колодца именно такая.
По поводу вопросов — они вторичны, поскольку определяются ускорением РН, которое не может быть больше 4.4g (люди и научные приборы — хрупки). Исходя из этой величины и конструируется система. Скорость опускания стратостата, кстати, несложно минимизировать.
Ну и главный вопрос, на который только ОКР сможет ответить окончательно — как должны «разминуться» парус и РН?
По поводу вопросов — они вторичны, поскольку определяются ускорением РН, которое не может быть больше 4.4g (люди и научные приборы — хрупки). Исходя из этой величины и конструируется система. Скорость опускания стратостата, кстати, несложно минимизировать.
Ну и главный вопрос, на который только ОКР сможет ответить окончательно — как должны «разминуться» парус и РН?
Не все научные приборы хрупки. В хорошей упаковке могут выдерживать до 1000G, не говоря о том кроме приборов доставляется вода, топливо, расходные материалы. Да и вектор ускорения известен, однократный и кратковременный, что упрощает учет перегрузки. Тут скорее сам корпус ракеты не выдержит, он и ограничит перегрузку максимальную, может в районе 50G.
Другое дело что появляется переход на высокую сверхзвуковую скорость в плотных слоях атмосферы, нужна будет массивная защита от перегрева и добавляется сопротивление атмосферы, что может убрать выгоду от такого метода запуска. Вот если бы вакуумную трубу обеспечить… тогда разгонять можно было бы в подземной шахте и далее просто не мешать выходу на орбиту.
Другое дело что появляется переход на высокую сверхзвуковую скорость в плотных слоях атмосферы, нужна будет массивная защита от перегрева и добавляется сопротивление атмосферы, что может убрать выгоду от такого метода запуска. Вот если бы вакуумную трубу обеспечить… тогда разгонять можно было бы в подземной шахте и далее просто не мешать выходу на орбиту.
4,3G это я по памяти с тех времён, когда мы спутник разрабатывали. Такое ускорение закладывается для выведения грузов в «Прогрессе».
Если делать РН и выводимый аппарат на большие перегрузки, это потянет за собой рост массы для обеспечения прочности. Так бы давно запускали прочные грузы «Из пушки — на Луну» по заветам Жюля-Верна!
Ваккуумная труба за пределы тропосферы — ненаучная фантастика, сродни космическому лифту.
Если делать РН и выводимый аппарат на большие перегрузки, это потянет за собой рост массы для обеспечения прочности. Так бы давно запускали прочные грузы «Из пушки — на Луну» по заветам Жюля-Верна!
Ваккуумная труба за пределы тропосферы — ненаучная фантастика, сродни космическому лифту.
Ракеты ПВО и подобные рассчитываются на 50G, иначе цель не догонят просто.
Не то что не догонят, просто цель легко противоракетным манёвром уклонится.
Ну если, например, самолет даже пассажирский, на высоте 10 км и скорость сравнима со скоростью звука, догнать задача возможная, но не такая простая. Не каждая страна имеет такие возможности, из-за технических сложностей.
А есть ракеты — противоракеты, чтобы перехватывать межконтинентальные ракеты на взлете, у тех ускорение просто обязано быть на порядок больше обычных ракет, иначе не догонят даже без всяких уклонений (хотя и уклоняться в небольших пределах ничего не запрещает). Такие вроде как только у США есть, ввиду сложности, и, соответственно, цены системы.
А есть ракеты — противоракеты, чтобы перехватывать межконтинентальные ракеты на взлете, у тех ускорение просто обязано быть на порядок больше обычных ракет, иначе не догонят даже без всяких уклонений (хотя и уклоняться в небольших пределах ничего не запрещает). Такие вроде как только у США есть, ввиду сложности, и, соответственно, цены системы.
Стратостат не даст особого выигрыша. Самое энергозатратное не поднять ракету, а придать ей скорость. Потенциальная энергия не так велика, главная проблема кинетическая энергия.
Потнециальная энергия актуальна для высоких орбит, это под 40 000 км, на низких орбитах ей можно пренебречь.
Потнециальная энергия актуальна для высоких орбит, это под 40 000 км, на низких орбитах ей можно пренебречь.
Вы правы, но идея начинать разгон с большой высоты — в целом здравая. Современные ракеты очень много тратят на сопротивление воздуха, не было бы у нас атмосферы — было бы легче :)
А какой процент топлива забирает атмосфера? Хотя без влияния воздуха, можно было бы выбирать другую траекторию выхода на орбиту, под большим углом к горизонту, параллельно земле почти…
Эту идею у вас давно «украли» :) Именно для этого строили АН-225 Мрию, а сейчас использует Бренсон в Virgin Galactic.
Мрию изначально строили не для воздушного старта, а для транспортировки элементов комплекса Энергия-Буран.
Потом уже думали её приспособить: https://ru.m.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE%D1%86%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%B0%D0%B2%D0%B8%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%BE-%D0%BA%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0
Вроде как, для выхода на орбиту высота не так важна как скорость. В том смысле что на разгон энергии тратится больше чем на подъём.
А тема воздушного старта муссируется с самого начала космонавтики, да что-то пока не срослось.
Для вывода важна энергия и от чего отталкиваться — я в паралельной ветке бегло описал, как решить эту проблему.
Муссируются много тем, но без комплексного подхода результата будет ноль и топливо продолжит возить топливо.
Муссируются много тем, но без комплексного подхода результата будет ноль и топливо продолжит возить топливо.
Это в космонавтике-то нет комплексного подхода? Я как раз закончил читать мемуары Б. Губанова, главного конструктора Энергии. Так там комплексный подход в истинном незатуманенном виде! Считали вообще всё. Считали и тестировали. Да там ни одной детальки «просто так» не появилось…
UFO just landed and posted this here
Если пренебречь пробоем, то можно представить конденсатор в виде полого шара, в котором внешняя и внутренняя сферические поверхности заряжены. Тогда возникает сила сжимающая вещество между слоями, но вещество может противостоять сжатию (если ему «выдавиться» некуда) очень хорошо.
Но с пробоем, похоже, ничего не поделать :(
По поводу маховиков: кинетическая энергия mV^2/2, центробежная сила mV^2/R. Таким образом увеличивая у вращающейся гантели R — увеличиваем отношение запасенной энергии к возникающим нагрузкам. Предела казалось бы нету… :)
Но с пробоем, похоже, ничего не поделать :(
По поводу маховиков: кинетическая энергия mV^2/2, центробежная сила mV^2/R. Таким образом увеличивая у вращающейся гантели R — увеличиваем отношение запасенной энергии к возникающим нагрузкам. Предела казалось бы нету… :)
увеличивая у вращающейся гантели R — увеличиваем отношение запасенной энергии к возникающим нагрузкам. Предела казалось бы нету… :)
В качестве упражнения предлагаете посчитать, какую можно снимать мощность, чтобы гриф не погнулся?
Речь ведь не о съеме мощности а о запасенной энергии на единицу массы.
Ну и можно тросы использовать а не гриф. Пример: космический аппарат разматывает в противоположные стороны 2 троса с грузами на конце и раскручивает их. Еще пару грузов на таких же растяжках раскручивает в противоположную сторону (чтобы сам не вращался). А что бы тросы на него не наматывались при съеме мощности и разматывании: тросы закреплены на круговой тележке свободно вращающейся вокруг корпуса.
Ну и можно тросы использовать а не гриф. Пример: космический аппарат разматывает в противоположные стороны 2 троса с грузами на конце и раскручивает их. Еще пару грузов на таких же растяжках раскручивает в противоположную сторону (чтобы сам не вращался). А что бы тросы на него не наматывались при съеме мощности и разматывании: тросы закреплены на круговой тележке свободно вращающейся вокруг корпуса.
Обычно кольца делают, трос из вашего примера будет самым слабым звеном. А кольца поддерживают сами себя и не содержат лишней массы.
Вот еще примеры, с расчетами
altinfoyg.ru/energetika/sae/statsionarnye-supermakhoviki-v-energosistemakh.html
Вот еще примеры, с расчетами
altinfoyg.ru/energetika/sae/statsionarnye-supermakhoviki-v-energosistemakh.html
Так запасти-то какие проблемы? Вон зонд Паркера отправили к Солнцу — плотность энергии в перигелии вообще запредельная. Кому только интересно, если получить-то эту энергию обратно нельзя?
https://antihydrogen.livejournal.com/47585.html Тут концепт двигателя использующую эту идею.
Это возможно для стационарных накопителей энергии, поддержка электростанций, например. Кольца километровые в вакуумной трубе, сжимаемые магнитным полем.
Сжимать магнитным полем можно, но это требует массы этих магнитов вокруг и ломает аргумент о неограниченном лимите энергии на единицу массы. Обойдемся пока без этого )
Предельный случай, кольцо супермаховика по экватору вокруг Земли. При первой космической скорости оно будет в невесомости, магнитное поле для небольшой корректировки траектории только. На само кольцо вообще ни каких сил не действует, оно в невесомости. Энергия 72 МДж на килограмм массы.
Еще больше энергии можно запасать построив кольцо вокруг Юпитера или Солнца, например, поближе к поверхности, где гравитация выше. Там будут гигаджоули на килограмм массы. Если найти нейтронную звезду или черную дыру небольшую, еще больше будут возможные энергии. При том что механика достаточно простая, из фантастического только масштабы.
Еще больше энергии можно запасать построив кольцо вокруг Юпитера или Солнца, например, поближе к поверхности, где гравитация выше. Там будут гигаджоули на килограмм массы. Если найти нейтронную звезду или черную дыру небольшую, еще больше будут возможные энергии. При том что механика достаточно простая, из фантастического только масштабы.
Ограничение предела энергии на единицу массы преодолели, но габариты сильно выросли… Вот если бы такое но компактно… )
Не получится использовать орбитальный маховик. Потому, что главное условием его устойчивости это — постоянная скорость вращения. И как только вы попробуете изъять накопленную энергию, снизив скорость, он просто схлопнется.
Можно просто отделять часть маховика и тормозить в мишень, так хотя бы тепловую энергию можно получить, маховик может быть не монолитный, а слабо связанный набор элементов. По аналогии с кольцом адронного коллайдера. В БАК кстати энергия кинетическая пучка частиц сравнима с кинетической энергией Боинга в полете.
Ну или запускать магнитные материалы в кольцо и управлять ими внешним магнитным полем, там достаточно небольших усилий для стабилизации орбиты. Да и скорости можно будет получать выше, не 8 км/с, а 800 км/с и соответственно энергии не 72, а 720 000 МДж/кг. Например запущен магнит весом в 1 грамм в трубу по экватору Земли, на скорости 800 км/с на него действет сила 100 грамм от центра Земли (что нужно компенсировать магнитным полем) и запасенная энергия 720 МДж на грамм, фантастическая энергоемкость. Далеко не пружинные или химические показатели.
Ну или запускать магнитные материалы в кольцо и управлять ими внешним магнитным полем, там достаточно небольших усилий для стабилизации орбиты. Да и скорости можно будет получать выше, не 8 км/с, а 800 км/с и соответственно энергии не 72, а 720 000 МДж/кг. Например запущен магнит весом в 1 грамм в трубу по экватору Земли, на скорости 800 км/с на него действет сила 100 грамм от центра Земли (что нужно компенсировать магнитным полем) и запасенная энергия 720 МДж на грамм, фантастическая энергоемкость. Далеко не пружинные или химические показатели.
Ем. А сколько будет весить генератор магнитного поля для компенсации на радиусе экватора?
А насосы, для поддержания вакуума в этой небольшой эксперементальной трубке? А опоры и другие средства обеспечения ее ровности в океане?
А насосы, для поддержания вакуума в этой небольшой эксперементальной трубке? А опоры и другие средства обеспечения ее ровности в океане?
В океане можно как-раз по поверхности проложить, ровность будет обеспечена естественным образом.
Даже относительно расстояния до центра земли не будет, поскольку в океане всегда есть супер-волны и приливы.
Но это все ерунда. Как обеспечите, чтоб от точки А до точки Б на берегу труба не прогнулася дугой(на поверхности, да) от ветра и течения?
Но это все ерунда. Как обеспечите, чтоб от точки А до точки Б на берегу труба не прогнулася дугой(на поверхности, да) от ветра и течения?
Маховик? Его предел определяется способностью материала сопротивляться нагрузке, создаваемой центробежной силой центростремительным ускорением.
Я был обязан это закинуть
UFO just landed and posted this here
А если сделать суперконденсатор из двух металлических пружин? А теперь раскрутить эту пружину до огромной скорости? Или в качестве маховика использовать плоский конденсатор? Какое поле для фантазий про экзотические аккумуляторы энергии…
Маховик из конденсатора с пластинами из литиевых аккумуляторов поднятый в стратосферу, один конец которого максимально нагрет, а другой охлаждён, всё это скручено во всех возможных направлениях до предела упругой деформации и статически заряжено относительно земли. Чего бы ещё добавить? :)
Правильное движение мысли! Я тоже думал над чем-то похожим. Конденсатор (конечно, ваккуумый), компенсируемый там центробежной или упругой силой. Но проблема в том, что если даже «одиноко стоящий» сферический конденсатор нельзя зарядить выше пружинного предела, то и никакая вращающаяся система из них этот предел, увы, тоже не перепрыгивает.
Ваши сочинения вполне можно классифицировать как элемент философии нового времени. Как физика прорастает в механические машины созданные человеком, в условиях текущей экономики. Но настоящие философы вас разорвут, так как не любят цифр.
Хех ))
Настоящие философы две тысячи лет спорили, делима ли материя до бесконечности. И рассматривали только два варианта: да или нет.
Пока не пришли физики и не выкатили третий: да, на каком-то уровне материя состоит из более простых частей (кварков), но нет, на них она неделема.
И так везде. Есть им отчего не любить физиков )
Настоящие философы две тысячи лет спорили, делима ли материя до бесконечности. И рассматривали только два варианта: да или нет.
Пока не пришли физики и не выкатили третий: да, на каком-то уровне материя состоит из более простых частей (кварков), но нет, на них она неделема.
И так везде. Есть им отчего не любить физиков )
Пока не пришли физики и не выкатили третий: да, на каком-то уровне материя состоит из более простых частей (кварков), но нет, на них она неделема.Это ограничение СМ, в физике нет принципа запрещающего дальнейшее структуирование материи. Это вопрос экспериментальных исследований и наблюдений.
Это уже чисто уморзительная делимость будет. А так настоящая делимость уже закончилась: на протонах-нейтронах — они условно «состоят» из кварков, но разделить их на кварки невозможно.
Это уже чисто уморзительная делимость будет.Так дипломатично и написал — структуирования. Типа струн в ТС, если, вдруг, найдется подтверждение сего опуса) Что касается кварков, то на короткое время можно получить кварк-глюонную плазму, также есть гипотеза существования кварковых звезд.
Возможно, по современной теории вопрос делимости частиц на свободные кварки это вопрос окружающей среды и энергий, очень высокого давления и температуры вроде достаточно. По теории в первичной вселенной были свободные кварки до формирования частиц. Плюс вероятно в тяжелых нейтронных звездах ядро состоит из кварков.
Интересно, в каком месте он третий? Если вопрос ставится именно так («делима ли до бесконечности?»), нынешнее понимание даёт чёткий ответ «нет» — именно потому что даже до кварков она делима только теоретически. Другой вопрос, что оно может оказаться ошибочным.
Ваши сочинения вполне можно классифицировать как элемент философии нового времени.Скорее как обзор физических ограничений энергоэффективности современных технологий основанных на электромагнитном взаимодействии. Из этого списка выпадают уже существующие технологии основанные на сильных и слабых взаимодействиях — ядерный распад и термояд. синтез, в перспективе управляемый, аннигиляция, и др. гипотетические формы, включая основанные на гравитационном взаимодействии. Например, путем использования ЧД в качестве источников энергии. А ведь еще есть непонятные ТМ и ТЕ)
У гелия разница между синглетным и триплетным состоянием 19.8 эв, при его атомной массе это выходит эквивалентно ~480 МДж/кг чистого вещества без какого-либо окислителя)
ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D0%B9#%D0%A1%D0%B2%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B0_%D0%B2_%D0%B3%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B9_%D1%84%D0%B0%D0%B7%D0%B5
ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D0%B9#%D0%A1%D0%B2%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B0_%D0%B2_%D0%B3%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B9_%D1%84%D0%B0%D0%B7%D0%B5
Бинго! Вы угадали целый пункт из четвёртой части!
Есть еще металлический водород — так же энергия на порядок выше любых хим. связей и тоже без каких-либо окислителей. Просто переход металлический водород в атомарной форме ==> молекулярный газ из 2х атомов
~600 МДж на 1 кг ЕМНИП
Причем по некоторым гипотезам он оказывается метастабильным — т.е. для его сохранения в металлической форме не нужны те чудовищные давления, которые необходимы для его образования.
~600 МДж на 1 кг ЕМНИП
Причем по некоторым гипотезам он оказывается метастабильным — т.е. для его сохранения в металлической форме не нужны те чудовищные давления, которые необходимы для его образования.
Спасибо, прекрасный цикл. Сразу вспомнился Бачигалупи)
Автору спасибо. Это действительно мир пружин. Я маленько в другом топике отписал пример с трансформатором.
Очень интересный цикл статей, с нетерпением жду продолжения.
Вставлю свои непрофессиональные 5 копеек — возможно генераторы на плазме могут преодолеть Границу. Уже сейчас работающие (хоть и недолго) генераторы на воздушной плазме за счет разрушения атомов кислорода способны извлекать огромное количество энергии и, к сожалению, тепла (что и затрудняет их разработку).
Интересно узнать мнение автора по этому поводу.
Вставлю свои непрофессиональные 5 копеек — возможно генераторы на плазме могут преодолеть Границу. Уже сейчас работающие (хоть и недолго) генераторы на воздушной плазме за счет разрушения атомов кислорода способны извлекать огромное количество энергии и, к сожалению, тепла (что и затрудняет их разработку).
Интересно узнать мнение автора по этому поводу.
Браво! Очень приятно и интересно читать!
А если сделать пружину из нитинола, например?
Это который с эффектом памяти? Сомневаюсь, что много можно получить. У него тоже довольно скромный предел прочности.
Другое дело, что на нитиноле можно сделать тепловой двигатель. И народ даже делает. Некогда сейчас искать, но видел работу, что до 16% КПД таких двигателей доходит. Это, конечно, приятно. Но речь идёт о температурах максимум в сотни градусов, т.е. малых долях эВ на атом.
Другое дело, что на нитиноле можно сделать тепловой двигатель. И народ даже делает. Некогда сейчас искать, но видел работу, что до 16% КПД таких двигателей доходит. Это, конечно, приятно. Но речь идёт о температурах максимум в сотни градусов, т.е. малых долях эВ на атом.
Всё же сведение всего к пружине — это немного трололо )
Мне больше нравится такой вид формулы:
E/M ≤ σ/ρ
E ≤ σ * M /ρ
E ≤ σ * V
То есть энергия ограничена прочностью межатомных связей. Что идеологически очень хорошо совпадает с предыдущей частью, где энергия тех же самых межатомных связей высвобождалась вследствие химических реакций.
Мне больше нравится такой вид формулы:
E/M ≤ σ/ρ
E ≤ σ * M /ρ
E ≤ σ * V
То есть энергия ограничена прочностью межатомных связей. Что идеологически очень хорошо совпадает с предыдущей частью, где энергия тех же самых межатомных связей высвобождалась вследствие химических реакций.
Величину ε можно оценить как ε ≈ E/σ, где E — модуль Юнга для вещества
Относительное удлинение вроде как ε ≈ σ/E должно быть…
А если получать на ускорителях антивещество, что ограничивает возможность его хранения? Ведь запас энергии в нем совсем не пружинный.
То что оно тут-же прореагирует с веществом?
Разделять магнитным полем, например?
Ну вот да, не окажется ли и тут засады, как со сверхпроводимостью? Или вот скажем нейтрино, каковы шансы прореагировать с антивеществом?
Вещество и антивещество — это, из наиболее известных, пары электрон и позитрон. И я не вижу проблемы сделать, например, плазму из протонов и позитронов. Ведь аннигилируются только именно частицы в соответствующих парах. Другие — могут реагировать друг с другом на общих основаниях.
я думаю, что такие же, как и с обычным веществом.
Насчет аннигиляции нейтрино и антинейтрино… я вообще не могу дать комментариев. Разумная часть подсказывает мне, что там все не так просто. Учитывая, что это достаточно «особенные» частицы. Беглый поиск по гуглу тоже не смог дать однозначного ответа.
Или вот скажем нейтрино, каковы шансы прореагировать с антивеществом?
я думаю, что такие же, как и с обычным веществом.
Насчет аннигиляции нейтрино и антинейтрино… я вообще не могу дать комментариев. Разумная часть подсказывает мне, что там все не так просто. Учитывая, что это достаточно «особенные» частицы. Беглый поиск по гуглу тоже не смог дать однозначного ответа.
В части 1 пружин добавлял комментарий про 1-тонную сверхпроводящую магнитную ловушку со сверхвысоким вакуумом для перевозки 1 млрд антипротонов на 300 метров — https://indico.cern.ch/event/736662/contributions/3038841/attachments/1676018/2690828/PUMA__INTC_Jun18.pdf
https://home.cern/news/news/physics/making-antimatter-transportable
https://home.cern/news/news/physics/puma-project-antimatter-goes-nomad
Возможно где-то рядом найдется описание проблем, которые годами решают в этом проекте.
У человечества есть два непружинных метода запасения энергии: кинетическая и потенциальная. Обе не очень-то транспортабельные.
Потенциальная не пружинная? Ооокей.
Нет, не пружинная, поскольку у неё нет лимита. В общем случае, потенциальная энергия может быть почти неограниченной (вопрос как её извлекать — это уже другой вопрос).
Тьфу, сам заразился этой терминологией. Я хотел сказать — что пружины запасают потенциальную энергию.
Может вы мне объясните, что автор имеет ввиду под пружинной энергией?
Может вы мне объясните, что автор имеет ввиду под пружинной энергией?
Весь пост автора о том, что «пружины запасают энергию» с лимитом на количество мегаджоулей материи, и лимит этот примерно один и тот же вне зависимости от того, химия это, кинетическая энергия, или химическая.
Я же говорил про гравитационную потенциальную энергию, которая, чисто теоретически, этого лимита не имеет. Но как её добывать — чёрт её знает как, не говоря уже про транспортировку.
Я же говорил про гравитационную потенциальную энергию, которая, чисто теоретически, этого лимита не имеет. Но как её добывать — чёрт её знает как, не говоря уже про транспортировку.
Спасибо, мне реально стало понятнее. Но есть несколько «но»:
Судя по пояснениям автора, он говорит про энергию внешних валентных электронов или типа того. Однако не приводит никаких теоретических выкладок, что энергия химических связей или связей в кристалической решетке эквивалента упругости — то есть возможности «растянуть» решетку до того предела пока она еще может вернуться в первоначальное состояние. Она исходя из определения должна быть меньше, чем энергия связей в кристалической решетке (иначе она бы разрушилась)
И это абсолютно не соответствует наблюдениям:
Топливо — 30МДж/кг (данные из статьи)
Батареи — 3МДж/кг (данные из статьи)
Пружины — 0.015МДж/кг (этого в статье нет, но легко гуглится, например www.pruzhina.ru/biblioteka/doklady-i-stati/81-titanovye-pruzhiny-dlya-metallurgicheskoj-promyshlennosti)
То есть нет ни теории, ни практики подтверждающей слова автора.
«пружины запасают энергию»
Судя по пояснениям автора, он говорит про энергию внешних валентных электронов или типа того. Однако не приводит никаких теоретических выкладок, что энергия химических связей или связей в кристалической решетке эквивалента упругости — то есть возможности «растянуть» решетку до того предела пока она еще может вернуться в первоначальное состояние. Она исходя из определения должна быть меньше, чем энергия связей в кристалической решетке (иначе она бы разрушилась)
и лимит этот примерно один и тот же вне зависимости от того, химия это, кинетическая энергия, или химическая.
И это абсолютно не соответствует наблюдениям:
Топливо — 30МДж/кг (данные из статьи)
Батареи — 3МДж/кг (данные из статьи)
Пружины — 0.015МДж/кг (этого в статье нет, но легко гуглится, например www.pruzhina.ru/biblioteka/doklady-i-stati/81-titanovye-pruzhiny-dlya-metallurgicheskoj-promyshlennosti)
То есть нет ни теории, ни практики подтверждающей слова автора.
A CNT spring made of bundles of densely packed 1 nm diameter SWCNTs stretched to a 10% strain is predicted to have an energy density of 3.4×106 kJ/m3
en.wikipedia.org/wiki/Carbon_nanotube_springs
(Я мимо проходил и я не автор)
en.wikipedia.org/wiki/Carbon_nanotube_springs
(Я мимо проходил и я не автор)
Спасибо за ссылку! Это кстати подтверждает, что автор говорит про силы электрического взаимодействия между атомами. Это вроде известный факт, что они лежат в основе всей химии (в том числе кристалических решеток). Но называть их пружинами — это очень сильно упрощать весь процесс.
Если бы в статье была дана оценка энергоемкости этих струн и процесса окисления, например, водорода и кислорода с конкретным описанием как это работает это имело бы намного больший смысл и было бы ближе к истине, чем то как это выглядит сейчас.
Если бы в статье была дана оценка энергоемкости этих струн и процесса окисления, например, водорода и кислорода с конкретным описанием как это работает это имело бы намного больший смысл и было бы ближе к истине, чем то как это выглядит сейчас.
Кстати кинетическая энергия вообще-то имеет совсем другой предел E = mc2. А добывать гравитационную очень даже можно — надо просто перевести ее в кинетическую (то есть упасть)
Вообще говоря, E=mcc к кинетической энергии не относится, а для кинетической энергии лимита нет. Разгоним что-то массой 1 микрограмм до 0.999999999999999c, получим гипер-мега бомбу с 2000 ПДж. (Для сравнения царь-бомба — 210 ПДж).
(У Liu Cixin в «Задаче трёх тел» описывалась гипотетическая цивилизация, которая в качестве оружия отправляла микроскопическое тело со скоростью очень близкой к скорости света и энергией, достаточной для разрушения звезды — такое оружие невозможно было обнаружить, т.к. сигнал опережал тело на несущественную величину).
(У Liu Cixin в «Задаче трёх тел» описывалась гипотетическая цивилизация, которая в качестве оружия отправляла микроскопическое тело со скоростью очень близкой к скорости света и энергией, достаточной для разрушения звезды — такое оружие невозможно было обнаружить, т.к. сигнал опережал тело на несущественную величину).
Какая-то ерунда. В статье огромное количество натяжек и просто глупости.
А мне вот это ни разу не очевидно. Как-то вы очень смело экстраполируете оценку энергии химических связей в оценку энергию упругости кристалической решетки. Это даже не энергия связей в кристалической решетки, а только максимальная энергия, которую эта решетке может выдержать, чтобы не разрушиться и восстановить форму. Вы реально не чувствуете разницы?
Очередная подтасковка: как связана прочность материала и оценка энергии, которую может запасти «пружина» из этого материала? Ответ — никак. Рассуждения о толщине стенки бака тоже не имеют никакого отношения к упругости.
Вы тут точно не пропустили пару параграфов объясняющих это крайне экстраординарное заявление?
Если это все попытка доказать, что наш мир держится на электрических связях, то непонятно при чем тут пружины, которые являются лишь крайне частным и крайне малоэнергоемким случаем проявления этих самых связей.
Да, именно так. Энергия упругости складируется преимущественно в электрическом поле внешних электронов. А значит, и предел у неё тот же самый: ≈20-30 МДж/кг
А мне вот это ни разу не очевидно. Как-то вы очень смело экстраполируете оценку энергии химических связей в оценку энергию упругости кристалической решетки. Это даже не энергия связей в кристалической решетки, а только максимальная энергия, которую эта решетке может выдержать, чтобы не разрушиться и восстановить форму. Вы реально не чувствуете разницы?
Смотрим прочности материалов, сравниваем:
Очередная подтасковка: как связана прочность материала и оценка энергии, которую может запасти «пружина» из этого материала? Ответ — никак. Рассуждения о толщине стенки бака тоже не имеют никакого отношения к упругости.
Несмотря на тысячелетний инженерный прогресс; несмотря на громадное, вроде бы, разнообразие способов хранения энергии, большинство этих способов опираются один и тот же принцип. Принцип, положенный в основу устройства, известного нам уже сотни лет. Это устройство — пружина:
Вы тут точно не пропустили пару параграфов объясняющих это крайне экстраординарное заявление?
Если это все попытка доказать, что наш мир держится на электрических связях, то непонятно при чем тут пружины, которые являются лишь крайне частным и крайне малоэнергоемким случаем проявления этих самых связей.
А мне вот это ни разу не очевидно. Как-то вы очень смело экстраполируете оценку энергии химических связей в оценку энергию упругости кристалической решетки. Это даже не энергия связей в кристалической решетки, а только максимальная энергия, которую эта решетке может выдержать, чтобы не разрушиться и восстановить форму. Вы реально не чувствуете разницы?
Заменим слово «предел» на «оценка сверху» — будет больше похоже на правду?
Sign up to leave a comment.
Цивилизация Пружин, 3/5