Termoakustika būtų likusi teoriniu mokslu laboratorijoms ir fizikos kabinetams, jei ne ankstesni išradimai kitoje fizikos šakoje – termodinamikoje. Jis gavo naują atgimimo laikotarpį, kai buvo išrastas Stirlingo šilumos variklis. Tai atsitiko dar XIX amžiuje ir beveik iš karto sukėlė revoliuciją technikos srityje. Šiluminė energija buvo pradėta plačiai naudoti visų rūšių varikliuose. Tačiau išradimas, kurį šiandien nagrinėjame, yra konkrečiai susijęs su termoakustika – garso ir šilumos sąveikos mokslu. Galite paklausti, ką su tuo turi variklis ir generatorius? Sutvarkykime eilės tvarka.
Termoakustinio variklio veikimo principas
Šis improvizuotas įrenginys tiesiogine prasme surinktas iš laužo medžiagų ar net jų liekanų. Tačiau tai netrukdo jo vadinti varikliniu generatoriumi, gaminančiu elektrą iš šilumos. Šis reiškinys pagrįstas akustinių bangų, perduodamų per rezonatorių su dviem membranomis, kurios sukuria rezonansą, kūrimo principu. Jų viršuje yra magnetas, kuris vibruoja nuo šių bangų tam tikru dažniu. Dėl to susidaro magnetinis laukas, kurį užfiksuoja induktorius. Savo ruožtu jis gali gaminti elektros srovę, perduodamą vartotojui.
Šio išradimo pagrindas yra viršutinis modulis – termoakustinis keitiklis arba variklis. Iš esmės tai yra stiklinis vamzdis, suskirstytas į tris zonas:
- Šildymo zona – joje šildomas oras arba dujos;
- Regeneratoriaus zona – medžiaga, kuri pakaitomis liečiasi su šaltu ir karštu oru;
- Aušinimo zona – kurioje mažėja oro temperatūra.
Medžiagos ir įrankiai
Norėdami sukurti variklio generatorių, mums reikės šių ingredientų:
- Stiklinis karščiui atsparus vamzdis;
- Metalinio vamzdžio gabalas;
- Keli PVC santechnikos kampai;
- Kartono vamzdžio gabalas;
- Guminis rutulys arba pirštinė membranoms;
- Izoliacinė juosta;
- Plieninės vatos ritinys arba indų plovimo kempinė;
- Neodimio magnetas;
- Induktorius;
- Nedidelis audinys indams plauti;
- Medinis pamušalas išoriniam lizdui ar jungikliui;
- Hermetikas, klijai.
Tarp įrankių galime rekomenduoti turėti kažką, ką tikras tinklininkas visada turėtų turėti po ranka: peilį, reples, vielos pjaustytuvus, atsuktuvą, klijų pistoletą ir silikoninį pistoletą.
Termoakustinio generatoriaus surinkimas
Variklio konstrukcija surenkama rėmo varinių vamzdžių ir vieno stiklinio vamzdžio pagrindu. Juos vienija rezonatorius – svarbi ir neįprasta šio variklio dalis. Čia juda regeneratoriaus sukurtos garso bangos.
Tai paprastas kartoninis vamzdelis, kurio viduryje yra membrana, neleidžianti cirkuliuoti orui. Jei neįtrauksime šio elemento, tada viršutinėje membranoje, esančioje rezonatoriaus kakle, tiesiog nebus vibracijų.
Vaizdo įrašo autorius pasirinko vamzdelį perpjauti per pusę ir ant vienos iš dalių užtempti guminės medicininės pirštinės gabalėlį kaip apatinę membraną. Sujungtų rezonatoriaus fragmentų siūlę jis apvyniojo elektros juosta.
Jis specialiai išplėtė rezonatoriaus kaklelį, kad sustiprintų regeneratoriaus garso virpesių poveikį viršutinei membranai. Jis padarė jį iš tankesnės baliono gumos. Vamzdžio apačioje yra medinis pagrindas išoriniam jungikliui arba lizdui, užtikrinančiam montavimo stabilumą.
Stiklinis vamzdelis-variklis yra mėgintuvėlis, kurio viduryje įdedamas plieno vatos gabalėlis arba drožlės. Po regeneracijos zonos turėtų įvykti oro aušinimas, kurį palengvina vandenyje suvilgytas audinio gabalas, apvyniotas aplink mėgintuvėlio pagrindą. Dėl oro judėjimo per dvi priešingos temperatūros aplinkas susidaro intensyvios garso bangos.
Paskutinė variklio dalis yra mažas, bet galingas neodimio magnetas. Tada jis sukuria mažas, bet labai dažnas vibracijas, perduodamas iš membranos, veikiamas garso.
Norint paversti šį termoakustinį variklį generatoriumi, mums reikia induktoriaus arba paprasto solenoido.Šį elementą galite pasigaminti patys, suvynioję varinę vielą ant ritės, pavyzdžiui, iš žvejybos įrankių. Pagrindinė sąlyga yra ta, kad jo vidinis skersmuo turi būti didesnis nei magneto skersmuo.
Kaip šiluminės energijos siųstuvą mažiems įrenginiams galite naudoti įprastą žvakę arba gabalėlį sauso alkoholio ir tuo pačiu palyginti iš skirtingų šilumos šaltinių gaunamą galią.
Eksperimente autorius demonstruoja induktoriaus priartinimo prie magneto ir jo tolinimo efektą. Kadangi šioje elektros grandinėje nėra atminties talpos, skirtumas pastebimas akimirksniu.
Fiksuodami ritę magnetinio lauko zonoje, iš tokio generatoriaus galite gauti elektros energiją, pavyzdžiui, LED skydelį ar šviesas.
Išvada
Žinoma, toks išradimas šiandien negali būti laikomas visiškai baigtu ir užbaigtu. Reikia tobulinti, nes pats autorius pripažįsta, kad garso bangų vibracija yra gana pastebima. Variklio korpusas yra lengvas ir jame nėra stabilizatoriaus, o pats dizainas yra menkas. Tačiau negalima ignoruoti paties elektros gamybos iš šilumos fakto. Galbūt jūsų šios instaliacijos modernizavimas lems didžiulį proveržį alternatyviosios energijos srityje, o pasaulis pagaliau gaus pigios švarios energijos šaltinį, nepakenkiant mūsų planetai.
