Электричество 

Изобретение штучных легких и магнитофонной пленки

Непроторенными тропами

(Об электрических генераторах читайте здесь)

Прекрасно работают разнообразные электрические устройства, и нам сейчас было бы трудно представить себе жизнь без тихого, но незаменимого участия электрического тока.

Новые научные идеи, правда, постоянно возникают и в этой уже ставшей традиционной области физики. Ученые, например, пытаются создать электрические генераторы совсем без… вращающихся частей.

В обычных электродвигателях к ротору приходится тоже подводить постоянный ток, чтобы возникла «магнитная сила». Когда похожий на ротор электромагнит притягивает к себе и поднимает в воздух, перенося с места на место, тяжелые стальные и железные детали на заводе, то такого «электрического» грузчика легко подключить к сети — он двигается спокойно и неторопливо. К электромагниту, «работающему» ротором (скорость его вращения иногда достигает трех тысяч оборотов в минуту!), электрический ток приходится подводить через проводящие угольные щетки и кольца, которые трутся друг о друга и легко изнашиваются при столь быстром движении. Это, пожалуй, наиболее уязвимое место двигателей и генераторов.

В магнитогидродинамическом генераторе струя раскаленных газов заменяет ротор электродвигателя.

У физиков родилась необычная мысль — заменить ротор струей раскаленных газов, плазменной струей, в которой много свободных электронов и ионов. Если пропустить такую струю между полюсами сильного магнита, то по закону электромагнитной индукции в ней обязательно возникнет электрический ток — ведь струя движется. Электроды, с помощью которых должен «выводиться» ток из раскаленной струи, могут быть неподвижными, в отличие от угольных щеток обычных электрических устройств.

Магнитогидродинамический генератор

Новый тип электрической машины получил название магнитогидродинамического генератора. При ее создании, конечно, возникло много сложнейших научных и технических проблем.

Электроды нового генератора стоят неподвижно, но им надо «уцелеть» в горячей струе, летящей со скоростью 330 метров в секунду. Температура плазмы, выбрасываемой этим огнедышащим драконом, составляет 1200°С (в центре его — еще больше: 2450°С).

Впервые в мире экспериментальный образец магнитогидродинамического генератора был создан в нашей стране. Под руководством академиков В. А. Кириллина и А. Е. Шейндлина запущен генератор этого типа мощностью 25 миллионов ватт! Создаются устройства с еще большей энергоотдачей, которые сначала предполагается использовать в сочетании с обычной теплоэлектростанцией — не пропадать же зря температуре в 1200° С на выходе…

Значительно усовершенствован в наши дни и электрохимический источник тока, изобретенный Алессандро Вольтой. Миллионы маленьких и больших гальванических батареек разнообразнейших конструкций выпускаются во всем мире ежегодно.

Обычные газы — кислород воздуха и водород стали источником электроэнергии в топливных элементах, от которых могут работать микроавтобусы.

В середине двадцатого столетия ученые создали оригинальный электрохимический генератор, получивший название топливного элемента. К электродным пластинкам топливного элемента (к сожалению, покрытым тонким слоем дорогой платины) подводятся два газа — водород и кислород. На электродах газы отдают электроны во внешнюю электрическую цепь, становятся ионами и, соединяясь, превращаются в воду. Из газового топлива получается сразу и электроэнергия и вода! Удобный, бесшумный и чистый источник тока для дальних путешествий, например в космосе, где особенно нужны оба продукта «деятельности» топливного элемента.

Анализируя процессы, происходящие на поверхности электродов топливного элемента, советские физики — член-корреспондент АН СССР Н. С. Лидоренко, профессор Г. Ф. Мучник и кандидат наук 3. Р. Каричев пришли к выводу, что топливный элемент работает очень похоже на… легкие человека. Если в легких вдыхаемый кислород, прежде чем попасть в кровь, проходит через полупроницаемую биологическую мембрану, то в топливном элементе газы и вода тоже разделены тончайшими пористыми пленками. А ведь в аппаратах «искусственного кровообращения», с помощью которых хирурги научились делать операции на открытом сердце, временно «отключая» сердце и легкие от организма, именно это никак не удавалось сделать! Кислород из баллонов и кровь непосредственно соприкасались, при этом зачастую изменялся состав крови, разрушались ее белковые и жировые компоненты, образовывались тромбы, пузырьки, опасные для жизни пациента.

Физики в содружестве с врачами — членом-корреспондентом Академии медицинских наук СССР В. И. Шумаковым и профессором А. А. Писаревским разработали искусственные легкие — очень компактные и похожие на настоящие. Искусственные легкие, в которых кислороду не дают ухудшить состав крови: он попадает в кровь через многослойные полупроницаемые мембраны, созданные первоначально для одной из моделей топливного элемента. Рожденный в содружестве двух наук искусственный человеческий орган уже успешно применялся во время ответственных операций, вживлялся экспериментальным животным, спас нескольких больных, погибавших от острой дыхательной недостаточности…

Используя пленки-мембраны топливных элементов, ученые создали искусственные легкие, выводящие из крови углекислый газ и снабжающие ее кислородом. Так это делают, например, во время операции по вживлению теленку искусственного сердца.

Очень полезно иногда отклоняться от основной проторенной дороги! Изучение электрических и магнитных свойств веществ тоже привело к успеху не только в области создания электрических генераторов и электродвигателей. Исследуя поведение магнитных кристаллов, ученые обнаружили, что группы атомов этих кристаллов, получившие название доменов, обладают способностью «запоминать» форму и характер электрических сигналов, меняя свою ориентацию в пространстве. Форма электрических сигналов может быть изменена под воздействием звуков человеческого голоса, музыки, пения. Кристаллы, нанесенные на полимерную основу в виде пленки, будут хранить в своей памяти эти изменения. Родились на свет магнитофоны, записывающие и воспроизводящие любые звуки…

Неутомимы искатели нового! Недавно была изобретена цифровая система записи звука — электронно-вычислительную машину научили запоминать изменение электрических сигналов, вызванное различными звуками, в виде огромного набора цифр.

Запись и «извлечение» звука (как говорят музыканты) лишились тех небольших дефектов, которые неизбежны при многократном проигрывании склонной к вытягиванию магнитной ленты, избавились от эффекта, который часто обозначают словами: «звук плывет».

Магнитная лента тем не менее вряд ли останется без работы. В последние годы ученые научили ее запоминать не только звук, но и свет, цвет, видимое изображение. Появились видеомагнитофоны…

Источник: Марк Колтун “Мир физики“.

Читать далее