Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2005 № 02

Каждый день ученые и инженеры изобретают новые приборы и устройства. Расскажем о некоторых, продемонстрированных на Международной специализированной выставке «Электротехноэкспо-2004», прошедшей в конце прошлого года в Москве.

Знаете, какая подушка самая мягкая? Магнитная! В том я убедился на собственном опыте, прокатившись в вагончике на магнитной подвеске (или на магнитной подушке), который создали преподаватели и студенты Московского авиационного института совместно с сотрудниками Федерального государственного предприятия «Новые транспортные технологии» под руководством доктора технических наук Л.К. Львова. Стоит закрыть глаза — и кажется, будто летишь во сне — настолько бесшумным и мягким было движение небольшого одноместного вагончика.

«Летает» он пока на высоте всего нескольких сантиметров, а длина трассы не превышает десятка метров. Причем перед тем как совершить такой полет, мне пришлось наблюдать, как в специальный холодильник заливают жидкий азот из сосуда Дьюара, а потом ждать еще минут сорок, пока вся система охладится настолько, что в обмотках электромагнитов подвески проявится сверхпроводимость.

Так выглядит вагончик на воздушной подушке.

По словам одного из разработчиков системы, С.М. Конеева, в сверхпроводящих магнитах как раз вся и загвоздка. Вообще-то эффект магнитной левитации, когда магнит повисает над магнитом, известен еще с XIX века. И так называемые высокотемпературные сверхпроводники, с помощью которых инженеры смогли в сотни раз увеличить мощь электромагнитов, были открыты еще в 1986 году Джорджем Беднорзом и Алексом Мюллером, работавшими в Цюрихской лаборатории американской компьютерной фирмы IBM.

Специалисты надеялись вскоре поднять рабочую температуру сверхпроводящих обмоток этих электромагнитов до комнатной. Однако и сейчас сверхпроводимость наступает при температуре на десяток-другой градусов выше абсолютного нуля. Но электротехники рады уж и тому, что охлаждение теперь ведется не дорогостоящим жидким гелием, а более дешевым жидким азотом. Кроме того, в последнее время появились гибкие провода из сверхпроводящих материалов.

Это позволило, в частности, поменять электрические кабели на одной из подстанций Детройта на сверхпроводящие. В итоге 125 кг сверхпроводящего материала заменили 9000 кг меди и позволили утроить передаваемую мощность.

Такие же сверхпроводники уже используются для улучшения качества связи при ретрансляции телефонных переговоров, в научной аппаратуре. На очереди — электродвигатели со сверхпроводящими обмотками. Однако необходимость все время поддерживать сверхнизкую температуру обмоток все же сильно сдерживает широкое применение сверхпроводников. В том числе и развитие транспорта на магнитной подушке. А жаль. Ведь тогда поезда смогут летать над рельсами со скоростями до 900 км/ч.

Для того чтобы получить сверхпроводимость, необходимо залить в охлаждающую систему жидкий азот…

Рецепт получения алмазов из графита известен уже довольно давно — нужно подвергнуть графит воздействию высокого давления и температуры. Эксперименты американских исследователей показали недавно, что аналогичная «алхимия» возможна и с азотом. При охлаждении до ~196 °C этот газ превращается в жидкость. А при давлении порядка 10 000 атм становится твердым. И выглядит как обычный лед, только теплый на ощупь. Если же подвергнуть этот инертный газ сжатию под давлением 2 млн. атмосфер, он превращается в… полупроводник. При этом азот остается твердым и после снятия давления. Правда, хранить его при этом приходится при температуре около 170 °C ниже нуля.

Теоретики предсказывали, что при давлениях 0,5–1 млн. атмосфер азотные атомы образуют циклические длинные связи, аналогичные тем, что характерны, скажем, для фосфора и мышьяка.

И действительно, при увеличении давления до 1,7 млн. атм прозрачный азот сначала пожелтел, потом покраснел, а затем стал коричневым… Было очевидно, что химические связи между его атомами меняют свою конфигурацию.

«Полупроводниковые чипы из твердого азота делать пока никто не собирается, — говорит профессор Ричард Мартин из Иллинойского университета. — Однако заключенная в нем огромная энергия позволяет надеяться, что он станет отличным горючим для ракет. Но и это, впрочем, пока еще чисто умозрительная гипотеза»…

Пока же подобные эксперименты позволили трансформировать кислород в рубиново-красный металл. Теоретики также предсказывают, что и водород при достаточно высоких давлениях также можно превратить в твердый металл, который будет обладать сверхпроводимостью при комнатной температуре. Но для этого нужны давления больше, чем 3,5 млн. атм.

Эти исследования представляют определенный интерес и для планетологов. Ведь они моделируют в какой-то мере условия, которые имеют место в недрах как нашей планеты, так и других. В частности, есть предположения, что ядро Юпитера состоит из металлического водорода.

«Электричество можно получать прямо из топлива, минуя промежуточные циклы», — утверждают сотрудники новосибирского Института теплофизики, разработавшие электрохимический генератор нового поколения.

У существующих генераторов проблема — топливные элементы. Для их получения приходится изготавливать по сложной технологии пористые топливные элементы, используя для этого подчас драгоценные металлы и сплавы.

Михаил Предтеченский, Владимир Накоряков, Андрей Смаль и их коллеги нашли способ избавиться от столь хлопотных операций. По разработанной ими технологии пористость топливных элементов получается как бы сама собой в результате нагрева заготовок. Подробности процесса его создатели пока не сообщают — «ноу-хау», — но утверждают, что теперь стоимость топливных элементов может упасть в 2–3 раза, а в некоторых случаях и на порядок. Насколько это серьезно, можно судить хотя бы по таким показателям: сегодня стоимость электромобиля на базе «Жигулей», в котором используются топливные элементы, снятые с космического самолета «Буран», составляет около 200 тыс. долларов.