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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Utiliser une pompe à chaleur pour recevoir de l'énergie de fusion. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sources d'énergie alternatives Le physicien anglais Ernest Rutherford était un honnête homme et ne cachait pas qu'il avait procédé à la décomposition de l'azote en hydrogène et oxygène (en 1919), guidé par l'un des manuscrits alchimiques [1]. Apparemment, au même moment, dans le sombre Moyen Âge, a été créé « l'arrière-grand-père » des réfrigérateurs modernes (Fig. 1), qui, après amélioration, aurait bien pu devenir la légendaire « machine à mouvement perpétuel ».
Pourquoi? Regardons une pompe à chaleur classique (Fig. 2), qui se compose de 4 parties : pompe (H), soufflante, compresseur ; circuit chaud (G), tuyau chaud ; détendeur (D), un moteur fonctionnant au gaz comprimé (dans la version commerciale de la pompe à chaleur, la fonction détendeur est assurée par un papillon des gaz, une membrane, une vanne, une cloison poreuse, un robinet, un filtre, etc.) ; circuit froid (X), tuyau froid, réfrigérateur.
Qu'arrive-t-il à l'air, à la vapeur d'eau et aux autres gaz, ainsi qu'aux liquides à faible point d'ébullition dans les différentes parties de la pompe à chaleur ? Commençons par le ventilateur (H) qui pompe le gaz du circuit froid (X) vers le circuit chaud (G). Dans le même temps, le volume de gaz diminue et la densité et la pression augmentent. Puisque la quantité de chaleur contenue dans le gaz reste inchangée, la température du gaz augmente, car la température est la densité de la chaleur contenue dans le gaz. Depuis le compresseur (H), le gaz passe dans le circuit chaud (G), à travers les parois duquel il libère de la chaleur dans l'environnement. Le circuit chaud est très chaud au toucher. La température du gaz traversant le circuit chaud diminue progressivement, ce qui indique que le gaz a perdu une partie de la chaleur qu'il contient. Depuis le circuit chaud, le gaz pénètre dans le détendeur (D), dont la fonction peut être assurée par une machine à vapeur, une turbine à gaz et d'autres moteurs pneumatiques. Dans un détendeur, le gaz se dilate et réduit sa pression et sa température. Partiellement ou complètement, le gaz peut se transformer en un état liquide ou même solide (semblable à de la neige). Ce phénomène est utilisé dans la liquéfaction des gaz et dans les générateurs de neige. Il est intéressant de noter que le premier gaz (ammoniac) a été liquéfié en 1799 [2]. Nous connaissons Michael Faraday (1791 -1867) comme un électrochimiste talentueux (voir biographie dans E 4/2000), mais tous les technologues de l'époque le considèrent comme « l'un des leurs », puisque Faraday a réussi à convertir presque tous les gaz connus à cette époque. dans un état liquide. En 1908, des scientifiques ont réussi à convertir même l’hélium, qui possède la température de liquéfaction la plus basse (-267,9°C), à l’état liquide. L’un des phénomènes physiques les plus étonnants se produit dans un détendeur, en particulier dans celui d’une turbine. Le fait est que la viscosité de la résistance au mouvement des liquides diminue avec l'augmentation de la température, tandis que celle des gaz, au contraire, augmente [4]. Étant donné que le gaz dans le détendeur est surfondu et que le liquide (condensat de gaz) est chaud (relativement), le détendeur fonctionne avec une substance de travail idéale, ce qui lui confère la puissance spécifique la plus élevée parmi les moteurs thermiques. Les turbines avec un diamètre de rotor d'environ 10 cm (et même des millimètres) développent des dizaines, des centaines de milliers de tours par minute et génèrent des milliers de kilowatts d'électricité ! Le physicien P.L. a grandement contribué à l'amélioration des turbodétendeurs. Kapitsa (un élève de Rutherford), pour lequel il a reçu le prix Nobel. Étant donné que le rotor de la turbine se déplace à une vitesse proche de la vitesse des molécules du gaz lui-même, il existe un effet d'ordonnancement du mouvement brownien des molécules de la substance et la possibilité d'une sélection significative de son énergie interne. Le générateur électrique d'un turbodétendeur peut être utilisé de la manière la plus simple : bipolaire, asynchrone, haute fréquence et même utilisant des supraconducteurs. Mais ce n’est pas l’essentiel. Une calorimétrie précise de la chaleur dégagée par le circuit chaud (Q1) a montré qu'elle était inférieure à celle reçue par le circuit froid (Q2), et le travail consacré à l'entraînement du compresseur (W1) s'est avéré inférieur au travail produit par l'expandeur (W2). Voilà pour une machine à mouvement perpétuel. Après tout, en plongeant un circuit froid dans l'eau, en le soufflant d'air chaud ou en l'irradiant avec la lumière du soleil, vous pouvez obtenir un moteur de seconde classe qui reçoit l'énergie du Soleil. De tels moteurs ont été créés par A. Mouchot (France), J. Erickson (Suède) et Aenias (USA). En 1912, sur proposition de F. Schumann (Allemagne) et W. Beuys (Grande-Bretagne), la plus grande centrale électrique de l'époque, d'une capacité de 45 kW, fut construite près du Caire (Égypte). Le physicien français F. Joliot-Curie estime probable que l'énergie solaire soit largement utilisée dans les décennies à venir [5]. Pour travaux en pompe à chaleur E.O. Paton (biographie dans [6]) a suggéré d'utiliser l'hélium. Ce gaz ne gèle jamais et a la pression critique la plus basse de 0,23 à 106 Pa (2,3 atm.). La chaleur profonde de la Terre, qui est majoritairement d’origine radioactive, peut également être utilisée comme source de chaleur [7]. La pompe à chaleur pourra alors devenir un récepteur non seulement de l'énergie de fusion thermonucléaire se produisant dans le Soleil (hydrogène - hélium), mais aussi de la désintégration thermonucléaire à l'intérieur de la Terre (uranium - plomb). Il est également vrai que le soleil, l’eau et l’air ne peuvent pas encore être mis dans des coffres-forts, enfermés dans des entrepôts ou cachés aux gens. Ces choses sont difficiles à retirer aux gens pour les revendre plus tard, c'est pourquoi nous ne sommes pas autorisés à utiliser de l'énergie gratuite. À une époque, le millionnaire Henry Ford disait : "Notre société ne comprend pas l'économie monétaire des banques. Et si elle le comprenait, elle ferait immédiatement une révolution" [8]. C'est dommage que jusqu'à présent, seuls les millionnaires soient au courant... Littérature
Auteur : Y. Barbu
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