|
На страницах этого сайта есть некоторое количество необсуждаемых научных истин. Две из них, впрочем, вызывают шквал ненависти, куда больший, чем всё остальное, вместе взятое. Тот факт, что в космосе не бывает невидимок, и радиатор "Ахиллесова пята".
Обе проблемы вызваны теплом. В первом случае избыточное тепло превращает космический аппарат в огромный тепловой маяк. В другом свою роль играет хрупкость радиаторов.
Примерно раз в месяц автор этого сайта получает письмо очередного фана, уверенного в том, что есть чудесное решение всех проблем:"Эврика! Я знаю! Эффект Пельтье-Зеебека для конверсии тепла в электричество! После этого его можно использовать или хранить. Простая термопара - и проблемы нет!"
Элегантное, чудесное, абсолютно неверное решение. Поздравляю всех, кто смог проделать эту умственную работу, но вот физику следует подучить.
В чём проблема? Ну, есть такая назойливая штука - Второй Закон термодинамики. В данном случае он диктует невозможность уничтожения тепла - только его отвод. Так что термопара - не решение.
Термопара НЕ ПРЕВРАЩАЕТ тепло в электричество. Она превращает Градиент Тепла в электричество. То, что из-за разницы температур в термопаре возникает электрический ток, никуда не девает само это тепло. Хуже того, сам этот процесс лишь увеличивает избыточное тепло.
Это не только мои слова:
Эрик Макс Фрэнсис:
Использование полезной энергии порождает тепло. Избавиться от него нельзя, можно только переместить. Разница в температурах порой может порождать полезную энергию, но это также породит ещё больше тепла. Если вам есть, куда девать это тепло - никаких проблем. Но, если девать его некуда - проблемы только увеличиваются.
Майкл Саймон:
Элементы Пельтье используют градиент тепла. Энергия появляется из перемещения тепла из нагретой области в более холодную. Они не избавляются от тепла, только перемещают. В какой-то момент градиент исчеает и никакого вам больше электричества.
Энтони Джексон:
Термоэлектрический эффект превращает разницу температур в электричество. Как и все тепловые двигатели, без разницы температур он просто не работает. В дополнение, как и у всех тепловых двигателей, используется лишь часть этого тепла. Остающееся тепло приходится выводить на охладители. Верхний предел эффективности конверсии, как и у всех таких двигателей, равен температурной разнице, поделенной на изначальную температуру.
Чтобы производить энергию, вам требуется температура на охладителе, меньшая, чем на источнике тепла. Принудительное охлаждение потребляет больше энергии, чем вы получаете, а любой радиатор для обеспечения приемлемой температуры стремительно увеличивается в размерах.
Люк Кэмпбелл:
Тело, по определению, энергия из сопутствующей энтропии. Закон о невозможности преодолеть энтропию весьма неплохо проверен. Единственный способ уменьшить количество энтропии - деть её куда-нибудь ещё. Чтобы на борту вашего космического аппарата энтропия не возрастала до момента поломки чего-нибудь нужного, её требуется быстренько деть куда-нибудь за борт. Термоэлектрический эффект (Зеебека, Пельтье, Томпсона) перемещает тепло в устройстве, что значит перемещение как тепла, так и энтропии. Часть этой энергии оказывается в свободной от энтропии электрической сети и вы можете ей пользоваться. Но у вас останется вся прочая энергия - с тем же, если не большим, количеством энтропии. Вы просто переместили эту проблему ещё куда-то, но так и не избавились от неё. Более того, вы усложнили проблему вместо того, чтобы решить.
В объяснение - немного простенькой математики. Перемещая количество тепла Q при постоянной температуре T, энтропия S, что двигается вместе с теплом, составит S=Q/T. Если вы берёте тепловую энергию Q_h и энтропию S при высокой температуре T_h, вы можете избавиться от энтропии при низкой температуре T_l с меньшим количеством тепловой энергии Q_l = S * T_l < S * T_h = Q_h . Вся оставшаяся энергия Q_h - Q_l свободна от энтропии и пригодня для практического использования но чтобы избавиться от энтропии при T_l, требуется или разрядить её во что-то ещё холоднее, или сделать работу для перемещения в другое тёплое место. Так работает любой тепловой двигатель, от газовой турбины до элементов Пельтье и термопар Зеебека.
На борту космического аппарата энтропию можно выстрелить с борта в чём-нибудь, или излучить в виде электромагнитного излучения. Поскольку сброс материи заметно увеличит количество бесполезного груза на борту, излучение становится лучшим возможным выбором. Отношение площади радиатора составит 1/температуру в четвёртой степени. Чем холоднее избыточная энтропия, тем больше должен быть радиатор. Размер стремительно увеличивается при понижении температуры. Термопара для извлечения энергии понизит температуру энтропии и потребует радиаторы большего размера.
Шуточная версия Трёх законов термодинамики форулируется следующим образом:
