NỒNG ĐỘ MUỐI (CHÊNH LỆCH ĐỘ MẶN)
PHAN 2. PHAN 2. THU GOM NĂNG LƯỢNG CƠ THỂ NGƯỜI
Có người đã từng làm một thí nghiệm như thế này: Ôm một quả trứng gà vào lòng, để quả trứng áp sát da, cứ thế ngày đêm cẩn thận giữ cho quả trứng không bị vỡ, sau một thời gian, quả trứng nở thành một con gà. Sở đĩ quả trứng có thể nở thành một con gà là nhờ vào nhiệt lượng, cơ thể người, chính nhiệt lượng cơ thể người đã lập được kỳ tích ấy, hoạt động sống của cơ thể người được duy trì cũng là nhờ vào nhiệt lượng cơ thể người.
Những ngày đông giá lạnh, con người mặc lên cơ thể những bộ áo quần dầy cộm chính là để ngăn ngừa không cho nhiệt lượng tỏa ra, thì mới
có thể giữ ấm cho cơ thể. Tháng chạp thời tiết lạnh lẽo, người ta nằm cuộn tròn trên giường ôm chăn chính là một hình ảnh tả thực rất tuyệt điệu cho việc tận dụng năng lượng cơ thể người. Một người có trọng lượng nặng 50 kg, thì một ngày đêm có thể tiêu hao 10.425 KJ nhiệt lượng. Nếu như
81
thu gom nhiệt năng này lại, thì có thể đun nóng 50 kg nước từ 0 °C lên thành 50 °C. Có thể thấy, nhiệt năng của cơ thể người là thứ năng lượng không thể coi nhẹ.
1. Cơ sở thu gom năng lượng cơ thể người
Phần lớn thời gian của con người đều trải qua trong phòng, ví dụ như trong nhà, ở trường học, ở công trường hoặc ở văn phòng. Nơi thích hợp nhất để thu gom năng lượng cơ thể người là ở bên trong những kiến trúc xây dựng.
Tại Mỹ có một công ty điện thoại viễn thông đã từng thiết kế xây dựng một toà cao ốc văn phòng rất mới mẻ, đó là một kiến trúc có thể thu gom năng lượng cơ thể người, nguyên liệu trên các bức tường ở trong các gian phòng của cao ốc văn phỏng này có thể thu gom năng lượng cơ thể người một cách hiệu quả, nó có thể thu gom nhiệt lượng tỏa ra từ hơn 3000 nhân viên làm việc ở đây, sau đó thông qua ắc quy nhiệt điện để chuyển hóa nhiệt năng thành điện năng, nạp vào ắc quy, sau đó dùng để chiếu sáng, dùng cho máy tính, điểu hòa nhiệt độ trong phòng. Cao ốc văn phòng của công ty điện thoại viễn thông này có thể đùng nguồn điện từ nhiệt năng của cơ thể người để giữ cho nhiệt độ trong phòng làm việc tại cao ốc được duy trì ở mức từ 18 — 29 °C.
Trường đai học Pittsburgh của Mỹ cũng thiết kế một hệ thống thu gom nhiệt năng, hệ thống này sẽ tiến hành thu gom nhiệt năng tỏa ra từ cơ thể của học sinh và giáo viên. Đồng thời, hệ thống này cũng có thể thu gom nhiệt lượng sinh ra từ đèn điện, nhà bếp trong trường học cũng như ánh sáng mặt trời chiếu ngoài cửa sổ, san đó tập hợp toàn bộ số nhiệt năng thu gom được vào một thiết bị trung tâm, tiếp theo nhiệt nắng sẽ được phân tán thông qua đường ống ngầm của hệ thống. Được biết, vào mùa đông gia lạnh, hệ thống này hoàn toàn có thể cung cấp nhiệt năng cho hệ thống sưởi của các phòng làm việc, phòng học, rạp chiếu phim... của 6 cao ốc trong khuôn viên trường.
82
i i q : i Ề i ị :
‡ i
NANG LUONG MOI Hiện nay, nghiên cứu về kỹ thuật thu gom năng lượng cơ thể người đã trở thành một xu hướng mới, trong bảo tàng Luân Đôn, bảo tàng không carbon (Zero carbon museum) thuộc Bảo tàng thế giới Thượng Hải có một hệ thống tên là “mũ giớ; có thể hấp thu triệt để nhiệt năng tỏa ra từ cơ thể người, cũng có thể hấp thu năng lượng gió từ bên ngoài. Nếu như hệ thống này được phổ:cập đến các gia đình, thì những thiết bị như máy điểu hòa, lò sưởi... hoàn toàn có thể từ giã vũ đài lịch sử, bởi vì hệ thống “mũ gió”
sé sinh ra gió nóng hoặc gió lạnh, lại thêm chức năng điều tiết vốn có ở những bức tường, có thể hình thành một nhiệt độ trong phòng phù hợp nhất với cảm giác của cơ thể, cho dù bên ngoài nóng đổ mồ hỏi hay lạnh thấu xương, thì bên trong phòng lúc nào cũng là mùa xuân.
Diện tích xây.
dựng văn phòng
40.000 mẽ .
an 2. Lỗ thông nhiệt
Tưng gắn xung quanh các
q3ll máy trao đổi nhiệt — —
7 :¡ _ 1, Lỗ thông tắc sử:
dụng irong nhà ga, :- ¡ xe lứa để thu gom
nhiệt lượng tỏa ra từ hành khách
3. May bom làm tặng nhiệt
độ tuần hoàn của nước.
Mỗi giờ nhiệt độ cơ ¡ thể nóng tên đến 7,4 kJ va 06 thé lam nóng: +
1kg nước đến 7,4 °C Í *; z2 I Chế độ cách nhiệt , tước đặc biệt bảo đảm ` Nhọllượng — 2n loàncho quá °
i trình hoạt động Nước ra của thiết bị Đường nước chảy
Chế độ sười âm than tiện Với mỗi trưởng,
Phượng tiện Ti kiệm lượng
ước đề trao đỗi-nhiệt biogas “Sưới bằng đ nhiệt - 30% Sười bảng khỉ Sười bằng nấng lượng mật rời 40% 50%
Tình 2.2. Thiết bị thu gom nhiệt năng của cơ thể người ở ga tàu.
83
Ở Thụy Điển có người rất thích thú với việc thu gom nhiệt lượng tỏa ra từ 250 nghìn du khách ở ga xe lửa Stockholm, nên muốn thông qua hệ thống thông giỏ để thu gom nhiệt lượng này. Nhiệt lượng này thông qua đường ống và máy bơm đơn giản có thể làm tăng nhiệt độ của tuần hoàn nước để cung cấp cho việc sưởi ấm. Về mặt lý thuyết thì ý tưởng này rất hay, tuy nhiên nếu muốn thực hiện sẽ gặp không ít khó khăn.
2. Phát hiện của Seebeck
Làm thế nào để khai thác tận dụng nguồn nhiệt năng tỏa ra từ cơ thể người?
Thu gom nhiệt năng của cơ thể người, sau đó chuyển thành điện năng, đây là một cách làm rất kinh tế và mang tính thực tiễn cao. Thế nhưng, làm thế nào để chuyển đổi nhiệt năng thành điện năng?
Vào năm 1821, nhà khoa học Seebeck khi tiến
hành một thí nghiệm khoa mì 12
học đã phát hiện ra rằng, hấp tm\ oD) toa
khi ông cho hai kim loại dẫn nhiệt nhiệt
điện khác nhau nối thành một mạch điện kín, nếu
như đặt hai điểm nối vào Hình 2.3. Thí nghiệm hiệu ứng của Seebeck.
hai môi trường có nhiệt độ
không giống nhau, thì trong mạch điện sẽ sinh ra đòng điện.
Đây là một phát hiện rất tuyệt vời, hiện tượng nhiệt độ không giống — Í
nhau ở hai đầu của kim loại dẫn điện sinh ra dòng điện được đặt tên là : Seebeck, con goi là hiệu ứng nhiệt điện thứ nhất, nó dùng để chỉ hiện ị tượng nhiệt điện được sinh ra từ sự chênh lệch nhiệt độ. Tan dụng nguyên 5 ly nay để phát điện gọi là phát điện từ sự chênh lệch nhiệt độ. Thiết bị dùng để tận dụng sự chênh lệch nhiệt độ làm cho nhiệt năng trực tiếp chuyển hóa thành điện năng gọi là pin nhiệt điện. Hiệu quả phát điện từ sự chênh lệch nhiệt độ chủ yếu quyết định bởi nhiệt độ giữa đấu nóng và đấu lạnh cũng như nguyên liệu phát điện.
ee84
NĂNG LƯỢNG MỚI Pin nhiệt điện thường là nối vài linh kiện điện với nhau, để một đầu lồi ra chỗ nguồn nhiệt, điểm nối ở đầu kia được cố định ở một môi trường nhiệt độ nhất định, như thế, điện thế sinh ra sẽ bằng với mỗi linh kiện, từ đó có được điện năng cần thiết.
Nguyên liệu của pin nhiệt điện thường là bằng kim loại và linh kiện bán dẫn. Pin làm từ kim loại thì hiệu ứng Seebeck tương đối nhỏ, thường dùng để trắc lượng nhiệt độ, cường độ bức xạ... Pin làm từ linh kiện bán dẫn thì hiệu ứng Seebeck mạnh hơn, hiệu quả nhiệt năng chuyển hóa thành điện năng cũng cao hơn, vì vậy, có thể làm thành pin nhiệt điện.
Đừng nhiều pin nhiệt điện như thế để cấu tạo thành cụm pin, có thể trở thành một nguồn điện có công suất nhỏ.
Nghiên cứu về kỹ thuật pin nhiệt điện được bắt đầu từ thập niên 40 thế kỷ XX, đến thập niên 60 thì đạt đến đỉnh cao, đồng thời thực hiện phát điện thời gian dài trong lĩnh vực hàng không một cách tương đối thành công. Khi ấy, chuyên gia của Bộ năng lượng Mỹ nói rằng: “Pin nhiệt điện đã được chứng minh là có tính năng đáng tin cậy, ít phải sửa chữa, có thể làm việc trong thời gian dài ở điểu kiện môi trường khắc nghiệt”.
Chuyển đổi nhiệt năng từ cơ thể người thành điện năng cũng dùng nguyên lý phát điện từ sự chênh lệch nhiệt độ, yêu cầu kỹ thuật để làm pin nhiệt điện tương đối cao và khá nhiều khó khăn. Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển như ngày nay, pin nhiệt điện tận dụng nhiệt năng từ cơ thể người mới được ra đời và ứng dụng vào thực tế.
3. Những thành tựu to lớn của pin nhiệt điện
Sau khi pin nhiệt điện được làm từ kỹ thuật linh kiện bán dẫn ra đời, sản phẩm này đã xuất hiện rất nhiều mẫu mã mới, khiến cho mọi người có
rất nhiều chọn lựa, từ đó điện mạo của thế giới cũng mới mẻ hơn.
Công ty nghiên cứu phát minh con chíp (chip) Munich của Đức đã
nghiên cứu ra một loại pin mẫu mã mới, đó là loại pin nhiệt điện được làm từ kỹ thuật linh kiện bán dẫn, nó chủ yếu được cấu tạo từ con chíp silic có
85
thể cảm ứng nhiệt điện. Khi mặt trước của con chíp silic đặc biệt này cảm nhận được nhiệt độ có sự chênh lệch nhất định sơ với nhiệt độ ở mặt sau, thì thiết bị điện tử bên trong sẽ sinh ra dòng định hướng, từ đó sinh ra dong điện từ. Nó chính là một loại pin nhiệt điệp kiểu mới.
Theo giới thiệu, chỉ cần giữa làn da của cơ thể người và áo quần có sự chênh lệch nhiệt độ là 5 °C, là có thể tận dụng sự chênh lệch nhiệt độ này, làm cho nhiệt năng trực tiếp chuyển hóa thành điện năng. Loại pin nhiệt điện ấy có thể cung cấp đẩy đủ năng lượng cho một chiếc đồng hồ đeo tay thông thường, để chiếc đồng hồ hoạt động bình thường. Như vậy, những chiếc đồng hồ điện tử đeo tay thông thường không cần phải thay pin định kỳ nữa.
Những chiếc vòng đeo tay để nạp pin điện
thoại được làm từ hiệu ứng
Seebeck có thể giúp cho điện thoại di động thông
thường không cần phải thay pin định kỳ.
%
Hình 2.4. Pin nhiệt điện cung cấp năng lượng Phát điện từ sự chênh
lệch nhiệt độ đã được ứng
đụng nhưng công suất cho đồng hồ đeo tay.
chuyển đổi nhiệt điện còn
thấp, giá thành cao, ảnh hưởng đến sự ứng dụng rộng rãi của kỹ thuật phát điện từ sự chênh lệch nhiệt độ. Những năm gần đây, cùng với tình trạng khủng hoảng năng lượng và ô nhiễm môi trường ngày càng căng thẳng, và sự khai thác thành công những nguyên liệu chuyển đổi nhiệt điện có tính năng cao, việc nghiên cứu kỹ thuật phát điện từ sự chênh lệch nhiệt độ lại trở thành điểm nóng trên thế giới, nhưng những hy vọng mang tính đột phá vẫn nằm ở việc nâng cao sự ổn định trong hiệu quả chuyển đổi năng
lượng.
86
NANG LUONG MOI Một nhà khoa học thuộc đại học San Francisco đã phát hiện, một loại chất đính có trong mũi của loài cá mập vô cùng nhạy cảm với nhiệt độ, chất dính này có thể chuyển hóa những thay đổi của nhiệt độ nước biển thành tín hiệu điện, truyền đến tế bào thần kinh, khiến cho loài cá mập có thể cam nhận được sự thay đổi nhiệt độ dù rất nhỏ, qua đó giúp chúng tìm
được thức ăn một cách chính xác. Từ phát hiện này, nhà khoa học muốn chế tạo ra một chất dính nhân tạo, ứng dụng vào ngành công nghiệp ví điện tử, nâng cao hiệu quả chuyển đổi nhiệt điện của pin nhiệt điện.
Cùng với sự tiến bộ và thuần thục của kỹ thuật pin nhiệt điện, pin sử dụng trong điện thoại đi động, máy tính xách tay, máy tính bàn... mà con người hay dùng có thể phát điện từ sự chênh lệch nhiệt độ của cơ thể người và môi trường bên ngoài, từ đó kéo dài được thời gian sử dụng.
Để thu gom và tận
‡ dụng hơn nữa nhiệt năng từ cơ thể người thì cần phải
: thông qua những phương
‡ pháp khoa học kỹ thuật tiên
#
tiến, ví dụ các nhà hoa học i tận dụng năng lượng từ cơ thể người chế tạo pin nhiệt điện, loại pin này rất nhỏ, có thể bổ vào túi quần áo, có thể làm nguồn điện cho
các thiết bị như máy trợ thính, ti vi mì ni, máy nghe
nhac mini, may ipod... Hình 2.5. Vòng sạc pin điện thoại di động. 87
KHgNNgggggg111.
111.111
wr ree tern rcs Bạn có biết?
Hiệu ứng nhiệt điện
Hiệu ứng nhiệt điện là một hiện tượng điện tử trong chất chịu nhiệt di chuyển từ nơi nhiệt độ cao xuống nơi nhiệt độ thấp trong gradien nhiệt dé ôi sinh ra dòng điện hoặc điện tích. Trong giới tự nhiên, một số ít khoáng vật hoặc sinh vật có hiệu tứng nhiệt điện rất rõ. Một chất dính trong mũi của cả mập có thể cảm nhận được sự thay đỗi rất nhỏ trong nhiệt độ của nước biển cũng là do hiệu ứng nhiệt điện dẫn đến.
PHẦN 3. MÁY SỨC NGƯỜI THÀNH CÔNG NHẤT
Xe sức người, tức là những chiếc xe được kéo, đẩy bằng sức của con người, là phương tiện vận chuyển sớm nhất của nhân loại, là loại xe con người sử dụng sớm nhất. Xe người kéo cũng là một loại phương tiện được sử dụng trong thời gian đài nhất, phạm vi ứng dụng rộng nhất trong các loại phương tiện giao thông, chính nó đã mở rộng phạm ví hoạt động của con người.
1. Từ chiếc xe gỗ (mộc ngưu lưu mã)” cổ xưa
Loại xe người kéo xuất hiện sớm nhất là xe một bánh, xưa gọi là “thủ thôi xa” (xe kéo tay). Nó là một loại phương tiện giao thông đơn giản tiện lợi, vừa có thể kéo đồ vật, vừa có thể kéo người. Ở phía Bắc Trụng Quốc, xe một bánh đã từng có một vai trò vô cũng quan trọng trong một thời kỳ lịch sử rất đài, nó có vai trò ngang với vai trò của những con lừa.
Xe một bánh sớm nhất của Trung Quốc xuất hiện từ thời Tam Quốc, tương truyền rằng loại xe kéo tay “mộc ngưu lưu mã” do Không Minh sáng
* Loại xe do Khổng Minh sáng chế trong thời kỳ Tam Quốc.
88 -
NANG LUGNG MOI chế ra chính là xe kéo tay một bánh. Nó là một loại máy sử dụng bằng sức người đi bộ có kèm theo chiếc thùng kéo, đùng để vận chuyển lương thực và hàng hóa đạng hạt.
Khổng Minh gọi loại xe một bánh này.là “mộc ngưu lu mã? “mộc ngưu” là xe kéo có bốn chân; “lưu mẩ” là chiếc thùng bằng gỗ có miệng
mở ở mặt trên, có thể bỏ đề đạc vào đó. Nếu vận chuyển
lương thực thì trước hết cần
bỏ lương thực vào túi vải sau
đó mới bỏ vào chiếc thùng
Hinh 2.6. “Méc nguu hin ma”
này. Khi bốn chân của xe
đo Khổng Minh chế tạo.
chuyển động lên xuống thì
chiếc thùng gỗ sẽ lắc lư lên đằng trước rồi xuống đằng sau giống như chiếc đu quay. Loại xe này có thể đi chuyển trên đường núi. Tương truyền rằng Khổng Minh đã dùng loại “mộc ngưu lưu mã”
chuyển lương thực.
này để giải quyết vấn đề vận
Bạn có biết?
“Mộc ngưu lưu mẩ” là loại phương tiện vận chuyển do Khổng Minh - thừa tưởng nước Thục thời Tam Quốc phát mình ra, chia làm “mộc nguu” và
“lưu mã”. Có nhiều giải thích về “mộc ngưu lưu mẩ”, trong đó có giải thích nói rằng nó là một loại xe ba gác 1 bánh, là loại tráy dùng súc người ấi bộ có thùng lắc lư ở bên trên, dùng để vận chuyển hàng hóa dạng hạt và có thể đi trên đường đổi núi.
89
Vào thời Hán Ngụy thịnh hành sử dụng loại xe một bánh, ba gác lắp ở hai bên bánh xe dùng để kéo hàng, cũng có thể kéo người. Xe một bánh chỉ có một bánh chạm đất, có thể kéo về phía trước một cách tiện lợi, cũng có thể kéo đi trên những con đường nhỏ hẹp hay đồng ruộng.
Xe một bánh thường được gọi là xe kéo tay, trước khi
những phương tiện giao thông thời cận hiện đại được phổ cập thì nó là một loại phương tiện vận chuyển hàng hóa hoặc chở người rất tiện lợi đơn giản.
Hiện nay, xe một bánh được dùng trong thể thao, là một
môn thể thao mới nổi, nó kết
hợp nhiều chức năng khác nhau như vận động, vui chơi giải trí, rèn luyện sức khỏe.
Cùng với sự phát triển của các phương tiện vận
chuyển, xe kéo tay một bánh đần dân được thay thế bởi xe
kéo bằng sức động vật và các ,
loại xe động cơ, sau đó xuất Ni " ộ mm hiện các loại phương tiện vận
chuyển hai bánh, ba bánh và _ Hình 2.7. Xe một bánh kết hợp nhiều bốn bánh. Hiện nay, xe một - chức năng như vận động, vui chơi giải trí
bánh chỉ dùng để vận chuyển và rèn luyện sức khỏe.
hàng hóa với số lượng ít và ở cự
ly gần, ví dụ như xe ba gác và xe vận chuyển hành lý.
Xe ba gác là loại xe có hai bánh dùng sức người để kéo hoặc đẩy, thùng xe được làm bằng kim loại hoặc gỗ, có thể tháo ra bất cứ lúc nào, loại xe này có thể chở từ 250 —500 kg, phạm vi sử dụng tương đối rộng.
“`90