Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Hybrydy plug-in emitują znacznie więcej, niż wynika to z założeń i testów laboratoryjnych
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Od XIX wieku nauka wie, że zdolność materiałów do absorbowania promieniowania elektromagnetycznego jest równoważna ich zdolności do emitowania tego promieniowania. Zjawisko to odkrył w 1859 roku Gustaw Kirchhoff, który sformułował prawo promieniowania cieplnego nazwane jego nazwiskiem. W ostatniej dekadzie naukowcy zaczęli poszukiwać metamateriałów zdolnych do złamania tego prawa. Udało się przed 2 laty, jednak obserwowane zjawisko było słabe. Teraz naukowcy z Pennsylvania State University donieśli o „dramatycznym” odejściu od prawa Kirchhoffa. Daje to nadzieję, że w przyszłości osiągnięcia tego typu można będzie wykorzystać w praktyce.
Możliwość silnego naruszenia prawa Kirchhoffa to nie tylko nowy sposób na kontrolowanie promieniowania cieplnego, to też metoda znaczącego poprawienia działania urządzeń do wytwarzania użytecznej energii czy jej rejestrowania. Na przykład ogniwa fotowoltaiczne muszą – zgodnie z prawem Kirchhoffa – wyemitować energię z powrotem w kierunku Słońca. Ta energia jest dla nas stracona. Jeśli jednak ogniwa słoneczne emitowałyby tę energię w innym kierunku niż obecnie, moglibyśmy umieścić tam kolejne ogniwo, które zaabsorbowałoby część tej energii, zwiększając efektywność całego panelu. Taka strategia zbliżyłaby nas do pozyskiwania energii słonecznej z wydajnością bliską granicy wyznaczonej przez prawa termodynamiki, mówi główny autor badań Zhenong Zhang.
Naukowcy z Penn State stworzyli materiał, który składa się z pięciu 440-nanometrowych warstw arsenku galu indu (InGaAs) domieszkowanych elektronowo. Im głębiej położona była warstwa, tym większe było domieszkowanie. Całość umieszczono na 100-nanometrowej warstwie srebra, a całość przeniesiono na krzemowe podłoże. Tak przygotowaną próbkę podgrzano do temperatury 267 stopni Celsjusza i poddano oddziaływaniu pola magnetycznego o natężeniu 5T. W takich warunkach stosunek zdolności absorpcji do emisji wyniósł 0,43, podczas gdy zgodnie z prawem Kirchhoffa powinien wynieść 1. Co więcej, złamanie symetrii zaobserwowano w szerokim zakresie kątów padania promieniowania oraz w zakresie promieniowania podczerwonego rozciągającym się od 13 do 23 mikrometrów.
Autorzy badań uważają, że dalszy postęp na tym polu może doprowadzić do stworzenia nowej klasy diod czy tranzystorów, bardziej efektywnych ogniw fotowoltaicznych i innych urządzeń związanych z zarządzaniem energią cieplną.
Źródło: Observation of Strong Nonreciprocal Thermal Emission, https://arxiv.org/pdf/2501.12947
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Przed kilkoma dniami amerykańska NOAA (Narodowa Administracja Oceaniczna i Atmosferyczna) prowadziła kolejne badania wraku lotniskowca USS Yorktown (CV-5). Ten piąty w historii lotniskowiec US Navy rozpoczął służbę w 1937 roku, a 7 czerwca 1942 roku zatonął w czasie bitwy o Midway. Wrak okrętu został odkryty w 1998 roku na głębokości ponad 5 kilometrów. Okazało się, że jest w doskonałym stanie. Teraz NOAA przeprowadziła pierwsze badania hangaru USS Yorktown i dokonała tam zaskakującego odkrycia.
Od czasu znalezienia jednostka była badana już kilkanaście razy, a kolejne ekspedycja pozwalają na coraz lepsze poznanie jednostki. Często w ich trakcie dokonywane są zaskakujące odkrycia. Tym razem największym z nich był samochód sfotografowany w hangarze. To czarny Ford Super Deluxe Woody Wagon, z roku 1940 lub 1941. Na tablicy rejestracyjnej udało się odczytać częściowo widoczny napis „SHIP SERVICE... NAVY”. Badacze przypuszczają, że samochód należał do kontradmirała Franka Jacka Fletchera, który dowodził w czasie bitwy pod Midway, a jego okrętem flagowym był właśnie USS Yorktown, kapitana Elliotta Buckmastera, dowódcy lotniskowca, lub innego wysokiego rangą oficera, któremu służył w czasie wizyt w obcych portach.
Tajemnicą jest, dlaczego samochód pozostał na pokładzie okrętu. Dlaczego nie został wyładowany podczas krótkich, 2-dniowych napraw w Pearl Harbor, gdy było wiadomo, że USS Yorktown weźmie udział w bitwie pod Midway. A przede wszystkim, dlaczego nie został wyrzucony za burtę w czasie bitwy. USS Yorktown został w jej trakcie poważnie uszkodzony przez japońskie samoloty i załoga wyrzuciła wiele sprzętu – w tym działa przeciwlotnicze i samoloty – by utrzymać jednostkę na powierzchni. Samochód nie został jednak wyrzucony. Być może miał duże znaczenie dla załogi lotniskowca i liczono, że ocaleje. Lotniskowiec został jednak dobity salwą torped z japońskiego okrętu podwodnego.
Innym ze znaczących odkryć ekspedycji NOAA było znalezienie pierwszych wraków samolotów biorących udział w bitwie pod Midway. Dotychczas znajdowano jedynie zatopione okręty. Teraz w hangarze USS Yorktown znaleziono pierwsze samoloty, które wzięły udział w słynnym starciu. To bombowce nurkujące Douglas SBD Dauntless. Jeden z nich, prawdopodobnie należący do sił rezerwowych USS Yorktown, jest w pełni uzbrojony. Inny, z widocznym oznaczeniem B5, to prawdopodobnie samolot z USS Enterprise. Wiadomo, że w czasie bitwy na USS Yorktown lądowały dwa poważnie uszkodzone samoloty z USS Enterprise, które ucierpiały podczas ataku na japoński lotniskowiec Kaga.
Bitwa o Midway rozegrała się między 4 a 7 lipca 1942 roku. Japończycy, chcąc wywabić i zniszczyć amerykańską Flotę Pacyfiku – przede wszystkim lotniskowce, których nie zniszczyli w Pearl Harbor – ruszyli na Midway. Wpadli jednak w pułapkę zastawioną przez Amerykanów. Stracili wszystkie 4 lotniskowce oraz ciężki krążownik. Straty amerykańskie to 1 lotniskowiec i 1 niszczyciel. Porażka pod Midway było równoznaczne z utratą przez Japonię przewagi morskiej na Pacyfiku. Dzięki temu USA mogły przejść do ofensywy.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Po raz pierwszy udało się oszacować globalną ilość siarki emitowanej przez oceany. Badania przeprowadzone przez międzynarodowy zespół naukowy z Anglii, Hiszpanii, Indii, Argentyny, Chin, Francji i USA wykazały, że emitując siarkę, wytwarzaną przez organizmy żywe, oceany schładzają klimat bardziej, niż dotychczas przypuszczano. Szczególnie jest to widoczne nad Oceanem Południowym.
Z artykułu opublikowanego na łamach Science Advances dowiadujemy się, że oceany nie tylko przechwytują i przechowują energię cieplną ze Słońca, ale również wytwarzają gazy, które mają natychmiastowy bezpośredni wpływ na klimat, na przykład powodują, że chmury są jaśniejsze i lepiej odbijają promieniowanie cieplne. Autorzy badań skupili się przede wszystkim na metanotiolu (MeSH). To gaz o wzorze chemicznym CH3SH.
Emitowany przez oceany siarczek dimetylu to ważne źródło aerozoli ochładzających klimat. Jednak w oceanach większość siarki pochodzącej z organizmów żywych nie zmienia się w siarczek dimetylu, ale w metanotiol. Gaz ten, ze względu na duża reaktywność, trudno jest jednak zarejestrować, stąd też jego wpływ na klimat pozostawał nieznany.
Autorzy nowych badań stworzyli bazę danych dotyczącą koncentracji MeSH w wodzie morskiej, zidentyfikowali czynniki statystyczne pozwalające na określenia ilości MeSH i opracowali mapę miesięcznych emisji tego związku, dodając je do emisji siarczku dimetylu.
Dzięki temu dowiedzieli się, że nad Oceanem Południowym emisje MeSH zwiększają o 30–70 procent ilość aerozoli zawierających siarkę, wzmacniają więc wywierany przez ten pierwiastek efekt chłodzący, jednocześnie pozbawiają atmosferę utleniaczy, co z kolei zwiększa czas trwania dimetylu siarki, pozwalając na jego transport na większe odległości.
Odkrycie to jest znaczącym rozwinięciem jednej z najważniejszych teorii dotyczących roli oceanów w regulowaniu klimatu na Ziemi.
Opracowana przed 40 lat teoria mówiła, że plankton żyjący na powierzchni oceanów wytwarza siarczek dimetylu, który po trafieniu do atmosfery ulega utlenieniu, tworząc aerozole. Aerozole te odbijają część promieniowania słonecznego z powrotem w przestrzeń kosmiczną, zmniejszając w ten sposób ilość ciepła docierającego do powierzchni planety. Ich wpływ chłodzący zostaje wzmocniony, jeśli wejdą w skład chmur. Nowe badanie pokazuje, w jaki sposób pomijany dotychczas MeSH wpływa na cały ten proces, wzmacnia go oraz jak ważne dla klimatu są aerozole zawierające siarkę. A skoro sama natura zawiera tak silne mechanizmy chłodzące, tym bardziej pokazuje to, jak wielki wpływ na atmosferę wywołuje działalność człowieka.
To ten element klimatu, który ma największy wpływ chłodzący, a który jest najsłabiej rozumiany. Wiedzieliśmy, że metanotiol jest emitowany przez oceany, ale nie wiedzieliśmy, jak duża jest to emisja i gdzie do niej dochodzi. Nie wiedzieliśmy też, że ma tak silny wpływ na klimat. Modele klimatyczne znacząco przeceniają wpływ promieniowania słonecznego na Ocean Południowy, w dużej mierze dlatego, że nie są w stanie prawidłowo symulować wpływu chmur. Nasze prace częściowo wypełniają tę lukę, stwierdzają badacze.
Główny autor badań, Charel Wohl z barcelońskiego Institut de Ciències del Mar dodaje, że poznanie wielkości emisji MeSH pozwoli na lepsze reprezentowanie chmur nad Oceanem Południowym i stworzenie modeli lepiej przewidujących ich wpływ chłodzący.
Dzięki poznaniu ilości emitowanego metanotiolu, dowiadujemy się, że średnia roczna emisja siarki ze znanych źródeł oceanicznych jest o 25% wyższa, niż sądzono. Gdy dane te dodano do najlepszych modeli klimatycznych, okazało się, że wpływ tej emisji jest znacznie bardziej widoczny na półkuli południowej, na której powierzchnia oceanu jest większa, a ludzka aktywność mniejsza.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W miarę wzrostu globalnych temperatur drzewa będą emitowały więcej izoprenu, który pogorszy jakość powietrza, wynika z badań przeprowadzonych na Michigan State University. Do takich wniosków doszedł zespół profesora Toma Sharkeya z Plant Resilience Institute na MSU. Naukowcy zauważyli, że w wyższych temperaturach drzewa takie jak dąb czy topola wydzielają więcej izoprenu. Mało kto słyszał o tym związku, tymczasem jest to drugi pod względem emisji węglowodór trafiający do atmosfery. Pierwszym jest emitowany przez człowieka metan.
Sharkey bada izopren od lat 70., kiedy był jeszcze doktorantem. Rośliny emitują ten związek, gdyż pozwala on im radzić sobie z wysoką temperaturą i szkodnikami. Problem w tym, że izopren, łącząc się z zanieczyszczeniami emitowanymi przez człowieka, znacznie pogarsza jakość powietrza. Mamy tutaj do czynienia z pewnym paradoksem, który powoduje, że powietrze w mieście może być mniej szkodliwe niż powietrze w lesie. Jeśli bowiem wiatr wieje od strony miasta w stronę lasu, unosi ze sobą tlenki azotu emitowane przez elektrownie węglowe i pojazdy silnikowe. Tlenki te trafiając do lasu wchodzą w reakcję z izoprenem, tworząc szkodliwe i dla roślin, i dla ludzi, aerozole, ozon i inne związki chemiczne.
Sharkey prowadził ostatnio badania nad lepszym zrozumieniem procesów molekularnych, które rośliny wykorzystują do wytwarzania izoprenu. Naukowców szczególnie interesowała odpowiedź na pytanie, czy środowisko wpływa na te procesy. Skupili się zaś przede wszystkim na wpływie zmian klimatu na wytwarzanie izoprenu.
Już wcześniej widziano, że niektóre rośliny wytwarzają izopren w ramach procesu fotosyntezy. Wiedziano też, że zachodzące zmiany mają znoszący się wpływ na ilość produkowanego izoprenu. Z jednej powiem strony wzrost stężenia CO2 w atmosferze powoduje, że rośliny wytwarzają mniej izoprenu, ale wzrost temperatury zwiększał jego produkcję. Zespół Sharkeya chciał się dowiedzieć, które z tych zjawisk wygra w sytuacji, gdy stężenie CO2 nadal będzie rosło i rosły będą też temperatury.
Przyjrzeliśmy się mechanizmom regulującym biosyntezę izoprenu w warunkach wysokiego stężenia dwutlenku węgla. Naukowcy od dawna próbowali znaleźć odpowiedź na to pytanie. W końcu się udało, mówi główna autorka artykułu, doktor Abira Sahu.
Kluczowym elementem naszej pracy jest zidentyfikowanie konkretnej reakcji, która jest spowalniana przez dwutlenek węgla. Dzięki temu mogliśmy stwierdzić, że temperatura wygra z CO2. Zanim temperatura na zewnątrz sięgnie 35 stopni Celsjusza, CO2 przestaje odgrywać jakikolwiek wpływ. Izopren jest wytwarzany w szaleńczym tempie, mówi Sharkey. Podczas eksperymentów prowadzonych na topolach naukowcy zauważyli też, że gdy liść doświadcza wzrostu temperatury o 10 stopni Celsjusza, emisja izoprenu rośnie ponad 10-krotnie.
Dokonane odkrycie można już teraz wykorzystać w praktyce. Chociażby w ten sposób, by w miastach sadzić te gatunki drzew, które emitują mniej izoprenu. Jeśli jednak naprawdę chcemy zapobiec pogarszaniu się jakości powietrza, którym oddychamy, powinniśmy znacząco zmniejszyć emisję tlenków azotu. Wiatr wiejący od strony terenów leśnych w stronę miast będzie bowiem niósł ze sobą izopren, który wejdzie w reakcje ze spalinami, co pogorszy jakość powietrza w mieście.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Paliwa, których używamy, nie są zbyt bezpieczne. Parują i mogą się zapalić, a taki pożar trudno jest ugasić, mówi Yujie Wang, doktorant chemii na Uniwersytecie Kalifornijskim w Riverside. Wang i jego koledzy opracowali paliwo, które nie reaguje na płomień i nie może przypadkowo się zapalić. Pali się jedynie wtedy, gdy przepływa przez nie prąd elektryczny. Palność naszego paliwa jest znacznie łatwiej kontrolować, a pożar można ugasić odcinając zasilanie, dodaje Wang.
Gdy obserwujemy pożar współcześnie używanych paliw płynnych, to w rzeczywistości widzimy nie palący się płyn, a jego opary. To molekuły paliwa w stanie gazowym zapalają się pod wpływem kontaktu z ogniem i przy dostępie tlenu. Gdy wrzucisz zapałkę do pojemnika z benzyną, to zapalą się jej opary. Jeśli możesz kontrolować opary, możesz kontrolować pożar, wyjaśnia doktorant inżynierii chemicznej Prithwish Biswas, główny autor artykułu opisującego wynalazek.
Podstawę nowego paliwa stanowi ciesz jonowa w formie upłynnionej soli. Jest podobna do soli stołowej, chlorku sodu. Nasza sól ma jednak niższą temperaturę topnienia, niższe ciśnienie oparów oraz jest organiczna, wyjaśnia Wang. Naukowcy zmodyfikowali swoją ciecz jonową zastępując chlor nadchloranem. Następnie za pomocą zapalniczki spróbowali podpalić swoje paliwo.
Temperatura płomienia zapalniczki jest wystarczająco wysoka. Jeśli więc paliwo miałoby płonąć, to by się zapaliło, stwierdzają wynalazcy. Gdy ich paliwo nie zapłonęło od ognia, naukowcy przyłożyli doń napięcie elektryczne. Wtedy doszło do zapłonu paliwa. Gdy odłączyliśmy napięcie, ogień gasł. Wielokrotnie powtarzaliśmy ten proces: przykładaliśmy napięcie, pojawiał się dym, podpalaliśmy dym, odłączaliśmy napięcie, ogień znikał. Jesteśmy niezwykle podekscytowani opracowaniem paliwa, które możemy podpalać i gasić bardzo szybko, mówi Wang. Co więcej, im większe napięcie, tym większy pożar, co wiąże się z większym dostarczaniem energii z paliwa. Zjawisko to można więc wykorzystać do regulowania pracy silnika spalinowego. W ten sposób można kontrolować spalanie. Gdy coś pójdzie nie tak, wystarczy odciąć zasilanie, mówi profesor Michael Zachariah.
Teoretycznie ciecz jonowa nadaje się do każdego rodzaju pojazdu. Jednak zanim nowe paliwo zostanie skomercjalizowane, konieczne będzie przeprowadzenie jego testów w różnych rodzajach silników. Potrzebna jest też ocena jego wydajności.
Bardzo interesującą cechą nowej cieczy jonowej jest fakt, że można ją wymieszać z już istniejącymi paliwami, dzięki czemu byłyby one niepalne. Tutaj jednak również trzeba przeprowadzić badania, które wykażą, jaki powinien być stosunek cieczy jonowej do tradycyjnego paliwa, by całość była niepalna.
Twórcy nowego paliwa mówią, że z pewnością, przynajmniej na początku, będzie ono droższe niż obecnie stosowane paliwa. Cieczy jonowych nie produkuje się bowiem w masowych ilościach. Można się jednak spodziewać, że masowa produkcja obniżyłaby koszty produkcji. Główną zaletą ich paliwa jest zatem znacznie zwiększone bezpieczeństwo. Warto bowiem mieć na uwadze, że w ubiegłym roku w Polsce straż pożarna odnotowała 8333 pożary samochodów spalinowych.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.