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Motore a ghiaccio secco

16.03.2015

I ricercatori hanno capito come alimentare i primi colonizzatori di Marte: il pianeta ha molto ghiaccio secco che può essere utilizzato per generare energia disponibile.

Probabilmente avrete notato come una goccia d'acqua, colpendo una padella calda, inizi a rotolare in superficie. Sembrerebbe che la temperatura della padella sia molto più alta del punto di ebollizione dell'acqua e la goccia dovrebbe evaporare immediatamente, ma "vive" ancora per qualche tempo. Questo effetto fu descritto per la prima volta da Johann Leidenfrost nel 1756. Perché la goccia non evapora all'istante? Riguarda lo strato di vapore, che si forma nel punto di contatto tra la goccia e la superficie calda. Parte della goccia si trasforma in vapore, che solleva la goccia sopra la superficie, impedendo al liquido rimanente di evaporare istantaneamente. Di conseguenza, la goccia scorre intorno alla padella per un tempo piuttosto lungo.

L'effetto Leidenfrost non si limita alle padelle. Ad esempio, se immergi molto rapidamente il dito in un bicchiere di azoto liquido e lo estrai rapidamente, allora, stranamente, il dito non si congelerà e non cadrà, sebbene la temperatura dell'azoto liquido sia -196 ° C. Ciò è dovuto al fatto che l'azoto liquido inizia a bollire al contatto con la pelle calda, sulla quale si forma uno strato protettivo di azoto già gassoso. E i gas si raffreddano e si riscaldano molto più lentamente dei liquidi, quindi il dito di uno sperimentatore sconsiderato non ha il tempo di congelarsi. È vero, c'è ancora il rischio di scottarsi, quindi in nessun caso non testare l'effetto Leidenfrost su te stesso. Un trucco ancora più estremo e molto più pericoloso consiste nell'abbassare una mano bagnata in un contenitore con metallo liquido: l'acqua sulla superficie della mano bolle istantaneamente e per una frazione di secondo forma uno strato protettivo tra la pelle e il metallo fuso .

Trucchi, trucchi, ma come trarre vantaggio reale da questo fenomeno? I ricercatori della Northumbria University nel Regno Unito hanno realizzato un prototipo di motore che può funzionare su un pezzo di ghiaccio secco. Il design si basa sullo stesso effetto Leidenfrost. Ricordiamo che una goccia di liquido scorre su una superficie calda. Un pezzo di ghiaccio secco si comporta esattamente allo stesso modo se viene gettato nell'acqua. Il ghiaccio secco è unico in quanto quando viene riscaldato da una fase solida si trasforma immediatamente in un gas, bypassando la fase liquida. L'intera questione è come dirigere la sua energia in una direzione utile. Gli ingegneri hanno da tempo sviluppato una tecnologia per convertire l'energia del vapore in energia meccanica: in un motore a turbina a gas, un getto di vapore o gas colpisce la superficie delle pale della turbina, che inizia a ruotare. Ma nel nostro caso, i ricercatori sono andati dall'altra parte.

Hanno realizzato la superficie riscaldata a forma di disco, con un profilo simile alle pale di una turbina. Ora, se una goccia d'acqua viene posta su una superficie così riscaldata, il vapore formato nel punto di contatto non solo sosterrà il calo di peso, ma lo spingerà anche in una certa direzione. La goccia scorrerà in cerchio finché non evapora. Ma cosa succede se un disco di ghiaccio secco viene posizionato su una superficie così riscaldata? L'evaporazione dell'anidride carbonica inizierà a far girare il disco, inoltre, la geometria della superficie non gli consentirà di spostarsi fuori dall'asse, i flussi di gas riporteranno il disco al centro. Ora, se fissate dei magneti su un disco di ghiaccio secco, e mettete l'intera struttura all'interno di un circuito conduttivo, otterrete un vero e proprio generatore elettrico, nel quale non ci sono parti di sfregamento, e quindi perdite per attrito. Gli autori dell'invenzione hanno pubblicato sul sito un video di come funziona il tutto.

Va bene, il motore prototipo funziona, ma dove trovi il carburante per questo? Il ghiaccio secco non si trova naturalmente. È qui che i ricercatori hanno oscillato, nientemeno, per i generatori per i futuri colonizzatori di Marte o di altri pianeti. Molti futurologi sono sicuri che prima o poi l'umanità non avrà altra scelta che popolare i pianeti a noi più vicini.

Ora si stanno seriamente discutendo e sviluppando programmi per inviare una spedizione sul pianeta rosso. I membri della spedizione dovranno attrezzare le loro vite lì e uno dei problemi principali sarà trovare fonti di energia. Il fatto è che su Marte l'anidride carbonica si trova spesso in forma solida, cioè sotto forma di ghiaccio secco. E può essere utilizzato come risorsa energetica. L'unicità del motore inventato sta nella semplicità del design: praticamente non ci sono parti sostituibili. E quando il negozio più vicino dista più di 50 milioni di chilometri, il problema dell'affidabilità delle apparecchiature è uno dei primi posti.

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