|
Лед может генерировать электричество
|
|
|
|
Может показаться, что лед не приносит особой пользы, за исключением того, что делает дороги скользкими зимой, охлаждает напитки с ледяной каемкой летом и величественно поднимается из океана в виде далеких ледников, которые большинство из нас, вероятно, никогда не увидят вблизи. Это, конечно, важно, но не кажется особенно захватывающим.
|
|
|
|
Но лед, как оказалось, скрывает в себе сверхспособность. По словам группы исследователей, лед является так называемым флексоэлектриком, что означает, что он вырабатывает электричество в ответ на физическое напряжение при изгибе (и аналогичные виды деформации, такие как скручивание). Это отличается от пьезоэлектрических материалов, которые накапливают электрический заряд при воздействии давления (кварц является пьезоэлектриком). Очевидно, что кубик льда не будет гнуться, но, как обнаружила группа исследователей, электрические свойства можно активировать, согнув гораздо более тонкий слой льда. Команда ученых, возглавляемая физиком Синь Вэнем из Сианьского университета Цзяотун в Сиане, Китай, также провела эксперимент с соленым льдом и обнаружила, что он не только может генерировать электрический заряд, но и в тысячу раз более мощный, чем сам лед.
|
|
|
|
Хотя уже известно, что при столкновении ледников или растрескивании ледяных покровов может вырабатываться электричество из-за огромного напряжения, присущее льду как материалу флексоэлектричество до сих пор оставалось загадкой. Этот электрический заряд возникает не только в массивных образованиях. В лаборатории Вэнь смоделировал столкновение частиц льда с более крупными частицами льда внутри грозовых облаков, и его результаты оказались удивительно похожими на то, что происходит в природе. Это может означать, что взаимодействие между этими частицами как-то связано с молниями, которые проносятся по небу во время грозы.
|
|
|
|
|
|
|
“Эти результаты имеют глубокие последствия для нашего понимания природных явлений, связанных со льдом”, - сказал он в исследовании, опубликованном в журнале Nature Physics. “Наши расчеты плотности флексоэлектрического заряда, генерируемого при столкновениях [льда] внутри грозовых облаков, выгодно отличаются от экспериментальных данных о переносе заряда при таких событиях, что позволяет предположить возможное участие флексоэлектричества льда в генерации молний”.
|
|
|
|
В то время как чистый водяной лед сам по себе может создавать электрическое скольжение, соль может его заряжать — в буквальном смысле этого слова. Когда исследователи сгибали листы льда с различным уровнем солености, больше электричества поступало от льда с более высокой концентрацией соли, и это достигало максимума при использовании льда, который содержал 25% соли. Заряд был не только в тысячу раз больше, чем у обычного льда, но и в миллион раз мощнее, чем у одной только соли.
|
|
|
|
Соленый лед вырабатывает так много электричества благодаря потоку молекул воды, молекул соли и ионов, которые перемещаются со сжатой стороны на растянутую сторону изогнутого листа соленого льда. Поскольку лед представляет собой поликристаллическое вещество, состоящее из различных типов кристаллов, ионы могут перемещаться по пространствам между этими кристаллами. На границе раздела между льдом и тонким слоем расплава на поверхности образуется неравное количество положительных и отрицательных ионов. Именно так поток молекул и ионов получает суммарный заряд и превращается в текущий поток.
|
|
|
|
Струящееся флексоэлектричество, как называется это явление, может иметь огромное значение для нашей способности извлекать энергию из воды. Десятая часть планеты покрыта льдом, большая часть которого - соленый лед. Талая вода под ледниками и ледяными щитами наполняется ионами, а поток и отвод этой талой воды также вырабатывает электроэнергию. Это может означать создание устойчивого источника энергии, а в будущем применение может пойти еще дальше.
|
|
|
|
“Высокая флексоэлектричество соленого льда на шаг приближает концепцию использования энергии льда к реальности, а также может иметь отношение к электрической активности покрытых льдом регионов суши и ледяных океанических миров, таких как Европа или Энцелад”, - говорится в другом исследовании, также недавно опубликованном в журнале Nature Physics.
|
|
|
|
Возможно даже, что электрическая энергия, получаемая из льда, может быть источником энергии, подпитывающей пребиотическую химию — формирование предшественников жизни — на спутнике Юпитера Европе. Ледяная кора над соленым океаном Европы рассматривается как область, где могла сформироваться и, возможно, процветать внеземная жизнь. Возможно, вы уже никогда не будете думать о том, чтобы плавать в океане по-прежнему.
|
|
|
|
Источник
|
