Космос под ногами: спецпроект Naked Science о космонавтике и «трудной» нефти
Читать
  • Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
14.07.2022
Сергей Васильев
5
13 377

Инженеры научились ускорять закипание воды

4.9

Микро- и наноструктурирование поверхности нагревательного элемента позволяет эффективнее нагревать воду и тратить меньше энергии на каждое кипячение.

Каждый из нас несколько раз в день включает чайник, чтобы вскипятить воду для любимого горячего напитка. Электрочайники используют для этого металлический нагревательный элемент в форме спирали или диска, мощностью в несколько киловатт. Вода обладает высокой теплоемкостью и требует немало энергии на нагревание, поэтому работающие чайники — один из самых «прожорливых» видов бытовой техники.

Однако вскоре они смогут потреблять существенно меньше. Физики из Массачусетского технологического института (MIT) разработали такое структурирование поверхности нагревательного элемента, которое ускоряет и облегчает закипание воды. Об этом профессор Эвелин Вонг (Evelyn Wang) и ее соавторы пишут в статье, опубликованной в журнале Advanced Materials. Коротко о работе рассказывает пресс-служба MIT.

Дело в том, что при нагревании воды на дне емкости появляются заполненные паром пузырьки, и по мере приближения к точке кипения их число растет. Однако при этом они оказываются слишком близко друг к другу, образуя достаточно плотный газовый слой, который снижает эффективность передачи тепла от нагревателя к жидкости. Именно с таким эффектом решили бороться Эвелин Вонг и ее коллеги. Для этого они структурировали поверхность нагревателя так, чтобы усилить формирование пузырьков и при этом препятствовать появлению изолирующего слоя.

Структурирование поверхности нагревателя / ©Song et al., 2022

Основа новой структуры — массив углублений шириной 10 микрометров и расположенных в двух миллиметрах друг от друга, на небольших «колоннах»-возвышениях. Возвышения направляют нагретую воду от самого дна к углублениям, создавая непрерывный ток жидкости, который быстро переносит тепло снизу вверх. Сами углубления облегчают формирование пузырьков и при этом фиксируют их на месте, не позволяя сливаться. Наконец, на более мелком масштабе структуры покрыты неровностями нанометровых размеров. Они увеличивают площадь поверхности нагревателя.

Лабораторные эксперименты с таким структурированным нагревателем показали, что коэффициент теплопередачи (который показывает, насколько хорошо тепло проходит через вещество) у него почти вчетверо выше, а критический тепловой поток (характеризующий газообразование во время нагрева) — почти в полтора раза выше.

«Такая производительность позволит существенно экономить энергию в целом ряде приложений, где используется кипение», — резюмируют ученые. В самом деле, такие процессы требуются не только для того, чтобы заваривать напитки или готовить. Кипячение важно, например, и для работы паровых турбин.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Позавчера, 17:19
Александр Березин

Игру 2013 года и выходящий с января 2023 года сериал по ней часто принимают за научную фантастику. То есть произведение, основанное на предположениях, не противоречащих науке. Однако вряд ли дело обстоит таким образом. Проблема в том, что создатели мира The Last of Us слишком некритично подошли как к научному фундаменту, на котором основан их мир постапокалипсиса, так и к тому, что думает наука о самой реальности «постапов». Naked Science пробует разобраться в деталях.

Позавчера, 11:24
Сергей Васильев

Антропологи раскопали остатки центра массового изготовления обсидиановых рубил, где древние мастера Homo работали еще больше миллиона лет назад.

11 часов назад
Анна Новиковская

Спустя 400 лет после смерти французской аристократки ученые раскрыли ее тайну: она использовала золотую проволоку, чтобы предотвратить выпадение зубов.

25 января
Василий Парфенов

Пока фанаты SpaceX увлеченно следят за достижениями компании, астрономы грустно наблюдают, как их работа становится сложнее с каждым запуском спутников Starlink. Прогресс не проходит без жертв. Поэтому различные научные ассоциации ищут способы снизить негативное влияние множества новых рукотворных объектов в околоземном пространстве на качество данных, получаемых телескопами. Некоторые решения со стороны выглядят экстремальными — например, теперь лазеры для корректировки адаптивной оптики можно не выключать, если в поле зрения есть спутник Starlink. А это десятки ватт излучения!

24 января
Анна Новиковская

Согласно исследованию американских ученых, съесть одну форель, выловленную в реках и озерах США, эквивалентно месячному употреблению воды, загрязненной «вечными химикатами».

24 января
Мария Азарова

По словам ученых, перенос гена LAV-BPIFB4 помогает сохранить молодость сердца, защищая его от болезней, связанных со старением.

10 января
Алиса Гаджиева

Исследователи, изучающие систему обороны Великой стены, обнаружили следы более 130 секретных сквозных проходов и полагают, что это только начало.

25 января
Василий Парфенов

Пока фанаты SpaceX увлеченно следят за достижениями компании, астрономы грустно наблюдают, как их работа становится сложнее с каждым запуском спутников Starlink. Прогресс не проходит без жертв. Поэтому различные научные ассоциации ищут способы снизить негативное влияние множества новых рукотворных объектов в околоземном пространстве на качество данных, получаемых телескопами. Некоторые решения со стороны выглядят экстремальными — например, теперь лазеры для корректировки адаптивной оптики можно не выключать, если в поле зрения есть спутник Starlink. А это десятки ватт излучения!

5 января
Александра Медведева

Биологи показали, что нейронные сети гиппокампа, ответственные за пространственное восприятие, изменяются не линейным образом, а в соответствии с гиперболической геометрией. То есть мозг представляет пространство в форме расширяющихся песочных часов. Результаты исследования могут иметь значение для лучшего понимания различных нейродегенеративных расстройств.

[miniorange_social_login]

Комментарии

5 Комментариев

14.07.2022
-
1
+
можно было проще - забраться на Эверест (сарказм)
-
3
+
А что насчёт накипи? Сколько проживёт наноструктура?
14.07.2022
-
0
+
Насчёт турбин и т.п. - не знаю, а вот в чайнике же тепло от нагревателя почти никуда не уходит, кроме воды в нем. Так что откуда взяться экономии энергии сколь-нибудь заметной?
    -
    0
    +
    Нагреватель в чайнике греется выше 100 градусов. Обратите внимание, когда чайник отключается, он ещё некоторое время продолжает кипеть - эта разница уходит попусту в пар. Не сказать, чтобы эта разница вышла существенной для кошелька, но она будет вполне измерима
    +
      ещё комментарии
      -
      1
      +
      Мне кажется, зависит от чайника. Чайник с электронным управлением может использовать ПИД-регуляцию и отключать ТЭН раньше, чем вода закипит или достигнет выбранной пользователем температуры.
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: