Часы и энергетика
Как Кельвин и Клаузиус «запретили вечные часы»
Индийский поэт и философ Бхаскара, Иоганн Бресслер, Леонардо да Винчи – только самые известные люди из числа пытавшихся создать вечный двигатель. Увы… Уильям Кельвин и Томас Клаузиус научно доказали в XIX веке – построение perpetuum mobile невозможно. Ах, если бы существовал этот двигатель, то мы бы уже давно носили на руках вечные часы…
Первый в истории механизм с автоподзаводом создал в 1770-м году Авраам-Луи Перреле. Но XX век довел механику до предела возможностей и подарил нам кварцевые часы... со всеми проблемами ранних механических.
Восстание против батарейки
Механические часы не могут без пружины, а кварцевые невозможны без источника электрического питания. Но если пружину можно подзавести механически, то, как подзарядить батарейку, срок жизни которой ограничен сроком химической реакции?
Итак, что проще, казалось бы, как на часах поменять батарейку на аккумулятор или конденсатор уже известные много лет. Конструкторы столкнулись с той же проблемой, что и изобретатели вечного двигателя.
Снова вопрос perpetuum mobile
Опровергнуть невозможность вечного двигателя нельзя. Но те, кто пытался его изобрести, теоретизировали вокруг идеи получить нескончаемую энергию - механическую или тепловую. Опыт Перреле показывает – механическую энергию взять можно, причем в достаточном количестве. Под рукой. Да в самой руке!
Итак – электромеханика?
Осталось только наладить преобразование механической энергии в электрическую. Рука двигается, от этого движения начинает вращаться ротор, а где ротор – там и генератор.
И тут усилилось соревнование, идущее весь прошлый и нынешний век – состязание швейцарских и японских часовщиков. И вскоре оно породило технологию Kinetic компании Seiko и Autoquartz компании ETA. Первенствовали в 1986 году японцы. Швейцарцы отставали, но недолго. Некоторые из механизмов с технологией Autoquartz могут заряжать аккумулятор при помощи вращения заводной головки. Японцы строили часы и на аккумуляторе, и на конденсаторе, и как первопроходцы столкнулись с основными трудностями.
«Подвешенный» генератор
Чтобы генератор мог дать достаточно электроэнергии, ротор должен вращаться с огромной скоростью. Технология Kinetic заставляет ротор совершать до 100 000 оборотов в минуту. На такой скорости опоры ротора начинают вибрировать и превращаются в настоящие сверла, система просто уничтожает себя силой трения. Выход был найден.
Ротор «подвешивается» в магнитном поле, его контакт с опорами и корпусам сведен к минимальному соприкосновению. Оси микронного диаметрального измерения лишь контролируют положение ротора, а не удерживают его, механически фиксируя в корпусе. Но при резком ударе или взмахе скорость ротора все равно становится опасной для механизма – и ее нужно ограничивать. Для этого изобретена фрикционная муфта, ограничивающая трением «разгон» ротора при резком механическом импульсе.
Сложности с усложнениями
Кварцевые часы привнесли собственные усложнения. Подсветка, электронный хронограф, сигналы будильника snooze – и все они весьма «прожорливы». А в электронных часах – сам LCD-дисплей поглощает очень значительную энергию. Способ пополнить ее, заряжая аккумулятор или конденсатор, найдены, но чрезмерное потребление энергии запускает механизм саморазрушения часов. Однако, мы ведь не все время пользуемся часами. Значит, все остальное время часы могут «спать». В 1999 году японская компания Seiko осваивает новую технологию - Kinetic Auto Relay.
Эти часы способны «проснуться» и показывать точное время, даже если ими не пользовались до четырех лет. Электронный мозг часов Kinetic Auto Relay останавливает стрелки, при этом потребление энергии уменьшается более чем в 6 раз. Но стоит лишь слегка пошевелить часы, и они просыпаются и показывают точное время, дату, и т.д.
Поиск продолжается
Однако конструкторы часов не остановились на достигнутом. Разве только механическое движение может служить источником энергии? Сначала обратили внимание на бесконечный для часового механизма энергетический ресурс – свет. Солнечный ли, искусственный ли свет – это поток «пропадающих зря» фотонов, которых вполне достаточно для подзарядки аккумулятора. К тому же обратили внимание и на то, что батарейки делаются из небезвредных для окружающей среды элементов.
Экологически чистый привод
Компания Citizen осуществила этот прорыв, создав Eco-Drive. Эта технология преобразует в электрическую энергию солнечный и искусственный свет. Пришли и новые «накопители» - батареи многоразового цикла. После полной зарядки аккумуляторов механизм часов автономно работает 300 дней даже в полной темноте и в состоянии покоя.
Батарейка уже совсем исключена. Система Eco-Drive предусматривает использование только экологически чистых материалов. В 1996 году часы Citizen Eco Drive удостоены высокого статуса Eco Mark. С 2005 по 2007 год было продано 7,2 млн часов Eco Drive. Если сложить друг на друга 7,2 миллиона батареек – толщиной 2,1 мм каждая, то высота получившегося столба в 1,7 раза превысит высоту горы Эверест.
Но это оказалось только началом. Появилась технология Eco-Drive Thermo, получающая энергию от разницы между температурой человеческой руки и температурой воздуха. Eco-Drive Infinitum способна обеспечивать автономность работы в течение 5 лет в полной темноте (обычный Eco-Drive - до 300 дней в полной темноте). Eco-Drive Eclisse отличается тем, что «солнечные батареи» размещены не под циферблатом, а по его окружности. При меньшей площади поверхности гибкой солнечной батареи вырабатывается необходимое количество энергии для работы механизма.
Часовая промышленность не стоит на месте. С каждым годом выходят все новые и новые модели. Что же будет дальше? Кажется, что изобретение вечного двигателя уже близко… Подождем!
