Лампы накаливания смогут светить эффективнее светодиодов

Обычные лампы накаливания отличаются крайне высокой неэкономичностью и в ближайшее время могли бы полностью отойти в небытие, если бы не недавнее открытие ученых, которое, возможно, вдохнет в них новую жизнь и вернет им утерянное признание и популярность.

За все время своего более чем векового существования привычные лампы накаливания практически не изменились, и большая часть потребляемой ими энергии уходит на тепловой нагрев окружающей среды. Стремясь снизить расход энергии, конструкторы изобрели более экономичные аналоги в виде флуоресцентных газоразрядных и, в последнее время все более популярных, светодиодных ламп.

Основной принцип работы обычной лампы накаливания заключается в разогреве вольфрамовой спиральной нити до температуры в 2700 градусов Цельсия, после чего она начинает излучать в видимом человеческому глазу спектре. Создаваемый световой поток наиболее оптимален для человека и соответствует теплому диапазону по шкале излучения абсолютно черного тела.



В то же время у обычной лампы накаливания крайне высокий процент затрачиваемой энергии приходится на тепловые потери, ведь примерно 95% расходуемой мощности переходит в инфракрасное излучение и попросту нагревает окружающее лампочку пространство. Неудивительно, что многие страны начали массово отказываться от таких ламп и переходить на более экономичные светодиодные альтернативы.

Вернуть утраченные лидерские позиции лампам накаливания сможет помочь интересное открытие, сделанное исследовательской группой из Университета Пердью и Массачусетского технологического института. Согласно опубликованной ими в журнале Nature Nanotechnology работе, новая методология изготовления элементов ламп накаливания включает в себя два последовательных этапа. Вначале происходит обычное изготовление нити накаливания, которая обладает всеми классическими недостатками в виде высокого рассеивания энергии. Для минимизации теплопотерь вольфрамовую нить покрывают специальным веществом, благодаря которому инфракрасное излучение отражается от поверхности обратно, что вызывает дополнительный разогрев спирали и излучение ею энергии в видимом световом диапазоне.

Защитный слой состоит из нанофотонных кристаллов, полученных из достаточно распространенных соединений. Нанести слой таких кристаллов на вольфрамовую нить можно с помощью хорошо известной технологии поверхностного осаждения вещества. Создание отражающего слоя повышает эффективность ламп накаливания до 13% по сравнению с 2% у не прошедших обработку экземпляров. По заверениям исследователей, значение КПД у новых «наноламп» можно поднять до 40%, что превысит значение их энергоэффективности в несколько раз по сравнению со светодиодными и люминесцентными аналогами.

В модифицированной лампе накаливания используется новый тип излучающего элемента, представляющий из себя плоскую вольфрамовую пластинку в многослойной оболочке из материала с нанофотонными кристаллами. Оболочка изготовлена из различных слоев оксида тантала и кремния, что позволяет при составлении определенной их последовательности получать различный спектр излучения в видимом диапазоне.

Как рассказывает один из участников экспериментальной разработки Марин Сольячич, изготовленный ими прототип создавался для практического подтверждения научной работы, поэтому КПД полученного экземпляра получилось достаточно низкое. В ходе дальнейших работ энергоэффективность лампы можно достаточно легко повысить, а важнейшим положительным результатом испытания прототипа ученые считают идеальное отражение нанокристаллами заданного спектра излучения.

По заверениям исследовательской группы, промышленная стоимость новой «нанолампы» будет довольно низкой, ведь для ее изготовления будут применяться недорогие исходные материалы и привычные технологические процессы. Исследователи также видят применение своих научных выкладок в области увеличения энергоэффективности нагревательных приборов и солнечных панелей, а также в сфере космических технологий и химической промышленности.



Источник: Лампы накаливания смогут светить эффективнее светодиодов

Беспилотные аппараты обеспечат глобальную связь стандарта 5G

Интернет все больше проникает в нашу обыденную жизнь. Социальные сети, видеозвонки Skype, почта, любимые сайты, просмотр видео онлайн и многие другие аспекты использования глобальной сети стали нормой нашей повседневности. Поэтому неудивительно стремление технологических гигантов улучшить качество связи и сделать доступ к Интернету максимально простым и удобным из любой точки мира. Ведь чем быстрее и надежнее связь, тем больше финансовых транзакций производят пользователи через глобальную сеть и тем большую прибыль получают технологические компании.

Крупные IT-компании наперебой стремятся обеспечить глобальное подключение к мировой паутине. Корпорация Facebook работает над проектом Internet.org, в рамках которого крупнейшая соцсеть мира планирует предоставлять беспроводной доступ к глобальной сети в любой точке земного шара при помощи беспилотных летающих аппаратов. Компании Qualcomm и Virgin Group Ричарда Брэнсона рассчитывают обеспечивать высокоскоростное подключение в сеть посредством нескольких тысяч космических микроспутников, размещенных на низкой околоземной орбите. Похожее решение предложил и уже частично реализовал поисковый гигант Google, запустив стратосферные воздушные шары с беспроводным оборудованием на борту. В рамках первого этапа проекта Project Loon корпорация Google запустила на 20-километровую высоту сотни воздушных шаров с коммуникационным оборудованием и успешно обеспечила быстрым Интернетом всех жителей Шри-Ланки из любого места острова.



Но Project Loon далеко не единственный проект поисковой системы Google, призванный обеспечить надежное подключение к глобальной сети. Благодаря недавно приобретенной компании Titan Aerospace и ее обширному опыту и наработкам, корпорация Google планирует реализовать доступ в сеть при помощи множества беспилотных летающих аппаратов, функционирующих на солнечной энергии. При этом коммуникационное оборудование для подключения в глобальную паутину будет работать на миллиметровых волнахсогласно новейшей технологии 5G, что позволит обеспечить скорость передачи данных примерно в 40 раз больше, чем у современного высокоскоростного стандарта 4G.



Вместе с тем специалисты отмечают, что повсеместное внедрение 5G вряд ли будет простым и быстрым, поскольку инженерам придется решать ряд сложных технологических задач, связанных с новым стандартом. Наряду с множеством преимуществ новой технологии связи, у нее есть и целый спектр значительных недостатков. Главный из них связан с частотой диапазона 28 ГГц, на которой работает 5G. Поскольку длина волны в 5G более короткая, то и сигнал будет заглушаться гораздо быстрее. Поэтому на передатчиках одинаковой мощности зона охвата уверенного приема сигнала стандарта 5G будет значительно меньше, чем у его предшественника. Обеспечить более уверенный и надежный прием можно при помощи более узконаправленного коммуникационного оборудования, что, с другой стороны, приведет к увеличению числа БПЛА для покрытия всей территории доступа.

Для работы над этим проектом Google взял в аренду у Virgin Galactic ангар в пустыне Мохаве на юго-западе США неподалеку от космопорта Spaceport America. В нем техногигант планирует разрабатывать свои беспилотники и соответствующие системы управления. Параллельно Google работает над размещением своего центрального узла управления беспилотниками в близлежащем Spaceflight Operations Center. Ну а на территории космопорта компания установила сеть ретрансляторов с коммуникационным обородованием 5G, благодаря чему из любой точки космопорта можно подключиться в глобальную сеть на максимально доступной скорости.



Также поисковый гигант договорился о временном эксклюзивном использовании космодрома Spaceport America и согласовал с властями проведение экспериментальных полетов над военным полигоном White Sands Missile Range, расположенным неподалеку от космодрома. Согласно полученных разрешительных документов испытательные полеты БПЛА начнутся в июле 2016 года, что позволит компании значительно продвинуться к успешному запуску проекта в эксплуатацию.



Стоит отметить, что техногинант вряд ли сможет долго оккупировать взлетно-посадочные полосы космодрома, поскольку Virgin Galactic намерена в ближайшее время завершить работы по разработке второй версии космического шаттла Space Ship Two и начать интенсивные испытательные полеты.



Источник: Беспилотные аппараты обеспечат глобальную связь стандарта 5G