Автосервис + Эксперимент

Наука о трении включает в себя разделы физики, химии, механики и электродинамики. Только в 80-х годах прошлого века утвердилось ее самостоятельное название – трибология. Слово «трибо» по-гречески означает «тереть». А вот то, что из-за трения возникает электричество, которое называют «трибоэлектрическим эффектом», известно более двух тысяч лет.  Я и сам хорошо помню, как в 9-ом классе в школе показывали опыт с шерстью и эбонитовой палочкой. Палочку натирали кусочком шерсти, подносили к маленьким обрывкам бумаги, и те, как будто под воздействием магии, притягивались к палочке!

Этот опыт является забавным проявлением трибоэлектричества. Научный журнал Nature опубликовал об этом эффекте статью еще в 1926 году, уже тогда утверждая, что «несмотря на большие усилия физиков данный предмет так и не прошел начальную стадию изучения». И это было справедливо до последнего времени.  По сути, единственным всемирно известным применением трибоэлектрического эффекта является Ксерокс – копировальные машины, в которых чернильный порошок заряжается из-за трения при вращении барабана.

Проблема в том, что научными методами оказалось сложно изучать этот простой феномен - опыты противоречат теориям, а теория не может объяснить то, что мы видим в реальности. В условиях, когда невозможно обычными способами объяснить эти сложности, появляются всевозможные эзотерические предположения, которые пытаются найти объяснения наблюдаемым явлениям, например, с помощью существования некой особой «электромагнитной материи»

Только в последние 10 лет началось новое активное изучение этого явления. Произошло это благодаря изобретению в 2012 году Китайскими учеными трибоэлектрических наногенераторов (ТЭНГ). Эти наногенераторы превращают энергию, возникающую при ходьбе, движении пальцев рук, падении снега, капель воды и т.п. в электроэнергию и позволяют использовать ее для работы электронных приборов.

Одновременно развивались и другие направления использования трибоэлектричества.

Российскими учеными исследованы многочисленные способы его применения для:

- получения источника рентгеновского излучения;

- изменения свойства смесей под воздействием формовочных материалов;

- создания внутритрубного датчика-расходомера;

- создания прибора для сортировки стали;

- очистки нефтепродуктов от загрязнений;

- защиты металла от коррозии.

Если говорить о коррозии, то в самом общем смысле это термодинамический процесс самопроизвольного разрушения металла при взаимодействии с окружающей средой. Первопричиной коррозии является состояние неравновесия между металлом и окружающей средой – металлу выгоднее раствориться, чем удерживать строгую кристаллическую решетку. Он бы хотел «развалиться», а не держаться изо всех сил. Для того чтобы остановить коррозию необходимо помочь металлу – сделать так чтобы ему было удобнее находиться в нормальном состоянии.

Рис. 1

Похожий принцип используют для защиты автомобилей. За решеткой радиатора устанавливается трибоэлектрический генератор (рис. 2). Во время движения и стоянки автомобиля за счет трения о генератор частичек вещества, находящихся в воздухе, происходит выработка электроэнергии. Ее достаточно для защиты авто от процессов коррозии, происходящих на поверхности металлов. А за счет того, что под днищем авто устанавливаются дополнительные протекторные элементы, эффективность системы увеличивается многократно. При этом система сбалансирована с помощью заземлителя, что обеспечивает равновесие происходящих процессов и полностью останавливает коррозию.

Рис. 2

Как автомобильный трибогенератор вырабатывает электричество?

На видео показано, что пока на трибогенератор не дует воздух, прибор который фиксирует напряжение, показывает 0. Но если начать обдувать трибогенератор воздухом, на нем моментально появляется электрический заряд. Если же обдувать воздухом электроды мультиметра, которые не подключены к трибогенератору – напряжение не возникает. Это является яркой иллюстрацией работы трибогенератора.

Трибоэлектричество было на Земле всегда, но только в последние годы люди научились не считать его несущественным или вредным, а наоборот нашли способы применять себе во благо. И уже очевидно, что в будущем трибоэлектричество станет простым, привычным и удобным элементом нашей повседневной жизни, который мы с удовольствием будем использовать везде и постоянно.

(Фотография на обложке: flickr.com, @tunnelarmr, https://flic.kr/p/6FDTjQ, modified)

Напомним, что в фирменных жидкостях применяют разрешенный для технических нужд изопропиловый спирт (он же ИПС или изопропанол). У этих незамерзаек при понижении температуры (примерно от -15 С и ниже) заметно меняется вязкость. Из-за чего при сильных морозах изопропиловая жидкость хуже распыляется через форсунки стекломывателя, осложняя очистку лобового стекла.

В то же время, сегодня на рынке присутствует масса стеклоомываек, основа которых - запрещенный (в нашей стране), но более дешевый метиловый спирт. Из него делают подавляющее большинство дешевых зимних жидкостей, очень часто с заявленной температурой замерзания -30 градусов. Считается, что их текучесть на морозе заметно лучше, чем у стеклоомываек на основе ИПС.

Правда, при этом не говорится, для какой именно температуры справедливо данное утверждение. Между тем почти все «30-градусные» жидкости, приготовленные на основе метанола, превращаются в лед уже при -16 градусах. Это неоднократно доказывали предыдущие тесты, о которых я ранее рассказывал.

Наконец, существует еще одна категория автомобильных незамерзаек, которые делают из смеси изопропанола с этиловым спиртом. У последнего, как известно, вязкость мало зависит от температуры. Комбинация этих двух видов спиртов, по оценкам технологов, позволяет создавать жидкости, сохраняющую высокую текучесть вплоть до -25 С.

Такие составы уже появились на рынке, однако какой-либо достоверной информации по их характеристикам найти сложно. Именно поэтому и было решено в этот сезонный тест проверить продукцию с разными типами спиртов, включая этиловый. В ходе теста оценивалась реальную морозостойкость незамерзаек, а также сопоставлялась их текучесть при -20 С.

Для этого было приобретено несколько отечественных зимних стеклоомываек, а также один лицензионный состав, выпускаемый в России по рецептуре немецкой компании. Жидкости покупались в автомобильных сетевых магазинах и гипермаркетах Подмосковья. В итоге в нашем распоряжении оказалось семь образцов. Это четыре продукта с заявленной температурой -30 С, еще три – составы с температурой замерзания -25 С.

Испытания незамерзающих жидкостей начали с проверки их морозостойкости. Она проводились с использованием морозильника, в котором ступенчато, с шагом в один градус, понижалась температура, начиная с отметки -16 С. При каждом выставленном ее значении образцы выдерживались в течение суток. Что же показали эти исследования?

Увы, их результаты, как и в прошлые годы, оказались вполне предсказуемыми. Так, очень быстро с дистанции сошли сразу все четыре «метанольных» образца! Ни один из них не смог достичь температуры замерзания с контрольным значением -20 С.

Например, образцы «Автозима -30» и North Way -30 превратились в лед уже при -16 С. Чуть дольше продержалась Hyper Frost -30, которая застыла при -17 С. Четвертая «метанольная» незамерзайка Gibson -30 заледенела при -19 С.

В итоге во второй тур испытаний, где, напомним, планировалось оценить текучесть семи зимних жидкостей, вышли только три продукта. Это Globus -25 и Fin Joy -25 (оба подтвердили заявленную температуру -25 С), а также состав Liqui Moly -25, показавший морозостойкость на уровне аж в -26 С.

Для сравнения текучести незамерзаек из картонной коробки была сделана мишень, которую с расстояния примерно 50 см «обстреливали» струей из бытового пневмо-распылителя. Его выбрали из тех соображений, что его форсунка (фото ниже) очень схожа по конструкции с аналогичным элементом у автомобильного стеклоомывателя. Критерий оценки был таков – чем сильнее и «кучнее» бьет по мишени струя охлажденной до -20 С жидкости, тем лучше.

Результаты контрольных жидкостных «обстрелов» приведены в ролике ниже. Как можно видеть, из трех образцов лучше всего показала себя новая незамерзайка Liqui Moly -25, содержащая, в том числе, и этиловый спирт. Она реально сохраняет высокую текучесть, причем как минимум до -20 С. При распылении струя этой жидкости проходит через форсунки с хорошим напором, позволяя с максимальной эффективностью обработать локальный участок поверхности. А вот у двух ее аналогов (Globus -25 и Fin Joy -25), сделанных из изопропанола, распыление не такое хорошее.

Лидер нынешнего сравнительного теста

Оба этих продукта при той же температуре прокачиваются через форсунки гораздо слабее. Да и распыляются они заметно хуже – струя жидкости становится неравномерной, начинает «рваться» или бить в разные стороны, уходя от центра мишени. Наиболее вязкой, отметили эксперты, после 20-градусной заморозки оказалась незамерзайка Globus -25. Ее «выстрелы» из пневмо-распылителя иногда вообще не доставали до мишени. Это наглядно показано в ролике.

Подведем вкратце итоги

Итак, что можно сказать по итогам испытаний? Прежде всего, очевидно главное – по низкотемпературным показателям «изопропанолы», включая составы с этанолом, однозначно предпочтительнее. Так, если сравнивать их с «метанольными» аналогами, которые замерзли при куда более меньшем охлаждении, то тут они однозначно выигрывают у последних.

Да, в сильные холода «изопропанольные» незамерзайки заметно густеют, но все равно остаются жидкими. А это очень важно для безопасной езды! Это наглядно продемонстрировал и тест. Ведь даже при слабом распылении через форсунки Globus -25 и Fin Joy -25 способны хоть как-то смочить ветровое стекло и помочь дворникам очистить его от грязи. А уж если зимняя жидкость будет еще и с этанолом, то чистка стекла окажется еще эффективнее. Окончательные выводы из всего этого делайте сами.