Kann eine Maschine von gespeicherter Wärmeenergie profitieren?

Einstellungsübersicht

Meine Welt leidet unter einem Überfluss an einer bestimmten Art von Energie. Diese Energie kann von lebenden Zellen sicher absorbiert und genutzt werden, was beispielsweise den Flug und den feurigen Atem eines Drachen oder die Fähigkeit eines Menschen ermöglicht, seine Umgebung durch "Magie" zu manipulieren.

Diese Energie verstärkt jedoch auch die Wirkung von Elektrizität, wie z. B. Blitze oder Computerschaltkreise. Im letzteren Fall neigen ungeschirmte Komponenten dazu, in kurzer Zeit spektakulär zu versagen.

Um diese zusätzliche Energie auszugleichen, habe ich festgestellt, dass Eisen enorme Mengen davon absorbieren kann, wodurch sich das Metall erhitzt. Je mehr es aufnimmt, desto mehr erwärmt es sich. Die störende Rohenergie wird sicher in Wärmeenergie umgewandelt.

Kurze Geschichte

Als die Menschen zum ersten Mal mit Raumschiffen auf dieser Welt ankamen, brachten sie fortschrittliche, auf Elektrizität basierende Technologie mit. Diese Geräte wurden schnell an die Umgebung der neuen Welt angepasst und die Menschen begannen, die Welt zu terraformen.

Die einheimischen fliegenden und feuerspeienden Spezies des Planeten nahmen dies nicht gut auf und schlossen sich zusammen, um die technologische Bedrohung ihrer Welt zu beenden. Einer einzelnen KI gelang es, dem Ansturm zu entkommen, indem sie tief in den Untergrund bohrte, wo sie mehrere tausend Jahre lang verblieb und einen Racheplan formulierte.

Das Problem

Die KI hat einen Plan entwickelt, um die Herrschaft der Rohenergie zu beenden, aber sie muss in der Lage sein, an der Oberfläche zu agieren. Zu diesem Zweck hat es beschlossen, halbautonome Maschinen zu bauen, die nach vorne gehen und ihre Gebote abgeben. Diese Maschinen müssen natürlich vor der rohen Energie geschützt werden, daher werden sie mit reichlich Eisen (um die störende Energie zu absorbieren) und Kupfer (um die Wärme des Eisens in einen Kühlkörper umzuverteilen) konstruiert.

Leider bedeutet dies, dass die Maschinen diesen riesigen Kühlkörper haben, der Platz beansprucht, und das ist ineffizient.

Können die Maschinen so konstruiert werden, dass sie die in ihrem Kühlkörper gespeicherte Energie wiederverwenden, indem sie ihnen beispielsweise einen Feueratem verleihen, der den Drachen ähnelt, gegen die sie kämpfen werden, oder sind Kühlkörper eine Einbahnstraße? Energie?


Über die Tags: Ich hatte im Sinn, diese Maschinen so zu gestalten, dass sie echte Tierdesigns nachahmen. Diese besondere Geschichte wurde stark durch das Spielen von Horizon: Zero Dawn beeinflusst . Das Tag soll dieses Konzept widerspiegeln.

Antworten (6)

Für die Speicherung der Energie sind Salzbatterien (nicht einfach eiserne Kühlkörper) wünschenswert.

Dies ist eine Technologie, die wir heute im Hinblick auf Dinge wie Salzschmelzereaktoren und Solarthermie betrachten.

Thermische Energie kann sehr ähnlich wie Trägheit wirken. Die Idee ist, dass überschüssige Wärme aus einem Reaktor dazu verwendet wird, ein eutektisches Salz in einem geschmolzenen Zustand zu halten. Die schiere Masse der Salzschmelze erschwert eine schnelle Abkühlung und dient so als Speicher für überschüssige Energie. Die eutektischen Eigenschaften des Salzes bedeuten auch, dass es die Wärme nicht so leicht abgeben möchte, sobald es sie erhalten hat, da ein eutektisches Salz „auf einmal“ gefrieren muss und nicht in Teilen wie Wasser.

Ein gutes Material für Ihre Batterie muss also zwei Eigenschaften haben:

  • Es sollte einen möglichst niedrigen Schmelzpunkt haben, da eine Flüssigkeit Wärmeenergie im Allgemeinen besser leiten kann als ein Feststoff, da ihre Atome mehr Freiheitsgrade haben.
  • Es muss eutektisch sein, damit es schwierig wird, zu gefrieren (und somit thermische Energie an die Umgebung abzugeben). Dadurch entsteht eine Art „thermische Trägheit“, die es dem Salz ermöglicht, Wärmeenergie sehr lange zu speichern.
  • Es muss einen sehr hohen Siedepunkt haben. Eutektische Salze haben im Allgemeinen Siedepunkte von etwa 2000 Grad C, weshalb sie als Kühlmittel und Brennstoffträger für Kernreaktoren in Betracht gezogen werden.

Nun, um diese Energie zu nutzen, muss man einen thermischen Gradienten haben. Je stärker der Gradient, desto effizienter können Sie Arbeit extrahieren.

Wenn Sie versuchen, die Größe und Anzahl der beweglichen Teile Ihrer Roboter zu minimieren, ist eine thermoelektrische Lösung die beste Wahl. Im Grunde handelt es sich um Peltier-Kühler, die umgekehrt laufen: Sie haben P- und N-dotiertes Silizium, das so sandwichartig angeordnet ist, dass der thermische Unterschied zwischen den beiden Seiten des Siliziums Elektronen dazu zwingt, zwischen ihnen zu fließen, wodurch ein Ladungsunterschied entsteht. Die Ladungsdifferenz bewirkt, dass Strom in einem Draht fließt, Sie haben also gerade Elektrizität erzeugt. Leider neigt die thermoelektrische Erzeugung dazu, nicht sehr effizient zu sein.

Wenn Sie versuchen, die Arbeitsmenge zu maximieren, die Sie aus dieser Hitze herausholen können, benötigen Sie einen thermodynamischen Kreislauf. Stirlingmotoren sind dafür in Ordnung, und sie werden effizienter sein als die thermoelektrische Erzeugung, aber für maximale Effizienz benötigen Sie einen Brayton-Zyklus.

In einem Brayton-Zyklus verwenden Sie die Wärme, um ein komprimierbares Arbeitsmedium zu erhitzen. Diese Flüssigkeit dreht dann eine Turbine und erzeugt Strom, aber ein Teil der Energie wird verwendet, um die Arbeitsflüssigkeit erneut zu komprimieren, bevor sie zur Wiedererwärmung zurückgeschickt wird. Das Komprimieren einer Flüssigkeit erhöht ihre Temperatur gemäß dem idealen Gasgesetz, sodass Sie einen Teil Ihrer Abwärme zurückgewinnen, um die Dinge effizienter zu machen. Dies macht den Brayton-Zyklus zu einem der effizientesten thermischen Zyklen, der sich einem Wirkungsgrad von 45 % nähert (im Gegensatz zu 30 % Wirkungsgrad des einfacheren Rankine-Zyklus oder 15-30 % Wirkungsgrad eines Stirling-Zyklus).

Der Nachteil? Der Brayton-Zyklus ist viel komplexer und erfordert eine spezielle Turbine und zwei separate Wärmetauscher. Dies würde bedeuten, dass Sie wahrscheinlich Brayton-Zyklen für Ihre größten Roboter reservieren möchten, vielleicht mit thermoelektrischen und Stirling-Zyklen für kleinere Maschinen.

Sobald Sie eine Möglichkeit haben, die Wärme zu speichern (durch Salzbatterien) und umzuwandeln (durch Wärmekraftmaschinen oder thermoelektrisches Silizium), können Sie so ziemlich alles damit machen, was Sie wollen. Verwandeln Sie es in Elektrizität für Blitzangriffe, verwenden Sie es, um Luft für Hitzeatemangriffe zu erhitzen, verwandeln Sie es in mechanische Arbeit, um Ihre Roboter zu bewegen und große Hämmer zu schwingen, um alle Menschen zu zerschmettern, etc ...

Denken Sie daran, dass Sie einen möglichst großen Wärmegradienten halten müssen, um effizient zu sein, und dass alle Wärmekraftmaschinen etwas Abwärme erzeugen, mit der umgegangen werden muss. Ihre Batterie ist eine Batterie und keine Wärmequelle. Ohne weitere Eingaben in Ihre Batterie kühlt sie sich schließlich zu sehr ab, um nützliche Arbeit leisten zu können.

Ein Wassertank ist ein hervorragender Kühlkörper. Die Verdampfungswärme von Wasser ist enorm – ein Vielfaches dessen, was nötig ist, um Wasser von kaum aufgetautem bis fast zum Sieden zu erhitzen, was an sich viel ist (Wasser hat eine der höchsten spezifischen Wärmekapazitäten aller einfachen Substanzen). Noch besser, ein kleiner Wassertank ist erneuerbar, nur durch "Trinken".

Ihre autonomen Maschinen müssen nur periodisch Wasser aufnehmen, Dampf ablassen und ihrer Arbeit nachgehen. Sie könnten den Dampf sogar nutzen, um Energie zu erzeugen, mit der sie selbst fahren können.

Wärmequellen können auf unterschiedliche Weise Strom erzeugen.

  • Sie könnten einen Stirlingmotor mit einem Generator antreiben.
  • Sie könnten Thermoelemente mit Strom versorgen .
  • Einige weitere Wege.

Wenn Sie jedoch die Naturgesetze ändern, indem Sie diese neue Energie einführen, sind alle Wetten ungültig und gilt nicht wirklich. , wie wir sie kennen, könnte Türen für unentdeckte Paradigmen öffnen, aber eine neue „Energieform“ müsste erklären, wie sie in das EM-Spektrum passt oder warum nicht.

Die Thermodynamik sagt uns, dass wir zwei Thermostate mit unterschiedlichen Temperaturen haben müssen, um Arbeit zu erzeugen, und dass die ideale Ausbeute dieser Umwandlung sein wird η = 1 T H ich G H T l Ö w .

Daher, solange Ihre Energie gespeichert wird T H ich G H , mit T l Ö w Da es sich um die Umgebungstemperatur handelt, können Sie Arbeit leisten, indem Sie die Temperaturdifferenz verwenden. Allerdings muss der Temperaturabstand groß sein, um eine ordentliche Ausbeute zu erhalten.

Wenn beispielsweise der Thermostat bei hoher Temperatur über dem Siedepunkt von Wasser liegt, können Sie Dampf erzeugen und mit diesem Dampf eine Turbine antreiben, die wiederum an einen Generator angeschlossen werden kann, um Strom zu erzeugen. Sie würden die Umgebung nutzen, um den Kreislauf zu schließen. Genau so wird Geothermie genutzt: Der Erdmantel fungiert als Wärmespeicher bei hoher Temperatur, und Wasser wird bei Kontakt mit seiner Wärme in Dampf umgewandelt.

Hm. Während dies die Frage "Ist es möglich?" Ich habe das Gefühl, dass es an Klarheit mangelt, wie es möglich ist. Durch welchen Prozess wird Wärmeenergie in Arbeit umgewandelt? Vielleicht ist es eine Einschränkung meines Verständnisses der Thermodynamik, aber ich kämpfe damit, einen Weg von Wärme zu definieren, die nicht Licht ist.
@Frostfyre, in der Bearbeitung hinzugefügt
@Frostfyre, ein Stirlingmotor. Sie nutzen die Wärmedifferenz zwischen Ihrem heißen Objekt und einem kalten Kühlkörper und wandeln den Wärmestrom direkt in mechanische Energie um, mit der Sie beispielsweise einen Generator antreiben können.

Energieabsorptionsmechanismus + ständige Bewegung

Dies ist eine dumme Idee, aber hey, einen Versuch wert. Die Idee ist, dass diese Maschinen eine gewisse Anfangsenergie in sich gespeichert haben müssen, damit sie bestimmte Aufgaben ausführen können, die von der KI angewiesen werden. Offensichtlich werden die Drachen und so weiter versuchen, sie abzuwehren. Anstatt diese Energie also nur in einem massiven Kühlkörper zu halten, verwenden Sie die Energie einfach als Brennstoff, indem Sie sie mithilfe von Technologie absorbieren, um die kinetische und thermische Energie des sogenannten Rohmaterials zu absorbieren Energie', Sie erwähnten die Verwendung der Drachen. Natürlich gehe ich davon aus, dass die von Ihnen beschriebene „Rohenergie“ diese Eigenschaften hat.

Sie erwähnen bereits Eisen und Kupfer, um diese Energie in den Kühlkörper zu leiten, aber warum nicht den Spieß umdrehen - warum nicht die Rohenergie zum Antrieb Ihrer Elektrotechnik nutzen? Wir wissen, dass Energie in all ihren Formen in eine andere Art von Energie umgewandelt werden kann (GPE in KE, thermisch in KE, chemisch in KE usw.), also ist Ihre KI vielleicht fortgeschritten genug, um herauszufinden, wie man die Rohenergie nutzt, oder RE, in thermische oder kinetische Energie!

Das bedeutet, dass es immer noch möglich ist, eine dieser Maschinen zu zerstören, indem man sie mit Energie überlädt. In diesem Fall können wir, um dieses Problem zu mindern, dafür sorgen, dass diese Maschine härter arbeitet und mehr von ihrer Energie verbraucht, und vielleicht gespeicherte Energie in rohe Energiestrahlen umwandeln (wenn das bei den Drachen funktioniert). Im wahrsten Sinne des Wortes Feuer mit Feuer bekämpfen.

Wir können dies weiter verkomplizieren, indem wir die operativeren/technischeren Roboter (wie diejenigen, die Terraforming oder so weiter starten) mit hohen Kühlkörpern versehen, während Kampfroboter niedrige haben, da sie sowieso besser gerüstet sind, um sich zu wehren. Bleibt ihnen überschüssige Energie übrig, kann diese an die Einsatzroboter weitergegeben werden.

Bearbeiten: Ich habe piezoelektrische Materialien erwähnt - ich habe es vermasselt. In diesem PDF können wir ein umfassendes Forschungspapier darüber sehen, wie die Energie einer Batterie aus der Nutzung mechanischer Energie gewonnen werden kann, die von piezoelektrischen Komponenten in und um die Batterie stammt, wodurch eine Batterie effektiv selbst aufgeladen wird. Das würde Ihr Problem wahrscheinlich verschlimmern, da Ihr Problem damit zu tun hat, überschüssige Energie loszuwerden und nicht mehr zu erzeugen. Der Grund, warum ich meine Antwort allgemein gehalten habe, war, dass ich nicht wusste, was Rohenergie ist (technisch immer noch nicht), wie sie in dem von Ihnen gebauten Universum existiert. Weitere Informationen über RE und seine Einschränkungen wären hilfreich.

Ich habe diese Antwort abgelehnt, weil die Frage das wissenschaftlich fundierte Tag hat, und wir erwarten, dass Ihre Antwort klar und maßgeblich ist und erklärt, warum sie richtig ist. Ich werde die Ablehnung entfernen, wenn Sie bearbeiten , um "Sonnenkollektoren (oder was auch immer Sie Energie absorbieren können)" so zu erklären , dass sie den Anforderungen des Tags entsprechen. Und wie speichern piezoelektrische Materialien Energie?
Hallo @Confoundedbybeigefish. Ich habe gerade die Antwort bearbeitet. Der Grund, warum ich diese Sprache verwendet habe, war, weil ich nicht weiß, welches Gerät rohe Energie in etwas anderes umwandeln könnte. Es scheint nicht so, als ob Rohenergie in unserer Welt ein direktes Äquivalent hat, daher meine Schimpfwörter.
Hallo, ich habe die Ablehnung zurückgezogen. Ich denke, Sie haben das Problem mit Fragen erkannt, die eine magische Prämisse haben, aber das wissenschaftlich fundierte Tag verwenden - es ist nicht leicht zu erkennen, wie man sie sinnvoll beantwortet.
Ich bin ziemlich neu hier, so wie ich bin - ich sollte die Seile lernen, haha. Wie gehen Sie bei der Beantwortung von Fragen vor, die eine magische Prämisse + wissenschaftliche Untersuchung haben?
Bei dieser Frage sollten Sie sich vielleicht einen Tag oder so Zeit nehmen, um zurückzukommen und die am höchsten bewerteten Antworten und die am niedrigsten bewerteten zu lesen und den Inhalt zu vergleichen. Das Beste, was ich tun kann, um kurzfristig zu helfen.

Diese Energie verstärkt jedoch auch die Wirkung von Elektrizität, wie z. B. Blitze oder Computerschaltkreise. Im letzteren Fall neigen ungeschirmte Komponenten dazu, in kurzer Zeit spektakulär zu versagen.

Das sind wunderbare Neuigkeiten. Jetzt stehen für jedes verbrauchte Watt Energie viel mehr Watt zur Verfügung.

Wenn überhaupt, besteht das Problem hier darin, dass Ihre Elektronik zu effektiv wäre. Ihre KI sollte also ihre autonomen Drohnen in der Annahme bauen, dass sie einen Bruchteil ihrer normalen Leistung erzeugen können. Dieses Energiefeld wird das Defizit ausgleichen.

Infolgedessen kann die KI ein Standard-Vorlagenmodell verwenden, aber schwächere Komponenten verwenden und das gleiche Ergebnis erzielen. Diese neuen Versionen werden leichter und effizienter sein.

Die KI könnte sogar einen großen Eisenklumpen als Mittel zur Energieerzeugung verwenden, ähnlich wie Radio-Thermoisotop-Generatoren Satelliten mit der Wärme von Plutonium und anderen radioaktiven zerfallenden Materialien antreiben

Also beim TLDR ist das kein Problem, sondern ein riesiger Vorteil.

Wenn Ihnen dieser Vorteil jedoch nicht gefällt, könnte die KI stattdessen Kupfer und Aluminium verwenden und Eisen in den meisten Komponenten vermeiden. Es gibt viele eisenhaltige und leitfähige Materialien, die kein Eisen sind. Einige unserer fortschrittlichsten Elektronikgeräte sind auf Silizium, Kupfer, Galliumnitrid und verschiedene seltene Elemente angewiesen, Eisen ist nicht erforderlich