Исследователи из Университета Пердью установили, что твердое тело может служить средой для взаимодействия тепловых и звуковых волн, как это делает жидкость в термоакустических двигателях и холодильниках. В результате получается более долговечная система, лишенная риска протечек.

Протекающие системы ограничивают возможности инженеров в разработке дизайна термоакустических двигателей, зависящих от взаимодействия колебаний температуры и звуковых волн. Исследователи из Университета Пердью, вместе с коллегами из Университета Нотр-Дам, впервые показали, что процесс теоретически может существовать в твердых объектах, сообщает sciencedaily.com. Свои выводы команда представила на 175-й Встрече Акустического общества Америки.

«Хоть она находится в зачаточном состоянии, технология может стать невероятно эффективной для агрессивных условий, вроде открытого космоса со свободно доступными резкими перепадами температур и угрозой срыва всей миссии из-за поломки системы», — сказал Фабио Семперлотти, доцент машиностроения из Пердью.

Термоакустика хорошо изучена в жидкости. Подача тепла в канал или полости вызывает спонтанную генерацию звуковых волн, самостоятельно распространяющихся по среде. В результате получаются «поющие» трубы или термоакустические машины. Проблема систем заключается в риске протечек, так что ученые ищут способ заменить жидкость твердым веществом.

Ранее такое замещение казалось маловероятным. Твердое тело стабильнее жидкости, что мешает теплу генерировать звук. Исследователи разработали теоретическую модель, показывающую, что тонкий металлический стержень может выдавать самоподдерживающиеся механические вибрации под действием перепадов температур на его сегменты. Процесс уравновесил нежелательное рассеяние механической энергии, показав, что твердое тело, как и жидкость, сокращается на холоде и растягивается в тепле. Если сжатие будет меньше расширения, конечное движение со временем усилится. Твердому телу также можно задать нужные свойства, что невозможно сделать с жидкостью.

«Система будет способна использовать солнце, как источник тепла, а излучение глубокого космоса – как охладитель, — сказал Семперлотти. – Такие устройства могут работать бесконечно, так как в них отсутствуют способные протечь элементы».

Авторы признают необходимость экспериментально доказать работоспособность концепции. Но они верят в потенциал технологии.