Мозг человека – сложный и загадочный орган, и даже сейчас мы знаем далеко не все о том, как он работает. Почему запоминаются одни события и забываются другие? Как улучшить память и до старости сохранить интеллектуальную активность?
Сегодня мы расскажем о некоторых интересных особенностях запоминания и забывания.
Источник: depositphotos.com
Человек всегда мечтает сохранить в памяти радостные, приятные события и поскорее забыть все, что его огорчает. К сожалению, мы не всегда властны над нашей памятью. Мозг порой сам выбирает, что ему помнить, а что забыть, не слишком опираясь при этом на наши желания.
По мнению ученых, лучше всего «застревают» в памяти события яркие (вне зависимости от их эмоциональной окраски). Рутинные повседневные впечатления запоминаются плохо, хотя и повторяются гораздо чаще. Эта особенность работы мозга носит название «эффект ластика».
Организм человека по мере возможности защищает себя от перегрузок, в том числе эмоциональных. Вот почему механизм запоминания снабжен своеобразным фильтром, отсекающим те события и впечатления, которые мозг считает непригодными для длительного хранения. Однако при необходимости этого «сторожа» можно обмануть, используя способ проговаривания. Он состоит в том, что человек мысленно многократно повторяет слова и фразы, описывающие событие, которое он хотел бы запомнить. Несмотря на простоту метода, он работает, и такие воспоминания действительно сохраняются годами.
Изучая проблемы памяти, ученые обнаружили, что люди, которые много читают, даже в солидном возрасте быстрее и подробнее запоминают события собственной жизни, чем их сверстники, не утруждающие себя чтением.
Как выяснилось, дело тут не столько в механической тренировке памяти (которая тоже имеет место), сколько в способности мозга фиксировать информацию, соотнося ее с жизненным опытом человека. А так как у читающих людей кроме чисто событийного опыта есть еще и опыт эмоциональный, почерпнутый из художественной литературы, их память работает эффективнее.
У большинства людей зрительная память развита лучше, чем слуховая или тактильная. Данное свойство можно использовать, когда нужно что-то запомнить. Немного потренировавшись, вы сможете научиться мысленно создавать своеобразный видеоряд, воображая картины, которые ассоциируются с у вас, например, с каким-либо стихотворением. Когда это войдет в привычку, запоминать то, что вам нужно, станет проще.
Одним из свойств человеческого мозга является способность к непроизвольному запоминанию. Действительно, мы порой даже не знаем о том, какой информацией владеем. Многие люди, которым случалось надолго оставаться в одиночестве, впоследствии отмечали, что с легкостью вспоминали длинные стихотворения и даже целые прозаические главы – части тех книг, которые они когда-то прочитали, но не пытались заучивать наизусть. Это свидетельствует о том, что наша память может содержать сведения, которые мы не намеревались хранить, и воспроизводить их в экстремальной ситуации.
Уже давно известно, что люди, всю жизнь занимавшиеся научными исследованиями, до глубокой старости сохраняют хорошую память. Поддержанию интеллектуальной активности способствуют, прежде всего, постоянные поиски и усвоение новой информации.
Как же быть тем людям, профессиональная деятельность которых не связана ни с наукой, ни с преподаванием? Они тоже способны обеспечить свою память регулярными тренировками. Долгое время считалось, что в роли таких упражнений должны выступать преимущественно действия, состоящие в механическом запоминании текстов (заучивание стихов) или использовании и расширении словарного запаса (разгадывание кроссвордов). Эти занятия, бесспорно, полезны, но наиболее эффективным способом тренировки памяти является усвоение информации, принципиально новой для данного человека. Именно оно позволяет формировать свежие нейронные связи в коре головного мозга и увеличивать их количество.
Согласно современным представлениям, лучше всего память сохраняется у тех людей, которые одновременно интересуются максимальным количеством самых разнообразных дел (анализируют политические события, изучают иностранные языки, занимаются рукоделием, растениеводством и кулинарией, следят за новостями культурной жизни, читают много художественной литературы, в зрелом возрасте водят автомобиль и т. д.). Проще говоря, широта интересов – наиболее эффективный способ достижения интеллектуального долголетия.
Ученые, изучавшие особенности человеческой памяти, установили следующее:
Изучение особенностей работы мозга продолжается. Исследователям предстоит раскрыть множество секретов, знание которых поможет людям сохранять здоровье, память и интеллектуальную активность до глубокой старости.
Видео с YouTube по теме статьи:
В эффектах отражаются закономерности работы , которые становятся очевидными при запоминании с применением мнемотехники. Знание этих закономерностей позволяет избегать ошибок при запоминании и делает процесс более качественным.
Эффект сворачивания ассоциативных цепочек. Наблюдается при . Если в процессе припоминания обучающегося отвлекается, он вспомнит то место, где воспоминание прервалось, и вынужден возвращаться к началу цепочки. Иногда можно наблюдать быстрое мелькание образов перед глазами в момент отвлечения внимания. Цепочка образов, прокрутившись, останавливается на последнем образе.
При отсроченном припоминании через один-два месяца (если человеку не ставилась задача сознательного ) при напоминании первого слова ранее запоминавшейся цепочки припоминаются первые два-три слова, а затем сразу одно-два последних. Остальные образы цепочки не вспоминаются даже при напоминании (подсказке).
Этот эффект описан в психологической литературе как «Эффект края» Г.Эббингауза и его значение, на наш взгляд, значительно большее, чем принято думать.
С одной стороны, этот эффект мешает сознательному запоминанию, так как происходит стирание запомненных в образах сведений. Стирающее влияние этого эффекта легко нейтрализуется. Достаточно не запоминать длинные цепочки образов, а разбивать запоминаемые сведения на маленькие последовательности - не более 7-10 образов в каждой. Короткие последовательности образов собираются в блоки и запоминаются дополнительно, например, методом Цицерона.
С другой стороны, мозг жертвует информацией не просто так. Мы считаем, что данный эффект - один из механизмов, благодаря которому мозг автоматически формирует свернутые программы (по типу «Если…, то…»). Промежуточные звенья между «Если» и «то» уничтожаются ради ускорения ответной реакции. С помощью этого механизма мозг формирует конструкты (теория личностных конструктов Дж.Келли). Они организуются в сложные иерархические системы и, по существу, являются глобальной программой реагирования, по которой человек строит свое (сознательно и неосознанно).
Основная работа по сворачиванию ассоциативных цепочек (а значит, стирание информации) осуществляется мозгом во время . При этом сжатие происходит отдельно по анализаторным системам (хорошо известно, что во время речевой и зрительный анализаторы разобщаются и функционируют изолированно друг от друга (мысли начинают путаться при засыпании). Результат работы по сжатию информации мозг показывает в виде . Значит, сновидение - это процесс записи в мозг «заархивированной» информации.
Распространенное мнение о чрезмерной нагрузке на ум школьников, по-видимому, одно из многих заблуждений, относящихся к нашим знаниям о мозге. Учитывая множество механизмов мозга, направленных на стирание запомнившихся сведений, мы приходим к выводу, что мозг чрезвычайно трудно перегрузить информацией. Наш мозг «интересует» исключительно адаптивная память, т.е. информация, связанная с регулярной повседневной деятельностью. Все остальное безжалостно уничтожается. Защитные , охраняющие адаптивную (биологически важную) память, в мнемотехнике называются стабилизирующими факторами. К ним относятся и эффект стирания ассоциаций, и эффект сворачивания ассоциативных цепочек. Есть и другие факторы, напрямую не относящиеся к теме запоминания. Среди них - ложные пробуждения, замена образов в сновидениях, луцидные (контролируемые) сны и даже хорошо известные в парапсихологии внетелесные переживания (ВТП).
Эффект первого образа. При припоминании упражнений часто возникают сомнения в правильности припоминаемого образа. Верным бывает обычно тот образ, который первым «выскочил» из памяти, даже если вы уверены в том, что этот образ неверный.
Эффект непосредственного припоминания. Первоначально информация «захватывается» памятью в виде зрительных представлений. В дальнейшем, если вы примените метод активного повторения, запомнившиеся сведения будут припоминаться сразу в том виде, в каком вы их воспринимали. Особенно важно добиваться эффекта непосредственного припоминания при запоминании иностранных слов и знаковых систем изучаемых вами языков.
Эффект ассоциативного припоминания. Заключается в том, что один воспринимаемый образ мгновенно вызывает из памяти «дополнительную» информацию по ранее установленным взаимосвязям.
Запоминание - это процесс памяти, посредством которого происходит запечатление следов, ввод новых элементов ощущений, восприятие, мышления или переживания в систему ассоциативных связей. Основу запоминания составляет связь материала со смыслом в одно целое. Установление смысловых связей - результат работы мышления над содержанием запоминаемого материала.Может быть произвольным и не произвольным .
Поставленная цель - запомнить - играет важную роль, определяя собой всю деятельность запоминания. Исследования П. И. Зинченко и Смирновой.
1 кривая забывания – зависимость эффективности памяти от времени(выученныйматериал уже в первые минуты и часы во многом забывается, если повторять материал, то запоминание улучшиться и кривая пойдет вверх). Эббингауз В ходе опытов было установлено, что после первого безошибочного повторения серии таких слогов забывание идет вначале очень быстро. Уже в течение первого часа забывается до 60 % всей полученной информации, через 10 часов после заучивания в памяти остается 35 % от изученного. Далее процесс забывания идет медленно и через шесть дней в памяти остается около 20 % от общего числа первоначально выученных слогов, столько же остается в памяти и через месяц.
Выводы, которые можно сделать на основании данной кривой в том, что для эффективного запоминания необходимо повторение заученного материала.
2 Прочность запоминания во многом зависитот повторения . Но чтобы быть продуктивными, повторения должны отвечать определенным требованиям. Очень важно, чтобы повторение было активным и разнообразным. Для этого ставятся разные задачи: придумать примеры, ответить на вопросы, начертить схему, составить таблицу, изготовить наглядное пособие и т.д. Это связано с осмыслением материала.
известны 3 способа заучивания : целостный, частичный и комбинированный. наиболее целесообразным является комбинированный (исследования М. Н.Шардакова
Одним из условий успешного запоминания является также систематизация материала.
распределенное во времени заучивание в несолько раз эфф-нее, чем концентрированное
Режим рационального повторения
Если есть два дня
первое повторение - сразу по окончании чтения;
второе повторение - через 20 минут после первого повторения;
третье повторение - через 8 часов после второго;
четвертое повторение - через 24 часа после третьего.
Если нужно помнить очень долго
первое повторение - сразу после запоминания;
второе повторение - через 20-30 минут после первого повторения;
третье повторение - через 1 день после второго;
четвертое повторение - через 2 - 3 недели после третьего;
пятое повторение - через 2 - 3 месяца после четвертого повторения
3 Осмысленное запоминание в 9 раз быстрее механического заучивания (в своих опытах Эббингауз заучивал текст «Дон-Жуана» Байрона и равный по объему список бессмысленных слогов).
4. В основе развитой памяти лежат два основных фактора – воображение и ассоциация .
Мнемо́ника (греч.- искусство запоминания), мнемоте́хника - совокупность специальных приёмов и способов, облегчающих запоминание нужной информации и увеличивающих объём памяти путём образования ассоциаций (связей). Замена абстрактных объектов и фактов на понятия и представления, имеющие визуальное, аудиальное или кинестетическое представление, связывание объектов с уже имеющейся информацией в памяти различных типов для упрощения запоминания.
Ассоциация – это мысленная связь между двумя образами. Чем многообразнее и многочисленнее ассоциации, тем прочнее они закрепляются в памяти.
Метод последовательных ассоциаций связь при помощи воображ преды со след.
Метод связанных ассоциаций Для того чтобы запомнить что-то новое, вам необходимо соотнести это новое с чем-то, т.е. провести ассоциативную связь с каким-то уже известным фактором, призвав на помощь свое воображение. Сюда же МЕТОД ЦИЦЕРОНА, Рифмизация и др.
5. фактор края – первый и последний элемент запоминаются лучшеЭббингаузу;
6. эффект Зейгарник – незаконченные действия запоминаются лучше; это объясняется тем, что доступ к следам памяти облегчается при сохранении напряженности, которая возникает в начале действия и не разряжается полностью при неполном его завершении. Зейгарник. исследования в этой области были темой дипломной работы автора.
7. интерес к материалу и внимание к нем в несколько раз повышает эффективность запоминания.
8. Ременисенция – всплывание в памяти ранее забытого материала, благодаря таким факторам как отдых и сон (увеличение эфф-ти запоминания спустя некоторое время).
9. З-н действия (практика) Информация, участвующая в деятельности (т.е. если происходит применение знаний на практике) запоминается лучше.
10. З-н установки Если человек сам себе дал установку запомнить информацию, то запоминание произойдёт легче. Однако Исследования П. И. Зинченко и Смирновой убедительно доказали, что установка на запоминание, делающая его прямой целью действия субъекта, не является сама по себе решающей для эффективности этого процесса; непроизвольное запоминание может оказаться эффективнее произвольного.
МЕТОД Цицерона называемый также методом мест или системой Римской комнаты. Суть его состоит в том, что запоминаемые единицы информации надо мысленно расставлять в хорошо знакомой комнате в строго определенном порядке. Затем достаточно вспомнить эту комнату, чтобы воспроизвести необходимую информацию. (можно отнести к ассоциативному)
Техника эффективного запоминания
Когда информация трудна для запоминания, сложно организована, когда вы ограничены во времени, - Желание .
- Осознание . Для чего вам пригодится запоминаемая информация, как и когда вы будете ее использовать.
- Установление связей . Для того чтобы запомнить информацию, нужно установить связь с уже имеющимися знаниями или опытом.
- Яркие впечатления . информацию нужно постараться сделать такой, чтобы она выглядела как яркое впечатление.
- Хорошее внимание . 80% неуспеха в запоминании имеют отношение к недостаточно хорошему вниманию.
Выдержка из книги доктора техн.наук, сотрудника Института Океанологии Академии Наук СССР (имени Ширшова)ЭЗФ - эффект запоминания формы - физическое явление, впервые обнаруженное советскими учеными - академиком Г. В. Курдюмовым и Л. Г. Хондросом в 1949 г. Эффект запоминания формы наблюдается в особых сплавах и заключается в том, что детали из них восстанавливают после деформации свою начальную форму при тепловом воздействии. Например, если пластинку из сплава нитинол согнуть в холодном состоянии в дугу, то она будет сохранять эту форму сколь угодно долго. Но достаточно согнутую пластинку немного подогреть - она тут же выпрямится, как хорошая пружина. При нагревании пластина из нитинола возвращается к своей первоначальной форме, которая была ей придана при изготовлении, точнее - при закалке (отжиге).
Широкую известность получил опыт с несматывающейся проволокой: тонкую длинную проволоку из нитинола нельзя свить в моток, она тут же разматывается. Когда изделие из нитинола возвращается к первоначальной форме, при этом развивается достаточно большое усилие: до 55 т на каждый квадратный дюйм сечения детали.
Можно сказать и так: эффект памяти формы заключается в способности особых сплавов накапливать под воздействием внешнего механического напряжения довольно значительную деформацию, обратимую при нагреве. В зависимости от типа сплава деформация может достигать 10-15 % и выше. Парадокс заключается в том, что при восстановлении первоначальной формы может совершаться работа, значительно превосходящая ту, которая была затрачена на деформацию в холодном состоянии. Однако парадокс этот кажущийся. Противоречия закону сохранения энергии здесь нет. Для восстановления первоначальной формы деталь необходимо подогреть, т. е. затратить некоторое количество тепловой энергии. И оно всегда будет больше произведенной работы. Если создать тепловую машину, где в качестве рабочего тела будет применяться сплав, обладающий эффектом запоминания формы, то КПД такой машины, как и всякой другой, будет меньше единицы. По этому поводу физик Э. Раушер заметил, что в законах термодинамики нет никаких ошибок, просто они не объясняют того, что происходит в нитиноле.
Физика эффекта запоминания формы основана на фазовых превращениях в особых сплавах. Мы говорили о нитиноле. Но есть и другие подобные сплавы, правда, нитинол - лучший из них. Он представляет собой соединение никеля с титаном, известное также под названием моно- никелида титана. Его химическая формула TiNi. В этом соединении наиболее ярко проявляется способность запоминания формы, что непосредственно связано с особенностями изменения строения кристаллической решетки этого сплава при фазовых переходах.
Кристаллическая решетка нитинола может находиться в одной из двух форм: либо в виде объемно-центрированного куба (ОЦК), такое состояние решетки называется аустенитной формой; либо в виде ромбовидной структуры с центрированными гранями (РГЦ) - мартенситная форма. Переход объемно-центрированного куба в гранецентрированный ромб называется прямым мартенситным превращением, а переход структуры РГЦ в структуру ОЦК - обратным мартенситным превращением. На превращениях этих двух различных кристаллических структур и основано явление эффекта запоминания формы. Его называют также термоупругим мартенситным превращением, или переходом мартенсит-аустенит и обратно.
Схема фазовых превращений в нитиноле при изменениях температуры. Количество мартенсита в нитиноле в зависимости от температуры. Проследим за поведением пластинки из нитинола.
Пусть нитиноловая пластинка первоначально находится при температуре, обозначенной точкой М„ которая соответствует температуре начала прямого мартенситного превращения. При дальнейшем охлаждении пластинки количество мартенсита будет возрастать до точки Ag, т. е. температуры конца прямого мартенситного превращения. Это самая холодная точка, здесь нитиноловая пластинка легко сгибается в дугу.
Дальше следует процесс нагрева, приводящий к обратному мартенситному превращению, т. е. к образованию аустенита. Начало этого процесса отмечено точкой Ад. По достижении пластинкой температуры, соответствующей этой точке, количество мартенсита в ней начинает резко падать. Процесс уменьшения количества мартенсита идет с повышением температуры по наклонной прямой Ад-Ад. На этом участке фазовой диаграммы происходит распрямление пластинки. Скорость выпрямле- ния зависит от быстроты нагрева. Точка А, соответствует температуре конца обратного мартенситного превращения.
Температура начала обратного мартенситного превращения (точка Ад) ниже температуры начала прямого мартенситного превращения (точка Ag) при охлаждении. Это важное обстоятельство связано с наличием деформации, т. е. изгибом пластинки. Накопленная в пластинке из нитинола энергия деформации за счет изгиба действует в том же направлении, что и нагрев. Поэтому обратной превращение начинается при более низкой температуре. Этому содействует упругая энергия в изогнутой пластинке, не проявлявшаяся до достижения пластинкой температуры, соответствующей точке Ад. В этом заключается существенная термодинамическая особенность сплавов с ЭЗФ.
Отметим еще одно важное отличие этих сплавов. Температурные интервалы, в которых происходит перестройка решетки у сплавов с ЭЗФ, значительно меньше, нежели у обычных сплавов, не обладающих памятью. Это обстоятельство имеет решающее значенue в рассматриваемом вами случае. Необходимость лишь в относительно малых изменениях температуры для обеспечения перестройки кристаллической решетки открывает широкие перспективы практического использования эффекта запоминания формы.
Явление ЭЗФ в наше время находит различные применения, в том числе для создания нового тина тепловых двигателей, способных работать от тепловых источников низкопотенциального типа. Если диапазон температуры фазовых превращений будет находиться в пределах температурного градиента, имеющегося в Мировом океане, то нитинол можно использовать в качестве твердого рабочего тела тепловой машины. Вместо аммиака или фреона - нитинол. Схема энергетической установки в этом случае полностью меняется. Применение нитинола открывает новый путь преобразования тепловой энергии океана.
Все известные ранее установки для преобразования тепловой энергии океана в механическую работу, а затем - в электрическую энергию основаны на применении турбин, приводимых в действие парами тех или иных жидкостей с низкой температурой кипения. Чтобы подобные системы были рентабельными, они должны иметь достаточно большую мощность. Капитальные затраты на их строительство весьма значительны, кроме того, они не свободны от недостатков, например - потери энергии в сетях распределения и обслуживания (до 10 %) и, как следствие, удорожание отпускной цены на электроэнергию (до 50 %). Такого рода соображения приводит изобретатель нитинолового теплового двигателя Р. Бэнкс в пользу маломощных преобразователей (дело в том, что в свое время он не видел конкретных путей создания мощных мегаваттных преобразователей, основанных на ЭЗФ).
Построенный Бэнксом маломощный тепловой двигатель на нитиноле непрерывно устойчиво работал, сделав более 1,7-107 оборотов, и развивал мощность не менее 0,2 Вт, приводя во вращение генератор электрической энергии - от него горела электрическая лампочка.
Кинематическая схема двигателя Бэнкса представлена на рис. 1.
Рис. 1. Нитиноловый двигатель Бэнкса
1 - неподвижный вал, 2 - вращающийся вал, 3 - неподвижный кривошип, 4 - нитиноловая проволочная петля, 5 - движущий стержень, 6 - начало рабочего хода, 1-горячая сторона, 8-холодная сторона, 9-движущееся колесо, 10 - конец рабочего хода, 11 - стопор движущего стержня, 12 - направление силы от действия проволочной петли из нитинола, 13 - компонента сплы, вызывающая вращение, 14 - ступица движущегося колеса
Под действием энергии нитиноловых проволок в горизонтальной плоскости вращается колесо 9, являющееся маховиком и одновременно шкивом привода электрического генератора (последний на рисунке не показан). Колесо-маховик диаметром 350 мм имеет 20 стержней- спиц 5, на которых подвешены петли из нитиноловой проволоки диаметром 1,2 мм, длиной по 152 мм. Число нитиноловых петель равно числу стержней-спиц, т. е. их также 20 штук, на рисунке они все обозначены цифрой 4.
Нитиноловые проволочные петли висят между ободом колеса 9 и втулками 11 на стержнях 5. Втулки способны перемещаться вдоль стержней под действием усилий, развиваемых нитиноловыми петлями. При вращении колеса вокруг неподвижного коленчатого вала 3 происходит увеличение или уменьшение расстояния между втулками и ободом колеса. Одновременно при вращении колеса изменяется положение нитиноловых петель относительно двух неподвижных полукруглых ванн с холодной и теплой водой, расположенных непосредственно под колесом 9. Температура воды в холодной ванне 24 °С, в горячей 48 °С, т. е. используемая разность температур составляет 24 °С.
Нитиноловая проволока (марки нитинол-55) для петель при закалке была прямой, поэтому при нагреве в горячей ванне петли стремятся распрямиться. Когда очередная петля погружается в ванну с горячей водой, она стремится разогнуться, при этом часть энергии каждой петли расходуется на раскручивание колеса 9. В «горячем» полупериоде расстояние между ободом колеса и втулками увеличивается в результате действия силы, распрямляющей петли. Поэтому на ободе колеса возникает вращающий момент относительно неподвижного вала 1. Он возникает благодаря тому, что центры вращения стержней- спиц 5 и колеса 9 разнесены между собой на 25 мм. Цифра эта соответствует расстоянию между осями неподвижного вала 1 и осью его кривошипа 3, т. е. высоте колена кривошипа. Стержни-спицы своими центральными концами связаны с шейкой кривошипа, поэтому, когда колесо вращается, они совершают возвратно-поступательные движения.
Стержни 5 действительно похожи на спицы, но их назначение не имеет ничего общего с обычным назначением спиц в колесе. Скорее, они выполняют роль шатунов в своеобразном кривошипно-шатунном механизме этого двигателя. Обод колеса 9 со всеми деталями поддерживается ступицей 14, сидящей на вращающемся пустотелом валу 2. Этот вал вращается вместе с колесом 9 вокруг неподвижного главного вала 1.
Длительные испытания этого двигателя не выявили никаких следов усталости у нитиноловых петель, более того, после нескольких сотен тысяч оборотов колесо стало вращаться быстрее. Восстановление формы повторялось десятки миллионов раз. Такие результаты объясняются достаточно малой деформацией -порядка 0,5 %.
После работы двигателя в течение нескольких часов наблюдается развитие запоминания «холодной формы». Когда проволочные петли из нитинола при вращении колеса погружались очередной раз в ванну с холодной водой, они сгибались самопроизвольно, без приложения усилия. Этот новый эффект назван двойной тренировкой, или двойной памятью. Эффект двойной памяти пока не получил достаточно удовлетворительного теоретического объяснения, но ясно, что он должен привести к увеличению чистой выходной мощности нитинолового двигателя.
Первый опыт по превращению солнечной энергии в электрическую с помощью нитинолового двигателя Бэнкс произвел в ноябре 1973 г.: вода для горячей ванны подогревалась солнечными лучами. С тех пор работы по исследованию нитинола и его применению сильно расширились и ведутся в лабораториях Великобритании, Швейцарии, Бельгии, ФРГ, Японии. В США создан Нитиноловый технологический центр. Проведена Международная конференция по нитиноловым тепловым двигателям, к 1981 г. было опубликовано 400 научных сообщений на эту тему, выданы патенты на более чем 100 нитиноловых установок, в том числе на 12 тепловых двигателей.
Некоторые исследователи считают, что нитиноловые двигатели смогут преобразовывать энергию более экономично, чем фотоэлектрические элементы. Д. Гольштейн, возглавляющий Нитиноловый технологический центр, полагает, что при работе нитинолового двигателя круглые сутки он сможет окупить себя за 18-24 месяца, после чего вырабатываемая им энергия будет «в некотором смысле бесплатной».
Сообщается о разработке новой марки нитинола, в которой фазовые переходы совершаются при температуре 9 °С. Такой градиент легко получить от солнечных коллекторов или источников геотермальных вод, что обеспечит работу нитиноловых двигателей для различных целей, в том числе для привода ирригационных насосов в районах, где нет централизованных сетей. Нитиноловые двигатели могут также использовать отработанное тепло, преобразуя его в полезную работу (в отработанное тепло уходит до двух третей всей энергии, потребляемой про- мышленными предприятиями). Изучается возможность создания ряда нитиноловых двигателей, рассчитанных на работу при постепенно понижающихся температурах горячей воды. Такой ряд двигателей может устанавливаться по потоку горячей воды, сбрасываемой промышленными предприятиями. При этом будет не только рекуперироваться часть анергии, но и предотвращаться тепловое загрязнение водоемов.
Создание ряда нитиноловых двигателей с постепенно понижающимся средним значением температуры рабочего интервала принципиально возможно путем изменения отношения в сплаве между никелем и титаном. Например, если сплав состоит из 55 % никеля и 45 % титана, то его фазовые переходы, т. е. способность восстанавливать форму, находятся в диапазоне комнатных температур. Но при небольшом увеличении содержания титана эффект запоминания формы в сплаве будет проявляться при температуре более 120 °С. Подбирая подходящее соотношение между содержанием никеля и титана, ученые надеются решить эту задачу.
Естественными источниками тепловой энергии для нитиноловых двигателей являются океаны, моря, озера и водохранилища. Оптимальный перепад температуры для нитиноловых двигателей близок к 20 °С, что соответствует градиенту, наблюдающемуся в океанах. Кстати, подобный градиент легко обеспечить и в искусственных условиях, например, в так называемых солнечных прудах. Речь идет о развивающемся способе аккумуляции солнечной энергии в прудах с подсоленной водой. В этом случае нитиноловые двигатели будут превращать запасенную тепловую энергию в механическую работу или электричество. Ближайшее будущее покажет, насколько успешно новые преобразователи смогут соревноваться с другими типами преобразователей тепловой энергии.
По оценке отдельных авторов, КПД нитиноловых двигателей в может составлять 5-6 % (А. А. Гольштейн), теоретический же расчет по формуле, приведенной в работе С. М. Веймана, дает КПД в интервале от 5 до 21 % в зависимости от свойств используемого материала. В настоящее время ведутся работы по сравнению экспериментально и теоретически полученных величин КПД.
Эффект запоминания формы и мини-энергетика, основанная на этом эффекте.
ЭЗФ - эффект запоминания формы - физическое явление, впервые обнаруженное советскими учеными - академиком Г. В. Курдюмовым и Л. Г. Хондросом в 1949 г. Эффект запоминания формы наблюдается в особых сплавах и заключается в том, что детали из них восстанавливают после деформации свою начальную форму при тепловом воздействии. Например, если пластинку из сплава нитинол согнуть в холодном состоянии в дугу, то она будет сохранять эту форму сколь угодно долго. Но достаточно согнутую пластинку немного подогреть - она тут же выпрямится, как хорошая пружина. При нагревании пластина из нитинола возвращается к своей первоначальной форме, которая была ей придана при изготовлении, точнее - при закалке (отжиге).
Широкую известность получил опыт с несматывающейся проволокой: тонкую длинную проволоку из нитинола нельзя свить в моток, она тут же разматывается. Когда изделие из нитинола возвращается к первоначальной форме, при этом развивается достаточно большое усилие: до 55 т на каждый квадратный дюйм сечения детали.
Можно сказать и так: эффект памяти формы заключается в способности особых сплавов накапливать под воздействием внешнего механического напряжения довольно значительную деформацию, обратимую при нагреве. В зависимости от типа сплава деформация может достигать 10-15 % и выше. Парадокс заключается в том, что при восстановлении первоначальной формы может совершаться работа, значительно превосходящая ту, которая была затрачена на деформацию в холодном состоянии. Однако парадокс этот кажущийся. Противоречия закону сохранения энергии здесь нет. Для восстановления первоначальной формы деталь необходимо подогреть, т. е. затратить некоторое количество тепловой энергии. И оно всегда будет больше произведенной работы. Если создать тепловую машину, где в качестве рабочего тела будет применяться сплав, обладающий эффектом запоминания формы, то КПД такой машины, как и всякой другой, будет меньше единицы. По этому поводу физик Э. Раушер заметил, что в законах термодинамики нет никаких ошибок, просто они не объясняют того, что происходит в нитиноле.
Физика эффекта запоминания формы основана на фазовых превращениях в особых сплавах. Мы говорили о нитиноле. Но есть и другие подобные сплавы, правда, нитинол - лучший из них. Он представляет собой соединение никеля с титаном, известное также под названием моно- никелида титана. Его химическая формула TiNi. В этом соединении наиболее ярко проявляется способность запоминания формы, что непосредственно связано с особенностями изменения строения кристаллической решетки этого сплава при фазовых переходах.
Кристаллическая решетка нитинола может находиться в одной из двух форм: либо в виде объемно-центрированного куба (ОЦК), такое состояние решетки называется аустенитной формой; либо в виде ромбовидной структуры с центрированными гранями (РГЦ) - мартенситная форма. Переход объемно-центрированного куба в гранецентрированный ромб называется прямым мартенситным превращением, а переход структуры РГЦ в структуру ОЦК - обратным мартенситным превращением. На превращениях этих двух различных кристаллических структур и основано явление эффекта запоминания формы. Его называют также термоупругим мартенситным превращением, или переходом мартенсит-аустенит и обратно.
Схема фазовых превращений в нитиноле при изменениях температуры. Количество мартенсита в нитиноле в зависимости от температуры. Проследим за поведением пластинки из нитинола.
Пусть нитиноловая пластинка первоначально находится при температуре, обозначенной точкой М„ которая соответствует температуре начала прямого мартенситного превращения. При дальнейшем охлаждении пластинки количество мартенсита будет возрастать до точки Ag, т. е. температуры конца прямого мартенситного превращения. Это самая холодная точка, здесь нитиноловая пластинка легко сгибается в дугу.
Дальше следует процесс нагрева, приводящий к обратному мартенситному превращению, т. е. к образованию аустенита. Начало этого процесса отмечено точкой Ад. По достижении пластинкой температуры, соответствующей этой точке, количество мартенсита в ней начинает резко падать. Процесс уменьшения количества мартенсита идет с повышением температуры по наклонной прямой Ад-Ад. На этом участке фазовой диаграммы происходит распрямление пластинки. Скорость выпрямле- ния зависит от быстроты нагрева. Точка А, соответствует температуре конца обратного мартенситного превращения.
Температура начала обратного мартенситного превращения (точка Ад) ниже температуры начала прямого мартенситного превращения (точка Ag) при охлаждении. Это важное обстоятельство связано с наличием деформации, т. е. изгибом пластинки. Накопленная в пластинке из нитинола энергия деформации за счет изгиба действует в том же направлении, что и нагрев. Поэтому обратной превращение начинается при более низкой температуре. Этому содействует упругая энергия в изогнутой пластинке, не проявлявшаяся до достижения пластинкой температуры, соответствующей точке Ад. В этом заключается существенная термодинамическая особенность сплавов с ЭЗФ.
