Машины потеют, металл плывёт, батареи стареют: что делает с техникой летний зной

Когда жара становится невыносимой, страдают не только люди. Современные машины — от смартфонов и автомобилей до серверов и самолетов — тоже чувствуют перегрузку. При высоких температурах они теряют эффективность, быстрее изнашиваются и нередко выходят из строя. Особенно опасно то, что техника сама выделяет тепло, усиливая окружающее пекло.

Инженеры и исследователи ищут способы, как машины справляются с перегревом и как использовать избыточное тепло с пользой. Но прежде нужно понять, что именно происходит с техникой во время жары.

Почему жара разрушает машины

Ни одно устройство не работает с идеальной отдачей. В процессе его работы всегда возникает трение, а значит — выделяется тепло. Чем выше температура вокруг, тем сильнее нагревается сам механизм.

Например, смартфоны с литий-ионными батареями начинают "тормозить" уже при +35 °C. Это встроенная защита от перегрева, которая предотвращает внутренние повреждения. Но если жара держится долго, электроника испытывает постоянный стресс.

Даже самые продвинутые системы охлаждения — с жидкостями, меняющими фазу и эффективно отводящими тепло — не могут бесконечно справляться с задачей. В итоге горячий воздух мешает машинам остывать, и эффективность падает. Особенно опасно, когда техника работает в тесном пространстве: выделяемое тепло скапливается, повышая общую температуру среды.

Деформация и разрушение материалов

Чтобы понять, почему металл или пластик теряют форму, стоит заглянуть в физику. Температура — это мера вибрации молекул. Чем жарче, тем быстрее они двигаются и тем дальше расходятся друг от друга.

Когда металл нагревается, расстояние между молекулами увеличивается — материал расширяется. Если температура поднимается слишком сильно, это приводит к деформации и трещинам. По тому же принципу летом лопаются дороги и рельсы, а в машинах и двигателях — детали начинают терять точность прилегания.

"Горячий металл расширяется, а при остывании теряет форму — так возникает усталость материала", — пояснил инженер-теплотехник Сринивас Гаримелла.

Автомобили, самолёты и жара

Жаркая погода способна полностью изменить работу автомобиля. Масло в двигателе становится слишком жидким, теряет вязкость и хуже смазывает детали. Если температура поднимается на 15-20 °C выше нормы, свойства моторного масла могут измениться в три раза.

Излишне нагретый воздух в шинах повышает давление, увеличивая риск прокола или заноса.

У самолетов свои проблемы. Чем выше температура, тем "реже" воздух, и плотность его падает. Это снижает подъёмную силу крыла и заставляет пилотов либо снижать вес груза, либо откладывать вылет. Именно поэтому в некоторые особенно жаркие дни рейсы отменяют вовсе.

Электроника и батареи

Внутри компьютеров и телефонов размещены десятки материалов — металлы, пластики, кремний, стекло. Каждый из них реагирует на тепло по-своему. При нагреве одни элементы расширяются быстрее других, что вызывает микроскопические деформации и ускоряет износ.

Литий-ионные аккумуляторы особенно чувствительны к жаре. Высокая температура ускоряет химические реакции, в том числе коррозию, которая "съедает" литий. Емкость батареи снижается, и гаджет разряжается быстрее. В электромобилях длительная жара может сократить запас хода на 20%.

В дата-центрах, где тысячи серверов работают круглосуточно, борьба с перегревом превращается в инженерное искусство. Системы охлаждения тратят огромное количество энергии, а на пике жары — и воды.

"Чтобы охладить серверы, воздух сначала проходит через влажные фильтры, где испаряется вода и поглощает тепло", — рассказал специалист по тепловым системам Сринивас Гаримелла.

Метод эффективен, но требует огромных объемов воды — особенно в засушливых регионах это становится проблемой.

Когда кондиционер не справляется

Парадокс: чем жарче, тем тяжелее кондиционерам работать. Компрессор вынужден сильнее нагнетать давление, чтобы вывести тепло наружу. Это увеличивает нагрузку на электросети и расходы пользователей.

Так, в Техасе при росте температуры всего на 1 °C потребление электроэнергии увеличивается на 4%. А в странах с жарким климатом летняя нагрузка на энергосистему может вырасти наполовину. В результате — перебои с электричеством и рост выбросов парниковых газов.

Как защитить технику от жары

1. Держите устройства вдали от прямых солнечных лучей и включайте их в кондиционированных помещениях.

2. Старайтесь заряжать электромобиль и использовать мощную технику в ночное или утреннее время, когда нагрузка на сеть минимальна.

3. Проверяйте давление в шинах и состояние охлаждающих жидкостей.

4. Для компьютеров и серверов используйте дополнительные кулеры или внешние системы охлаждения.

Как использовать лишнее тепло

Инженеры разрабатывают технологии, позволяющие не только избавляться от тепла, но и извлекать из него пользу.

Например, тепло, выделяемое дата-центрами, можно направлять на обогрев зданий или подогрев воды. Существуют даже установки, которые используют "лишнее" тепло для запуска абсорбционных холодильников — систем, где охлаждение происходит за счёт тепловой энергии, а не электричества.

По расчетам, если направить тепло, выделяемое электростанциями, на нужды охлаждения, можно покрыть до 27% бытового спроса на кондиционирование и существенно сократить выбросы углекислого газа.

Что нас ждет дальше

Глобальное потепление делает экстремальные температуры новым стандартом. И хотя техника страдает не меньше человека, ученые уже ищут способы, как превратить жару из врага в союзника.

Будущее за системами, которые не просто выдерживают высокие температуры, а умеют извлекать из них энергию.