Органический термоэлектрический материал с фазовым переходом

Итак, я проектировал некоторых инопланетян, которые выдыхают более холодный воздух, чем они вдыхают, и один человек дал мне действительно отличное предложение, используя материалы с фазовым переходом в составе существа для поглощения тепла из воздуха. Изучая материалы с фазовым переходом, я увидел, что GeSb 2 Те 4 это тот, который также может хранить данные (не уверен, пригодится это или нет), но я думал, что процесс был, эй, германий похож на углерод, и если кремний похож на углерод и может быть включен в некоторые микроорганизмы , возможно, германий может, будучи связанным с двумя другими элементами, чтобы сделать существо с фазовым переходом возможным.

Итак, мой вопрос: может ли GeSb 2 Те 4 можно использовать в качестве основы биохимии для разумного достижения этой цели, а если нет, то будет ли это лучшей альтернативой (предпочтительно с использованием углеводородов)?

Вы путаете понятия: не все углеродсодержащие молекулы органические, возьмите известняк CaCO3. То же самое и с вашим материалом....
@Renan Не обман, это дополнительный вопрос, нацеленный на конкретное соединение.
@kingledion Понятно. Я отозвал свой голос о закрытии и буду голосовать за повторное открытие, если этот будет закрыт.

Ответы (3)

Используйте водяной лед

Свою энергию это существо получает благодаря эффекту Зеебека : разница температур заставляет разные носители тока отдаляться друг от друга. Затем носители будут нейтрализованы с обеих сторон; например, НАДФН и АТФ генерируются комбинированным напряжением термоэлектрической батареи. Затем материал используется для таких вещей, как фиксация углерода и производство сахаров или для движения.

Существо будет жить где-то рядом с очень высоким температурным градиентом или сможет нести много льда одновременно.

Одним из таких мест являются концы и склоны ледников. Ночью существо наедается ледниковым льдом, отходит от ледника, а затем использует эту накопленную холодную энергию для выработки пригодных для использования НАДФН и АТФ посредством эффекта Зеебека при вдыхании теплого воздуха. лед тает, охлаждая воздух, проходящий через существо, затем разница температур используется для создания энергии.

Восприятие того, что это существо выдыхает холоднее, чем вдыхает, было бы иллюзией, потому что в более теплых регионах, когда эти существа выходили днем ​​для получения энергии, их, скорее всего, видели, охотились или ощупывали.

Я не думаю, что то, что вы предлагаете, термодинамически возможно.

Если они холоднее воздуха, то да, они даже могут поглощать энергию от разницы, и оба конца близки к промежуточной температуре.

Но, если они находятся при той же температуре (или, что еще хуже, при более высокой температуре), они должны тратить энергию на то, чтобы сделать воздух более прохладным. Они борются с равновесной тенденцией. Так что, если они выбрасывают воздух холоднее, чем раньше, они должны расходовать еще один источник энергии (например, химический), а затем становиться еще горячее.

Вот почему ваша система кондиционирования воздуха тратит электроэнергию, а не получает ее.


Изменить: в высокой температуре нет полезной энергии , вместо этого она находится в разнице температур (см. , например, термоэлектрический эффект ). И вы можете использовать его, когда через теплообмен выравнивается температура. Итак, чтобы поглотить энергию, два тела должны стремиться к промежуточной температуре:

Тепловое равновесие Температура с течением времени

Итак, есть два варианта поглощения энергии:

  1. Живая форма более горячая, чем воздух, и в итоге обе температуры ближе к промежуточной. Допустим, живая форма имеет температуру 38 ºC (и производит тепло), а температура воздуха -10 ºC. В какой-то момент они могут быть при 35 ºC, а воздух при 0 ºC, и если они продолжат обмениваться теплом до 32 ºC и 10 ºC, и так до тех пор, пока оба не будут иметь одинаковую температуру (цифры не обязательно соответствуют действительности). Это не ваш сценарий, потому что воздух становится не холоднее, а горячее.
  2. Живая форма холоднее воздуха. То же самое, но тела перевернуты. Это больше похоже на ваш сценарий, потому что воздух становится холоднее. Но живая форма должна быть холоднее, чем воздух раньше, и в конечном итоге стать горячее, чем раньше (но обычно не горячее, чем воздух).

Проблемы со случаем 2:

  1. Перед рождением они должны быть холоднее воздуха, что подразумевает некоторую энергию (такую ​​же или большую энергию, чем поглощаемая). Откуда взялась эта энергия?
  2. В конце концов они достигают температуры воздуха и больше не могут обмениваться температурой.

Развернуть 2, ВАРИАНТЫ .

  • Если вы отдаете предпочтение изменению фазы, вы можете сделать это следующим образом:
    • Прямое преобразование химической энергии (пищи) в тепло .
  • Если вы отдаете предпочтение прохладному воздуху, вы можете сделать это следующим образом:
    • Требование сохранения фермента . Я представляю себе существо, которое первоначально эволюционировало в холодном месте, но затем стало жить в более теплых местах с каждым днем ​​(стремление к переезду, может быть, потому, что ниша была заполнена, может быть, из-за изменения климата). Но некоторые очень важные ферменты не могут легко эволюционировать, чтобы адаптироваться к новым температурам, поэтому они эволюционируют, чтобы сохранить более низкую температуру в каком-то месте своего тела за счет большого количества энергии и нагревания других частей тела.
    • Адаптация к двум климатическим условиям : аналогична предыдущей, но существо по-прежнему живет в холодных местах и ​​время от времени вынуждено перемещаться в более теплые места. Это объясняет, почему эволюция отдает приоритет низкотемпературным ферментам, но требует в виде исключения какого-то механизма, позволяющего жить при «экстремальных» (по своей природе) температурах. А холодными местами может быть даже космос, хотя это сложнее*.
    • Странная химическая потребность в низких температурах, как эта . Если они развиваются при низкой темп. место, было бы трудно изменить это, если у них есть критическая система / потребность в использовании такого рода реакции.
    • Другие причины потребности в холоде: может быть, у него есть атакующий механизм, замораживающий жертву и/или защитный механизм. для замораживания своих хищников.
  • Если вы хотите расставить приоритеты и в том, и в другом, вам придется отказаться от научного обоснования .
Ну цель - хладнокровное существо, которое поглощает тепло и преобразует его кинетическую энергию для процессов жизнеобеспечения, и в результате воздух, который оно выдыхает, становится холоднее.
@ user45751 Я расширяю свой ответ, чтобы уточнить.
@ESL не могло ли существо тратить дополнительную энергию на свою охлаждающую деятельность, например, энергию, полученную из пищи?
Да. Как я объясняю, вы должны тратить энергию на увеличение разницы температур. Но это не соответствует запросу OP. Я дополню вариантами.

Вы хотите лучшую альтернативу? Вот тот, который на самом деле (технически) является углеводом; Этиленгликоль . Среди прочего, в современном обществе он в основном используется в качестве хладагента радиатора, что, если разобраться, похоже на то, что вы ожидаете от материала с фазовым переходом.

Вдобавок ко всему, это также основной ингредиент для некоторых «умных» PSM , таких как ваш на основе германия.

Есть только одна загвоздка; он токсичен для человека. На самом деле очень токсичен. Это означает, что должна существовать биохимия, существенно отличающаяся от физиологии человека, чтобы это вещество функционировало внутри живого тела, но это более вероятно, чем германий, по нескольким причинам;

1) Доступность элементов
Одна из причин того, что земная жизнь основана на углероде, заключается в том, что во Вселенной много углерода, водорода, кислорода, азота, железа и т. д. Поскольку они являются обычными элементами, если жизнь может образоваться во Вселенной, гораздо более вероятно, что она будет основана на углероде, чем, скажем, на основе кремния или германия. Это означает, что этиленгликоль (как соединение CHO) с большей вероятностью будет существовать или образовываться естественным образом на другой планете, чем соединение, включающее германий, особенно в количествах, которые могут поддерживать большую и процветающую биомассу.

2) Соединения V. Элементы
Проще говоря, вы можете сделать гораздо больше с точки зрения разнообразия материалов, если сосредоточитесь на соединениях, а не на введении новых элементов. Если вы посмотрите на большинство лекарств и других веществ, оказывающих существенное влияние на наше здоровье и/или поведение, вы увидите, что довольно многие из них представляют собой соединения CHNO или некоторые их разновидности. Это связано с тем, что наша физиология уже использует эти элементы в различных соединениях, поэтому лекарства или другие вещества уже предназначены для взаимодействия с нашей внутренней химией. Введение новых элементов в форму жизни на основе углерода работает только в том случае, если эти элементы могут взаимодействовать с соединениями CHNO, создавая что-то еще более новое.

Так; то, что вы предлагаете, может работать, и на самом деле это может быть система извлечения энергии на планете, где нет фотосинтеза. В таком случае ваше существо нуждается в энергии и может получить ее напрямую из атмосферы горячей планеты. В таком случае физиология может быть даже не основана на химической энергии в обычной форме, но может иметь внутреннюю экзотермическую реакцию, которая извлекает тепло из этиленгликоля, а это означает, что ему нужна «пища» только для питания, а не для энергии.

Таким образом, я могу видеть такое существо, например, на поверхности Венеры, где жар и давление могут убить обычное растение, но такое существо, как это, может существовать выше в стратосфере, преобразовывая тепловую энергию вокруг себя во внутреннюю энергию тела. энергии, а затем потребляет любое необходимое питание из того же облачного образования.

Как вы думаете, может ли эта модель работать для сознательного существа, и вместо этого использует эту способность функционировать в холодном климате, будучи хладнокровным?
Я думал, что для его существа планета со странной температурой y может быть в любой экстремальной температуре, поэтому эта адаптация в существе позволяет ему выжить, будучи хладнокровным.
Как вы думаете, это сработает?
Я не вижу, чтобы эта способность работала в холодном климате, потому что теплообмен там был бы очень неэффективным; во-первых, из атмосферы не так много тепла можно извлечь. Холодная и теплая кровь работает на нас, потому что мы используем экзотермические реакции для извлечения энергии из пищи, но в данном случае я вижу, что модель работает больше как способ извлечения скрытой энергии из окружающей среды, где тепла больше, чем запасов химической энергии. У существа, вероятно, был бы кожный слой, насыщенный этиленгликолем, который затем «питает» его внутренние клетки.
Но может ли это сработать для существа, которое снижает температуру выдыхаемого им воздуха?
Сложный. Хотя я склонен согласиться с ответом ESL в этом отношении, я вижу, что вы могли бы использовать PCM для поглощения тепла, которое затем могло бы использоваться организмом в качестве энергии, но точка зрения ESL о равновесной температуре убедительна в этом случае. Хладнокровные существа более активны в жару, потому что их тела поглощают скрытое тепло для равновесия, и поэтому им нужно меньше пищи, чем теплокровным существам. Чтобы не питаться, ваше существо будет выдыхать более холодный воздух, потому что он поглощает часть скрытого тепла, но только в жарком мире.
ну да, я просто ищу что-то, чтобы это выглядело более правдоподобно, и если нормальный земной климат жаркий по сравнению с их естественным климатом, дающим эту способность, может быть, это сработает, кстати, спасибо за вашу помощь и классный фотосинтез. идея замены