Удивительная физика - Нурбей Гулиа

Вывод первый: если хотите, чтобы холодильник охлаждал лучше, ставьте теплообменник в самое прохладное место квартиры, обдувайте его вентилятором, выводите наружу или, оборудовав его специальным бачком, грейте с его помощью холодную воду. В сельском или дачном доме можно поместить теплообменник под пол и даже в грунт – в водоносный слой, если он неглубокий. Холодильник создаст вам арктический (а может, даже и антарктический!) холод. На теплообменнике, особенно горизонтального типа, можно сушить мокрые полотенца, пеленки (это актуально, если нет сушителя!) и другое белье, а также грибы, фрукты и др., греть воду. Холодильник от этого будет работать только лучше.

Вывод второй: если хотите обогревать вашу квартиру, дом и прочее теплообменником, затрачивая значительно меньше энергии, чем если бы это делали обычным электронагревателем, ставьте испаритель (морозильную камеру) в теплое место.

Морозильная камера (разумеется, без продуктов) используется и для охлаждения воды. Ледяную воду можно иметь в квартире, если поместить испаритель в специальный бачок и подавать туда обычную воду.

Правильнее всего помещать испаритель в водоносный слой в грунте, хотя бы в колодец. Заморозить всю воду там он не сможет – силы не те, но немного охладит ее. Разницу в тепле он, как тепловой насос, перекачает в ваш дом. Автор не ставит термин тепловой насос в кавычки, потому что полученное устройство так и называется в технике. Теплообменник буквально раскалится и будет обогревать ваш дом как электрокамин, затрачивая в 2 – 3 раза меньше электроэнергии. Иными словами, КПД вашего обогревателя на основе холодильника будет 200—300 %. Абсурд? Ничуть не бывало. Здесь все справедливо, и вот почему.

Как работает холодильник? Газы, как известно, при сжатии нагреваются, а при расширении охлаждаются. Если быстро сдавить воздух поршнем, то он настолько нагреется, что может даже воспламенить горючий материал – смесь бензина с воздухом, например в двигателях. Существовало даже древнее воздушное огниво (рис. 256), состоящее из поршня 2, цилиндра 3 и колпачка с трутом 1. При быстром вдвигании поршня в цилиндр трут начинал тлеть, и из него раздуванием получали огонь. Современное огниво со стеклянным цилиндром показано на рис. 256, б. Этот опыт хорошо иллюстрирует нагрев газов при сжатии.

Убедиться в охлаждении газов при расширении лучше всего выпуская сжатый углекислый газ из баллона углекислотного огнетушителя. Газ так охлаждается, что сразу переходит в снег, минуя даже жидкую фазу (рис. 257). Из этого снега и получают прессованием сухой лед.

Рис. 257. Из баллона с углекислым газом вырывается… снег

Поговорить о принципе действия холодильника проще всего на примере компрессорного устройства (рис. 258). Компрессор 2 накачивает особый газ, легко переходящий в жидкость, обычно фреон, в теплообменник 1. Газ при сжатии переходит в жидкость и нагревается. В теплообменнике эта жидкость охлаждается, отдавая тепло окружающей среде. Затем через регулируемый вентиль 4 эта охлажденная жидкость выпускается в испаритель 3, где она снова переходит в газ, газ расширяется, да еще это расширение усугубляется компрессором, который откачивает газ из испарителя.

Рис. 258. Устройство компрессорного холодильника:

1 – теплообменник; 2 – компрессор; 3 – испаритель; 4 – вентиль

В результате испаритель сильно охлаждается; его обычно помещают в морозильную камеру.

Так вот, если этот испаритель поместить в проточную воду, например, подпочвенные грунтовые воды, то он примет их температуру, допустим, +4 °C. Таким образом, испаритель, который должен был охладиться, предположим, до – 20 °C, нагреется на 24 °C. Тепло это перейдет через компрессор в теплообменник, который нагреется еще сильнее (чем если бы туда поступал газ при – 20 °C!) и будет сильнее отапливать помещение.

Холодильный агрегат, как тепловой насос, перекачает тепло окружающей среды в ваш дом.

Такие установки для коттеджей уже существуют. Одна из них изображена на рис. 259. Здесь теплообменники 2 размещены в домах в качестве отопительных деталей: отдав тепло, рабочий газ, перешедший в жидкость, выпускается в расширители – испарители 1, находящиеся в скважинах в грунте. Вот так, потребляя из сети 3,5 кВт мощности на работу компрессора, этот агрегат нагревает помещение, как электрокамин мощностью 10,3 кВт! Почти перпетуум-мобиле, только тепловой!

Рис. 259. «Тепловой насос» для обогрева коттеджей: 1 – испарители; 2 – теплообменники

Обратите внимание на этот необыкновенный вид нагревателей – в нем будущее! Когда электроэнергия станет дороже, а к тому все идет, отапливать дома будем холодильниками!

Фатальна ли тепловая смерть?

«Над всем, что совершается в беспредельном пространстве, в потоке преходящего времени властвует Энергия, как царица или богиня, озаряя своим светом и былинку в поле, и гениального человека, здесь даря, там отнимая, но сохраняясь в целом количественно неизменной… Но, где свет, там и тень, имя которой – Энтропия. Глядя на нее, нельзя подавить в себе смутного страха – она, как злой демон, старается умалить или совсем уничтожить все то прекрасное, что создает светлый демон – Энергия. Все мы находимся под защитой Энергии, и все отданы в жертву скрытому яду Энтропии… Количество Энергии постоянно, количество же Энтропии растет, обесценивая Энергию качественно. Солнце светит, но тени становятся все длиннее. Всюду рассеяние, выравнивание, обесценивание…».

Этот отрывок из старинной книги рисует ужасную картину приближения тепловой смерти Вселенной. И оказывается, до сих пор не найдено средство, защищающее Вселенную от тепловой гибели.

Как следует из приведенного отрывка, энтропия есть некая величина, увеличение которой в необратимых процессах (например, при превращении механической энергии в тепло) характеризует ту часть энергии тел, которая уже не может совершать полезную работу и рассеивается в окружающей среде в виде тепла.

Доказав, что работа совершается только при переходе тепла от горячего тела к холодному (иначе тепло и не переходит!), и распространив свои выводы на всю Вселенную, немецкий ученый Рудольф Клаузиус в середине XIX в. заявил о неминуемой тепловой смерти Вселенной, что потрясло общественность того времени.

Вероятнее всего, тепловая смерть нашего мира все-таки наступит. Как же это будет происходить? И что будет потом?

Постепенно выравнится температура всех тел во Вселенной. Звезды охладятся, планеты и другие холодные тела нагреются, вся энергия Вселенной «обесценится» энтропией. Никакая работа больше не будет совершаться, так как вся она уже будет совершена. Жизнь также станет невозможной, ибо жизненные процессы – тоже работа. Вселенная превратится в «тепловой мусор».

Но допустит ли Высший разум, создавший наш Мир, такое безобразие? Сейчас трудно сказать, что будет в действительности, но скорее всего тепловая смерть совпадет по времени со сжатием Вселенной, которое, по последним данным, должно наступить после ныне протекающего расширения. По-видимому, это сжатие должно в конце концов привести Вселенную к тому состоянию, которое было до Большого взрыва, эту Вселенную образовавшего. Перестанут существовать Пространство, Время, Масса, Энергия и другие основы нашего Мира в том виде, как мы это себе сейчас представляем. Весь наш состарившийся, потерявший дееспособность Мир, сжавшись в точку, перестанет, в нашем понятии, существовать. Вместе с ним перестанет существовать и «тепловой мусор» – энтропия, в которую превратится вся энергия…

Одно утешительно – произойдет это очень и очень не скоро. А вот тепловая смерть нашей земной биосферы может наступить, причем очень скоро. И вызвать ее может так называемое глобальное потепление.

Известно, что активная деятельность человека – техническая, научная, военная, сельскохозяйственная и т. д., принимающая все более глобальный характер, сильно влияет на состояние биосферы, как бы загрязняя ее. Биосфера – это «место» обитания жизни на Земле – верхняя часть коры, или почва, нижние слои атмосферы, реки, озера, моря и океаны. Загрязнения от человеческой деятельности могут быть разными – химические, радиоактивные, биологические и, наконец, тепловые. Извините, если пропущен какой-нибудь экзотический вид загрязнения, например информационный.

Так вот, считается, что принципиально преодолимы все виды загрязнений, кроме теплового. Допустим, поставил фильтры и нейтрализаторы с дожигателями на выхлопные трубы автомобилей и заводов – и нет химического загрязнения. Модернизировал системы мусоросбора и канализации – и нет загрязнения биологического. Ужесточил контроль над «светящимися» изотопами – и нет загрязнения радиоактивного. Конечно, все гораздо сложнее на самом деле, но, повторяем, принципиально со всеми этими видами загрязнений справиться можно.