Страница:
Рис. 250. «Остекленевшее» масло между вращающимися прижатыми друг к другу катками:
1 – ведущий каток; 2 – ведомый каток масла.Сила, передаваемая «остекленевшим» маслом, невелика, она в несколько раз меньше силы обычного трения при тех же нагрузках, но ведь нет интенсивного износа, столь характерного для сухого трения. Поэтому такое «остекленевшее» масло используют в бесступенчатых передачах – вариаторах, которые приходят на смену сегодняшним ступенчатым передачам. Коробки передач автомобилей, тракторов, других транспортных машин, коробки скоростей станков – все они пока в основном ступенчатые. До двадцати передач надо иногда переключать в автомобилях, тракторах и станках. А бесступенчатая передача меняет скорость плавно, и в этом ее огромное преимущество. Скоро ступенчатых передач вообще не будет (на автомобилях, тракторах и станках, по крайней мере).
Рис. 251. Лобовой вариатор от первых легковых автомобилей
Как же устроены бесступенчатые передачи? Они в действительности очень хитры и труднодоступны. Поясним их принцип на примере самой простой (но не самой лучшей!) из них (рис. 251). Называется она лобовой, потому что два катка – диска – здесь прижаты друг к другу как бы лбами. Если большой диск (слева) вращается от мотора с постоянной скоростью, то скорость маленького зависит от его положения на оси. В нижнем крайнем положении эта скорость максимальна; с приближением к центру она падает, в самом центре большого малый диск вообще остановится, а на верхней стороне большого малый диск начинает вращаться уже в другую сторону. Казалось бы, идеальная коробка передач, да она и применялась на ранних легковых автомобилях. По крайней мере, приведенная на рис. 251 передача – именно автомобильная. Большой диск связан с двигателем, а малый – с колесами, через понижающую передачу, разумеется.Первые вариаторы работали всухую, и срок службы их был очень невелик. Потом стали применять вариаторы со смазкой, вернее, с масляной пленкой между дисками. Современные вариаторы мало похожи на первые, они намного сложнее и хитрее. На рис. 252, например, представлен перспективный вариатор для коробок передач автомобилей, разработанный автором в содружестве с автозаводом АМО ЗИЛ и рядом зарубежных фирм (патенты России № 2138710 и 2140028). Видно, что дисков в нем уже не два, а много, к ним постоянно подается масло; диски автоматически сжаты между собой с переменной силой, соответствующей нагрузке, передаваемой приводом, и коэффициенту трения между дисками.
Рис. 252. Перспективный вариатор для бесступенчатых передач мощных автомобилей
И еще очень важная особенность нового вариатора – он самостоятельно, автоматически меняет свое передаточное отношение от нагрузки. Это свойство называется адаптивностью, приспособляемостью. Допустим, пошел автомобиль с таким вариатором в гору, нагрузки увеличились, и скорость движения его падает. Но падает не из-за двигателя – он продолжает вращаться с той же скоростью, а из-за вариатора, автоматически приспособившегося к новым нагрузкам. Эта адаптивность может еще и меняться по желанию водителя. Вариаторов с такими свойствами раньше просто не существовало.Для вариаторов разработано особое, высокотяговое масло – трактант, стекленеющее сильнее других. Это масло выпускается в основном в США, но опытными партиями – в Германии и России.
Вот как ведет себя жидкость, в данном случае масло, попавшее в ловушку: оно и снижает трение в подшипниках, и повышает его в вариаторах, помогая передавать вращение без ступеней, повышая срок службы машин, механизмов.
Как-то на одном из американских автозаводов решили проверить, сколько сможет проехать автомобиль без капли масла. Машина со страшным скрипом проехала несколько десятков метров и остановилась. Ремонту она больше не подлежала.
ТЕПЛО И СИЛА
Что вы знаете о теплоте?
«Тепло и сила» – так назывались двигатели, выпускаемые в России в начале прошлого века. Чудо, а не двигатели. Их можно было топить дровами, соломой, углем, торфом – чем угодно. При этом они не были паровыми и были гораздо экономичнее. Ими можно было приводить в движение любую сельхозтехнику (веялки, мельницы, насосы) и даже обогревать помещение. Сейчас таких, к сожалению, не выпускают. Но осталось название, которое как нельзя более подходит к нашей новой главе, в которой речь пойдет о теплоте и ее использовании, в частности, для выработки энергии.
Но прежде всего хотелось задать вам, дорогие читатели, несколько вопросов, чтобы определить, что вам известно о теплоте. По крайней мере, вы сами узнаете, сколько парадоксов таит в себе это понятие. Конечно же, на каждый вопрос будет тут же дан ответ, но вы не спешите в него заглядывать, а сначала попытайтесь ответить сами.
Вопрос первый (из трех составляющих). Говорят, что межпланетная среда, в которой находится наша Земля, имеет температуру около 1 500 000 °С. Может ли такое быть – ведь именно в этой среде летают космические корабли, выходят «погулять» космонавты и, как известно, не сгорают? Как с этим согласуется утверждение о космическом холоде, о том, что в тени там царят стоградусные морозы? И еще: если в межпланетном пространстве действительно такая высокая температура, то как ее измерить? Ведь от 1 000 000 °С не то что расплавится, а мгновенно испарится любой термометр.
Ответ. Действительно, температура солнечной короны, которая простирается на расстояние в несколько десятков радиусов Солнца и в которую попадает наша Земля, 1 000 000 – 2 000 000 °С (тут уж безразлично, по какой шкале – Цельсия или Кельвина, разница в 273 °С здесь несущественна, хотя правильнее измерять термодинамическую температуру в кельвинах). Эта корона состоит из высокоионизированной плазмы – «солнечного ветра», частиц, несущихся (на уровне орбиты Земли) со скоростью 400 км/с – в сотни раз быстрее, чем у молекул при комнатной температуре. При этом число этих частиц всего несколько десятков в 1 см3. Исходя из этих данных легко узнать температуру, которая определяется из молекулярно-кинетической теории, изложенной, например, в учебнике физики для 10 класса. Согласно этой теории температура прямо пропорциональна средней кинетической энергии частиц. При скоростях в сотни км/с температура достигает миллионов градусов; с учетом множества факторов эта температура и составляет 1 000 000 – 2 000 000 К.
Из-за чрезвычайно малой концентрации частиц нагреть, а тем более расплавить или испарить космические корабли солнечная корона не может; не в состоянии она по той же причине и сколько-нибудь существенно поднять температуру тел в Космосе. Луна, например, имеет на теневой стороне температуру всего 120 К, или около – 150 °С.
Измеряют температуру межпланетной среды, конечно же, не термометрами, которые эта среда практически не нагреет опять же из-за ничтожной концентрации, а косвенными методами, например, по скорости движения частиц, которую можно измерить достаточно точно.
Вопрос второй. Известно, что в саунах температура воздуха достигает 120—140 °С, что гораздо выше температуры кипения воды; при такой температуре можно запросто готовить яичницу или запекать яйца вкрутую. Каким же образом человек не только выдерживает эту температуру, но еще получает удовольствие, нисколько не запекаясь? Какую максимальную температуру может вообще выдержать человек?
Ответ. Температура воздуха в саунах регламентирована в пределах 90 – 140 °С при относительной влажности 5 – 15 %. Это очень низкая влажность, и в ней все дело. Чрезвычайно сухой воздух сауны способствует быстрому испарению воды из тела человека, главным образом через легкие, имеющие огромную поверхность, а также с поверхности тела через потоотделение. Испаряясь, вода поглощает большое количество тепла (так называемую теплоту парообразования) и интенсивно охлаждает тело человека. Известно, что если не пополнять запас жидкости в теле человека за счет чая и других напитков, то за одно посещение сауны можно потерять в весе несколько килограммов из-за испарения воды. Поэтому-то температура тела человека и держится в узких, дозволенных природой и системой терморегуляции человека рамках даже при более высоких температурах. Известен опыт немецких ученых, когда несколько человек пробыли порядка 10 минут при температуре +210 °С в очень сухом воздухе.
Что же касается варки яиц в сауне, то автор часто это делает, причем на той же полке, где лежит сам (рис. 253). Обычно это изумляет всех присутствующих, а яйца получаются очень вкусными – с крутым желтком и мягким белком, что очень необычно.
Вопрос третий.Опять о бане, на сей раз русской. Чтобы высушить парилку, нередко открывают в ней окошко, устраивают сквозняк, особенно в мороз. Пар так и валит оттуда внутрь помещения. Как же может этот пар осушить и без того влажное помещение парилки?
Ответ.Здесь хитрость в том, что внешний воздух всегда холоднее воздуха в парилке. Поэтому абсолютная влажность его невысока по сравнению с горячим и влажным воздухом парилки, особенно в мороз, когда вымораживается почти вся влага из воздуха.
Впуская наружный воздух в парилку, мы заменяем влажный воздух на сухой, содержащий в себе мало влаги по абсолютной величине. Нагревшись от мощного камина в русской парилке, воздух приобретает крайне низкую относительную влажность и быстро высушивает все вокруг. Испаряются все лужи на полатях, простыни становятся сухими. Парилка снова готова к приему голых гостей.
А пар, который валит из окошка, – это не влага, пришедшая снаружи. Холодный воздух охлаждает воздух парилки вокруг себя и сильно повышает его относительную влажность, доводя его до точки росы. Поэтому невидимый нам пар тут же конденсируется в туман, который мы почему-то называем паром. Если приглядеться внимательно, то видно, что туман образуется вокруг входящего в окошко холодного воздуха, а сам морозный воздух – в центре потока – прозрачен. Значит, туман не вносится снаружи, а выпадает из внутреннего воздуха парилки.
Вообще в бане можно наблюдать различные физические явления, и в этом одним из первых убедился сам Архимед!
Вопрос четвертый.Известно, что теплопроводность газов уменьшается с их разрежением. Полный вакуум вообще не может передать тепло – нет вещества, его передающего. Известен и сосуд Дьюара, или попросту термос, где две колбы, вставленные одна в другую, разделены слоем разреженного газа, то есть просто между ними откачан воздух (рис. 254). Это мероприятие позволяет резко сократить теплопередачу между этими двумя колбами.
Однако давайте проведем опыт, где мы будем откачивать воздух между этими колбами и измерять теплопроводность получаемого слоя разреженного газа. Откачали 90 % воздуха – теплопроводность не изменилась. Откачали 99 % воздуха – то же самое. Повысили разрежение еще в 2 – 3 раза – никакого эффекта.
Ответ. Такой эффект, с первого взгляда кажущийся парадоксальным, на самом деле имеет место. Давление падает в сотни раз, а теплопроводность как бы замирает на одной точке. Объясняется это тем, что молекулы оставшегося при разрежении газа, который собственно и переносит тепло от стенки к стенке, получают возможность увеличить свой пробег между столкновениями друг с другом. Самих молекул становится меньше, но путь пробега их между столкновениями увеличивается. Поэтому и теплопроводность почти не изменяется. «Почти» это потому, что для определения этой разницы нужны очень точные методы измерения, практически же эта теплопроводность даже при падении давления в сотни раз не изменяется. Только тогда, когда останутся тысячные и менее доли первоначального количества газа, теплопроводность начнет падать, причем резко. Вот в термосах между колбами как раз очень низкое давление, поэтому-то и теплопроводность этого весьма разреженного газа очень мала.
Кстати, иногда встречается реклама окон, где между стеклами якобы откачан воздух для понижения теплопередачи. К такой рекламе автор относится с сомнением. Не верится, что между большими поверхностями составных пластмассовых рам можно создать достаточно высокий вакуум, как в термосе.
А главное, сами стекла не выдержат при этом огромного наружного давления, реально достигающего нескольких тонн на каждое стекло. Герметизация стекол может препятствовать проникновению влаги между стеклами, что тоже важно, но чтобы откачать между ними воздух, надо иметь толстенные и сверхпрочные, а также очень малоразмерные стекла, что вряд ли приемлемо. Гораздо реальнее просто заполнить пространство между стеклами в герметичных рамах газом, имеющим плохую теплопроводность, заодно и сильно высушенным (обезвоженным).
Вопрос пятый. Вопрос этот не так прост, как может показаться. Сплавим равные части свинца с температурой плавления 327 °С и олова с температурой плавления 232 °С. Какова будет температура плавления полученного сплава?
Ответ. Напрашивается такой ответ: температура плавления сплава равна средней между температурами плавления компонентов, т. е. 280 °С. Но это не так. Температура плавления сплава, называемого ПОС-50 и широко используемого в пайке, гораздо ниже, причем даже ниже, чем у чистого олова, и находится в интервале 183—209 °С, что с первого взгляда кажется удивительным. Можно привести еще более парадоксальный пример: сплав, состоящий из 50 % висмута с температурой плавления 271 °С, 25 % свинца и по 12,5 % олова и кадмия с температурой плавления последнего 321 °С (так называемый сплав Вуда), имеет температуру плавления всего 68 °С! Этот сплав придуман в 1860 г. английским инженером Вудом (не путать со знаменитым американским физиком Вудом, который родился на 8 лет позже года изобретения сплава!). Известен сплав почти из тех же компонентов, называемый анатомическим, который плавится вообще при 60 °С! Здесь уместно рассказать про шутку зубных техников, широко использующих эти сплавы. Они отливают чайную ложку из таких сплавов и подсовывают ничего не подозревающему гостю при чаепитии. Ложка, почти как серебряная, такая же тяжелая и блестящая. Но, когда гость начинает помешивать ею горячий чай, она плавится в стакане, и в руках у изумленного гостя остается только «огрызок» ручки (рис. 255)!
Если вы правильно ответили на все вопросы, – вы гений, и вам можно дальше не читать, вы и так все знаете. Если не ответили ни на один вопрос, – не огорчайтесь и попробуйте задать их товарищам и родителям; автор надеется, вы будете удовлетворены их ответами. Если же вы ответили самостоятельно хотя бы на часть вопросов – поступайте в университет на физический факультет, ваши преподаватели будут довольны вами, а вы – ими.
Но прежде всего хотелось задать вам, дорогие читатели, несколько вопросов, чтобы определить, что вам известно о теплоте. По крайней мере, вы сами узнаете, сколько парадоксов таит в себе это понятие. Конечно же, на каждый вопрос будет тут же дан ответ, но вы не спешите в него заглядывать, а сначала попытайтесь ответить сами.
Вопрос первый (из трех составляющих). Говорят, что межпланетная среда, в которой находится наша Земля, имеет температуру около 1 500 000 °С. Может ли такое быть – ведь именно в этой среде летают космические корабли, выходят «погулять» космонавты и, как известно, не сгорают? Как с этим согласуется утверждение о космическом холоде, о том, что в тени там царят стоградусные морозы? И еще: если в межпланетном пространстве действительно такая высокая температура, то как ее измерить? Ведь от 1 000 000 °С не то что расплавится, а мгновенно испарится любой термометр.
Ответ. Действительно, температура солнечной короны, которая простирается на расстояние в несколько десятков радиусов Солнца и в которую попадает наша Земля, 1 000 000 – 2 000 000 °С (тут уж безразлично, по какой шкале – Цельсия или Кельвина, разница в 273 °С здесь несущественна, хотя правильнее измерять термодинамическую температуру в кельвинах). Эта корона состоит из высокоионизированной плазмы – «солнечного ветра», частиц, несущихся (на уровне орбиты Земли) со скоростью 400 км/с – в сотни раз быстрее, чем у молекул при комнатной температуре. При этом число этих частиц всего несколько десятков в 1 см3. Исходя из этих данных легко узнать температуру, которая определяется из молекулярно-кинетической теории, изложенной, например, в учебнике физики для 10 класса. Согласно этой теории температура прямо пропорциональна средней кинетической энергии частиц. При скоростях в сотни км/с температура достигает миллионов градусов; с учетом множества факторов эта температура и составляет 1 000 000 – 2 000 000 К.
Из-за чрезвычайно малой концентрации частиц нагреть, а тем более расплавить или испарить космические корабли солнечная корона не может; не в состоянии она по той же причине и сколько-нибудь существенно поднять температуру тел в Космосе. Луна, например, имеет на теневой стороне температуру всего 120 К, или около – 150 °С.
Измеряют температуру межпланетной среды, конечно же, не термометрами, которые эта среда практически не нагреет опять же из-за ничтожной концентрации, а косвенными методами, например, по скорости движения частиц, которую можно измерить достаточно точно.
Вопрос второй. Известно, что в саунах температура воздуха достигает 120—140 °С, что гораздо выше температуры кипения воды; при такой температуре можно запросто готовить яичницу или запекать яйца вкрутую. Каким же образом человек не только выдерживает эту температуру, но еще получает удовольствие, нисколько не запекаясь? Какую максимальную температуру может вообще выдержать человек?
Ответ. Температура воздуха в саунах регламентирована в пределах 90 – 140 °С при относительной влажности 5 – 15 %. Это очень низкая влажность, и в ней все дело. Чрезвычайно сухой воздух сауны способствует быстрому испарению воды из тела человека, главным образом через легкие, имеющие огромную поверхность, а также с поверхности тела через потоотделение. Испаряясь, вода поглощает большое количество тепла (так называемую теплоту парообразования) и интенсивно охлаждает тело человека. Известно, что если не пополнять запас жидкости в теле человека за счет чая и других напитков, то за одно посещение сауны можно потерять в весе несколько килограммов из-за испарения воды. Поэтому-то температура тела человека и держится в узких, дозволенных природой и системой терморегуляции человека рамках даже при более высоких температурах. Известен опыт немецких ученых, когда несколько человек пробыли порядка 10 минут при температуре +210 °С в очень сухом воздухе.
Рис. 253. В сауне рядом с лежащим человеком можно готовить обед
Однако достаточно повысить влажность воздуха в сауне, как переносимость температуры резко падает. Если вылить на камни в сауне достаточное количество воды (что иногда делают не очень грамотные посетители), то запросто можно обжечь всех присутствующих. Не следует путать финскую баню-сауну с русской парилкой, где влажность гораздо выше, а температура ниже.Что же касается варки яиц в сауне, то автор часто это делает, причем на той же полке, где лежит сам (рис. 253). Обычно это изумляет всех присутствующих, а яйца получаются очень вкусными – с крутым желтком и мягким белком, что очень необычно.
Вопрос третий.Опять о бане, на сей раз русской. Чтобы высушить парилку, нередко открывают в ней окошко, устраивают сквозняк, особенно в мороз. Пар так и валит оттуда внутрь помещения. Как же может этот пар осушить и без того влажное помещение парилки?
Ответ.Здесь хитрость в том, что внешний воздух всегда холоднее воздуха в парилке. Поэтому абсолютная влажность его невысока по сравнению с горячим и влажным воздухом парилки, особенно в мороз, когда вымораживается почти вся влага из воздуха.
Впуская наружный воздух в парилку, мы заменяем влажный воздух на сухой, содержащий в себе мало влаги по абсолютной величине. Нагревшись от мощного камина в русской парилке, воздух приобретает крайне низкую относительную влажность и быстро высушивает все вокруг. Испаряются все лужи на полатях, простыни становятся сухими. Парилка снова готова к приему голых гостей.
А пар, который валит из окошка, – это не влага, пришедшая снаружи. Холодный воздух охлаждает воздух парилки вокруг себя и сильно повышает его относительную влажность, доводя его до точки росы. Поэтому невидимый нам пар тут же конденсируется в туман, который мы почему-то называем паром. Если приглядеться внимательно, то видно, что туман образуется вокруг входящего в окошко холодного воздуха, а сам морозный воздух – в центре потока – прозрачен. Значит, туман не вносится снаружи, а выпадает из внутреннего воздуха парилки.
Вообще в бане можно наблюдать различные физические явления, и в этом одним из первых убедился сам Архимед!
Вопрос четвертый.Известно, что теплопроводность газов уменьшается с их разрежением. Полный вакуум вообще не может передать тепло – нет вещества, его передающего. Известен и сосуд Дьюара, или попросту термос, где две колбы, вставленные одна в другую, разделены слоем разреженного газа, то есть просто между ними откачан воздух (рис. 254). Это мероприятие позволяет резко сократить теплопередачу между этими двумя колбами.
Однако давайте проведем опыт, где мы будем откачивать воздух между этими колбами и измерять теплопроводность получаемого слоя разреженного газа. Откачали 90 % воздуха – теплопроводность не изменилась. Откачали 99 % воздуха – то же самое. Повысили разрежение еще в 2 – 3 раза – никакого эффекта.
Рис. 254. Сосуд Дьюара – термос
В чем же дело, неужели не работают законы физики? А как же тогда работает термос?Ответ. Такой эффект, с первого взгляда кажущийся парадоксальным, на самом деле имеет место. Давление падает в сотни раз, а теплопроводность как бы замирает на одной точке. Объясняется это тем, что молекулы оставшегося при разрежении газа, который собственно и переносит тепло от стенки к стенке, получают возможность увеличить свой пробег между столкновениями друг с другом. Самих молекул становится меньше, но путь пробега их между столкновениями увеличивается. Поэтому и теплопроводность почти не изменяется. «Почти» это потому, что для определения этой разницы нужны очень точные методы измерения, практически же эта теплопроводность даже при падении давления в сотни раз не изменяется. Только тогда, когда останутся тысячные и менее доли первоначального количества газа, теплопроводность начнет падать, причем резко. Вот в термосах между колбами как раз очень низкое давление, поэтому-то и теплопроводность этого весьма разреженного газа очень мала.
Кстати, иногда встречается реклама окон, где между стеклами якобы откачан воздух для понижения теплопередачи. К такой рекламе автор относится с сомнением. Не верится, что между большими поверхностями составных пластмассовых рам можно создать достаточно высокий вакуум, как в термосе.
А главное, сами стекла не выдержат при этом огромного наружного давления, реально достигающего нескольких тонн на каждое стекло. Герметизация стекол может препятствовать проникновению влаги между стеклами, что тоже важно, но чтобы откачать между ними воздух, надо иметь толстенные и сверхпрочные, а также очень малоразмерные стекла, что вряд ли приемлемо. Гораздо реальнее просто заполнить пространство между стеклами в герметичных рамах газом, имеющим плохую теплопроводность, заодно и сильно высушенным (обезвоженным).
Вопрос пятый. Вопрос этот не так прост, как может показаться. Сплавим равные части свинца с температурой плавления 327 °С и олова с температурой плавления 232 °С. Какова будет температура плавления полученного сплава?
Ответ. Напрашивается такой ответ: температура плавления сплава равна средней между температурами плавления компонентов, т. е. 280 °С. Но это не так. Температура плавления сплава, называемого ПОС-50 и широко используемого в пайке, гораздо ниже, причем даже ниже, чем у чистого олова, и находится в интервале 183—209 °С, что с первого взгляда кажется удивительным. Можно привести еще более парадоксальный пример: сплав, состоящий из 50 % висмута с температурой плавления 271 °С, 25 % свинца и по 12,5 % олова и кадмия с температурой плавления последнего 321 °С (так называемый сплав Вуда), имеет температуру плавления всего 68 °С! Этот сплав придуман в 1860 г. английским инженером Вудом (не путать со знаменитым американским физиком Вудом, который родился на 8 лет позже года изобретения сплава!). Известен сплав почти из тех же компонентов, называемый анатомическим, который плавится вообще при 60 °С! Здесь уместно рассказать про шутку зубных техников, широко использующих эти сплавы. Они отливают чайную ложку из таких сплавов и подсовывают ничего не подозревающему гостю при чаепитии. Ложка, почти как серебряная, такая же тяжелая и блестящая. Но, когда гость начинает помешивать ею горячий чай, она плавится в стакане, и в руках у изумленного гостя остается только «огрызок» ручки (рис. 255)!
Рис. 255. Ложка из металла Вуда плавится в стакане с горячим чаем
Свойство сплавов плавиться легче составляющих компонентов обусловливается эвтектикой, и оно хорошо известно металловедам. Эвтектоидами в металловедении называются сплавы с такими количественными соотношениями компонентов, которые обеспечивают минимальную температуру плавления. Отмеченные выше сплавы являются яркими примерами сплавов, очень близких к эвтектоидным для данных компонентов.Если вы правильно ответили на все вопросы, – вы гений, и вам можно дальше не читать, вы и так все знаете. Если не ответили ни на один вопрос, – не огорчайтесь и попробуйте задать их товарищам и родителям; автор надеется, вы будете удовлетворены их ответами. Если же вы ответили самостоятельно хотя бы на часть вопросов – поступайте в университет на физический факультет, ваши преподаватели будут довольны вами, а вы – ими.
Лучшая печь – это холодильник!
Это не шутка и не розыгрыш. Действительно, самая экономичная и экологичная печь (например, для отапливания домов) – это холодильник. Обычный домашний, лучше безмоторный (он сложно называется – абсорбционный), такие выпускались под названием «Иней» или «Морозко». Он не шумит и служить будет 100 лет. Печкой, разумеется. Вот как автор сам убедился в том, что холодильник может отлично работать печкой, и кое в чем другом, тоже полезном для ума и нужном в хозяйстве.
Однажды автору подарили необычный холодильник, кажется, «позаимствованный» с корабля. Агрегат этого холодильника был раздельным: мотор, компрессор и теплообменник – одним узлом, а испаритель, или иначе – морозильная камера, – другим, соединенным с первым длинными медными трубками. При этом морозильную камеру автор поставил на кухне охлаждать продукты, а силовой блок с теплообменником грохотал в чулане.
За месяц «общения» с этим холодильником автор сделал удивительные открытия. Оказывается, температура на кухне была ниже, чем в других комнатах, а в чулане с теплообменником была настоящая сауна. При этом стоило вынуть из морозильной камеры охлажденные продукты и заложить новые, еще «теплые» (особенно бутылки с пивом и водой), как теплообменник буквально раскалялся.
Напротив, если начинали охлаждать теплообменник, например, обдувая вентилятором, продукты в морозильнике охлаждались гораздо быстрее. Особенно сильно он начинал морозить, если вешали на теплообменник мокрое полотенце.
Однажды автор ради эксперимента поставил теплообменник в лохань с холодной водой. И вода достаточно быстро нагрелась. Нагревая воду, автор наблюдал за счетчиком электроэнергии, и это наблюдение совершенно потрясло его.
Нагреем теплообменником одно и то же количество воды разными способами. При только что поставленных в морозильник «теплых» продуктах расход энергии будет минимальный. При уже охлажденных продуктах этот расход повышается. Если нагревать воду кипятильником, расход энергии будет самый большой. Сделал автор и «смертельный» для холодильника опыт, поставив в морозильник кастрюлю с кипятком. Расход энергии на нагрев воды теплообменником оказался в несколько раз меньше, чем кипятильником.
Поразмыслив, автор сделал для себя ряд полезных в хозяйстве выводов.
Для реализации этих выводов читателям лучше всего иметь холодильник с «разнесенными» агрегатами (какой был у автора), но можно и самому «разнести» их, если воспользоваться услугами мастера по ремонту холодильников.
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.
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 °С. Таким образом, испаритель, который должен был охладиться, предположим, до – 20 °С, нагреется на 24 °С. Тепло это перейдет через компрессор в теплообменник, который нагреется еще сильнее (чем если бы туда поступал газ при – 20 °С!) 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!
Однажды автору подарили необычный холодильник, кажется, «позаимствованный» с корабля. Агрегат этого холодильника был раздельным: мотор, компрессор и теплообменник – одним узлом, а испаритель, или иначе – морозильная камера, – другим, соединенным с первым длинными медными трубками. При этом морозильную камеру автор поставил на кухне охлаждать продукты, а силовой блок с теплообменником грохотал в чулане.
За месяц «общения» с этим холодильником автор сделал удивительные открытия. Оказывается, температура на кухне была ниже, чем в других комнатах, а в чулане с теплообменником была настоящая сауна. При этом стоило вынуть из морозильной камеры охлажденные продукты и заложить новые, еще «теплые» (особенно бутылки с пивом и водой), как теплообменник буквально раскалялся.
Напротив, если начинали охлаждать теплообменник, например, обдувая вентилятором, продукты в морозильнике охлаждались гораздо быстрее. Особенно сильно он начинал морозить, если вешали на теплообменник мокрое полотенце.
Однажды автор ради эксперимента поставил теплообменник в лохань с холодной водой. И вода достаточно быстро нагрелась. Нагревая воду, автор наблюдал за счетчиком электроэнергии, и это наблюдение совершенно потрясло его.
Нагреем теплообменником одно и то же количество воды разными способами. При только что поставленных в морозильник «теплых» продуктах расход энергии будет минимальный. При уже охлажденных продуктах этот расход повышается. Если нагревать воду кипятильником, расход энергии будет самый большой. Сделал автор и «смертельный» для холодильника опыт, поставив в морозильник кастрюлю с кипятком. Расход энергии на нагрев воды теплообменником оказался в несколько раз меньше, чем кипятильником.
Поразмыслив, автор сделал для себя ряд полезных в хозяйстве выводов.
Для реализации этих выводов читателям лучше всего иметь холодильник с «разнесенными» агрегатами (какой был у автора), но можно и самому «разнести» их, если воспользоваться услугами мастера по ремонту холодильников.
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 – вентильВ 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 °С. Таким образом, испаритель, который должен был охладиться, предположим, до – 20 °С, нагреется на 24 °С. Тепло это перейдет через компрессор в теплообменник, который нагреется еще сильнее (чем если бы туда поступал газ при – 20 °С!) 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.
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.