Мистер Томпнис внутри самого себя - Гемов Г.
ISBN 5-7029-0343-9
Скачать (прямая ссылка):
от сгорания пороха.
Но хотя обе эти энергии одного сорта, они, так сказать, по-разному
организованы. В случае теплового движения молекулы движутся по
всевозможным направлениям, и скорости их изменяются в широких пределах,
тогда как дополнительные скорости, сообщенные всем молекулам при сгорании
пороха, равны по величине и строго параллельны для всех молекул. В
результате пуля летит прямо к цели. А когда пуля, попав в цель,
останавливается, скорости движения, первоначально бывшие организованными,
становятся неупорядоченными и добавляются к существовавшему еще до
выстрела хаотическому тепловому движению. Пуля при этом нагревается.
- Естественно, - прокомментировал мистер Томпкинс. - Но какое
отношение это имеет к низкому коэффициенту полезного действия тепловых
машин?
- Самое непосредственное, - ответил Сент. - В тепловых машинах вы
начинаете с топлива, будь то дрова, уголь или нефть, состоящего из
высокоорганизованных молекулярных организаций, запас энергии которых
определяется хорошо определенными межатомными силами. Сжигая топливо, вы
получаете тепло, которое, как я уже говорил, представляет собой в высшей
степени неорганизованное движение горючих веществ, или, так сказать,
естественный беспорядок. Достигнув этой стадии, вы пытаетесь превратить
неупорядоченное хаотическое движение молекул в упорядоченное движение
поршня, рычагов, маховиков и колес. А поскольку неупорядоченное движение
гораздо более вероятно, чем упорядоченное, ваша задача отнюдь не из
легких, и за ее решение вам приходится платить высокую цену. Тем не менее
она вполне выполнима, и часть неупорядоченной системы действительно можно
привести в состояние упорядоченного движения, предоставив остальной части
системы стать еще более неупорядоченной.
- Я вас понял, - кивнул мистер Томпкинс. - Но почему в таком случае
нашим инженерам при проектировании различных машин и механизмов не
исключать тепловую стадию?
54
Мистер Томпкинс внутри самого себя
- Они пытаются сделать это. Но не забывайте, что эволюция живого мира
насчитывает несколько миллиардов лет, а инженерная мысль в ее современном
виде начала развиваться лишь несколько столетий назад. Ваши мышцы, как,
впрочем, и все другие части вашего тела, представляют собой химические
или скорее электрохимические устройства и поэтому гораздо более
эффективны, чем паровые машины доброго старого Джеймса Уатта. Но у нас
уже есть батарейки для карманного фонаря, вырабатывающие электрический
ток без сколько-нибудь заметного нагревания, и флуоресцентные лампы,
которые не обожгут, вам пальцев если вы к ним прикоснетесь.
- А как насчет получения механической работы без тепла
непосредственно из внутренней химической энергии различных соединений?
Осуществима ли такая задача на современном техническом уровне? -
поинтересовался мистер Томпкинс.
- Да, по крайней мере мы приступили к работе над решением этой
проблемы, - сообщил Сент, подводя мистера Томпкинса к столу, на котором
стоял какой-то странный механизм.
- Это так называемый механохимический двигатель, разработанный
недавно тремя сотрудниками Вейцмановского института науки в Израиле, его
действие основано на различии в концентрации некоторой соли, в данном
случае бромида лития, в двух лабораторных стаканах А и В, стоящих рядом.
Если стаканы соединить, то начнется самопроизвольная диффузия, и соль
распределится поровну между обоими сосудами. Хитрость состоит в том,
чтобы получить механическую энергию, пока будет происходить выравнивание
концентраций. Возьмем нить из белка, который называется коллаген (из него
состоит шкура животных). Если такую нить погрузить в солевой раствор, то
она сократится, и ее можно использовать для создания тянущего усилия.
Поместим теперь нашу нить в чистую воду. У молекул соли появляется
обширное пространство, в котором они могут перераспределиться, вода
вымывает их с нити, и нить расслабляется. При этом в чистую воду
переходит некоторое количество соли. Затем мы переносим нить снова в
солевой раствор, она сокращается, снова попадает в воду, где
расслабляется и т.д. Иначе говоря, нить работает, как поршень приводящий
в движение колесо. Механизм, который вы видите перед собой, устроен так,
что движение колес перемещает нить из солевого раствора в чистую воду и
обратно. Разумеется, в конце концов концентрация соли в обоих
лабораторных стаканах выравнивается, и двигатель останавливается.
На пляже, или как работают мышцы
55
Как получить механическую энергию из двух лабораторных стаканов с водой
- И мышцы работают так же, как этот механохимический двигатель? -
спросил мистер Томпкинс.
- В общих чертах примерно так, - ответил Сент. - Мышцы работают,
используя то, что мы называем химическим потенциалом, источником которого
служит АТФ. Чтобы объяснить, в чем здесь суть дела, мне придется показать
вам, как примерно выглядит молекула АТФ. Входить в атомные детали было бы
излишне, достаточно знать, что она состоит из весьма сложной органической
