Физические парадоксы, софизмы и занимательные задачи - Ланге В.Н.
Скачать (прямая ссылка):
зависит от давления. При сорока атмосферах, в частности, точка кипения
воды составляет 249,3°С. В то же время температура плавления олова при
этом давлении практически не отличается от 232°С - температуры плавления
при нормальном атмосферном давлении. Таким образом, в воде, находящейся
при давлении 40 атмосфер, действительно можно расплавить олово.
Можно и обжечься куском льда. Как показали опыты Таммана и Бриджмена, при
повышенном давлении структура обычного льда меняется - он переходит в
новые кристаллические модификации. Тамман обнаружил существование трех
видов льда - лед II, III и IV (знакомый нам обычный лед - это лед I).
Исследования Бриджмена позволили обнаружить еще две модификации-лед V и
лед VI. При давлении 20000 атмосфер последний остается твердым даже при
температуре 75°С выше нуля. А если повысить давление, лед VI может
существовать при еще более высоких температурах. Таким льдом вполне можно
обжечь руки.
71
Расчеты изобретателя неверны, так как 100%-ная экономия топлива означала
бы возможность осуществления вечного двигателя.
Применение всех трех усовершенствований вместе сулит, безусловно, большую
экономию, чем каждое изобретение в отдельности, но, конечно, не 100%.
Для простоты подсчета положим, что до применения изобретений установка
потребляла 100 кг топлива в час. После применения первого изобретения
расход топлива сократился до 70 кг в час.
Второе усовершенствование позволяет экономить еще 25%, но уже от 70 кг\
Таким образом, после применения двух изобретений одновременно расход
топлива составит 52,5 кг/час. Наконец, третье изобретение, экономящее еще
45% топлива, позволит снизить его расход до 28,9 кг/час.
Окончательная величина не зависит от того, в какой последовательности
производился расчет. Во всех случаях экономия составляет около 71,1%.
Г 22
72
Наряду с законом сохранения энергии термодинамикой-отделом физики,
изучающим связь и взаимопревращение различных видов энергии, теплоты и
работы,- установлен еще один закон, содержание которого можно выразить
следующим образом: природа устроена так, что во всякой тепловой машине
наряду с "нагревателем" непременно должен быть "холодильник". Так,
например, в паровозе нагревателем является топка котла, а холодильником
служит атмосфера.
Воды океана можно рассматривать как гигантский нагреватель. Но для
тепловой установки, использующей его энергетические ресурсы, требуется
такой же исполинский холодильник, которого мы не в состоянии предложить.
Для работы тепловых машин любого типа необходимо наличие разности
температур. Этого требует так называемый второй закон термодинамики
(первым является закон сохранения энергии).
Второй закон термодинамики имеет большое значение в жизни природы.
Подчеркивая его важность, английский астрофизик Р. Эмден писал: "В
гигантской фабрике естественных процессов принцип энтропии (второй закон
термодинамики.- В. Л.) занимает место директора, который предписывает вид
и течение сделок. Закон сохранения энергии играет лишь роль бухгалтера,
который приводит в равновесие дебет и кредит" *.
Постройка машины, использующей тепло океанских вод, не противоречит
первому началу термодинамики, но противоречит второму.
Отметим, что машины, основанные на эксплуатации разности температур
поверхностных и глубинных вод океана, вполне осуществимы, но их
коэффициент полезного действия, как это вытекает из формулы
^нагрев ^холод
К. П. Д. =-----^--------
1 нагрев
* Цитируется по книге А. Зоммерфельда "Термодинамика и
статистическая'физика", ИЛ, 1955, стр. 60.
123
(относительно этой формулы см. текст задачи № 73), оказывается довольно
малым тем меньше, чем меньше разность температур "нагревателя" и
"холодильника". Если температура поверхностных слоев воды равна 27°С, а
глубинных 2°С, то коэффициент полезного действия будет во всяком случае
не более 8,3%. Использовать разность температур легко в так называемых
термоэлектрических батареях. Можно надеяться, что в будущем, когда их
производство станет обходиться значительно дешевле, мощные
термоэлектрические станции, установленные в океане, будут вносить
заметный вклад в энергетический баланс нашей страны.
73
Отношение
Тнагрев 7холод
_ ^
1 нагрев
представляющее ту часть энергии сгоревшего топлива, ко-торая может быть
переведена тепловой машиной в работу в наиболее благоприятном случае
отсутствия бесполезных потерь (к.п.д. идеальной тепловой машины), зимой
действительно возрастает. Однако в это время года масло в двигателе,
коробке передач, дифференциале заднего моста и т. д. становится настолько
густым, что, хотя применяются специальные зимние сорта с пониженной
вязкостью, потери на трение сильно возрастают, и реальный к.п.д.
оказывается меньше летнего. Кроме того, зимой приходится тратить много
бензина на разогревание холодного двигателя при запуске. По этим причинам
расход бензина зимой больше, чем летом.
74
Парадокс Максвелла удалось разрешить сравнительно недавно. Мы молчаливо
