Бесплатная техническая библиотека

Вечный двигатель на вечной мерзлоте. Детская научная лаборатория

Справочник / Детская научная лаборатория

 Комментарии к статье

Самолет летит над тайгой. С десятикилометровой высоты хорошо видны русла рек, речек и ручьев, рассекающих лесной массив. Мы летим час, два - и все это Якутия, просторная и богатая: золотом, пушниной, алмазами. А еще... морозом! Ведь если подумать - холод тоже может быть богатством. Впрочем, эта мысль принадлежит не мне, а человеку, на встречу с которым я летела в Якутск.

...Лев Иванович Файко встретил меня в аэропорту. Он - ученый-гляциолог, изучает природные льды, их строение, происхождение, физические свойства. К своей редкой профессии Файко пришел не сразу. Мальчишкой увлекался спортивной авиацией, летал на самодельных спортивных планерах; был профессиональным фотографом - корреспондентом ТАСС, объездил на оленях с фотоаппаратом в руках всю Якутию. А еще - изобретал: улучшенную конструкцию разборной якутской юрты, экономную печурку-самовар для пастухов-оленеводов и геологов, которая заодно вырабатывает электричество для питания радиоприемника или рации... На изготовленный им насос, который качал из Лены воду и подавал ее на высокий берег, издалека приходили посмотреть окрестные жители: уж не вечный ли это двигатель? Насос не требовал энергии, его приводило в движение течение воды. Много в своей жизни успел Лев Иванович: воевал в Великую Отечественную, окончил институт, стал кандидатом географических наук...

Только человек с разносторонними интересами и знаниями может увидеть то, на что другие смотрят и не видят. Ну, кого озадачивали непромерзающие озера на вечной мерзлоте? А он удивился, задумался и почувствовал, что за этой маленькой тайной природы скрываются небывалые возможности для... энергетики!

Началось все с поисков ответа на простой житейский вопрос: почему лед на озерах в Якутии намерзает зимою 210 суток, а стаивает всего за 30 весенних дней?

Вы, быть может, скажете: что же здесь такого? Давайте подумаем вместе. Вечная мерзлота сковывает землю Якутии на глубину до 1500 метров и не собирается таять. А вот водоемы ведут себя не по правилам. Например, среднегодовая температура воздуха в полярных областях - минус 19° С, а воды - около нуля. Бывают, конечно, дни с плюсовой температурой воздуха, но в среднем за год она отрицательна. Однако же Ледовитый океан, несмотря на свое название, не промерзает с каждым годом все глубже и глубже. Лишний лед регулярно стаивает за счет тепла наружного воздуха. Воздуха, в среднем более холодного, чем сам лед...

А ведь это противоречит Второму началу термодинамики, основу которого составляет постулат Клаузиуса: ТЕПЛОТА НЕ МОЖЕТ САМА СОБОЙ ПЕРЕЙТИ ОТ МЕНЕЕ НАГРЕТОГО ТЕЛА К БОЛЕЕ НАГРЕТОМУ. Еще в XIX веке Рудольф Клаузиус сформулировал эту бесспорную житейскую истину, на которой теперь покоится стройное здание современной науки.

Кому придет в голову греть воду в чайнике на куске льда. Всем ясна бесполезность затеи. Но вот закавыка. Хоть мы и считаем лед холодным, он содержит достаточно много энергии. Ведь по сравнению с абсолютным нулем он на 273° С горячее! Каждая его молекула обладает энергией и постоянно обменивается ею с другими молекулами. Так почему бы молекулам льда не отдать часть своей энергии воде в чайнике? Пусть лед еще больше охладится, а вода нагреется!

Словом, опыт опытом, а теоретического доказательства у постулата Клаузиуса нет! И в свое время блестящий английский физик Максвелл в шутку придумал этакого "демона", который занимался сортировкой молекул - "горячие", с большими скоростями, отправлял в одну сторону, "холодные" - в другую.

И такой "демон" обязательно добился бы, чтобы чайник на льду закипел!

Недоказанность постулата Клаузиуса давала лазейку многим изобретателям, одержимым идеей создания вечного двигателя второго рода - устройства, которое без всяких затрат извлекало бы энергию из хаотического движения молекул окружающей среды.

Но в том-то и дело, что полезную энергию можно получить только от перепада температур или давлений, высот... Работу производит не само тепло, а только разность между теплом и холодом. Двигатель внутреннего сгорания действует потому, что разность давлений внутри цилиндра и снаружи толкает поршень. Электрическая лампочка загорается оттого, что на нее подана разность потенциалов. На гидроэлектростанциях работу производит не высота воды над уровнем моря, а разность уровней вверху и внизу плотины. Так что вечный двигатель невозможен.

А жаль. Вот если бы и вправду существовало что-то подобное демону Максвелла... Помните, как вы первоклашками носились по коридору во время переменки? Энергии - хоть отбавляй! Нечто вроде хаотического теплового движения молекул. Директор, наверное, ворчал: "Вашей бы энергией динамо-машину крутить!" А что? Роль демона Максвелла мог бы исполнить вращающийся в дверях турникет наподобие тех, что ставятся в магазинах. Прозвенел звонок на перемену - и первоклашки, выбегая из класса, вращали бы турникет. А он соединен с динамо-машиной - вот и совершается полезная работа!.

Так вот Файко, задумавшись над странностями поведения замерзающих природных водоемов, нашел в них подобный запрещенный классической физикой "турникет". Таким односторонним тепловым клапаном в природе является обыкновенный плавучий лед! Количество тепла, получаемого при таянии льда на озере за короткую якутскую весну, и тепла, отдаваемого на протяжении долгой холодной зимы, в точности совпадают. Но дело в том, что замерзание воды происходит на нижней поверхности льда, а таяние - на верхней. Причем когда вода замерзает, это значит, что она отдает тепло. И этому теплу трудно улетучиться наружу через слой льда, поскольку теплопроводность его низкая. Тепло уходит из зимнего водоема очень медленно, и так же медленно идет намерзание ледяного покрова. Зато весной - совсем другое дело. Под солнечными лучами верхний слой льда быстро стаивает, и талая вода, усвоившая так называемую теплоту плавления, уносит ее в водоем. Таким путем воде очень быстро возвращается тепло, потерянное за долгую зиму. И обратный процесс идет в десятки и сотни раз быстрее.

Выходит, лед неодинаково передает тепло в двух направлениях: сверху вниз - гораздо быстрее, чем снизу вверх. Он тот самый "демон", который умело создает разность температур. И получается, что тепло как бы переходит от более холодного тела к более нагретому.

Но как же постулат Клаузиуса? Значит, он не так уж верен и вечный двигатель возможен? Ученый совет, которому Файко доложил о своем открытии, поначалу обвинил его в покушении на устои термодинамики. Но Лев Иванович авторитет Клаузиуса спас: запрещенная постулатом передача тепла происходит не сама собой, а с помощью силы земного тяготения и солнечной энергии. Это тяготение заставляет всплывать менее плотный, чем вода, лед. (Кстати, почему он менее плотный, когда все другие вещества при охлаждении сжимаются? Удовлетворительного объяснения до сих пор нет.) И тогда освобождается объем, куда может стекать талая вода. Но такое невозможно в пластах земли - и вот вам тысячеметровая вечная мерзлота!

А теперь обратимся к земной энергетике. Не находя в природе естественных процессов, которые создавали бы необходимые для энергетики перепады температур, давлений, высот, люди стали создавать их сами: сжигать леса, рыть землю в поисках ископаемого топлива, строить на реках громадные водохранилища и плотины, вторгаться в небезопасный мир атома...

- Да вот же вам даровой нелинейный природный процесс, который может быть вечным источником энергии! - говорит ученый из Якутии.

Замерзающие природные водоемы обеспечивают перепады температур, которые легко превратить в работу. А еще большие запасы тепла скрыты в фазовых превращениях воды. Файко подсчитал, что скрытая теплота, выделяющаяся при замерзании воды, равна энергии, которую можно получить при сбрасывании этого же количества воды с двухкилометровой плотины. Так стоит ли строить плотины, когда можно успешно и без особых затрат использовать огромные запасы тепла, которые зря теряются? Давно планируется строительство в Якутии крупнейшей Нижне-Ленской ГЭС мощностью в 22 миллиона киловатт. Но по расчетам Файко, только с поверхности ее водохранилища при замерзании можно получить энергию в 400 раз больше. Столько ее вырабатывается сейчас во всем мире! Впрочем, и водохранилища для этого не нужно: площадь естественных замерзающих водоемов может в 1000 раз перекрыть потребность человечества! И экология нашей планеты от этого только выиграет.

Осталось придумать, как эту энергию извлекать. Но современная техника к этому уже готова. Вспомним тепловой насос - компрессорный холодильник "наоборот". Жидкость, кипящая в испарителе при температуре около нуля, превращается в пар, под давлением поступает в компрессор, толкает поршни и совершает работу...

Так аномальные свойства воды открывают перед нами бесценный, экологически чистый и неисчерпаемый источник энергии. Очень странное, неправильное вещество, эта обыкновенная вода!

Автор: Н.Коноплева

 Рекомендуем интересные статьи раздела Детская научная лаборатория:

▪ Мускулы из воздуха

▪ Статический заряд на движущемся объекте

▪ А было ли землятресение?

Смотрите другие статьи раздела Детская научная лаборатория.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Питомцы как стимулятор разума 06.10.2025

Помимо эмоциональной поддержки, домашние питомцы могут оказывать заметное воздействие на когнитивные процессы, особенно у пожилых людей. Новое масштабное исследование показало, что общение с кошками и собаками не просто улучшает настроение - оно действительно способствует замедлению возрастного снижения умственных способностей. Работа проводилась в рамках проекта Survey of Health, Ageing and Retirement in Europe (SHARE), охватывающего период с 2004 по 2022 год. В исследовании приняли участие тысячи европейцев старше 50 лет. Анализ показал, что владельцы домашних животных демонстрируют более устойчивые когнитивные функции по сравнению с теми, кто не держит питомцев. Особенно выражен эффект оказался у владельцев кошек и собак. Согласно данным ученых, владельцы собак дольше сохраняют хорошую память, в то время как хозяева кошек медленнее теряют способность к быстрому речевому взаимодействию. Исследователи связывают это с тем, что ежедневное взаимодействие с животными требует внимани ...>>

Мини-ПК ExpertCenter PN54-S1 06.10.2025

Компания ASUSTeK Computer презентовала новый мини-компьютер ASUS ExpertCenter PN54-S1. Устройство ориентировано на пользователей, которым важно сочетание производительности, энергоэффективности и универсальности - от офисных задач до мультимедийных проектов. В основе ExpertCenter PN54-S1 лежит современная аппаратная платформа AMD Hawk Point, использующая архитектуру Zen 4. Это поколение чипов отличается улучшенным управлением энергопотреблением и повышенной вычислительной мощностью. Новинка доступна в конфигурациях с процессорами Ryzen 7260, Ryzen 5220 и Ryzen 5210, представленных AMD в начале 2025 года. Таким образом, устройство охватывает широкий диапазон задач - от базовых офисных до ресурсоемких вычислений. Корпус мини-ПК выполнен из прочного алюминия и имеет размеры 130&#215;130&#215;34 мм, что делает его практически незаметным на рабочем столе или за монитором. Несмотря на компактность, внутренняя компоновка позволяет установить два модуля оперативной памяти SO-DIMM ...>>

Глазные капли, возвращающие молодость зрению 05.10.2025

С возрастом человеческий глаз постепенно теряет способность четко видеть на близком расстоянии - развивается пресбиопия, или возрастная дальнозоркость. Этот естественный процесс связан с утратой эластичности хрусталика и ослаблением цилиарной мышцы, отвечающей за фокусировку. Миллионы людей по всему миру сталкиваются с необходимостью носить очки для чтения или прибегают к хирургическим методам коррекции. Однако исследователи из Центра передовых исследований пресбиопии в Буэнос-Айресе представили решение, которое может стать удобной и неинвазивной альтернативой - специальные глазные капли, способные улучшать зрение на длительный срок. Разработку возглавила Джованна Беноцци, директор Центра. По ее словам, цель исследования состояла в том, чтобы предоставить пациентам с пресбиопией эффективный и безопасный способ коррекции зрения без хирургического вмешательства. Новые капли, созданные на основе пилокарпина и диклофенака, показали убедительные результаты: уже через час после первого пр ...>>

Случайная новость из Архива Телескоп Colossus сможет обнаружить инопланетян 10.06.2013 Революционные возможности астрономических наблюдений впервые позволят обнаружить развитые инопланетные цивилизации. Для этого нужно построить новый 77-метровый телескоп, который сможет найти братьев по разуму в радиусе 60 световых лет от Земли. Амбициозное, и в чем-то сенсационное заявление было опубликовано в издании Astronomy magazine четырьмя астрономами: Джеффом Куном из Гавайского астрономического университета, Светланой Бердюгиной из Университета Фрайбург, Дэвидом Холлидеем из Dynamic Structures, Ltd. и Кейси Харлингтоном из обсерватории Searchlight. Самой главной тайной Вселенной для человечества до сих пор остается вопрос: одиноки ли мы во Вселенной? До сих пор мы полагались на поиск радиосигналов развитых цивилизаций, но пока он не принес успеха, да и не факт, что инопланетяне транслируют свои сигналы в космос. Хорошо бы изучить другие планеты, непосредственно наблюдая их в телескоп, но до сих пор о таких совершенных и мощных астрономических инструментах приходится только мечтать. Однако, четверка астрономов предлагает построить именно такой инструмент, тем более современным технологиям это уже по силам. Найти внеземную жизнь сможет телескоп с диаметром сегментного (16 зеркал диаметром по 8-м) зеркала 77 метров. Он будет исследовать ближайшие экзопланеты в инфракрасном диапазоне и сможет выявить следы деятельности развитой цивилизации, такой как наша. Техногенная деятельность крупной цивилизации производит избыток тепла, который создает избыточное инфракрасное излучение, то есть планета излучает больше тепла, чем получает от Солнца. Достаточно крупный телескоп мог бы обнаружить это избыточное тепло у планет, находящихся на относительно небольшом расстоянии от Солнца. Специалисты НАСА и ЕКА уже давно подготовили список инфракрасных сигнатур, которые позволяют определить условия на далекой планете, теперь дело за "малым" - построить огромный телескоп, способный найти разумных соседей. В настоящее время существует несколько проектов больших инфракрасных телескопов, например 24,5-м GMT, 30-м TMT, 39,3-м E-ELT, но все они недостаточно велики для уверенного поиска внеземных цивилизаций. Возможно, вместо строительства нескольких телескопов со сходными возможностями, было бы намного лучше построить один по-настоящему уникальный и сверхмощный инструмент. Телескоп, названный учеными Colossus, с главным сегментным зеркалом диаметром 77 метров, мог бы найти сотни землеподобных планет и так называемых суперземель в потенциально обитаемой зоне. Не исключено, что благодаря Colossus-у со сверхчувствительным коронографом удалось бы обнаружить десятки внеземных цивилизаций - по крайнем мере статистика не исключает такую вероятность. Если цивилизации окажутся "поблизости", например на расстоянии 20-30 световых лет, то мы даже сможем с ними общаться, обмениваясь сообщениями с помощью лазерных импульсов или радиосигналов. Масштаб этого открытия даже представить трудно - судьба человечества кардинально изменится.

Другие интересные новости:

▪ STM32G031Y8Y - контроллер на 64 МГц с габаритами SMD-компонента

▪ Цитрусовые волокна как экологичная альтернатива яйцам и маслу

▪ Высокочувствительный датчик изображения 20 Мп от Toshiba

▪ Игровой хромбук Lenovo IdeaPad Gaming Chromebook

▪ Микроволновые пушки для запуска ракет и космических кораблей

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Строителю, домашнему мастеру. Подборка статей

▪ статья Ферми Энрико. Биография ученого

▪ статья Какие волосы держатся дольше других? Подробный ответ

▪ статья Молниезащита

▪ статья Модем Макс-2400 (для ПК Синклер). Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Искусственное волокно. Химический опыт

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025