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:

▪ Какая форма Земли на самом деле?

▪ С компасом через магнитные поля

▪ Почему небо голубое?

Смотрите другие статьи раздела Детская научная лаборатория.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Власть является ключевым фактором счастья в отношениях 11.03.2026

Исследования семейных и романтических отношений показывают, что длительное счастье пары зависит не только от привычных факторов, таких как доверие, уважение и преданность, но и от более тонких психологических аспектов. Современные ученые ищут закономерности, которые отличают действительно счастливые пары от остальных, чтобы понять, какие механизмы поддерживают гармонию в отношениях. Группа исследователей из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге и Бамбергского университета провела опрос среди 181 пары, которые состояли в совместных отношениях более восьми лет и прожили вместе хотя бы месяц. Участники заполняли анкету, описывая различные аспекты своих отношений, включая распределение обязанностей, эмоциональную поддержку и степень вовлеченности в совместные решения. Анализ данных показал интересный паттерн: пары, где оба партнера ощущали высокий уровень личной власти, оказывались наиболее счастливыми и удовлетворенными. В данном контексте под властью понимается способност ...>>

Защищенная колонка-повербанк Anker Soundcore Boom Go 3i 11.03.2026

Компания Anker представила новую модель линейки Soundcore - колонку Soundcore Boom Go 3i, ориентированную на активное использование на улице. Новинка отличается высокой степенью защиты: корпус соответствует стандарту IP68, что обеспечивает водо- и пыленепроницаемость, а ударопрочный дизайн выдерживает падение с высоты до одного метра. За качество звука отвечает 15-ваттный драйвер, обеспечивающий пик громкости до 92 дБ, а технология BassUp 2.0 усиливает низкие частоты, делая звучание более насыщенным. Колонка обладает автономностью до 24 часов, а LED-индикатор позволяет контролировать уровень заряда батареи. Кроме того, Soundcore Boom Go 3i может выполнять функцию павербанка: согласно внутренним тестам, устройство способно зарядить iPhone 17 с нуля до 40% за один час, что делает его полезным аксессуаром в походах и поездках. Среди функциональных особенностей модели стоит выделить технологию Auracast, которая улучшает подключение и позволяет создавать стереопару из двух колонок ...>>

Раннее воздержание от алкоголя перестраивает мозг и иммунитет 10.03.2026

Алкогольная зависимость - хроническое расстройство с компульсивным употреблением спиртного, которое влияет не только на поведение, но и на функционирование мозга и иммунной системы. Недавние исследования показали, что даже на ранних этапах воздержания организм начинает перестраиваться, открывая новые возможности для терапии зависимости. Ученые сосредоточились на пациентах, находящихся в первые недели абстиненции, и зафиксировали значительные изменения в мозговой активности. С помощью функциональной магнитно-резонансной томографии они выявили перестройку сетей нейронных связей, отвечающих за контроль импульсов и принятие решений. Эти изменения могут быть ключевыми для восстановления самоконтроля и снижения риска рецидива. Одновременно с нейронной перестройкой исследователи наблюдали колебания иммунной системы. В крови повышался уровень цитокинов - сигнальных белков, регулирующих воспалительные процессы. Эти данные свидетельствуют о существовании нейроиммунного взаимодействия, при ...>>

Случайная новость из Архива Стократное повышение проводимости фероэлектрических полупроводников 31.05.2025 Современная электроника постоянно требует новых материалов с улучшенными свойствами, способных обеспечить высокую производительность и энергоэффективность. Одной из перспективных областей являются ферроэлектрические полупроводники, но долгое время ученым не удавалось понять, как именно они сохраняют устойчивость своей структуры при изменении электрической поляризации. Недавнее исследование ученых из Мичиганского университета проливает свет на этот загадочный процесс и открывает путь к радикальному повышению проводимости таких материалов. До недавнего времени существовало множество вопросов о том, как вюрцитные сегнетоэлектрические нитриды могут сохранять противоположные электрические поляризации без разрушения своей кристаллической структуры. Как отметил соавтор работы Ми Цзетянь, ключевые механизмы, отвечающие за переключение поляризации и компенсацию заряда, оставались во многом непонятными. Это затрудняло развитие технологий на основе этих материалов. Используя современные методы электронной микроскопии и квантовые вычисления, команда исследователей смогла выявить, что на границе столкновения противоположных поляризаций происходит кратковременное нарушение структуры кристалла. В этом месте возникают оборванные атомные связи, которые, вопреки ожиданиям, не разрушают, а, наоборот, укрепляют материал и создают баланс зарядов, необходимый для стабильности. Особенность этого механизма в том, что возникшие разрывы атомных связей формируют особую "электрическую автомагистраль", по которой движение носителей заряда происходит с концентрацией, превышающей в 100 раз показатели традиционных транзисторов на основе нитрида галлия. Это кардинально меняет представления о проводимости в ферроэлектрических полупроводниках. Один из исследователей, Эммануил Киупакис, объяснил, что найденный процесс - это не случайность, а закономерный результат геометрии тетраэдров, из которых состоит материал. По его словам, данное явление носит универсальный характер и может быть применено ко всем тетраэдрическим сегнетоэлектрикам, что значительно расширяет возможности практического использования. Еще одной важной особенностью является управляемость этой "электрической дороги" - она может быть включена или выключена, перемещена внутри кристалла, а также иметь изменяемую проводимость, регулируемую внешним электрическим полем. Это открывает широкие возможности для точного контроля параметров электронных устройств. Вюрцитные сегнетоэлектрические нитриды благодаря таким свойствам обещают стать ключевыми материалами для развития энергоэффективных компьютеров, современных запоминающих устройств, радиочастотной и акустоэлектроники, а также для микроэлектромеханических систем, квантовой фотоники и высокоточных датчиков. Особый интерес вызывает их применение в полевых транзисторах, которые могут стать основой электроники нового поколения с улучшенной производительностью и частотными характеристиками. Открытие уникального механизма повышения проводимости и стабилизации ферроэлектрических полупроводников способно революционизировать целый ряд технологических направлений. Это не только фундаментальное достижение в понимании физических процессов, но и мощный импульс для создания более эффективных, надежных и универсальных электронных устройств будущего.

Другие интересные новости:

▪ Свет из асфальта

▪ Твердотельные накопители Vertex 450

▪ Цифровой дом глазами народа

▪ Новый способ секвенирования белков

▪ Кроссовки с GPS

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Цифровая техника. Подборка статей

▪ статья Логика. Шпаргалка

▪ статья Какие птицы могут песней управлять развитием птенцов в яйцах? Подробный ответ

▪ статья Переломы и вывихи. Медицинская помощь

▪ статья Коаксиальная головка в громкоговорителе центрального канала. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Апельсин превращается в яблоко. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026