Техника - молодёжи 1955-03, страница 13

В J/и//с тем ледащ и tyanjte

Лауреат Сталинской премии инженер К. ГЛАДКОВ

Рис. А. ЛЕБЕДЕВА

8а последние годы, особенно в связи с быстрым прогрессом в ряде областей науки и техники — радиолокации, ядерной физике, генерировании высокочастотной электрической энергии больших мощностей и т. д., — особое развитие получила техника высоких и низких температур и давлений.

На последней странице обложки журнала сделана попытка показать зависимость некоторых наиболее известных читателям физико-химических явлений и процессов от давлений и температур. За исключением немногих, особых случаев, высоки* и сверхвысокие давления в природе, как правило, сопутствуются высокими и сверхвысокими температурами и наоборот.

. ппп^лп^)?^?.-™,.. ^и технике инженеры получают разряжения, доходящие до '/, ООО 000 000 000(10-") атмосферы. Современная электровакуумная, химическая и дрТ гие отрасли промышленности справедливо могут гордиться тем, что там в широких масштабах могут получать н в течение длительного срока поддерживать в больших объемах столь низкий вакуум, как 10-" атмосферы, или 10-' мм ртутного столба. Однако самый лучший вакуум, созданный человеком, все же далек от того, которые наблюдается в природе.

Физики установили, что в межзвездных просторах одна молекула газа приходится примерно на 15—16 см* пространства. В переводе на давления это соответствует примерно 2,5VЮатмосферы! При такой плотности материм среднее расстояние св. Одного пробега частиц до их столкновения с соседями составит путь, равный примерно 32 млрд. км. По сравнению с этим ионосфера, находящаяся на высоте примерно от 50 до 80 км над поверхностью земли, является только мягкой формой вакуума: давление газа в ней составляет лишь одну десятитысячную атмосферы.

Низкое давление оставалось принадлежностью лабораторий до момента изобретения диффузионного насоса, проложившего широкую дорогу высокому вакууму в промышленность и технику.

Особо высокие требования к вакууму предъявила современная химическая промышленность. Здесь вопрос жизни и смерти ряда новых отраслей химии буквально зависел от того, возможно или нет получать глубокий вакуум я больших объемах. Без него невозможно было бы обойтись при процессах перегонки, где применение высоких температур при обычных давлениях безнадежно разрешило бы получаемые продукты. Нет нужды говорить, что современная ядерная физика целиком зависит от огромного количества вакуумных приборов и самых разнообразных видов вакуумных насосов.

Переходим в область давлений выше атмосферного. Ртутные лампы высокого и сверхвысокого давления, спектр свечения которых размывается по мере повышения давления, работают прк давлении от десятков до сотен атмосфер.

Современные паровые турбины, пожалуй, представляют собой верхний предел давлений, которые возможно получать в больших объемах в промышленных условиях.

Еще больших успехов добился человек в области получения и использования низких и высоких температур. Сочетая технику глубокого охлаждения с давлениями, удалось лри температуре, равной — 272,2° С, и давлении 26 атмосфер превратить в твердое тело гелий — исключительно важный для целого ряда областей научных исследований и техники газ, В лабораториях ученых в настоящее время удается достигать температур, отстоящих от абсолютного нуля всего лишь на тысячные доли градуса! В широких промышленных масштабах получаются: жидкий водород (—252,8° С), кислород (—183,0° С), азот (—195,80 С), жидкий воздух (—192° С), углекислота (—78,51° С) и другие.

Область температур до 2000°С является хорошо освоенной человеком. В най лежат все основные промышленные применения высоких температуре Температуры выше 300<к с удается получать и использовать пока лишь в лабораторных условиях.

Эти температуры практически еще очень далеки от температур, наблюдаемых в при-роде. Поверхность Солнца имеет температуру около 6000° К, ее корона — температуру около 1000000° К. Температура внутренней части Солнца достигает десятков миллионов градусов, при давлении порядка ста миллиардов атмосфер. Некоторые звезды имеют ■иутри еще более высокие температуры, создающиеся за счет протекающих в них термоядерных реакций.

Термоядерный взрыв — самый мощный из имеющихся в распоряжении человека источник сверхвысоких температур и давлений. При этом взрыве, длящемся, правда, в течение миллионных долей секунды, развивается давление, близкое 10ООООООООООО атмосферам, и температура порядка десятков миллионов градусов.

Человеку, как мы видим, правда на ничтожно короткий промежуток времени, удается создавать на земле условия, которые в природе встречаются только в недрах самых горячих звезд.

В настоящей статье мы попытаемся совершить путешествие а многообразный мир природы, науки и техники, связанный с разными температурами и давлениями.

ТЕПЛО И ЖИЗНЬ

В настоящее время мы являемся свидетелями непрерывно убыстряющегося прогресса в области изучения физической природы тепла и высоких температур и их практического применения в области науки и техники.

Тепло обеспечило человека энергией, с помощью которой он смог ускорить свою эволюцию, освободило его от самых примитивных форм борьбы за существование. Огонь позволил человеку перейти к земледелию, обеспечил его новой пищей и помог овладеть ремеслами, выплавлять металлы и использовать топливо для превращения тепла

в механическую, а затем и в другие виды энергии. Добывание огня помогло развитию мышления человека, рождению научной мысли, культуры и искусства.

В громадном промежутке наблюдаемых в природе температур, от абсолютного нуля до температур внутри звезд, затерялась удивительно узенькая зона, в пределах которой может существовать биологическая жизнь, вершиной развития которой является человек, ныне научившийся использовать титанические силы природы, управлять физическими процессами, скрытыми в областях самых высоких и самых низких температур и давлений.

Известно, что без тепла прекращаются все жизненные процессы. Они прекращаются и в том случае, если имеется даже сравнительно небольшой избыток тепла.

Весьма немногие организмы могут сколь-либо длительно существовать при температурах ниже —50°С или выше +50°С.

Имеется, однако, несколько примечательных исключений. Например, на Аляске существует насекомое «веснянка», которая вполне нормально размножается при температуре, равной 0°С. Некоторые формы бактерий и плесени способны медленно расти при температурах уже на несколько градусов ниже нуля. Треска полярных вод остается активной при отрицательных температурах воды.

Есть разновидности бактерий, которые могут переносить неоднократное многомесячное охлаждение до температуры —150°С, а замечательная группа живых существ, включающая светящиеся бактерии, споры мха, семена злаков и высших растений, а также некоторые низшие животные, возобновляет свою нормальную жизнедеятельность после охлаждения их до температуры жидкого гелия — в нескольких градусах от абсолютного нуля.

Даже среди высших млекопитающих есть виды, способные выносить резкие понижения температуры. Например, молодые белые крысы оживали после их охлаждения до температуры—2,78°С, когда все видимые признаки жизни, включая биение сердца и кровообращение, прекращались. Фактически вти крысы подвергались общей анестезии холодом. Действие охлаждения как средства анестезии на живые организмы известно давно и применяется хирургами при операциях.

В сторону высоких температур, при которых химия жизни ускоряется, живые организмы, когда температура превышает указанный выше предел, оказываются уязвимы значительно больше.

Однако и здесь имеются свои причуды. Пожалуй, самым «горячим» из всех млекопитающих является одна порода холоднокровных рыб, живущая в горячих ключах острова Цейлона, температура которых равняется 50°С. Мышь альбинос имеет температуру тела 39°С, а некоторые певчие птицы даже 45°С.

Однако самые «горячие» организмы мы можем найти в мире простейших растений. Некоторые формы бактерий процветают при температуре 70°С и выше. В горячих источниках встречается синезе-леная водоросль, которая ведет «кипучее» существование при 85°С, а бактерии, гнездящиеся в глубоких нефтяных источниках, — даже при температуре 100°С и выше.

Конечно, оптимальная температура изменяется не только для каждого отдельного организма, но также и для различных его состояний. В человеческом организме подъем температуры, например, может помогать борьбе с инфекциями. Известно, что некоторые виды бактерий не способны выдержать температуру, которую выдерживают клетки человеческого тела, и гибнут.

Процесс роста и размеры живых существ также имеют свои оптимальные температуры. Многие арктические виды растений и животных вырастают до размеров, больших,

11