Техника - молодёжи 1964-04, страница 47
Тепловой вентиль Почти все реальные процессы необратимы. поэтому трудно найти такую область науки или техники, в которой не сказывалось бы действие второго начала термодинамики. Не удивительно, что существует около десятка различных формулировок этого важного закона. Например, одиа из них гласит: ТЕПЛО НЕ МОЖЕТ САМОПРОИЗВОЛЬНО ПЕРЕХОДИТЬ ОТ НАГРЕТОГО ТЕЛА К ХОЛОДНОМУ. В 1900 году в этом положении усомнился немецкий физик, нобелевский лауреат Вин. В подтверждение своих сомнений ои предложил устройство, которое, по его миеиию, противоречит приводимой формулировке. Два тела с одинаковой температурой пребывают в состоянии теплового равновесия: каждое из инх излучает ровно столько тепла, сколько поглощает. А что, если между ними поставить устройство, которое бы пропускало тепловые лучи только в одном направлении? С помощью такого устройства можно сместить тепловое равновесие и заставить одно тело самопроизвольно нагреваться за счет охлаждения другого Для этого Вии предложил применить световой вентиль. Дело в том, что в лучах, испускаемых нагретым телом, электрические колебания совершаются в разных плоскостях. Если такие лучи пропустить через оптический прибор — ииколь, они расщепятся на два поляризованных луча, в которых колебания происходят во взаимно перпендикулярных плоскостях. Один и этих лучей проходит сквозь николь, другой отражается. Если же в николь попадают уже поляризованные лучи, то все они отражаются, кроме одного, плоскость поляризации которого совпадает с главной плоскостью ииколя. На этом и основано действие светового вентиля. Луч, испускаемый телом 1, расщепляется в николе I на два луча. Один из них отражается от зеркала 3, и через николь I возвращается к телу. Другой проходит сквозь ииколь и в магнитном поле ячейки Фарадея испытывает поворот плоскости поляризации на 45°. Второй ииколь поставлен под углом 45е к первому, поэтому луч проходит сквозь иего и передает энергию телу 2. Луч же, испускаемый телом 2, расщепляется иа два в николе 2. Один из них отражается от зеркала Зг и через инколь 2 возвращается обратно к телу 2. Второй проходит сквозь инколь 2, поворачивается магнитным полем иа 45°. отражается в ннколе 1 иа зеркало З3 н от него сквозь магнитное поле и николь 2 возвращается обратно к телу 2. В результате все тепло, излучаемое телом 2, возвращается обратно, да, кроме того, ему передается половина энергии тела 1. Таким образом, тело 2 будет самопроизвольно нагреваться в противоречии со вторым началом термодинамики Однако английский физик Рэлей обнаружил ошибку в рассуждениях Вииа. Дело в том, что луч, идя от зеркала За ко второму телу, испытывает еще одни поворот в магнитном поле. Поэтому ои не проходит сквозь николь 2, а, отразившись от иего на зеркало Зл. возвращается к телу I в полном соответствии со вторым началом. Тела взаимно обмениваются энергией, и температуры их остаются равными. Двигатель „утенок" Несколько лет назад в продаже появилась любопытная игрушка — «утенок». Стеклянная, наглухо запаянная фигурная ампула наполнена эфиром и укреплена иа металлической осн. В равновесии ствол «утенка» отклонен на несколько градусов от вертикали. Головка и клюв покрыты слоем ваты. Если увлажнить головку, опустив клюв в стаканчик с водой, «утенок» сам сколь угодно долго будет качаться и «пить» воду из стаканчика. Но позвольте, разве такое поведение «утенка» не противоречит другой формулировке второго начала: ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ РАБОТЫ НЕОБХОДИМА РАЗНОСТЬ ТЕМПЕРАТУР МЕЖДУ 1СТОЧ-НИКОМ ТЕПЛА И ХОЛОДИЛЬНИКОМ Оказывается, нет. При испарении воды с мокрой головы «утенка» ее температура немного понижается. При этом давление в головной части становится меньше, чем в нижней, жидкость поднимается вверх, и головка опускается. Однако при наклоне конец ствола выходит нз жидкости и давление во всей ампуле выравнивается. Жидкость от головки стекает вниз, и «утенок» поднимается. Так будет продолжаться до тех пор, пока головка будет мокрой. В двигателе «утенок» источник тепла — окружающая среда, а охлаждение и необходимая разность температур вызывается испарением воды. Если «утенка» н стаканчик воды накрыть стеклянным колпаком, то через некоторое время, когда под ним образуются насыщенные пары и ие будет создаваться разность температур, колебания прекратятся. По этой же причине при низкой температуре или после дождя «утенок» замедляет свое движение или вообще останавливается. Изотермический двигатель Д вот еще одна формулировка: ОДНИМ ЛИШЬ ОТНЯТИЕМ ТЕПЛА У СРЕДЫ НЕЛЬЗЯ ПРОИЗВЕСТИ РАБОТУ. Но посмотрите иа двигатель на обложке. Сжатый воздух из подземного хранилища расширяется в сопле и вращает турбниу. Если сопло теплоизолировано, то расширяющийся воздух охлаждается. Мы же, наоборот, снабжаем внешнюю поверхность сопла ребрами, увеличивающими его поверхность. В этом случае тепло окружающей среды компенсирует охлаждение и расширение в сопле идет при постоянной температуре — изотермически. Расчет показывает, что в этом случае теплота окружающей среды нацело превращается в механическую работу. Разве это не противоречит второму началу? Нисколько. Дело в том, что в природе, увы. нет источников сжатого воздуха и нам приходится строить для этого компрессоры. А компрессоры надо приводить в движение двигателем. Вот здесь-то и выясняется, что, сжимая воздух изотермически, мы отдаем в окружающую среду как раз ту теплоту, которая прн расширении снова превращается в работу. ^Тепловой таятиик" «НЕВОЗМОЖНО СОВЕРШЕНИЕ РАБОТЫ ЗА СЧЕТ ТЕПЛОТЫ ТОЛЬКО ОТ ОДНОГО ИСТОЧНИКА». А вот опыт, который, казалось бы, противоречит этой формулировке. На дио высокого стакана с водой наливается слой анилина. Стакан ставят иа горячую подставку. И вдруг капля анилина отрывается от дна и поднимается наверх. Потом снова опускается вниз, снова всплывает, снова опускается и т. д. Таким образом, совершается движение за счет только одного источника — нагретой подставки. Но иет. Опыт лишь подтверждает второе начало. При нагревании анилин становится легче воды и всплывает. Соприкасаясь с воздухом, ои охлаждается и тонет. Процесс повторяется снова. Таким образом, это своего рода тепловой двигатель, в котором нагретая подставка — источник тепла, а атмосферный воздух — холодильник. I Что сфотографировано ? Как видитв, ответ на фотозагадку прост. Ю. Сосик сфотографировал отражение ограды в волнующейся воде бассейна. Н. Байбаков — Три потока химии А. Гуднов, заслуж. деят. наук, и Б. Зубков, инж. — «Биомаши-ностроеиие»... Что это такое? . И. Данилин — Нетканые ткани . Б. Балин — Автомобиль совершенствуется ...... Резервуары-исполины для большой химии........ М. Чухваев, инж. — Риск . . . Т. Аузрбах, канд. филолог, наук — Курьезы топонимики . . . . П. Теснер, докт. хим. наук — Пламенем рожденные..... Е. Концевая — Смерть отступает А. Ефимьее — Схватка с газовым вулканом ........ Будущее химии величественно... Г. Понровский, проф. — Осторожно! Горный сель!..... Науку — в быт!....... Будем ли мы кататься по стеклянному снегу? ...... Однажды......... Н. Григорович, А. Стерлигов — Пиратство в искусстве . . . . СОДЕРЖАНИЕ 1 Агрохимическая лаборатория — глаза земледельца ... 26 Вокруг земного шара.....28 3 А. Днепров — Случайный вы- 5 стрел (рассказ) ... 30 Стихотворение номера 33 6 В мире кннг........33 Писатели о своей работе 34 8 В. Щербанов, инж. — Лазер — 10 енловая оптика......34 С. Гущев — Твои помощники, 12 химия!...........37 Клуб «Техники — молодежи» 38 12 14 ОБЛОЖКИ художников: 1-я стр. — 16 А. Победннского; 2-я стр. — 18 портрет акад. В. Коргина, фото Л. Шерстобитого; 3-я стр. — 20 В. Плужников а; 4-я стр. — 22 Р. А в о т и н а. ВКЛАДКИ художников: 1-я стр. — 23 В. И в а и о в а: 2-я стр. — С. И а у- 23 м о в а; 3-я стр. — А. Шумилина; 4-я стр. — Ю. Макаренко. Макет 24 Н. Перовой. Главный редактор В. Д. ЗАХАРЧЕНКО Редколлегия: И. И. АДАВАШЕВ (ответственный секретарь), М. Г. АНАНЬЕВ К. А. ВОРИН, В. В. ГОЛУБОВСКИИ, К. А. ГЛАДКОВ. В. В. ГЛУХОВ, П. И. ЗАХАР ЧЕНКО. О. С. ЛУПАНДИН, И. Л. МИТРАКОВ, А. П. МИЦКЕВИЧ (научный редактор) Г. М. НЕКЛЮДОВ, В. И. ОРЛОВ, В. Д. ПЕКЕЛИС (заместитель главного редактора) А. Н. ПОВЕДИНСКИЙ. Г. И. ПОКРОВСКИЙ. Г. С. ТИТОВ, И. Г. ШАРОВ Н. М. ЭМАНУЭЛЬ. Адрес редакции: Москва, А-30, Сущевская, 21. Тел. Д1-15-00, доб. 4-66 Д 1-86-41; Д 1-06-01. Рукописи ие возвращаются. Художественный редактор Н. Вечканов Технический редактор М. Шленсная Издательство ЦК ВЛКСМ «Молодая гвардия» Т04655. Подп. к печ. 8/IV 1964 г. Бумага 61 убО'/и. Печ. л. 5,5(5,5). Уч.-изд. л. 0,3. Тираж 1 200 000 экз. Зак. 279. Цеиа 20 коп. С набора типографии «Красное знамя» отпечатано в Первой Образцовой типографии имени А. А. Жданова Главполиграфпрома Государственного Комитета Совета Министров СССР по печати, Москва, Ж-54. Валовая, 28. Заказ 1318. Обложка отпечатана в типографии «Красное знамя», Москва. А-30, Сущевская, 21. |
