Текст книги "Жизнь и мечта"

Автор книги: Павел Ощепков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 17 (всего у книги 21 страниц)

249

Только– в этом случае можно получить коэффициент полезного действия, приближающийся к своему максимальному значению. Но и тогда он не может достигнуть единицы, т. е. 100%. Это соотношение считается раз и навсегда установленным, и нарушать его никому не позволено.

А как же с природой? Природа ведь не знает выведенных нами соотношений, она действует в согласии не с ними, а со своими собственными закономерностями.

Принцип взаимного преобразования в ней приводит к тому, что любое количество данного вида энергии может переходить в энергию другого вида только в том же строго определенном количестве, только в строго равном соотношении – не больше и не меньше.

Как же связать эти два взаимно исключающие положения? И однозначно ли приведенное выше соотношение определяет коэффициент полезного действия даже для одного и того же процесса преобразования тепловой энергии? Оказывается, нет. Это соотношение приводит к совершенно разным численным значениям, если одно и то же преобразование происходит при разных уровнях абсолютных температур.

Например, если перепад температур составляет 100°, то при значениях T₁ = 1000° К и T₂ = 900° К мы получаем η = 10%. При таком же перепаде температур, но при значениях абсолютных температур T₁ = 200° К и T₂ = 100° Кη получается уже равным не 10%, а 50%.

Как же это понять? Почему одно и то же количество тепловой энергии в одном случае может дать энергии другого вида только 10%, а в другом случае – 50%?

В чем здесь дело? Ведь всем хорошо известно, что количество тепловой энергии определяется тремя факторами: массой нагреваемого или охлаждаемого тела, его теплоемкостью и разностью температур. Абсолютное значение температуры в определение количества калорий, как известно, не входит. Калории есть калории, независимо от того, при какой температуре они измерены.

Очевидно, может быть одно из двух: либо тепловая энергия, взятая при различных значениях абсолютных температур, действительно может в одном случае с большей вероятностью (при низких температурах), а в другом с меньшей вероятностью (при более высоких температурах) переходить в другие виды энергии; либо это соотношение недостаточно точно выражает закон обращения тепла в другие виды энергии.

250

А существуют ли процессы, в которых тепловая энергия сразу же и стопроцентно переходила бы в другие виды энергии, например в механическое движение? Да, существуют.

Конечно, тепловая машина – это тоже устройство для преобразования тепловой энергии в механическое движение, но, как мы только что видели, коэффициент преобразования в ней принципиально не может достигать единицы (100%), он всегда много меньше единицы.

Однако если какому-либо телу (газу, жидкости, твердому телу) мы сообщили бы даже самую малую толику тепловой энергии, полученной любым способом, то в этом случае вся тепловая энергия ушла бы на повышение температуры этого тела. Это означает, в свою очередь, что она вся пошла на повышение механических скоростей движения молекул этого тела. Тепловая энергия в этом случае целиком и непосредственно преобразовалась в механическое движение.

Существует и обратный этому процесс – процесс преобразования механического упорядоченного движения в тепло – в движение– беспорядочное. Пример добывания огня трением – древнейшее и весьма наглядное тому доказательство. При трении вся механическая энергия переходит также целиком и непосредственно в тепло.

Таким образом, в одном случае тепловая энергия переходит целиком и полностью в механическое движение, а в другом случае, как, например, в паровых машинах, только частично.

Почему же существует такая большая и принципиальная разница в значениях коэффициента возможного преобразования тепловой энергии? Да потому, что указанное термодинамическое соотношение устанавливали исходя из конкретного представления о способах преобразования тепловой энергии в механическое движение, в работу: в обычном цикле любой паровой машины рабочее тело (пар, газ, вода и т. п.), получив определенное количество калорий от источника нагрева, нагреваясь до температуры Т, в последующем не полностью отдает свою энергию в рабочем цикле, а уходит из объема машины с температурой Т% унося с собой соответствующее этой температуре количество калорий.

251

В этом случае действительно нельзя получить стопроцентного преобразования тепловой энергии в механическое движение (хотя сама тепловая энергия есть тоже механическое движение, только отнесенное к молекулам вещества или к его кристаллической решетке, если речь идет о твердом теле). Но если отвлечься от конкретных, доступных нам способов преобразования тепловой энергии (через посредство тепловых машин, турбин и т. п.), а рассматривать их, так сказать, в природном аспекте, то мы должны будем признать, что для них нет никаких ограничений. В природе они существуют, и наш долг понять их.

В природе существуют переходы тепла не только от тел более нагретых к телам менее нагретым, но и от тел менее нагретых к телам более нагретым, хотя это и кажется маловероятным. На примерах таких переходов мы уже останавливались.

Значение коэффициента полезного действия (точнее – коэффициента преобразования) меньше единицы указывает лишь на несовершенство наших способов преобразования. В природе же он всегда равен единице. Да, собственно говоря, и в паровых машинах, турбинах и т. л. мы получим коэффициент преобразования также равным единице, если количество полученного механического движения отнесем не к полной затраченной энергии., а только к той ее части, которая действительно пошла на преобразование, т. е. за вычетом потерь и отходов. Это основной закон преобразования. Нет и не может быть других соотношений, так как в природе неизменно действует закон сохранения энергии, в природе нет и не может быть энергии более ценной и менее ценной – энергия всегда есть энергия. Только степень сосредоточения и рассредоточения определяет плотность ее на единицу объема. В атомном ядре, например, она сосредоточена с наибольшей плотностью.

Наглядную картину попеременного сосредоточения и рассредоточения энергии при одновременном взаимном переходе энергии одного вида (в данном случае электрической) в энергию другого вида (в магнитную) и обратно мы можем наблюдать и в колебательном контуре.

В тот момент, когда конденсатор этого контура заряжен, вся его энергия сосредоточена в электрическом поле между обкладками. А в тот момент, когда через катушку индуктивности течет электрический ток, энергия колебательного контура рассредоточена в магнитном поле этой катушки.

252

В случае открытого колебательного контура, каким является любая радиоантенна, энергия магнитного поля рассредоточена на громадном пространстве. Сосредоточение и рассредоточение в колебательном контуре проявляются весьма наглядно.

А разве плохо было бы создать, образно говоря, колебательный контур, в котором поочередное взаимообращение происходило бы не между электрической и магнитной формами энергии, а между электрической и. тепловой ее формами? Мыслимо ли такое?

Я думаю, более того, я твердо убежден, что это мыслимо. Электрическая форма энергии уже сейчас легко и просто превращается в тепловую форму энергии на любом омическом сопротивлении. А вот осуществить обратный процесс пока не удалось. Но можно ли утверждать, что его никогда не удастся открыть? Многие факты говорят за то, что подобный процесс можно осуществить.

Какое значение для человечества будет иметь это открытие, мы не можем сейчас в полной мере даже оценить.

Самой пылкой фантазии не хватило бы для такой оценки, ибо любое новое взаимопревращение видов энергии неминуемо приведет к целой серии других, не менее важных открытий. На некоторых из них мы остановимся в конце этой главы. Сейчас же пока скажем, что такая задача сама по себе представляет большой научный и практический интерес.

Мне могут на это возразить:

– Позвольте, процессы обратного превращения тепловой энергии в электрическую уже открыты, над ними сейчас работают, некоторыми процессами этого рода мы даже пользуемся в технике.

При этом назовут такие процессы, как термоэлектрический способ получения электроэнергии (термопары металлические и термопары полупроводниковые); магнитно-гидродинамический способ преобразования тепловой энергии раскаленных до высокой температуры газов; термоионный и термоэлектронный способы преобразования тепловой энергии в электрическую и т. д.

Действительно, над всеми этими способами сейчас работают, а термопарами мы широко пользуемся в измерительной технике. Но все эти способы, по существу, не являются ответом на поставленный вопрос, они не дают и не могут дать прямого, стопроцентного преобразования тепловой энергии в электрическую.

253

Во-первых, все они требуют для своего осуществления высоких температур; во-вторых, они ограничены приведенным соотношением, устанавливающим коэффициент преобразования много ниже единицы. При этих условиях колебательного контура тепло – электричество, электричество – тепло получить нельзя.

Самым идеальным в этом случае было бы отыскать такие процессы, которые позволили бы осуществить прямое и непосредственное преобразование тепловой энергии окружающего пространства в энергию электрическую. В этом я вижу величайшую проблему современности.

ТАК ЛИ УЖ ДЕРЗКА ЭТА МЕЧТА-ПРОБЛЕМА!

Можно ли отыскать такие примеры? Да, можно. Уже сейчас известно, например, явление люминесценции на границе дырочной и электронной проводимости в полупроводниках с поглощением энергии окружающей среды. Известно явление прямого преобразования тепловой энергии, окружающей среды в энергию движущихся электронов на спае двух разнородных металлов (явление Пельтье и Зеебека). Известно поглощение или выделение тепловой энергии в работающих аккумуляторах и гальванических элементах, на чем я хочу остановиться особо.

От гальванических элементов мы получаем, как известно, электрическую энергию. Но откуда эту энергию черпает сам гальванический элемент?

Всякий на этот вопрос ответит: из химической реакции, которая протекает внутри гальванического элемента во время разряда. Верно ли это? Во всех ли случаях происходит именно так? Оказывается, нет.

Химические реакции, как известно, бывают экзотермические и эндотермические, т. е. с поглощением или с выделением тепла. Если гальванический элемент во время разряда нагревается, то это означает, что энергии его химической реакции достаточно не только для производства электрической работы, но и для выделения тепла во внешнюю среду. Если же гальванический элемент во время разряда охлаждается, то это значит, что энергии его химической реакции недостаточно для производства электрической работы и недостающую часть энергии он поглощает из окружающей среды.

254

В подтверждение этого можно сослаться на конкретные системы гальванических элементов. В элементе Даниэля, например, основанном на реакции «цинк + сернокислая медь + медь + сернокислый цинк», общее количество освободившейся энергии составляет 55 189 калорий на моль^[10]. Однако точными измерениями установлено, что в электрическую энергию в нем превращается не вся эта энергия, а только часть ее, а именно – 50435 калорий на грамм-эквивалент превращения.

Спрашивается, куда же девалась остальная часть выделившейся энергии в количестве 4754 кал? Она израсходована на повышение температуры гальванического элемента, т. е. в конечном счете выделилась в окружающее пространство. Опыт вполне подтверждает это. Элемент во время разряда действительно нагревается.

Но есть гальванические элементы и с эндотермической химической реакцией. Например, в гальваническом элементе, в котором химическая реакция идет по схеме «арсенид меди + свинец-)-арсенид свинца + медь», выделяется 16520 калорий на моль, а в электрическую энергию превращается 21 960 калорий на грамм-эквивалент превращения. Откуда берет этот гальванический элемент недостающую часть энергии в количестве 5440 кал? Оказывается, он забирает ее от окружающей среды. И действительно, если приток тепла извне затруднить, то этот элемент во время разряда будет охлаждаться.

Практический опыт наглядно это подтверждает.

Но если все это так и гальванические элементы с эндотермической реакцией действительно способны хотя бы частично забирать от окружающей среды тепло для выработки электрической энергии, то, может быть, можно найти такие системы их, в которых эта доля тепловой энергии, идущей на выработку электрической энергии, значительно больше? Элемент системы Бугарского это вполне подтверждает. В этом элементе химическая реакция идет по схеме «хлористая ртуть + едкий калий + окись ртути + хлористый калий + вода». Общее количество энергии, связанное с этой реакцией, составляет 3280 калорий на моль. Однако значение ее отрицательно, так как реакция полностью эндотермическая.

255

Теоретически было установлено, что приращение э. д. с. для такого элемента составляет +0,000807 вольта на градус. А опытным путем для того же элемента было найдено значение 0,000837 вольта на градус. Таким образом, теоретические и опытные данные почти совпадают.

Элемент Бугарского замечателен тем, что он поглощает из окружающей среды теплоту не только для производства электрической работы, но и для самой химической реакции в нем.

Единственная ли это химическая реакция, дающая возможность непосредственно преобразовывать теплоту окружающей среды в электрическую энергию?

По-видимому, нет.

Данная реакция не вызвала большого интереса у специалистов по гальваническим элементам, возможно, по двум причинам: во-первых, участвующие в этой реакции химические вещества вредны для здоровья; во-вторых, развиваемое таким элементом напряжение очень низко – всего лишь 0,1636 В, по сравнению с другими известными гальваническими элементами он не конкурентоспособен. Однако сейчас нас должна интересовать не эта сторона, а принципиальное значение данной химической реакции как средства преобразования тепловой энергии окружающего пространства в электрическую работу.

Можно полагать, что дальнейшие поиски в этом направлении смогут привести к открытию реакций, практически более удобных в обращении. Можно найти, вероятно, и такие реакции, которые пойдут с одним электролитом, при однородных электродах, но с различной их температурой. Предварительно проведенные опыты эту мысль также подтверждают.

Предстоит, конечно, еще длинный путь поисков практически пригодных способов прямого преобразования тепловой энергии в электрическую, но приведенные факты с явлением Гиббса – Гельмгольца в гальванических элементах и в аккумуляторах составляют веху на этом пути. Для некоторых аккумуляторов доля электрической энергии, полученной за счет поглощения тепла от окружающей среды при разряде, составляет около 6%.

Запасы же энергии в окружающей среде, как мы знаем, бесконечны. Энергия эта и безвредна и неистощима.

256

Вся природа, окружающая нас на Земле, находится, как известно, при температуре около 300° К. Понятие «холод» условно, природа его не знает. Все температуры могут отсчитываться только от абсолютного нуля.

Следовательно, с полным основанием можно сказать, что мы живем в тепловом энергетическом океане.

Только в одной земной атмосфере на каждый градус ее температуры в слое воздуха толщиной всего лишь в 1 км содержится приблизительно миллиард миллиардов кВт-ч энергии. Это ли не энергетический океан? А недра Земли, а водные пространства? В них заключено энергии еще больше. Вся энергия, которую мы ежедневно расходуем, сжигая уголь, нефть, торф или перерабатывая гидроэнергоресурсы, в конечном счете также идет на пополнение этого безбрежного энергетического океана.

Энергию, как известно, невозможно создать, но ее нельзя и уничтожить. Сжигая уголь, мы не уничтожаем бесследно заложенную в нем энергию, а только рассеиваем ее в окружающем пространстве. Найти способ нового сосредоточения рассеянной энергии – благороднейшая и величайшая задача нашего времени..

Свидетельством космических процессов концентрации энергии помимо создания самих миров являются гигантские протуберанцы на Солнце и многочисленные землетрясения на Земле.

Подсчитано, например, что энергия только одного землетрясения, происшедшего на Памире в 1911 г., равна выработке электроэнергии электростанцией мощностью 2 млн. кВт в течение 100 лет. А бывают и еще более крупные землетрясения. Наблюдаемое на Солнце возникновение сверхвысоких температур также служит доказательством концентрации энергии.

Современные физики, изучающие процессы термоядерных реакций, обнаружили пока еще загадочное явление накопления энергии ускоренными частицами.

Установлено, что при взаимодействии частиц с магнитным полем среди них появляются такие, энергия которых в несколько раз превышает максимальное напряжение в установке. Были обнаружены, например, частицы с энергией в полмиллиона электрон-вольт, тогда как максимальное напряжение в установке не превышало десятка киловольт. Надо полагать, что это явление будет подробно изучено и оно прольет свет на образование частиц со сверхвысокими скоростями в космическом пространстве.

257

Ливни Оже, например, до сих пор еще остаются загадкой.

Мы до сих пор еще не знаем, каким образом в мировом пространстве появляются частицы с такими невероятно большими скоростями. Но факт есть факт, и мы не можем не считаться с тем, что в природе непрерывно что-то разрушается и непрерывно что-то создается. Процесс же созидания есть процесс концентрации, процесс накопления массы и энергии.

Постановка задачи о возможности целенаправленного овладения процессами концентрации энергии на нашей Земле многими воспринимается пока как задача алхимиков о целенаправленном превращении одного вещества в другое. Но кто будет отрицать, что современная наука эту задачу блестяще разрешила! Ядерные реакции и радиоактивные процессы теперь позволяют не только принципиально, но и практически превратить одно вещество в другое, в том числе и свинец в золото. А это значит, что задача, которую в свое время ставили перед собой алхимики, в основе своей была правильной, неправильными же были пути и средства ее решения.

Оставим в стороне тех, кто пытался заработать себе капитал на невежестве других – такие тоже были среди алхимиков, – возьмем в расчет лишь тех, кто был действительным тружеником в области бесчисленных экспериментов по отысканию философского камня. Разве труд их пропал даром? Нет, конечно, нет! Он составил основу для многих других наук, дал возможность накопить результаты огромного количества химических опытов, на которых потом выросло стройное учение – органическая и неорганическая химия. Не будь этих тружеников-алхимиков, пусть даже ослепленных своей идеей, в нашем распоряжении не было бы многих разделов современной науки. Только тот, кто сам не был одержим научным поиском, может отрицать роль гипотезы в науке.

А разве борьба за атомизм в химии не происходила на фоне борьбы за гипотезы? Смелая гипотеза итальянского физика и химика А. Авогадро о том, что в равных объемах газов при одинаковых условиях содержится равное количество молекул, выдвинутая в 1811 г., первоначально не встретила поддержки. Не встретила поддержки и гипотеза французского химика Г.-Ш.-Ф. Жерара об определении истинных атомных весов на основе предположений Авогадро.

258

Вспоминая о Международном конгрессе химиков, состоявшемся в Карлсруэ в 1860 г., Д. И. Менделеев не раз отмечал, как велики были на этом конгрессе разногласия по поводу определения истинных значений атомных весов и с какой ревностью корифеи науки давали условное согласие на них. В конце концов, практика заставила даже самых ярых консерваторов пойти по пути последователей гипотезы Авогадро – Жерара. Их гипотеза одержала верх.

Размышляя о роли гипотез в науке, Д. И. Менделеев писал:

«Таково свойство гипотез. Они науке и особенно ее изучению необходимы. Они дают стройность и простоту, каких без их допущения достичь трудно. Вся история наук это показывает. А потому можно смело сказать: лучше держаться такой гипотезы, которая может оказаться со временем неверною, чем никакой. Гипотезы облегчают и делают правильной научную работу – отыскание истины, как плуг земледельца облегчает выращивание полезных растений».

ЭЛЕКТРОН ТАК ЖЕ НЕИСЧЕРПАЕМ, КАК И АТОМ

Как же нам поступить? Где искать наиболее правильное решение задачи об обращении тепловой энергии в электричество?

Если бы можно было одновременно с постановкой задачи дать и окончательное ее решение, то, очевидно, это была бы уже не задача, а пройденный путь. Нам же предстоит еще только развернуть свое движение по пути к решению этой проблемы. Значит, надо прежде всего выбрать, а точнее, выработать руководящую гипотезу. Без нее невозможно начать движение.

Анализируя многие известные в настоящее время явления природы, можно сделать заключение, что основой будущей энергетики будет не столько атомная, не столько ядерная энергетика, сколько энергетика электронная.

«Электрон так же неисчерпаем, как и атом», – писал Владимир Ильич Ленин в своей знаменитой работе «Материализм и эмпириокритицизм». Мы еще слишком мало знаем об электроне, хотя учение о нем считаем иногда пройденным этапом в науке. Значение электрона в окружающей природе необычайно велико.

259

Все химические связи в бесчисленных реакциях определяются, как известно, силами связи электронных оболочек, и в первую очередь их валентными электронами.

Это они, валентные электроны ответственны за многообразные превращения химических веществ. Они же ответственны и за биохимические связи, поскольку синтез и ресинтез есть также результат взаимодействия электронных оболочек атомов. Твердость и ковкость металлов определяется электронными взаимосвязями атомов и молекул, входящих в состав кристаллической решетки металлов. Электропроводность и теплопроводность также зависят от атомарных электронов. Электроны определяют собой подавляющее большинство физических и химических свойств окружающих нас тел.

С другой стороны, электроны интересны еще и тем, что из всех известных нам пока элементарных частиц только они продолжают движение даже при абсолютном нуле температуры, когда всякое другое движение атомов и молекул в кристаллической решетке, согласно общим законам термодинамики, практически прекращается.

В этих условиях только электроны сохраняют свою кинетическую энергию и приобретают даже более правильный порядок распределения по своим энергетическим уровням.

Уже сказанное дает повод проявлять значительно больший интерес к электрону. Однако у него есть и другие свойства, которые, как нам кажется, должны вызвать особый интерес в свете поставленной нами проблемы;

Чтобы решить задачу об организованном перераспределении тепловой энергии в окружающем нас пространстве, о таком распределении, при котором доминирующим было бы не выравнивание температуры (следовательно, и энергии) в нем, а повышение ее в одном месте. и понижение в другом, на первых порах надо ответить на два вопроса. Первый вопрос: возможно ли прямое и непосредственное преобразование тепловой энергии окружающего пространства без перепада температуры в электрическую или какую-либо иную форму энергии?

Второй вопрос: возможно ли перемещать тепловую энергию из одной зоны в другую настолько быстро, чтобы естественная теплопередача за тот же промежуток времени не привела к заметному выравниванию температур?

260

Независимо от конкретного способа решения главной задачи мы обязаны будем ответить на эти два вопроса, ибо в окружающем нас пространстве при полном рассеянии энергии действительно нет никаких существенных перепадов температур и, кроме того, в силу теплопроводности среды и всех известных материалов есть опасение, что перемещенное из одной зоны пространства в другую какое-то количество тепловой энергии тут же вновь рассеется.

Электрон поможет положительно ответить и на эти два вопроса. В самом деле, известно, что в каждом атоме электроны строго распределены по энергетическим уровням, соответствующим данной химической природе вещества и его температуре. Нет и не может быть в атоме (а следовательно, в сложном веществе) электронов с произвольными скоростями движения, с произвольными уровнями энергии. Следовательно, при переходе электрона из проводника одной химической природы в проводник другой химической природы (а при наличии тока такой переход обязательно совершается) должен существовать процесс взаимного обмена энергиями между движущимся электроном и кристаллической решеткой вещества. Не может, например, электрон, пришедший из меди в алюминий, оставаться с той же средней энергией, какую он имел в меди, ибо средняя скорость кинетического движения электронов в алюминии значительно ниже, чем в меди. При переходе электрона через границу алюминий – медь в обратном направлении имело бы место обратное явление, так как средняя энергия электронов проводимости в меди значительно выше, чем в алюминии.

Может ли электрон, пришедший в данное вещество с энергией, не соответствующей его химической природе, сохранять ее сколь угодно долго? Конечно, нет.

Взаимодействуя с другими электронами кристаллической решетки вещества, он обязательно вынужден будет изменить свое энергетическое состояние и приобрести ту энергию, которая характерна для данного химического вещества (проводника). В одном случае, например при переходе из меди в алюминий, он должен отдать кристаллической решетке часть своей энергии, а в другом случае – при переходе из алюминия в медь – он должен приобрести от кристаллической решетки недостающую ему энергию.

261

Схема движения электронов на границах разных проводников

Что будет, если мы составим замкнутую цепь из проводников разной химической природы и заставим электроны проводимости двигаться в них в преимущественном направлении? Правда, мы пока не умеем еще создавать спонтанного (самопроизвольного) преимущественного направления в движении электронов проводимости внутри металлов.

С собственными скоростями они движутся во всевозможных направлениях, и только случайное (флюктуационное) несовпадение между количеством электронов, движущихся, например, вправо и влево, приводит к образованию потенциалов на концах металлического проводника. Но эти потенциалы носят шумовой характер (эффект Джонсона), и они не могут приниматься за преимущественное движение электронов. Создание преимущественного движения электронов в металлах или полупроводниках остается еще задачей на будущее. Но предположим, что мы ее уже решили. Что было бы тогда?

В случае замкнутой цепи, состоящей из двух разнородных проводников, мы обязательно имели бы две границы их раздела, или, как часто говорят, два спая. При движении электронов в такой цепи, преимущественно в каком-либо одном направлении, получилось бы двойное преобразование энергии движущегося электрона. На предлагаемом рисунке можно наглядно видеть схему такого преобразования.

На границе I при переходе электрона из проводника с меньшей средней энергией движения электронов в проводник с большей средней энергией в ближайшей же зоне нового проводника произойдет захват недостающей части энергии, а на границе II произойдет обратный процесс– электрон отдаст свою избыточную энергию этому новому проводнику. И нужно заметить, что в этом случае электрон отдаст энергии ровно столько, сколько он захватил ее при своем переходе через границу раздела I, ибо он вновь попадает в проводник той же химической природы, из какой он вышел при переходе первой границы раздела.

262

На первый взгляд все это элементарно просто. Но какие важные выводы можно сделать из такой мыслимой схемы? Вот эти выводы.

Во-первых, захват и преобразование тепловой энергии решетки металла в энергию движущегося электрона в этом случае происходит без какого-либо температурного перепада. Во-вторых, перемещение этой энергии вдоль проводника до места нового ее выделения происходит с максимальной скоростью – со скоростью света.

Эти два вывода имеют принципиальное значение, так как они позволяют указать на то, что в природе действительно имеет место прямое и непосредственное преобразование тепловой энергии среды (в данном случае металла), а следовательно, и окружающего пространства в другую форму энергии.

На границе раздела, в том месте, где электрон, взаимодействуя с решеткой металла, берет себе энергию, произойдет понижение температуры. Металл, взаимодействуя с окружающей средой, примет на себя часть ее энергии, и, таким образом, в этом случае действительно произойдет прямое и -непосредственное преобразование тепловой энергии окружающего пространства в энергию движущегося электрона. При длительном течении тока через границу раздела будет происходить и длительный захват энергии. При этом через некоторое время произойдет понижение температуры спая металлов (эффект Пельтье). В этом случае вся окружающая среда по отношению к этому спаю металлов станет как бы «горячим телом». От этого «горячего тела» тепловая энергия по классическим законам физики должна будет идти к менее нагретому телу, т. е. к месту спая металлов. Значит, тут никакого противоречия с классической физикой и с пресловутым постулатом Клаузиуса нет. Само окружающее пространство в этом случае по отношению к первой границе раздела металлов является «горячим телом».

Согласившись с этим, поняв это, нетрудно понять и то, что в природе действительно существуют искомые нами процессы.

На второй границе раздела металлов произойдет выделение энергии, преобразование энергии движущегося электрона сначала в колебательную энергию решетки металла, а затем и в тепловую энергию окружающего пространства. Этот процесс более понятен, и останавливаться на нем нет необходимости. Важно лишь заметить, что количество выделившейся в этом случае энергии будет в точности соответствовать количеству энергии, поглощенной на первой границе раздела металлов.

263

Преобразование энергии здесь прямое и стопроцентное. Никаких потерь ее ни при преобразовании, ни при транспорте вдоль проводника здесь нет. Сколько энергии было захвачено на первой границе раздела проводников, ровно столько же ее выделится на второй границе раздела.

Конечно, поскольку зона захвата тепловой энергии и зона выделения ее в описываемой схеме связаны между собой металлом (проводником), постольку, в силу теплопроводности металлов, будет иметь место и обратное течение тепловой энергии вдоль проводника – от места выделения ее к месту захвата, а от места с повышенной температурой к месту с пониженной температурой.

Процесс переноса энергии в описываемой системе связан не с одним электроном, а с коллективным их состоянием. При образовании электрического тока в замкнутой цепи все имеющиеся в ней электроны проводимости начинают свое движение практически одновременно.