Текст книги "Вечный двигатель — прежде и теперь. От утопии — к науке, от науки — к утопии"

Автор книги: Виктор Бродянский

сообщить о нарушении

Текущая страница: 16 (всего у книги 18 страниц)

5.4. Работающие вечные двигатели (псевдо-ppm)

В этом разделе будут описаны некоторые действительно работающие (или могущие работать) двигатели, которые по всем внешним признакам соответствуют ppm. На самом деле, естественно, они никакого отношения к ppm не имеют. Отсюда и приставка «псевдо» – «не настоящие, поддельные».

Секрет работы некоторых из них теперь известен, однако есть и такие, которые можно принять (или выдать) за ppm, так как найти и объяснить причину их движения не всегда просто.

Эти двигатели появились давно. Они очень разнообразны по устройству; чаще всего их применяли для привода «вечных» часов, не нуждавшихся в заводе, движущихся игрушек, моделей машин и т. д. Общая черта таких моделей ppm заключается в том, что они действительно работают неограниченно долго, казалось бы, без каких-либо видимых причин. На людей, не знакомых с принципами их действия, они производят сильное впечатление. У некоторых сторонников «энергоинверсии» эти игрушки возбуждают даже надежды как «прототипы» ppm-2. Однако вполне научное объяснение всегда находится. Но есть и такие псевдо-ppm, секрет которых пока не открыт; сведения об одном из них мы приведем ниже.

Насколько известно, первым изобретателем, придумавшим и осуществившим двигатель, который работал, извлекая без помощи какого-либо постороннего источника нужную энергию из окружающей среды, был голландский инженер и физик Корнелиус Дреббель (1572-1633 гг.). Этот очень знаменитый в свое время человек, о котором теперь незаслуженно редко вспоминают, был несомненно выдающимся исследователем и изобретателем с необычайно широким кругозором, исключительным даже при сравнении с другими светилами конца XVI – начала XVII в. Биографы писали о нем, например, так: «Он был человеком высокого разума, остро мыслящий и переполненный идеями, касающимися великих изобретений… Он жил как философ…». Большая часть его работ была проделана в Англии, где он служил при дворе короля Иакова I.

Его книга на латинском языке с характерным для тех времен названием «Послание к просвещеннейшему (sapientissimus) монарху Британии – Иакову – об изобретении вечного двигателя» была издана в 1621 г. в Гамбурге. Насколько далеко он смотрел вперед, можно видеть из краткого перечисления только некоторых его достижений.

Дреббель разработал первый известный в истории техники термостат – устройство, в котором автоматически поддерживалась заданная температура независимо от ее изменений снаружи. Он сам изготовил и наладил всю необходимую для этого, говоря посовременному, «систему автоматического регулирования». Идея этого термостата была использована в инкубаторе, честь изобретения которого тоже принадлежит Дреббелю.

Дреббель изобрел, сконструировал, построил и испытал на Темзе подводную лодку, которая успешно преодолела дистанцию от Вестминстера до Гринвича (около 12 км). Она представляла собой нечто вроде вытянутого в длину водолазного колокола. Приводилась лодка в движение гребцами (от 8 до 12), сидящими внутри на скамейках, установленных так, что ноги людей не доходили до уровня воды. Самое, пожалуй, интересное, это навигационные средства и особенно система жизнеобеспечения экипажа, которые тоже были созданы Дреббелем.

Направление определялось традиционным путем – посредством компаса, но глубина погружения – поновому, посредством ртутного барометра. Это был достаточно точный прибор, так как каждый метр глубины погружения соответствовал 76 мм высоты ртутного столба.

Дня обеспечения дыхания экипажа изобретатель применил селитру, которая при нагревании выделяла кислород. Оценить талант (если не гениальность) Дреббеля можно, если учесть, что кислород был открыт шведским химиком К. Шееле в 1768-1773 гг., т. е. только через полвека. Дреббель, несомненно, был отличным химиком. Об этом свидетельствуют не только разработка им химической системы жизнеобеспечения, но и другие изобретения – детонаторы для мин из гремучей ртути Hg(ONC)2, технологии получения серной кислоты действием азотной кислоты на серу (это отметил Д.И. Менделеев в «Основах химии»), использования солей олова для закрепления цвета при окраске тканей кошенилью. Если ко всему перечисленному выше добавить, что Дреббель был специалистом по оптическим приборам, линзы для которых он шлифовал на изобретенном им самим станке, то этого будет вполне достаточно, чтобы оценить его заслуги.

Дреббель занимался и вечным двигателем. Однако такой человек, как он, не мог пойти стандартным путем, очередной раз изобретая колеса с грузами или водяные мельницы с насосами. Ему было совершенно ясно, что таким путем вечный двигатель не создать.

В 1607 г. он продемонстрировал Иакову I «вечные» часы (запатентованные им еще в 1598 г.), приводимые в движение, естественно, столь же «вечным» двигателем. Однако в отличие от многочисленных других устройств с таким же названием, он действительно в определенном смысле был «вечным». После показа королю часы были выставлены во дворце Этлхем на обозрение всем желающим и вызвали сенсацию среди лондонцев.

В чем же был секрет этих часов (вернее, их двигателя)? Вечные часы Дреббеля работали от привода, использующего, как и любой другой реальный двигатель, единственный возможный источник работы – неравновесности (разности потенциалов) во внешней среде. Мы уже говорили о них – разностях давлений, температур, химических составов и других, заторможенных и незаторможенных, на которых основана вся энергетика.

Но неравновесности, которые использовал Дреббель, – особого рода, отличные от тех, о которых говорилось в гл. 3, хотя они и связаны тоже с разностями температур и давлений. Они могут действовать в совершенно равновесной окружающей среде, во всех точках которой совершенно одинаковые температура и давление. В чем же тут дело и откуда тогда берется работа?

Секрет в том, что разности потенциалов (давлений и температур) здесь все же существуют, но они проявляются не в пространстве, а во времени.Наиболее наглядно это можно пояснить на примере атмосферы. Пусть в том районе, где находится двигатель, в ней нет никаких существенных разностей давлений и температур [84]84
  Если, разумеется, пренебречь несущественными различиями, не имеющими практического значения.


[Закрыть]: все тихо и спокойно. Но общие (во всех точках) давление и температура все же меняются (например, днем и ночью). Эти-то разности и можно использовать для получения работы (в полном согласии с законами термодинамики). Энтропия здесь, естественно, как и при всяком выравнивании разности потенциалов, будет расти.

Простейший способ использования колебаний параметров равновесной окружающей среды – поместить в нее барометр или термометр с подвижными элементами и заставить их работать – делать что-нибудь полезное. Именно так и поступил Дреббель. В его часах находился жидкостной «термоскоп», в котором уровень жидкости поднимался или опускался при изменении температуры и давления. Соединить поплавок на поверхности жидкости с приводом часов было уже делом механики, которой изобретатель владел в совершенстве.

Дреббель объяснял работу своего двигателя действием «солнечного огня». Это было не только в духе времени, но и совершенно правильно с современных позиций. Действительно, все изменения температуры и давления атмосферы определяются в конечном счете солнечным излучением.

Чертеж атмосферного двигателя Дреббеля до нас не дошел. Однако его идея вечного привода повторялась в разных модификациях и многократно использовалась другими изобретателями. По описаниям их приборов можно в определенной степени судить о том, каким мог быть двигатель Дреббеля.

^{Рис 5.11. Барометрический двигатель Кокса: 1 – подвесная чаша с ртутью; 2 – барометрическая трубка: 3 – подвеска; 4 –  блок; 5 – собачка; 6 – храповое колесо; 7 – уравновешивающий груз}

Около 1770 г. англичанин Кокс предложил баромерический двигатель. На рис. 5.11 приведена его принципиальная схема. Сосуд, заполненный ртутью, привешен на тросах, соединенных с ободом колеса. Сосуд уравновешивался грузом, установленным на стержне, жестко связанном с колесом. В сосуд погружена барометрическая трубка, закрепленная в верхней части. При изменениях атмосферного давления высота столба ртути в трубке менялась; соответственно часть ртути либо выливалась из трубки в сосуд (падение давления), либо вталкивалась в нее из сосуда (повышение давления).

В первом случае сосуд становился тяжелее и опускался вниз; во втором, напротив, поднимался. Это возвратно-поступательное движение заставляло колесо попеременно вращаться в противоположных направлениях. Посредством установленной на нем собачки храповому колесу сообщалось однонаправленное движение.

Эта машина была довольно крупной (в сосуде было около 200 кг ртути) и могла постоянно заводить большие часы. Вот какой отзыв дал о ней Фергюсон в 1774 г.: «Нет основания полагать, что они когда-нибудь остановятся, поскольку накапливающаяся в них двигательная сила могла бы обеспечивать их ход в течение целого года даже после полного устранения барометра [85]85
  Это означает, что мощность этого двигателя была намного больше той, которая требовалась для действия часов.


[Закрыть]. Должен сказать со всей откровенностью, что, как показывает детальное ознакомление с этими часами, по своей идее и исполнению они представляют собой самый замечательный механизм, который мне когда-либо приходилось видеть…».

Точно так же, как колебания давления, могли использоваться для привода часов и колебания температуры. Очень простой и остроумный двигатель такого рода создал швейцарский часовщик П. Дроз (ок. 1750 г.).

Он изготовил двухслойную пружину (рис. 5.12), внешняя часть которой была сделана из латуни, а внутренняя – из стали. Уже тогда было известно, что коэффициент теплового расширения латуни существенно больше, чем стали. Поэтому при повышении температуры пружина будет сгибаться (сплошная стрелка), а при понижении – распрямляться (штриховая стрелка). С помощью системы рычагов это разнонаправленное движение преобразуется в однонаправленное вращение зубчатого колеса, поднимающего груз или заводящего пружину. Сейчас идея Дроза широко используется в самых разнообразных тепловых приборах.

^{Рис. 5.12. Двигатель П. Дроза для автоматического завода часов с двухслойной биметаллической пружиной}

В дальнейшем было создано довольно много таких барических или термических двигателей, конструктивно более совершенных, но повторяющих по существу идеи Кокса и Дроза. Если скрыть весь механизм двигателя под кожухом, то доказать, что это не ppm, практически невозможно.

Нужно отметить, что такие и им подобные двигатели, основанные на использовании колебаний температуры и давления окружающей среды, весьма выгодны экономически вследствие своей простоты и практически неограниченного ресурса.

Иногда в литературе, в том числе и посвященной вечным двигателям, появляются оценки устройств такого рода, которые могут дезориентировать читателя.

Нельзя, например, признать правильными расчеты экономичности микродвигателя, которые приводятся в [2.6]. Автор рассуждает так: «…для суточного завода обычных ручных часов требуется работа примерно 0,4 Дж, что составляет около 5∙10-6 Дж на каждую секунду хода часов. А поскольку 1 кВт равен 1000 Дж/с, то мощность пружины нашего часового механизма составляет всего 5∙10-9 кВт. Если расходы на изготовление основных частей такого устройства, действующего по принципу теплового расширения, принять равными 0,01 кроны, то за машину мощностью 1 кВт нам пришлось бы заплатить 2 млн. крон (250 тыс. руб.)». Отсюда делается вывод: «Конечно же, создание и использование таких дорогих источников энергии в широком масштабе абсолютно нерентабельно».

Конечно, так рассуждать нельзя. Расходы, особенно в малых технических системах, при сравнении их с большими нельзя считать пропорциональными их размерам. (Тогда, например, железнодорожный костыль будет дороже булавки в 10000 раз!). Таким путем можно получить совершенно фантастические цифры. На самом деле суточные (и сезонные) колебания, например, температуры воздуха или воды могут успешно, с большим экономическим эффектом использоваться для решения локальных энергетических задач. Кроме работы возможно получение и других полезных результатов. В общем случае возможный полезный эффект определяется максимальной работой (эксергией), которую можно получить, приводя какое-либо тело в равновесие со средой дважды: сначала при одних ее крайних параметрах (р' _О.С., T' _О.С.), а затем при других (рʺ _О.С.≠ р' _О.С., Tʺ _О.С.≠ Tʺ _О.С.). Если, например, зимой при T' _О.С.запасти большое количество льда с температурой, скажем, —10 °С, то летом при Tʺ _О.С.= 20°С 1 кг льда (даже если учитывать только его теплоту плавления) будет обладать большой эксергией. Точно так же нагретый летом до температуры окружающей среды грунт может служить (и уже используется) для теплоснабжения в зимнее время.

Использование таких энергетических резервов может дать существенный экономический эффект (и в малом, и в крупном масштабе).

Другая группа псевдо-ppm не связана с изменением параметров окружающей среды. Их действие происходит, на первый взгляд, без использования каких-либо разностей потенциалов.

Среди них особенно известны «самобеглый шарик» и «пьющая утка», которую иногда называют у нас в стране «утка Хоттабыча» [86]86
  Почему эту игрушку назвали именем старика Хоттабыча – героя известной книги Н. Лагина – можно только догадываться. Скорее всего потому, что Хоттабыч мог творить всякие чудеса. Мы уже видели, что его имя даже связали с ppm-2 («структура Хоттабыча»).


[Закрыть].

^{Рис. 5.13. «Самобеглый шарик»: 1 – горячий бронзовый шар; 2 – свинцовые рельсы}

«Самобеглый шарик»устроен очень просто (рис. 5.13). На свинцовые кольцевые концентрические «рельсы» треугольного сечения кладется медный или бронзовый шар, диаметр которого в 2-3 раза больше размера колеи. Как только экспериментатор отпускает шар, поставленный на рельсы, он начинает без всякой видимой причины катиться по рельсам, описывая безостановочно один круг за другим. Если шар остановить, а затем отпустить, то он покатится снова. Этот опыт производит большое впечатление, так как, на первый взгляд, причина движения шарика совершенно непонятна. Однако объяснение здесь очень несложное. Шарик предварительно нагревают. Теплопроводность свинца сравнительно невелика. Поэтому шарик, соприкасаясь с рельсами, нагревает места контакта. Свинец, расширяясь, образует небольшие бугорки на рельсах, с которых шарик скатывается; дальше такие бугорки образуются непрерывно вслед за движением шарика и постоянно толкают его дальше. К тому моменту, когда он вернется к исходному месту, рельсы успевают остыть, и образование бугорков на них продолжается. Так шарик будет кататься довольно долго, пока его температура и температура свинцовых колец рельсов практически выравняются.

Этот опыт очень наглядно иллюстрирует принцип Карно. Есть разность температур – есть движение; нет разности температур – движения нет (а внутренней энергии и в шарике, и в плите с рельсами – хоть отбавляй, почти столько же, сколько было и перед началом движения; она только распределилась равномерно).

«Утка Хоттабыча», внешний вид и разрез которой показаны на рис. 5.14, не нуждается в предварительном нагреве, она и не останавливается так быстро, как шарик (а может и вообще не останавливаться). Она исправно качается вокруг горизонтальной оси, каждый раз опуская клюв в воду, чтобы напиться, и снова поднимая голову вверх. Эти движения все время повторяются без всякой видимой причины и продолжаются, пока в стаканчике есть вода. Никакой разности температур между этой водой и окружающим воздухом, которую можно было бы использовать для движения, тут нет: их температуры одинаковы. Причина движения утки становится ясной, если познакомиться с ее устройством. «Голова» утки представляет собой сосуд, соединенной прямой трубкой с «туловищем» – другим большим сосудом, в который эта трубка входит так, что достает почти до его дна. Внутренняя полость заполнена легкокипящей жидкостью – диэтиловым эфиром (Н ₅С ₂-О-С ₂Н ₅) так, чтобы при горизонтальном положении ее уровень был примерно на середине трубки. Чтобы пустить утку в ход, нужно окунуть ее клюв в воду. Тогда вата, закрепленная на головке, увлажняется и вследствие испарения воды головка несколько охлаждается. Это приводит к некоторому понижению давления пара внутри утки и понижению температуры эфира. В этом горизонтальном положении утки паровые пространства головки и туловища сообщаются через трубку и давление в них становится одинаковым. Поскольку количество жидкости в туловище немного больше, оно перевешивает, головка поднимается и утка принимает наклонное положение, показанное на рисунке штриховыми линиями. Жидкость перекрывает сообщение между паровыми пространствами головки и туловища. Жидкость в туловище подогревается до температуры окружающей среды, частично испаряется и образовавшийся пар выталкивает большую часть жидкости через трубку в головку, которая перевешивает, и утка снова опускает клюв в воду. Обе полости снова сообщаются, давление выравнивается, и жидкость опять стекает в туловище. Процесс повторяется и может продолжаться до тех пор, пока в стаканчике, откуда утка пьет, будет вода.

^{Рис. 5.14. «Утка Хоттабыча»}

Многие сторонники «инверсии энергии» очень любят и рекламируют эту игрушку. Действительно, чем не прообраз ppm-2? Она действует, «извлекая тепло из окружающей среды», и «концентрирует» его, превращая в работу. Часто и объяснения, приводимые в популярной литературе, даже посвященной вечному двигателю, вносят путаницу, например, фразы такого типа: «Постоянные качания утки происходят только благодаря тому, что она отбирает тепло от окружающего воздуха». Дело, конечно, не только (и не столько) в этом. Никакое устройство, в том числе и утка (даже принадлежащая самому Хоттабычу), не могло бы «отбирать тепло» от окружающего воздуха без затраты на это какой-либо эксергии, получаемой извне. Для этого нужно располагать разностью потенциаловмежду окружающей средой и находящимся в ней каким-либо телом. Но откуда в данном случае берется эксергия? И температура, и давление в окружающей среде – воздухе не имеют никаких перепадов, которыми можно было бы воспользоваться. Вода, которую «пьет» утка, тоже имеет ту же температуру, что и воздух. Однако здесь существует все же один перепад, за счет которого утка и работает. Этот перепад связан с разницей давлений водяного пара над поверхностью воды и в воздухе. Так как воздух обычно не насыщен водяным паром (относительная влажность (φ < 100%), то на поверхности воды все время происходит ее испарение с соответствующим понижением температуры. В сосуде это не чувствуется – воды много, а поверхность испарения мала. Но вата на головке утки – другое дело: ее поверхность велика, а воды в ней немного. Поэтому она охлаждена всегда; ее температура ниже температуры окружающей среды. Эта разность температур и обеспечивает работу «утки Хоттабыча».Но она вторична и возникает как следствие разной упругости пара в окружающей среде (воздухе) и над поверхностью воды. Если накрыть утку колпаком, то воздух под ним быстро насытится влагой, испарение ее с головки прекратится и «извлечение тепла из окружающей среды» на этом закончится [87]87
  В труде проф. М.А.Мамонтова [3.18], который мы уже разбирали в этой главе, есть несколько слов и об «утке Хоттабыча». Вот что в ней написано: «Факт регулярного действия системы Хоттабыча при отсутствии каких-либо других источников энергии, кроме тепла атмосферы, означает, что структура Хоттабыча обладает по сравнению с ординарной закрытой структурой особым свойством, позволяющим получать работу за счет природного тепла». Комментарии здесь, по-видимому, не нужны.


[Закрыть].

Таким образом, «утка Хоттабыча» живет и движется в полном соответствии со вторым законом. В этом отношении она не отличается от обычной живой утки.

Теперь мы можем перейти к другой группе устройств, которые хоть и не доведены до уровня действующих вечных двигателей, но могут, по мнению некоторых сторонников «энергоинверсии», стать основой для их проектирования. Такие устройства создаютразность температур; очевидно, что, имея ее в своем распоряжении, сделать двигатель уже нетрудно – это дело техники. Именно поэтому мечта о том, чтобы создать без затраты работы разность температур, – один из вариантов мечты о ppm-2.

Знаменитый английский физик К. Максвелл придумал в 1879 г. для таких мечтателей специальную мистическую фигуру – так называемого «демона Максвелла». Этот демон должен был делать очень нехитрую, на первый взгляд, работу – разделять в газе молекулы с большими скоростями («горячие») и с малыми («холодные»), Известно, что в любом газе есть и те, и другие; общая температура газа определяется неким средним значением всех скоростей.

Демон должен находиться у перегородки, разделяющей сосуд с газом на две части, и сторожить небольшое отверстие в ней, открывая и закрывая его так, чтобы пропускать в одну сторону только «горячие» молекулы, а в другую – только «холодные». Для других проход закрыт. Тогда через некоторое время работа демона-вратаря приведет к тому, что в одной половине сосуда будет горячий газ, а в другой – холодный. Цель достигнута! В гл. 3 мы показали на основе статистики, что самопроизвольно такое разделение произойти не может. А здесь «демон», не затрачивая работу, получил разделение.

Демон Максвелла вызвал много споров. Всем серьезным термодинамикам было ясно, что такого демона быть не может; его «деятельность» явно нарушала бы второй закон термодинамики. Но строго научно прикончить этого демона оказалось не так просто. В конце концов это было сделано [88]88
  Читателям, которые заинтересуются «демоном Максвелла», можно, рекомендовать познакомиться с ним по литературе, например [1.22].


[Закрыть]. Оказалось, что «просто так» демон работать не может. Затраты на его деятельность не могут быть меньше той работы, которую способны дать обе порции газа при выравнивании разности температур между ними.

Однако мечта сделать что-то в этом роде у некоторых противников второго закона оставалась. И вот появилось устройство, которое оживило их надежды. Это была вихревая трубаили труба Ранка (названная в честь ее изобретателя – французского инженера Ж. Ранка).

Вот что пишет об этом устройстве один из пропагандистов «энергоинверсии» [3.10]: «Если способ отделения горячих компонентов воздуха от холодных (быстрых молекул от медленных) с помощью максвелловских демонов, открывающих в перегородке сосуда дверцы перед быстрыми молекулами, видимо, невозможен, то вот с помощью вихревой турбины… это осуществить удалось. Она представляет собой мундштукоподобное устройство, закручивающее в вихрь прокачиваемый сквозь него обычный воздух так, что наружу выходят из него две струи – горячая и холодная. Перед этой простой, не имеющей движущихся частей турбиной большое будущее».

Если заменить в этой тираде несуществующую «вихревую турбину», которая к тому же «не имеет движущихся частей», на «вихревую трубу» и убрать слова о «компонентах» (компоненты воздуха – это совсем другое), то все будет правильно. Вихревая труба действительно разделяет подаваемый в нее газ на два потока – нагретый и охлажденный; она действительно имеет не только большое будущее, но уже давно широко используется в технике [1.20]. Все это так. Однако никакой «энергетической инверсии», а следовательно, и ppm-2, с ее помощью создать нельзя.

Разберемся, в чем тут дело. На рис. 5.15 показаны схема работы вихревой трубы и ее внутреннее устройство.

^{Рис. 5.15. Вихревая труба: а – общий вид; б – сопловое сечение: 1 – поток сжатого газа; 2 – охлажденный поток; 3 – нагретый поток; 4 – труба; 5 – конус для регулирования давления газа в трубе; 6 – сопловой ввод; 7 – диафрагма холодного конца трубы}

Поток сжатого газа (например, воздуха) подводится к сопловому вводу, расположенному касательно к стенке трубы. В трубе газ закручивается в спирально движущийся поток. Внешняя часть 3 этого потока, выпускаемая через кольцевую щель, оказывается нагретой, а внутренняя часть 2, выходящая через отверстие в диафрагме, – охлажденной. Меняя положение конуса 5, можно изменять расходы и температуры горячего и холодного потоков. Однако во всех случаях температура потока Т ₂меньше, чем входящего Т ₁, а горячего Т ₁– больше. Разности температур Т ₁– Т ₂= ΔТ _Xи Т ₃– Т ₁= ΔТ _Гмогут составлять десятки градусов. Это парадоксальное, но вполне объяснимое явление возникает в результате сложных газодинамических явлений, которые мы здесь разбирать не можем [89]89
  Они рассмотрены в соответствующей литературе, например в [1.20].


[Закрыть]. Для нас важен конечный результат – возникновение в трубе разности температур без какого-либо специального нагрева или охлаждения. Можно ли использовать эту разность, чтобы получить работу? Несомненно, да. Работу можно получить. Но нужно ли ее получать таким способом? Имеет ли такое преобразование смысл?

Увы, нет. В этом легко убедиться, посмотрев на схему включения вихревой трубы на рис. 5.16. Ведь для того, чтобы она действовала, нужно подать в нее сжатый газ, а чтобы сжать его, нужен компрессор, а чтобы компрессор работал, нужно подвести к нему работу L' от двигателя. Так вот, если сравнить эту затраченную работу L' с эксергией, работоспособностью горячего Е ₃и холодного Е ₂потоков газа, та она будет значительно больше: L' >> Е ₂+ Е ₃. Разность L' – (E ₂+ Е ₃) даст потерю D эксергии в этом процессе. Оказывается, что она в самом лучшем случае составляет 88-90% подведенной работы. Другими словами, КПД всей системы составит не более 12%.

^{Рис 5.16. Схема получения работы посредством вихревой трубы}

Ясно, что никакой «инверсии энергии» здесь нет; напротив, как и во всяком реальном техническом устройстве, эксергия теряется (а энтропия растет). Можно, конечно, и здесь получать электроэнергию Lʺ, но при этом неизбежно получится тот же плачевный результат, что и с другими «концентраторами энергии», например тепловым насосом: Lʺ по отношению к L' составит 10-12%. Кстати, автор и той, и другой идеи – одно и то же лицо.

Интересно отметить, что мысль о том, что вихревая труба – жилище демона Максвелла и что ее действие нарушает второй закон, приходила в голову многим. Характерна в этом отношении статья М. Силвермэна, помещенная в 1982 г. в журнале Европейского физического общества под интригующим названием «Вихревая труба: нарушение второго закона?» [2.15]. Подробно разобрав вопрос на пяти страницах, автор с грустью все же приходит к выводу, что второй закон термодинамики в вихревой трубе не нарушается.

Другой, не менее любопытный вариант «самопроизвольного» получения разности температур привел известный советский кристаллограф академик (тогда еще профессор) А.В. Шубников в статье «Парадоксы физики» [2.16]. Автор ставит вопрос: можно ли нагреть стоградусным паром жидкость выше 100°? Дальше он пишет: «Этот вопрос был предложен 25 лет назад профессором физической химии Крапивиным выпускникам Московского университета, к которым принадлежал и автор настоящей заметки. С тех пор мне много раз приходилось задавать этот вопрос рядовым физикам и химикам и не было случая, когда я получил бы правильный ответ. Один из видных химиков так обиделся на мой вопрос, что не пожелал даже продолжать разговор на эту тему, объявив, что сама постановка вопроса может свидетельствовать только о моем глубочайшем невежестве в физике; надо думать, что он причислил меня к сумасшедшим изобретателям перпетуум мобиле. Дело кончилось тем, что мне пришлось обманом завлечь умного химика в лабораторию, где заранее был приготовлен опыт, показывающий, что стоградусным паром можно нагреть жидкость до 110°С и много выше. Опыт делается очень просто».

Далее описана установка для опыта. В колбу Вюрца (рис. 5.17, а)наливается вода; в горлышко колбы вставляется пробка с термометром, причем шарик термометра, как полагается, помещается возле боковой пароотводной трубки колбы; свободный конец этой трубки погружается в насыщенный раствор поваренной соли, в который помещен второй термометр. При нагревании воды в колбе до кипения ртуть термометра в колбе, поднявшись до метки 100 °С, будет оставаться в этом положении, пока кипит вода; ртуть же второго термометра будет подниматься до тех пор, пока раствор соли тоже закипит. Температура кипения насыщенного раствора соли равна примерно 110°С. Эту температуру и покажет второй термометр. Для большей убедительности опыта можно поменять термометры местами; все равно термометр покажет, что раствор соли имеет температуру 110°С! Следовательно, водяной пар, имеющий температуру 100 °С, нагрел рассол до 110 °С. Как же быть со вторым законом термодинамики?

^{Рис. 5.17. «Опыт Крапивина»: а – рассол нагревается паром до 110 °С; б – рассол нагревается паром до 100° С} 

Опыт действительно интересный, и в его результатах необходимо разобраться. Сделать это нужно с особой тщательностью, поскольку, как мы уже видели, любая самая маленькая неточность может привести к большим ошибкам, в том числе к очередному «перпетомобилю».

Начнем поэтому, как всегда в таких случаях, с терминов. Отметим, прежде чем разбирать вопрос по существу, одну небольшую, но очень существенную неточность в самом названии опыта. Строго говоря, в опыте производится не «нагрев стоградусным паром жидкости до 110°С и выше», а нечто более сложное.

Чтобы наглядно показать это, представим опыт в таком виде, чтобы он точно соответствовал названию. Тогда колба с нагреваемой жидкостью выглядела бы немного иначе – так, как показано на рис. 5.17, б.Греющий пар нужно было бы пропустить по змеевику, не смешиваяс соленой водой в стакане, а только нагревая еечерез стенку трубки. Вот тогда был бы действительно «нагрев стоградусным паром» жидкости в стакане. И если бы в этих условияхжидкость – соленая вода – нагрелась до 110 °С, то второму началу тут же пришел бы конец к радости всех изобретателей вечного двигателя второго рода. Но, увы, этого не произойдет; при таком устройстве прибора любая жидкость,в том числе и соленая вода, никогдане нагреется выше температуры пара – 100 °С. Любой желающий может легко это проверить. Выходит, что тот «химик-скептик», которого Шубников обманом затащил в лабораторию, был абсолютно прав, в своем возмущении: «нагреть» (в точном смысле этого слова) «стоградусным паром» рассол до 110°С действительно нельзя.

Теперь мы можем вернуться к «опыту Крапивина» и рассмотреть его точно в том виде, как он описан в заметке. Здесь происходит не просто нагрев, а смешениеводяного пара с соленой водой. В этом, как уже, наверное, догадывается читатель, вся «соль» вопроса и содержится. Пузырьки пара, как совершенно правильно в дальнейшем объяснит А.В. Шубников, конденсируются в растворе соли, все время разбавляя его.При этом лежащая на дне сосуда соль постепенно переходит в раствор, поддерживая его в состоянии, близком к насыщению. Эти два процесса растворения – пузырьков пара в рассоле и соли в нем – и приводят к нагреванию рассола до температуры, существенно более высокой, чем 100 °С.

Тепловой эффект, возникающий при взаимном растворении газов, жидкостей и твердых тел, хорошо известен. Он может сопровождаться, зависимости от знака теплоты растворения, как охлаждением (например, при смешении льда и соли), так и нагреванием (например, при смешении этилового спирта и воды).

Разогрев рассола в «опыте Крапивина» до температуры выше 100° С не имеет никакого отношения к «передаче теплоты наоборот» – от более холодного тела к теплому и, следовательно, к нарушению второго начала. Здесь теплота вообще не передается.