Нурбей Гулиа - Удивительная физика
Впуская наружный воздух в парилку, мы заменяем влажный воздух на сухой, содержащий в себе мало влаги по абсолютной величине. Нагревшись от мощного камина в русской парилке, воздух приобретает крайне низкую относительную влажность и быстро высушивает все вокруг. Испаряются все лужи на полатях, простыни становятся сухими. Парилка снова готова к приему голых гостей.
А пар, который валит из окошка, – это не влага, пришедшая снаружи. Холодный воздух охлаждает воздух парилки вокруг себя и сильно повышает его относительную влажность, доводя его до точки росы. Поэтому невидимый нам пар тут же конденсируется в туман, который мы почему-то называем паром. Если приглядеться внимательно, то видно, что туман образуется вокруг входящего в окошко холодного воздуха, а сам морозный воздух – в центре потока – прозрачен. Значит, туман не вносится снаружи, а выпадает из внутреннего воздуха парилки.
Вообще в бане можно наблюдать различные физические явления, и в этом одним из первых убедился сам Архимед!
Вопрос четвертый. Известно, что теплопроводность газов уменьшается с их разрежением. Полный вакуум вообще не может передать тепло – нет вещества, его передающего. Известен и сосуд Дьюара, или попросту термос, где две колбы, вставленные одна в другую, разделены слоем разреженного газа, то есть просто между ними откачан воздух (рис. 254). Это мероприятие позволяет резко сократить теплопередачу между этими двумя колбами.
Однако давайте проведем опыт, где мы будем откачивать воздух между этими колбами и измерять теплопроводность получаемого слоя разреженного газа. Откачали 90 % воздуха – теплопроводность не изменилась. Откачали 99 % воздуха – то же самое. Повысили разрежение еще в 2 – 3 раза – никакого эффекта.
Рис. 254. Сосуд Дьюара – термос
В чем же дело, неужели не работают законы физики? А как же тогда работает термос?
Ответ. Такой эффект, с первого взгляда кажущийся парадоксальным, на самом деле имеет место. Давление падает в сотни раз, а теплопроводность как бы замирает на одной точке. Объясняется это тем, что молекулы оставшегося при разрежении газа, который собственно и переносит тепло от стенки к стенке, получают возможность увеличить свой пробег между столкновениями друг с другом. Самих молекул становится меньше, но путь пробега их между столкновениями увеличивается. Поэтому и теплопроводность почти не изменяется. «Почти» это потому, что для определения этой разницы нужны очень точные методы измерения, практически же эта теплопроводность даже при падении давления в сотни раз не изменяется. Только тогда, когда останутся тысячные и менее доли первоначального количества газа, теплопроводность начнет падать, причем резко. Вот в термосах между колбами как раз очень низкое давление, поэтому-то и теплопроводность этого весьма разреженного газа очень мала.
Кстати, иногда встречается реклама окон, где между стеклами якобы откачан воздух для понижения теплопередачи. К такой рекламе автор относится с сомнением. Не верится, что между большими поверхностями составных пластмассовых рам можно создать достаточно высокий вакуум, как в термосе.
А главное, сами стекла не выдержат при этом огромного наружного давления, реально достигающего нескольких тонн на каждое стекло. Герметизация стекол может препятствовать проникновению влаги между стеклами, что тоже важно, но чтобы откачать между ними воздух, надо иметь толстенные и сверхпрочные, а также очень малоразмерные стекла, что вряд ли приемлемо. Гораздо реальнее просто заполнить пространство между стеклами в герметичных рамах газом, имеющим плохую теплопроводность, заодно и сильно высушенным (обезвоженным).
Вопрос пятый. Вопрос этот не так прост, как может показаться. Сплавим равные части свинца с температурой плавления 327 °C и олова с температурой плавления 232 °C. Какова будет температура плавления полученного сплава?
Ответ. Напрашивается такой ответ: температура плавления сплава равна средней между температурами плавления компонентов, т. е. 280 °C. Но это не так. Температура плавления сплава, называемого ПОС-50 и широко используемого в пайке, гораздо ниже, причем даже ниже, чем у чистого олова, и находится в интервале 183—209 °C, что с первого взгляда кажется удивительным. Можно привести еще более парадоксальный пример: сплав, состоящий из 50 % висмута с температурой плавления 271 °C, 25 % свинца и по 12,5 % олова и кадмия с температурой плавления последнего 321 °C (так называемый сплав Вуда), имеет температуру плавления всего 68 °C! Этот сплав придуман в 1860 г. английским инженером Вудом (не путать со знаменитым американским физиком Вудом, который родился на 8 лет позже года изобретения сплава!). Известен сплав почти из тех же компонентов, называемый анатомическим, который плавится вообще при 60 °C! Здесь уместно рассказать про шутку зубных техников, широко использующих эти сплавы. Они отливают чайную ложку из таких сплавов и подсовывают ничего не подозревающему гостю при чаепитии. Ложка, почти как серебряная, такая же тяжелая и блестящая. Но, когда гость начинает помешивать ею горячий чай, она плавится в стакане, и в руках у изумленного гостя остается только «огрызок» ручки (рис. 255)!
Рис. 255. Ложка из металла Вуда плавится в стакане с горячим чаем
Свойство сплавов плавиться легче составляющих компонентов обусловливается эвтектикой, и оно хорошо известно металловедам. Эвтектоидами в металловедении называются сплавы с такими количественными соотношениями компонентов, которые обеспечивают минимальную температуру плавления. Отмеченные выше сплавы являются яркими примерами сплавов, очень близких к эвтектоидным для данных компонентов.
Если вы правильно ответили на все вопросы, – вы гений, и вам можно дальше не читать, вы и так все знаете. Если не ответили ни на один вопрос, – не огорчайтесь и попробуйте задать их товарищам и родителям; автор надеется, вы будете удовлетворены их ответами. Если же вы ответили самостоятельно хотя бы на часть вопросов – поступайте в университет на физический факультет, ваши преподаватели будут довольны вами, а вы – ими.
Лучшая печь – это холодильник!
Это не шутка и не розыгрыш. Действительно, самая экономичная и экологичная печь (например, для отапливания домов) – это холодильник. Обычный домашний, лучше безмоторный (он сложно называется – абсорбционный), такие выпускались под названием «Иней» или «Морозко». Он не шумит и служить будет 100 лет. Печкой, разумеется. Вот как автор сам убедился в том, что холодильник может отлично работать печкой, и кое в чем другом, тоже полезном для ума и нужном в хозяйстве.
Однажды автору подарили необычный холодильник, кажется, «позаимствованный» с корабля. Агрегат этого холодильника был раздельным: мотор, компрессор и теплообменник – одним узлом, а испаритель, или иначе – морозильная камера, – другим, соединенным с первым длинными медными трубками. При этом морозильную камеру автор поставил на кухне охлаждать продукты, а силовой блок с теплообменником грохотал в чулане.
За месяц «общения» с этим холодильником автор сделал удивительные открытия. Оказывается, температура на кухне была ниже, чем в других комнатах, а в чулане с теплообменником была настоящая сауна. При этом стоило вынуть из морозильной камеры охлажденные продукты и заложить новые, еще «теплые» (особенно бутылки с пивом и водой), как теплообменник буквально раскалялся.
Напротив, если начинали охлаждать теплообменник, например, обдувая вентилятором, продукты в морозильнике охлаждались гораздо быстрее. Особенно сильно он начинал морозить, если вешали на теплообменник мокрое полотенце.
Однажды автор ради эксперимента поставил теплообменник в лохань с холодной водой. И вода достаточно быстро нагрелась. Нагревая воду, автор наблюдал за счетчиком электроэнергии, и это наблюдение совершенно потрясло его.
Нагреем теплообменником одно и то же количество воды разными способами. При только что поставленных в морозильник «теплых» продуктах расход энергии будет минимальный. При уже охлажденных продуктах этот расход повышается. Если нагревать воду кипятильником, расход энергии будет самый большой. Сделал автор и «смертельный» для холодильника опыт, поставив в морозильник кастрюлю с кипятком. Расход энергии на нагрев воды теплообменником оказался в несколько раз меньше, чем кипятильником.
Поразмыслив, автор сделал для себя ряд полезных в хозяйстве выводов.
Для реализации этих выводов читателям лучше всего иметь холодильник с «разнесенными» агрегатами (какой был у автора), но можно и самому «разнести» их, если воспользоваться услугами мастера по ремонту холодильников.
Вывод первый: если хотите, чтобы холодильник охлаждал лучше, ставьте теплообменник в самое прохладное место квартиры, обдувайте его вентилятором, выводите наружу или, оборудовав его специальным бачком, грейте с его помощью холодную воду. В сельском или дачном доме можно поместить теплообменник под пол и даже в грунт – в водоносный слой, если он неглубокий. Холодильник создаст вам арктический (а может, даже и антарктический!) холод. На теплообменнике, особенно горизонтального типа, можно сушить мокрые полотенца, пеленки (это актуально, если нет сушителя!) и другое белье, а также грибы, фрукты и др., греть воду. Холодильник от этого будет работать только лучше.
