Павел Ощепков - Жизнь и мечта
ИНЕРЦИЯ МЫШЛЕНИЯ СИЛЬНЕЕ ЗДРАВОГО СМЫСЛА
Любопытный эпизод, вызвавший множество кривотолков, произошел несколько лет назад на одном из московских заводов. Эта история поучительна в двух отношениях. С одной стороны, она наглядно показывает столкновение двух точек зрения в вопросе о возможности использования энергии окружающего пространства, а с другой — подтверждает реальность создания зон с отрицательной температурой, по отношению к которым все окружающее пространство становится как бы «горячим телом».
Мне довелось побывать на этом заводе в период наиболее острых споров, собственными глазами посмотреть на так называемое «чудо» и лично убедиться, насколько прав был К. Э. Циолковский, говоря, что даже малейшее подтверждение идеи использования безбрежного энергетического океана, т. е. энергии окружающего нас пространства, будет воспринято с огромным недоверием.
События, о которых идет речь, имели столь широкий резонанс в отечественной и зарубежной прессе, что я чувствую настоятельную потребность поделиться с читателями подробностями этой истории и высказаться об истинном существе дела.
269
Отделением технических наук Академии наук СССР мне было поручено дать заключение по этому вопросу.
Пришлось детально изучить не только результаты измерений, но и все материалы, относящиеся к этому событию. В результате я с полной уверенностью могу сказать, что никакого повода для шума тогда не было бы, если бы полученные результаты измерений методологически понимались правильно.
Завод, о котором упоминалось, получил задание построить опытные аппараты микроклимата, основанные на использовании эффекта Пельтье. Все, вероятно, знают это физическое явление. Во внешнем проявлении оно элементарно просто: если через спай двух металлов (например, медного провода с алюминиевым) пропустить постоянный электрический ток так, чтобы он шел по направлению от меди к алюминию, то в месте спая будет выделяться некоторое количество тепловой энергии, большее, чем обычно выделяется в любом проводе вследствие его омического сопротивления. Если же электрический ток пропустить в обратном направлении, то этот же спай будет не нагреваться, а охлаждаться. Это явление широко известно, оно описано почти во всех курсах физики.
Так как в замкнутой или последовательной электрической цепи никакой металл не может быть включен с помощью одного спая, а будет обязательно иметь два спая (в начале и в конце провода), то автоматически обеспечивается, что при любом включении тока один из спаев будет выделять некоторое дополнительное количество тепла, а второй — поглощать точно такое же количество тепла. В случае применения полупроводниковых материалов этот эффект обычно усиливается.
Вот это-то свойство полупроводниковых материалов и было положено в основу создания аппаратов микроклимата, предназначенных либо для нагрева воздуха, либо для его охлаждения. Предполагалось, что в случае работы аппарата на нагрев воздуха все дополнительное тепло на теплых (или, как их обычно называют, «горячих») спаях будет выделяться за счет поглощения такого же количества тепла на холодных спаях. Для этой цели холодные спаи должны были омываться водой, например из водопроводной сети.
270
Вода, входя в аппарат при одной температуре, должна была несколько охлаждаться вследствие того, что она отдает часть своей энергии холодным спаям.
Все шло хорошо, и результаты калориметрических измерений более или менее совпадали с этими теоретическими предпосылками и расчетом. Но однажды случилось так, что вода в водопроводной сети была очень холодна (дело было зимой) и в таком виде была пущена в аппарат. Участники опыта тут же заметили, что вода вышла из аппарата не с более низкой температурой, а с несколько повышенной, т. е. подогретой. Это всех насторожило. Решили воду совсем выключить и провести опыт при тщательно изолированных в тепловом отношении холодных спаях. Оказалось, что и в этом случае обнаруживается дополнительное количество тепла на стороне горячих спаев.
Работники завода начали обращаться в один институт за другим за советом и помощью. Но каково же было их удивление, когда они отовсюду получали один и тот же ответ: «Этого быть не может». Самый крупный и авторитетный институт по полупроводниковой технике официально ответил, что полученные на заводе экспериментальные данные противоречат закону сохранения энергии и поэтому неправильны.
Получив такое заключение, работники завода стали обращаться в другие учреждения. Но авторитет института, давшего первое заключение, был настолько велик, что никто не решался его оспаривать. Все искали ошибки в измерениях. Делались различные догадки и предположения о причине ошибок — предполагаемых, скрытых, хотя никто конкретно не мог указать ни одной серьезной.
Некоторые ученые даже выступили в печати и заявили, что это была ошибка измерения. Они опять утверждали, что если бы это не было ошибкой измерения, то свидетельствовало бы о нарушении закона сохранения энергии.
Была даже создана комиссия для того, чтобы подтвердить мнение ученых.
И она это, по-видимому, сделала. Во всяком случае, никакого опровержения на статью трех ученых в нашей прессе не последовало. А в статье утверждалось, что если из аппарата выключить воду и при этом его к. п. д. будет превышать 100%, то это уже будет «чудом» — нарушением закона сохранения энергии. В этом состоял главный аргумент авторов критики.
271
Но факт, обнаруженный на заводе, существует независимо от официального мнения, и необычного в нем ничего нет, если посмотреть на существо дела другими глазами и разобраться в кажущемся нарушении закона сохранения энергии.
Поскольку я детально знакомился именно с существом дела, могу сказать, что во всей этой истории меня удивило не «чудо», о котором так много шумели, а создание мифа о якобы имевшем место нарушении закона сохранения энергии. Вот об этом-то я и хочу сейчас рассказать.
Построенный на заводе аппарат микроклимата в своей принципиальной основе можно представить в виде двух теплоизолированных камер — камера А и камера Б (см. рис.). Через обе камеры проходит электрическая цепь ML, состоящая из разнородных полупроводниковых элементов. Направление тока указано стрелкой.
В этом устройстве все спаи, на которых происходит охлаждение (спай N), расположены в первой камере, а все спаи, на которых происходит выделение тепла (спай S), — во второй камере.
Схема асимметричной тепловой нагрузки
272
Через первую камеру непрерывно протекает вода, а через вторую прогоняется воздух. Если бы никакого движения воды и воздуха не было, то во всей системе установилась бы некоторая средняя температура. Эту начальную температуру обозначим буквой 7Y При прохождении электрического тока через систему температура на горячих спаях будет повышаться, а на холодных — понижаться. Это будет продолжаться до тех пор, пока не наступит новое равновесие, определяемое тем, что по мере увеличения разности температур между холодным и горячим спаями будет увеличиваться количество тепла, оттекающего от горячих спаев в сторону холодных Спаев в силу теплопроводности самих полупроводниковых элементов. Распределение температуры вдоль электрической цепи в этом случае будет выражаться некоторой кривой синусоидального типа (на рисунке она изображена пунктирной линией).
В этом случае количество тепла, поглощенное на холодных спаях, будет в точности соответствовать количеству тепла, выделенному на горячих спаях.
Однако в условиях завода в связи с указанным эпизодом система была испытана в несколько иных условиях, а именно: проток воды через камеру холодных спаев был полностью выключен, подача воды прекращена.
Сами спаи были тщательно изолированы в тепловом отношении. Через камеру горячих спаев (для максимального съема с них тепла) интенсивно продувался воздух.
Таким образом, вся система была уже не симметричной, а носила резко выраженный асимметричный характер.
Что же изменилось в этом случае по сравнению с предыдущим положением? Оказывается, очень многое.
Чтобы определить истинное количество тепловой энергии на выходе прибора, надо разобраться в следующих процессах:
1. Вся электрическая энергия, подведенная к аппарату, в конечном счете преобразуется в тепло на омическом сопротивлении цепи от точки Oi до точки Ог. Количество тепловой энергии, выделившейся на этом сопротивлении, в точности соответствует затраченной электрической энергии. А так как все тепло выносится из аппарата продуваемым воздухом, внутри аппарата устанавливается температура, соответствующая данному режиму работы, и в аппарате не происходит ее дальнейшего повышения; следовательно, на выходе аппарата мы имеем коэффициент полезного действия, равный 100%. Ниже 100% значение этого коэффициента принципиально быть не может — это означало бы исчезновение подводимой к аппарату энергии.
