Êàê ÷åëîâåê íàãðåâàë è ïðîäîëæàåò íàãðåâàòü ñâîå æèëèùå? Ìû íàó÷èëèñü íàãðåâàòü ñâîé äîì ãîðàçäî ðàíüøå, ÷åì îõëàæäàòü åãî. ×òîáû íå çàìåðçíóòü, íàøè ïðåäêè ðàçâîäèëè êîñòðû â ïåùåðàõ. Ê ñîæàëåíèþ, ìû íå äàëåêî óøëè âïåðåä. Ïðîñòî áîëüøèíñòâî èç íàñ íå âèäÿò òåõ êîñòðîâ, êîòîðûå äåíü è íî÷ü ãîðÿò, ÷òîáû â êâàðòèðàõ áûëî òåïëî.  êðóïíûõ ãîðîäàõ, ãäå òåïëàÿ âîäà óñïåâàåò îñòûòü íà ñâîåì äîëãîì ïóòè îò òîãî ìåñòà, ãäå åå íàãðåâàþò, äî æèëûõ äîìîâ, åå ïðèõîäèòñÿ ïîäîãðåâàòü äâàæäû. Ïîýòîìó ÷àñòî òàì, ãäå õîëîäíî, íî íåò òîïëèâà, ëþäè ìåðçíóò, à ñòðàíû âîþþò ìåæäó ñîáîé çà ïðàâî îáëàäàòü ìåñòîðîæäåíèÿìè ãàçà è íåôòè. Íî òåïëî îêðóæàåò íàñ ñî âñåõ ñòîðîí! Ïðîñòî íàäî óìåòü âçÿòü åãî è ïåðåíåñòè â äîì. Êàê ïåðåíåñòè òåïëî àòìîñôåðû è çåìëè â äîì? Êîíå÷íî, åñëè çèìîé ïðîñòî âíåñòè íåêîòîðûé îáúåì âîçäóõà èëè êóñîê çåìëè ñ óëèöû äîìîé, òî â êâàðòèðå òåïëåå íå ñòàíåò. Îäíàêî ìîæíî ïîñòóïèòü ïî-äðóãîìó. Íàõîäÿñü íà óëèöå, âîçüìåì æèäêîñòü, êèïÿùóþ ïðè íèçêîé òåìïåðàòóðå, íàïðèìåð ôðåîí-12 ( CF2Cl2 ), è íàëüåì íåñêîëüêî ìèëëèëèòðîâ åå â ðåçèíîâûé øàðèê, ïîñëå ÷åãî ñðàçó çàâÿæåì øàðèê âåðåâêîé, ÷òîáû ïàðû ôðåîíà íå óëåòó÷èëèñü. Òàê êàê òåìïåðàòóðà êèïåíèÿ ôðåîíà ðàâíà 33 °C, òî äàæå çèìîé íà óëèöå âåñü ôðåîí èñïàðèòñÿ, à øàðèê íàäóåòñÿ. Êàæäûé ãðàìì ôðåîíà, èñïàðÿÿñü, áåðåò òåïëî èç õîëîäíîãî âîçäóõà, êîòîðîå ìîæíî îöåíèòü, çíàÿ óäåëüíóþ òåïëîòó ïàðîîáðàçîâàíèÿ ôðåîíà (139 êÄæ/êã). À òåïåðü âíåñåì ýòîò øàðèê â êîìíàòó è ñîæìåì åãî. Êîãäà äàâëåíèå âíóòðè øàðèêà âûðàñòåò íàñòîëüêî, ÷òî ïàðû ôðåîíà íà÷íóò êîíäåíñèðîâàòüñÿ, âñÿ òà òåïëîâàÿ ýíåðãèÿ, êîòîðóþ ìû îòíÿëè íà óëèöå ó õîëîäíîãî âîçäóõà, âûäåëèòñÿ â êîìíàòå, è òàì ñòàíåò òåïëåå. Íó à ïîòîì, êîãäà øàðèê îñòûíåò, ÷òîáû çàâåðøèòü öèêë, ìîæíî îïÿòü âûíåñòè åãî íà óëèöó, óìåíüøèòü äàâëåíèå âíóòðè íåãî è ñíîâà äîæäàòüñÿ, ïîêà âåñü ôðåîí èñïàðèòñÿ. Òàêèì îáðàçîì, ñîâåðøàÿ ðàáîòó íàä ïàðîì, ìû ïåðåíîñèì òåïëî îò áîëåå õîëîäíîãî òåëà (âîçäóõ íà óëèöå) ê áîëåå òåïëîìó (âîçäóõ â êîìíàòå). Óñòðîéñòâà, äåëàþùèå ýòî öèêëè÷åñêè, íàçûâàþò òåïëîâûìè íàñîñàìè. Ðàçóìååòñÿ, òåïëîâûå íàñîñû ìîãóò çàêà÷èâàòü âíóòðü ïîìåùåíèÿ òåïëî íå òîëüêî àòìîñôåðû, íî è ãðóíòà è íàõîäÿùèõñÿ ðÿäîì âîäîåìîâ. Òåïëîâûå íàñîñû õîëîäèëüíèêè íàîáîðîò! Íàâåðíîå, ïî÷òè âñå çàìå÷àëè ñ çàäíåé ñòîðîíû íàøèõ äîìàøíèõ õîëîäèëüíèêîâ ÿâíî òåïëóþ, à èíîãäà äàæå ãîðÿ÷óþ ðåøåòêó ðàäèàòîðà.  ïðèíöèïå, íàø õîëîäèëüíèê ìîæíî íàçâàòü òåïëîâûì íàñîñîì, âûêà÷èâàþùèì òåïëî èç õîëîäèëüíîé êàìåðû â êîìíàòó èëè êóõíþ. È âîîáùå, òåïëîâûå íàñîñû ýòî õîëîäèëüíèêè, 101 îòêà÷èâàþùèå òåïëî, íàïðèìåð èç íåçàìåðçàþùèõ ãëóáèí çåìëè. Èçâåñòíî, ÷òî íà ãëóáèíå 45 ì è áîëåå òåìïåðàòóðà ãðóíòà â òå÷åíèå ãîäà ïðàêòè÷åñêè ïîñòîÿííà è ñîîòâåòñòâóåò ñðåäíåãîäîâîé òåìïåðàòóðå àòìîñôåðíîãî âîçäóõà.  êëèìàòè÷åñêèõ óñëîâèÿõ ñðåäíåé ïîëîñû Ðîññèè ýòà òåìïåðàòóðà ñîñòàâëÿåò 58 °Ñ. Ïåðâûé òåïëîâîé íàñîñ, íàçâàííûé óìíîæèòåëåì òåïëà, áûë ïðåäëîæåí Óèëüÿìîì Òîìñîíîì (ëîðä Êåëüâèí) â 1852 ãîäó è ïðåäñòàâëÿë ñîáîé õîëîäèëüíèê, èñïîëüçóåìûé äëÿ îòîïëåíèÿ. Òîìñîí ñ÷èòàë, ÷òî îãðàíè÷åííîñòü ýíåðãîðåñóðñîâ íå ïîçâîëèò â áóäóùåì ñæèãàòü òîïëèâî â îòîïèòåëüíûõ ïå÷àõ, à åãî óìíîæèòåëü òåïëà áóäåò ïîòðåáëÿòü òîïëèâà ìåíüøå. Òåïëîâîé íàñîñ Òîìñîíà â êà÷åñòâå ðàáî÷åãî òåëà èñïîëüçîâàë âîçäóõ. Âîçäóõ çàñàñûâàëñÿ èç ïîìåùåíèÿ â öèëèíäð, ðàñøèðÿëñÿ è ïðè ýòîì îõëàæäàëñÿ, à çàòåì ïðîõîäèë òåïëîîáìåííèê, ãäå íàãðåâàëñÿ íàðóæíûì âîçäóõîì. Ïîñëå ñæàòèÿ äî àòìîñôåðíîãî äàâëåíèÿ âîçäóõ èç öèëèíäðà ïîñòóïàë â îáîãðåâàåìîå ïîìåùåíèå íàãðåòûì äî òåìïåðàòóðû âûøå ïåðâîíà÷àëüíîé. Ñîâðåìåííûå òåïëîâûå íàñîñû ðàáîòàþò ïî ñëåäóþùåé ñõåìå (ðèñ.71).  èñïàðèòåëå òåïëîâîãî íàñîñà (òåïëîîáìåííèêå, íàõîäÿùåìñÿ íà óëèöå) òåïëî çåìëè, âîäîåìîâ èëè îêðóæàþùåãî Ðèñ. 71. Ñõåìà ðàáîòû òåïëîâîãî íàñîñà, âûêà÷èâàþùåãî òåïëî èç íàðóæíîãî âîçäóõà: 1 èñïàðèòåëü, 2 êîìïðåññîð, 3 êîíäåíñàòîð, 4 êëàïàí (ñóæåíèå), ðàçäåëÿþùèé çîíó âûñîêîãî (ñïðàâà) è íèçêîãî (ñëåâà) äàâëåíèé, ÷åðåç êîòîðûé æèäêèé õëàäàãåíò ìåäëåííî ïåðåòåêàåò, ïîïàäàÿ â íàðóæíûé òåïëîîáìåííèê âîçäóõà èñïîëüçóåòñÿ äëÿ èñïàðåíèÿ õëàäàãåíòà (æèäêîñòè, êèïÿùåé ïðè íèçêîé òåìïåðàòóðå). Ïîëó÷åííûé ïàð ñæèìàåòñÿ êîìïðåññîðîì, è òåìïåðàòóðà ïàðà ïîâûøàåòñÿ. Çàòåì â êîíäåíñàòîðå (òåïëîîáìåííèêå âíóòðè ïîìåùåíèÿ) ïàð îñòûâàåò, è åãî òåïëî ïåðåäàåòñÿ â ñèñòåìó îòîïëåíèÿ è ãîðÿ÷åãî âîäîñíàáæåíèÿ. Ïðè ýòîì êîëè÷åñòâî òåïëîòû, ïîñòàâëÿåìîå ïîòðåáèòåëþ, ìîæåò â íåñêîëüêî ðàç ïðåâûøàòü çàòðàòû ýíåðãèè íà ïðèâîä êîìïðåññîðà. 102 Êîýôôèöèåíò ïðåîáðàçîâàíèÿ õîëîäèëüíèêîâ è òåïëîâûõ íàñîñîâ. Îòíîøåíèå ïîëåçíîãî êîëè÷åñòâà òåïëîòû ê ðàáîòå, çàòðà÷èâàåìîé íà ïðèâîä êîìïðåññîðà, íàçûâàþò êîýôôèöèåíòîì ïðåîáðàçîâàíèÿ òåïëîâîãî íàñîñà, â íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûõ òåïëîíàñîñíûõ ñèñòåìàõ îí äîñòèãàåò 3 è áîëåå. Ïîïðîáóåì ïîíÿòü, ïî÷åìó ïîëüçîâàòüñÿ òåïëîâûì íàñîñîì ãîðàçäî âûãîäíåå, ÷åì äàæå èäåàëüíûì ýëåêòðîîáîãðåâàòåëåì, êîýôôèöèåíò ïðåîáðàçîâàíèÿ êîòîðîãî ðàâåí 1. Õîëîäèëüíèê è òåïëîâîé íàñîñ ýòî äâèãàòåëè, ðàáîòàþùèå «íàîáîðîò» ïî îòíîøåíèþ ê òåïëîâîé ìàøèíå, òàê êàê â íèõ ìû ñîâåðøàåì ðàáîòó, ÷òîáû îõëàäèòü áîëåå õîëîäíîå òåëî è íàãðåòü áîëåå òåïëîå. Èçâåñòíî, ÷òî ÊÏÄ èäåàëüíîãî òåïëîâîãî äâèãàòåëÿ (ìàøèíû Êàðíî), ïðåîáðàçóþùåãî òåïëî â ðàáîòó, ðàâåí A Ò - Òõ ÊÏÄ = = í < 1, Q+A Òí ãäå Q çàòðà÷åííîå êîëè÷åñòâî òåïëîòû, À ðàáîòà, Tí è Tx òåìïåðàòóðû íàãðåâàòåëÿ è õîëîäèëüíèêà ñîîòâåòñòâåííî. Ýòî çíà÷èò, ÷òî åñëè ìû çàõîòèì íàãðåâàòü äîì ñ ïîìîùüþ èäåàëüíîãî òåïëîâîãî íàñîñà, åãî êîýôôèöèåíò ïðåîáðàçîâàíèÿ ÊÎÏ áóäåò ðàâåí Q+A Òí ? 1. = ÊÎÏ = A Òí - Òõ Òàêèì îáðàçîì, íàãðåâàòü êîìíàòó òåïëîâûì íàñîñîì ãîðàçäî âûãîäíåå, ÷åì ýëåêòðè÷åñêèì êàìèíîì, òàê êàê èç çåìëè èëè èç õîëîäíîãî âîçäóõà íàì óäàñòñÿ âûêà÷àòü â íåñêîëüêî ðàç áîëüøåå êîëè÷åñòâî òåïëîòû. Ñåãîäíÿ òîïëèâíûå íàñîñû âûïóñêàþòñÿ òåïëîâîé ìîùíîñòüþ îò 2 êÂò äî 200 ÌÂò. Êàê ïîêàçàëè îöåíêè, ïðèìåíåíèå òàêèõ íàñîñîâ ïîçâîëèò ñîêðàòèòü ïîòðåáëåíèå òîïëèâà (ãàç, ìàçóò, óãîëü è ò.ä.) ïðèáëèçèòåëüíî íà 40%, ÷òî ñîîòâåòñòâåííî ñíèçèò çàãðÿçíåíèå îêðóæàþùåé ñðåäû.  íàñòîÿùåå âðåìÿ îáùèé åæåãîäíûé îáúåì ïðîäàæ âûïóñêàåìûõ çà ðóáåæîì òîïëèâíûõ íàñîñîâ ñîñòàâëÿåò áîëåå 100 ìëðä äîëëàðîâ ÑØÀ, ÷òî ïðåâûøàåò, íàïðèìåð, ìèðîâîé îáúåì ïðîäàæ âîîðóæåíèé â íåñêîëüêî ðàç. Øâåöèÿ, ñêàæåì, óæå ñåãîäíÿ 70% òåïëà ïîëó÷àåò ñ ïîìîùüþ òîïëèâíûõ íàñîñîâ, à ïî ïðîãíîçó Ìèðîâîãî ýíåðãåòè÷åñêîãî êîìèòåòà ê 2020 ãîäó èñïîëüçîâàíèå òåïëîâûõ íàñîñîâ âî âñåì ìèðå äëÿ îòîïëåíèÿ è ãîðÿ÷åãî âîäîñíàáæåíèÿ ïðèáëèçèòñÿ ê 75%. Ìîæíî ëè çèìîé èñïîëüçîâàòü òåïëî ïðîøåäøåãî ëåòà? Îêàçûâàåòñÿ, ìîæíî!  Àâñòðèè, Ãîëëàíäèè è Âåëèêîáðèòàíèè 103 òåïëî ïðîøåäøåãî ëåòà èñïîëüçóþò çèìîé äëÿ ïîäîãðåâà äîðîæíîãî ïîêðûòèÿ, ÷òîáû èçáåæàòü åãî îáëåäåíåíèÿ. Äëÿ ýòîãî ïîä àñôàëüò íà ãëóáèíó 12 ñì çàêàïûâàþò ïîëèýòèëåíîâûå òðóáêè äèàìåòðîì 25 ìì, ðàñïîëàãàÿ èõ íà ðàññòîÿíèè 15 ñì äðóã îò äðóãà. Ñðåäíÿÿ òåìïåðàòóðà ãðóíòà íà ýòîé ãëóáèíå ðàâíà 12 °Ñ, íî ëåòîì îíà ïîäíèìàåòñÿ äî 25 °Ñ.  òå÷åíèå âñåãî ëåòà òåïëóþ âîäó èç òðóá ñëèâàþò â òåïëîèçîëèðîâàííûå åìêîñòè, çàêîïàííûå ðÿäîì ñ äîðîãîé. Çèìîé, êàê òîëüêî òåìïåðàòóðà äîðîæíîãî ïîêðûòèÿ óïàäåò íèæå 2 °Ñ, ïî òðóáàì íà÷èíàþò ïðîïóñêàòü âîäó, íàãðåòóþ ïðîøëûì ëåòîì, ïðåäîòâðàùàÿ îáðàçîâàíèå ãîëîëåäà. Ïî÷åìó ìû íîñèì ñâèòåð, à íà êîæå ïîÿâëÿþòñÿ ìóðàøêè? Âîçäóõ ÿâëÿåòñÿ õîðîøèì òåïëîèçîëÿòîðîì è ïîìîãàåò íàì ñîõðàíÿòü òåïëî, íî òîëüêî åñëè îí íåïîäâèæåí. Äâèãàÿñü îòíîñèòåëüíî òåëà, îí îòáèðàåò ó íåãî òåïëî. Òîëùèíà ñëîÿ íåïîäâèæíîãî âîçäóõà óìåíüøàåòñÿ ïðè ñðåäíåì âåòðå îò 24 ìì äî 1 ìì, à ñâèòåð óâåëè÷èâàåò åå äî 10 ìì. Ïðè ïîÿâëåíèè ìóðàøåê âîëîñû «âñòàþò», ÷òî òàêæå óòîëùàåò ñëîé íåïîäâèæíîãî âîçäóõà. Êîíå÷íî, äàëåêî íå ó âñåõ ïðè ïîÿâëåíèè ìóðàøåê âîçíèêàåò íà òåëå «ñâèòåð» èç ñîáñòâåííûõ âîëîñ, íî ìû äî ñèõ ïîð íå ìîæåì èçáàâèòüñÿ îò ýòîãî âðîæäåííîãî ðåôëåêñà íàøèõ äàëåêèõ è âîëîñàòûõ ïðåäêîâ. Ïî÷åìó ìû äðîæèì îò õîëîäà? Ñîêðàùåíèÿ ìûøö íå òîëüêî äàþò íàì âîçìîæíîñòü äâèãàòüñÿ, íî è ñíàáæàþò íàñ òåïëîì. Ìûøöû íå ÿâëÿþòñÿ èäåàëüíûìè ïðóæèíàìè, êîòîðûå, ñæèìàÿñü, õðàíÿò â ñåáå âñþ ýíåðãèþ äåôîðìàöèè, à ïðè ðàññëàáëåíèè ñîâåðøàþò ðàáîòó. Äåôîðìàöèÿ ìûøö íåóïðóãàÿ, è ïîýòîìó îíè, ñîêðàùàÿñü è ñîâåðøàÿ ðàáîòó, îäíîâðåìåííî ñëóæàò èñòî÷íèêîì òåïëà. Âûïîëíÿÿ ñðåäíþþ ôèçè÷åñêóþ ðàáîòó, ìû ðàçîãðåâàåìñÿ, à ìûøöû, ñîñòàâëÿþùèå îêîëî 50% ìàññû íàøåãî òåëà, ÿâëÿþòñÿ ïðè ýòîì èñòî÷íèêîì ïî÷òè 75% âñåãî ïîëó÷àåìîãî òåïëà. Îñòàëüíûå 25% ýòî òåïëî, âûäåëÿþùååñÿ ïðè ðàçëè÷íûõ áèîõèìè÷åñêèõ ðåàêöèÿõ. Êîãäà ìû äðîæèì îò õîëîäà, íàøè ìûøöû áåñïîðÿäî÷íî ñîêðàùàþòñÿ, è ýòî õîòÿ è ìåøàåò êîîðäèíàöèè äâèæåíèé, íî ïîçâîëÿåò íàì ñîãðåòüñÿ. Êàê ñîõðàíÿåò òåïëî òþëåíü, ïëàâàÿ â Ëåäîâèòîì îêåàíå? Ìîðæè è òþëåíè ïëàâàþò â õîëîäíîé âîäå, òåìïåðàòóðà êîòîðîé îêîëî 0 °Ñ. Ïîýòîìó îñíîâíàÿ ïðîáëåìà, ñ êîòîðîé îíè ñòàëêèâàþòñÿ, ýòî êàê ñîõðàíèòü òåïëî. Äëÿ ýòîãî âñå òåëî ó íèõ ïîêðûòî òîëñòûì ñëîåì ïîäêîæíîãî æèðà, êîòîðûé ñëóæèò õîðîøèì òåïëîèçîëÿòîðîì. Îäíàêî íà ëàñòàõ è õâîñòå (÷òîáû îíè áûëè ëåãêèìè è ïîäâèæíûìè) æèðà íåò, è èõ òåìïåðàòóðà ïàäàåò äî 12 °Ñ. Ïîýòîìó ÷åðåç ýòè íåïîêðûòûå 104 æèðîì êîíå÷íîñòè òåïëî äîëæíî óõîäèòü â îêðóæàþùóþ ëåäÿíóþ âîäó, êàê ÷åðåç îòêðûòóþ ôîðòî÷êó. Ïî÷åìó æå òþëåíè íå çàìåðçàþò? Êðîâü ñíàáæàåò êîæíûå ïîêðîâû òþëåíÿ êèñëîðîäîì è, äîñòàâèâ åãî òóäà, âîçâðàùàåòñÿ îáðàòíî ê ñåðäöó. Íî âìåñòå ñ êèñëîðîäîì êðîâü âûíîñèò íà ïîâåðõíîñòü òþëåíÿ è òåïëî âåäü ãëóáîêî âíóòðè òåëà âñåãäà 37 °Ñ. Ïîýòîìó êðîâîîáðàùåíèå ñëóæèò îäíîé èç îñíîâíûõ ïðè÷èí òåïëîïîòåðü. Îäíàêî ìóäðàÿ Ïðèðîäà òàê óñòðîèëà ñèñòåìó êðîâîñíàáæåíèÿ êîíå÷íîñòåé ó òþëåíåé, ÷òîáû ýòè ïîòåðè áûëè ìèíèìàëüíûìè. Êàê èìåííî? Ïðîòèâîòî÷íàÿ ñèñòåìà: ýêîíîìèÿ òåïëà. Îïóñòèì â ñíåã òðóáêó, èçîãíóòóþ â âèäå áóêâû U, è áóäåì ïðîïóñêàòü ÷åðåç íåå ãîðÿ÷óþ âîäó (ðèñ.72, ñëåâà). Î÷åâèäíî, ÷òî, ïðîòåêàÿ ÷åðåç òðóáêó, âîäà áóäåò ïîñòåïåííî îñòûâàòü, îòäàâàÿ ñâîå òåïëî õîëîäíîìó ñíåãó, è ïîýòîìó òåìïåðàòóðà âîäû, âûõîäÿùåé èç òðóáêè, áóäåò âñåãäà ìåíüøå ïåðâîíà÷àëüíîé. Ïîïðîáóåì òåïåðü ñáëèçèòü ïîëîâèíêè òðóáîê òàê, ÷òîáû îíè êàñàëèñü äðóã äðóãà, à ïîòîêè âîäû, äâèæóùèåñÿ â ïðîòèâîïîëîæíûõ íàïðàâëåíèÿõ, ìîãëè îáìåíèâàòüñÿ òåïëîì. Ïðè òàêîé ïðîòèâîòî÷íîé ñèñòåìå äâèæåíèÿ æèäêîñòè âîäà áóäåò îñòû- Ðèñ. 72. Îáû÷íàÿ ñèñòåìà öèðêóëÿöèè âîäû ÷åðåç ñíåã (ñëåâà) è åå âàòü òîëüêî â ëåâîé ïîëîâèí- ïðîòèâîòî÷íûé àíàëîã, óìåíüøàþêå òðóáêè (ñì. ðèñ.72, ñïðà- ùèé òåïëîïîòåðè (ñïðàâà) âà), äâèãàÿñü âãëóáü ñíåãîâîãî ñëîÿ. Êîãäà âîäà, ñäåëàâ ðàçâîðîò, íàïðàâèòñÿ îáðàòíî, ê íåé íà÷íåò ïîñòóïàòü òåïëî îò áîëåå íàãðåòîé âîäû, òåêóùåé ðÿäîì â ïðîòèâîïîëîæíîì íàïðàâëåíèè, è òåìïåðàòóðà âûõîäÿùåé èç õîëîäà âîäû íà÷íåò ïîñòåïåííî óâåëè÷èâàòüñÿ. Òàêèì îáðàçîì, ïðîòèâîòî÷íîå äâèæåíèå ïîçâîëÿåò çíà÷èòåëüíî óìåíüøèòü òåïëîâûå ïîòåðè, òàê êàê ÷àñòü òåïëà îòäàåòñÿ õîëîäíîé æèäêîñòè, âîçâðàùàþùåéñÿ èç ñíåãà. Ó òþëåíåé è ìîðæåé êðîâîñíàáæåíèå â êîíå÷íîñòÿõ ïðîòèâîòî÷íîå, ÷òî ïîçâîëÿåò óìåíüøèòü ïîòåðè òåïëà, òàê êàê ÷àñòü òåïëà àðòåðèàëüíîé êðîâè, òåêóùåé îò ñåðäöà ê ïåðèôåðèè, îòäàåòñÿ áîëåå õîëîäíîé âåíîçíîé êðîâè, âîçâðàùàþùåéñÿ èç îòäàëåííîé ÷àñòè ëàñòû èëè õâîñòà. ×òîáû òåïëîïåðåäà÷à ìåæäó àðòåðèÿìè è âåíàìè áûëà áîëåå ýôôåêòèâíîé, âåíû ïðîñòî 105 îïëåòàþò àðòåðèè, íåñóùèå òåïëóþ êðîâü ê êîíå÷íîñòÿì òþëåíÿ (ðèñ.73). Ïî÷åìó õîìÿê âñå âðåìÿ åñò? Êàæäîãî, êòî êîãäà-íèáóäü äåðæàë ó ñåáÿ äîìà õîìÿêà èëè âèäåë åãî ó çíàêîìûõ, ïîðàæàëà åãî ïðîæîðëèâîñòü, î êîòîðîé òàê ìíîãî ñêàçàíî â íàøèõ ñêàçêàõ è ïîãîâîðêàõ. Çà äåíü õîìÿê, äà è ëþáîé ìåëêèé ãðûçóí, ìîæåò ñúåñòü ñòîëüêî, ñêîëüêî ñàì âåñèò.  òî æå âðåìÿ ìàññà åæåäíåâíîãî ðàöèîíà ñëîíà ñîñòàâëÿåò ìåíåå 1/10 åãî ìàññû, õîòÿ ïî êàëîðèéíîñòè ïèùà ñëîíà ïî÷òè íå îòëè÷àåòñÿ îò ïèùè ãðûçóíà, òàê Ðèñ. 73. Ïðîòèâîêàê îáà ïèòàþòñÿ èñêëþ÷èòåëüíî ðàñòåíèòî÷íàÿ ñèñòåìà ÿìè. Îò ÷åãî æå çàâèñèò êîëè÷åñòâî ïèùè, êðîâîñíàáæåíèÿ êîíå÷íîñòåé òþëåíÿ: íåîáõîäèìîå æèâîòíîìó äëÿ íîðìàëüíîé 1 àðòåðèÿ, íåñó- æèçíåäåÿòåëüíîñòè? Èçâåñòíî, ÷òî îïðåäåëåííàÿ òåìïåðàòóùàÿ òåïëóþ êðîâü ê õîëîäíîìó êðàþ ëà- ðà òåëà ó òåïëîêðîâíûõ æèâîòíûõ ïîääåðñòû, 2 âåíû ñ êðî- æèâàåòñÿ çà ñ÷åò âûäåëåíèÿ òåïëà ïðè ïîâüþ, òåêóùåé îò ñòîÿííî ïðîòåêàþùèõ õèìè÷åñêèõ ðåàêöèõîëîäíîãî êðàÿ ëàñ- ÿõ ïðîöåññàõ ìåòàáîëèçìà. Ïîäñ÷èòàíî, òû ÷òî ïîòðåáëåíèå îðãàíèçìîì 1 ñì 3 êèñëîðîäà ñîïðîâîæäàåòñÿ âûäåëåíèåì 20 Äæ òåïëà. Ïðè ýòîì îñâîáîäèâøååñÿ êîëè÷åñòâî òåïëîòû íå çàâèñèò îò âèäà ïèùè. Ïóñòü æèâîòíîå èìååò ôîðìó øàðà ðàäèóñîì R, à åäèíèöà ìàññû æèâîòíîãî íóæäàåòñÿ êàæäóþ ñåêóíäó â q ñì 3 êèñëîðîäà. Òîãäà êîëè÷åñòâî òåïëîòû Q1 , îñâîáîæäàþùååñÿ êàæäóþ ñåêóíäó â îðãàíèçìå, ñîñòàâèò Q1 = 4 SR3U × q × 20 Äæ , 3 ãäå U ïëîòíîñòü òåëà æèâîòíîãî. Òàê êàê òåìïåðàòóðà òåëà îñòàåòñÿ ïîñòîÿííîé, êîëè÷åñòâî òåïëîòû, îáðàçóþùååñÿ â îðãàíèçìå çà ñ÷åò ìåòàáîëè÷åñêèõ ïðîöåññîâ, äîëæíî ðàâíÿòüñÿ êîëè÷åñòâó òåïëîòû, ïåðåøåäøåìó îò æèâîòíîãî â îêðóæàþùóþ ñðåäó. Èçâåñòíî, ÷òî êîëè÷åñòâî òåïëîòû Q2 , ïåðåõîäÿùåå â åäèíèöó âðåìåíè îò áîëåå íàãðåòîãî òåëà ê ìåíåå íàãðåòîìó ïðè èõ ñîïðèêîñíîâåíèè, ïðîïîðöèîíàëüíî ïëîùàäè ñîïðèêîñíîâåíèÿ S, ðàçíîñòè èõ òåìïåðàòóð 'T , òåïëîïðîâîäíîñòè ñðåäû ìåæäó íèìè O è îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíî òîëùèíå ñëîÿ ýòîé 106 ñðåäû 'x . Òàê êàê ó íàøåãî øàðîîáðàçíîãî «æèâîòíîãî» S = 4SR2 , òî Q2 = O × 4SR2 'T . 'x Ïðèðàâíèâàÿ êîëè÷åñòâî òåïëîòû, îñâîáîæäàþùååñÿ â îðãàíèçìå ïðè ìåòàáîëè÷åñêèõ ïðîöåññàõ, è êîëè÷åñòâî òåïëîòû, òåðÿåìîå òåëîì ÷åðåç åãî ïîâåðõíîñòü, ïîëó÷àåì q= k 3O 'T , ãäå k = . 20U 'x R Ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî ïðè èçìåíåíèè ðàçìåðîâ íàøåãî øàðîîáðàçíîãî «æèâîòíîãî» âåëè÷èíà k îñòàåòñÿ ïîñòîÿííîé, è, çíà÷èò, ïîòðåáíîñòè åäèíèöû ìàññû â êèñëîðîäå (q) ðàñòóò ñ óìåíüøåíèåì ðàçìåðîâ æèâîòíîãî. Òàê êàê ìàññà øàðà ðàâíà M = 4 3 SR3U , òî q ìîæíî âûðàçèòü è ÷åðåç Ì: k k : M -1 3 , = q= 13 R æ M ö çè 4SU 3 ÷ø îòêóäà ñëåäóåò, ÷òî åäèíèöå ìàññû õîìÿêà òðåáóåòñÿ êèñëîðîäà ãîðàçäî áîëüøå, ÷åì òàêîé æå åäèíèöå ìàññû ñëîíà. À òàê êàê âåñü êèñëîðîä ðàñõîäóåòñÿ æèâîòíûì íà îêèñëåíèå ïèòàòåëüíûõ âåùåñòâ, òî è êîëè÷åñòâî ïèùè â ðàñ÷åòå íà åäèíèöó ìàññû òåëà äëÿ õîìÿêà äîëæíî áûòü ãîðàçäî áîëüøå ñîîòâåòñòâóþùåé âåëè÷èíû äëÿ ñëîíà. Êîíå÷íî, ñäåëàííîå äîïóùåíèå î øàðîîáðàçíîñòè æèâîòíûõ íåñïðàâåäëèâîå, íî î÷åâèäíî, ÷òî ïîëó÷åííàÿ ôîðìóëà äëÿ q ãîäèòñÿ è äëÿ âñåõ ïîäîáíûõ æèâîòíûõ (ðèñ.74). Íó à äëÿ ðåàëüíûõ æèâîòíûõ è ÷åëîâåêà, êàê Ðèñ. 74. Ñõåìàòè÷åñêîå èçîáðàæåíèå äâóõ ïîäîáíûõ æèâîòíûõ; ñòîëáèêîì óêàçàíî ñîîòâåòñòâóþùåå êîëè÷åñòâî òåïëîòû, âûäåëÿåìîå êàæäûì êèëîãðàììîì æèâîòíîãî äëÿ ïîääåðæàíèÿ ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðû 107 ïîêàçàëè èçìåðåíèÿ, q = 70 M -1 3 êêàë äåíü × êã , ÷òî, íàïðèìåð, äëÿ ÷åëîâåêà ìàññîé 60 êã ñîîòâåòñòâóåò ïðèáëèçèòåëüíî 1500 êêàë â äåíü. Òàêèì îáðàçîì, òîëüêî äëÿ ïîääåðæàíèÿ ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðû ìû äîëæíû òðàòèòü íà îáîãðåâ 1500 êêàë â äåíü. Äðóãèìè ñëîâàìè, ÷åëîâåê ýòî ëàìïî÷êà ìîùíîñòüþ îêîëî 75 Âò, òàê êàê â òåëå ÷åëîâåêå, äàæå êîãäà îí ñïèò, ïðîòåêàþò õèìè÷åñêèå ðåàêöèè ñ âûäåëåíèåì òåïëà. Ïî÷åìó ÷åëîâåêó íóæåí èñêóññòâåííûé õîëîä, è êàê åãî äîáûòü? Èñêóññòâåííûé õîëîä ÷àñòî íåîáõîäèì, ÷òîáû çàùèòèòü íàø îðãàíèçì îò ïåðåãðåâà. Êðîìå òîãî, õîëîä íåîáõîäèì ïðîäóêòàì, êîòîðûå ìû ñåãîäíÿ íå ñîáèðàåìñÿ åñòü. Èìåþòñÿ, ïî êðàéíåé ìåðå, äâà ñïîñîáà îõëàäèòü ñåáÿ: 1) âûëèòü ñåáå íà ðóêó îäåêîëîí èëè ñïèðò, êîòîðûå, èñïàðÿÿñü, îòíèìóò òåïëî ó ðóêè, à çíà÷èò, îõëàäÿò åå; 2) îòêðûòü áàëëîí÷èê ñî ñæàòûì ãàçîì è íàïðàâèòü åãî ñòðóþ íà ðóêó, êîòîðûé, ðàñøèðÿÿñü, îõëàäèòñÿ, è ìû ïî÷óâñòâóåì ðóêîé óìåíüøåíèå åãî òåìïåðàòóðû. Îáà ýòè ñïîñîáà áûëè èñïîëüçîâàíû â ðàáîòå äîìàøíèõ õîëîäèëüíèêîâ, ìàññîâîå ïðîèçâîäñòâî êîòîðûõ íà÷àëîñü ñ ñåðåäèíû 1920-õ ãîäîâ. Êàê ðàáîòàåò îáû÷íûé (êîìïðåññèîííûé) õîëîäèëüíèê? Êîìïðåññèîííûé õîëîäèëüíèê (ðèñ.75) ñîñòîèò èç: íàñîñà (êîìïðåññîðà), êîòîðûé ñîçäàåò îáëàñòü âûñîêîãî äàâëåíèÿ â òðóáî÷êàõ òåïëîîáìåííèêà ñíàðóæè õîëîäèëüíîé êàìåðû è îáëàñòü Ðèñ.75. Ñõåìà êîìïðåññèîííîãî õîëîäèëüíèêà íèçêîãî äàâëåíèÿ â òðóáî÷êàõ òåïëîîáìåííèêà âíóòðè õîëîäèëüíîé êàìåðû; êëàïàíà (ñóæåíèÿ), ðàçäåëÿþùåãî ýòè äâå ñåêöèè òåïëîîáìåííèêà; õëàäàãåíòà ñ òåìïåðàòóðîé êèïåíèÿ îêîëî 30 °Ñ, ïåðåõîäÿùåãî èç îäíîé ñåêöèè òåïëîîáìåííèêà â äðóãóþ, à òàêæå èç ãàçîîáðàçíîãî ñîñòîÿíèÿ â æèäêîå è îáðàòíî. 108 Êàæäûå 15 ìèíóò â õîëîäèëüíèêå ÷òî-òî ùåëêàåò, è ðàçäàåòñÿ øóì ðàáîòàþùåãî äâèãàòåëÿ. Ýòî íàñîñ êîìïðåññîðà íà÷àë î÷åðåäíîé öèêë ðàáîòû: ñæèìàåòñÿ ãàç, íàõîäÿùèéñÿ âî âíåøíåì òåïëîîáìåííèêå, è åãî äàâëåíèå è òåìïåðàòóðà óâåëè÷èâàþòñÿ; äâèãàÿñü ïî âíåøíåìó òåïëîîáìåííèêó, ãàç îñòûâàåò, íàãðåâàÿ âîçäóõ â êîìíàòå; íàêîíåö, òåìïåðàòóðà ãàçà ïàäàåò íàñòîëüêî, ÷òî ÷àñòü ãàçà êîíäåíñèðóåòñÿ â æèäêîñòü; âûñîêîå äàâëåíèå ïåðåä êëàïàíîì âûáðûçãèâàåò êàïåëüêè æèäêîãî õëàäàãåíòà â ñåêöèþ òåïëîîáìåííèêà, íàõîäÿùóþñÿ ïîä íèçêèì äàâëåíèåì, ãäå õëàäàãåíò íà÷èíàåò êèïåòü, èñïàðÿÿñü è ïîíèæàÿ òåìïåðàòóðó õîëîäèëüíîé êàìåðû. Õîëîäèëüíèê Ýéíøòåéíà.  êîìïðåññèîííîì õîëîäèëüíèêå âñåãäà åñòü ýëåêòðîäâèãàòåëü, äâèæóùèåñÿ ÷àñòè êîòîðîãî ÿâëÿþòñÿ èñòî÷íèêîì øóìà è çíà÷èòåëüíî óìåíüøàþò íàäåæíîñòü åãî ðàáîòû. Èíòåðåñíî, ÷òî ó èñòîêîâ ñîçäàíèÿ õîëîäèëüíèêîâ, íå ñîäåðæàùèõ ïîäâèæíûõ ÷àñòåé, ñòîÿëè äâà èçâåñòíûõ ôèçèêà Àëüáåðò Ýéíøòåéí è Ëåî Ñöèëàðä.  20-õ ãîäàõ ïðîøëîãî âåêà îíè ïðåäëîæèëè ñðàçó íåñêîëüêî òèïîâ òàêèõ õîëîäèëüíèêîâ (îäèí èç íèõ èçîáðàæåí íà ðèñóíêå 76). Ïðèäóìàòü íîâûé òèï äîìàøíåãî õîëîäèëüíèêà Ýéíøòåéíà ïîáóäèëà ñòàòüÿ â ãàçåòå, ãäå ðàññêàçûâàëîñü, êàê áîëüøàÿ ñåìüÿ óìåðëà îò îòðàâëåíèÿ àììèàêîì, êîòîðûé âûòåê èç íåèñïðàâíîãî êîìïðåññèîííîãî õîëîäèëüíèêà. Äâà èõ ïàòåíòà áûëè êóïëåíû ôèðìîé «Ýëåêòðîëþêñ», êîòîðàÿ äî ñèõ ïîð ïðîèçâîäèò õîëîäèëüíèêè. Ðèñ. 76. Ñõåìà îäíîãî èç õîëîäèëüíèêîâ, ïðåäëîæåííûõ À. Ýéíøòåéíîì è Ë. Ñöèëàðäîì. Ñ ïîìîùüþ âîäîñòðóéíîãî íàñîñà â êîëáå 1 ñîçäàåòñÿ äàâëåíèå ìåíüøå àòìîñôåðíîãî.  ðåçóëüòàòå æèäêèé ìåòàíîë èç 3 ïîäíèìàåòñÿ ïî òðóáêå 4 è èñïàðÿåòñÿ, ïîíèæàÿ òåìïåðàòóðó âîçäóõà â 2, âñëåäñòâèå ÷åãî îõëàæäàåòñÿ êîíòåéíåð 5, ãäå ìîæåò, íàïðèìåð, íàõîäèòüñÿ ìîðîæåíîå. Äàëüøå ìåòàíîë âìåñòå ñ âîäîé ñìûâàåòñÿ â âîäîïðîâîä ñ ïîìîùüþ âòîðîãî âîäîñòðóéíîãî íàñîñà 6 109 Ê ñîæàëåíèþ, ïðèõîä ê âëàñòè ôàøèñòîâ, à ïîòîì âòîðàÿ ìèðîâàÿ âîéíà ïîìåøàëè âîïëîùåíèþ ýòèõ ïðîåêòîâ, òàê êàê Ýéíøòåéí ýìèãðèðîâàë â ÑØÀ, à Ñöèëàðä â Àíãëèþ. Ñàìûé ïðèìèòèâíûé õîëîäèëüíèê. Îäíèì èç ñàìûõ ïðîñòûõ è íàäåæíûõ õîëîäèëüíèêîâ, êîòîðûé äî ñèõ ïîð èñïîëüçóåòñÿ êîðåííûì íàñåëåíèåì àôðèêàíñêèõ ïóñòûíü, ÿâëÿåòñÿ ïàðà âëîæåííûõ äðóã â äðóãà ãëèíÿíûõ ãîðøêîâ (ðèñ.77). Ïðîñòðàíñòâî ìåæäó ãîðøêàìè çàïîëÐèñ. 77. Ïðèìèòèâíûé õîëîäèëüíèê, ñîñòîÿùèé èç äâóõ ãëèíÿíûõ ãîðø- íÿåòñÿ ìîêðûì ïåñêîì, à âëàêîâ ñ âëàæíûì ïåñêîì ìåæäó íèìè ãà, ìåäëåííî èñïàðÿÿñü, îõëàæäàåò âíóòðåííèé ãîðøîê, çàïîëíåííûé, íàïðèìåð, îâîùàìè. Èñïîëüçîâàíèå òàêîãî õîëîäèëüíèêà ïîçâîëÿåò â íåñêîëüêî ðàç ïðîäëèòü ñðîê õðàíåíèÿ îâîùåé. Êðèîíèêà äîðîãà ê áåññìåðòèþ. Êðèîíèêà, ò.å. íàóêà î ñîõðàíåíèè áèîëîãè÷åñêèõ îáúåêòîâ ïóòåì èõ çàìîðîçêè, îòíîñèòåëüíî ìîëîäà, åé íåò åùå è 50 ëåò. Ó÷åíûå ñ÷èòàþò, ÷òî ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ òåëî ïîäâåðæåíî ëèøü íåçíà÷èòåëüíûì èçìåíåíèÿì è ïîýòîìó ìîæåò ñîõðàíÿòüñÿ íåîïðåäåëåííî äîëãîå âðåìÿ. Òîãäà æå ïîÿâèëàñü è ôàíòàñòè÷åñêàÿ èäåÿ çàìîðàæèâàòü òåëà íåèçëå÷èìî áîëüíûõ äî ñâåðõíèçêèõ òåìïåðàòóð, ÷òîáû îæèâèòü èõ â áóäóùåì, êîãäà ìåäèöèíà îñâîèò áîëåå äåéñòâåííûå ìåòîäû ëå÷åíèÿ. Èäåÿ áûñòðî îâëàäåëà ìàññàìè. Ïðèÿòíî ñîçíàâàòü, ÷òî ó òåáÿ åñòü íàäåæäà, òåì áîëåå ÷òî íàó÷íûå è ïñåâäîíàó÷íûå ïóáëèêàöèè, ôàíòàñòè÷åñêèå ôèëüìû è êíèãè ýòó íàäåæäó ïîñòîÿííî ïîäîãðåâàþò. Âñå ïðîöåññû â îðãàíèçìå ýòî ÷åðåäà îãðîìíîãî ÷èñëà ñâÿçàííûõ ìåæäó ñîáîé õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé. Ïîíèæåíèå òåìïåðàòóðû çàìåäëÿåò ñêîðîñòü òåïëîâîãî äâèæåíèÿ ìîëåêóë è äèôôóçèþ, â ðåçóëüòàòå ÷åãî ïîíèæàåòñÿ è ñêîðîñòü âñåõ õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé. Ïîýòîìó ïðè ïîíèæåíèè òåìïåðàòóðû òåëà íà êàæäûå 10 °Ñ èíòåíñèâíîñòü ôèçèîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ ïàäàåò íàñòîëüêî, ÷òî ïîòðåáëåíèå êèñëîðîäà æèâîòíûìè óìåíüøàåòñÿ â 23 ðàçà. 110