В океане энергии - страница 19
Энергия не исчезает и не возникает из ничего, поэтому источником энергии может быть только система, способная энергию накапливать. Не желаете ли принять участие в одном необычном деле? Давайте изобретем автомобиль наоборот или, если хотите, антиавтомобиль. Но прежде надо решить одну проблему. В вашем распоряжении имеется 1 кг водяного пара с температурой чуть больше 100°С и 1 кг льда с температурой — 100°С. Что вы предпочтете для приведения в движение даже не автомобиля, а хотя бы игрушечной тележки?
— Конечно, пар,— наверное, ответите вы.— Что же тут сомневаться? Пар вращает огромные турбины, да и, вообще, горячий пар содержит больший запас энергии, чем холодный лед.
Вы, несомненно, правы, но, чтобы привести в движение игрушечный или настоящий автомобиль, лед может послужить ничуть не хуже водяного пара. Водяной пар совершает работу потому, что его температура выше температуры окружающего воздуха. С тем же успехом можно использовать какую-нибудь жидкость с температурой кипения, скажем, —80° С.
Проведите сначала такой опыт. Обложите закупоренную бутылку с низкокипящей жидкостью кусками льда, температура которого—100° С. Как вы думаете, что-нибудь случится? Ничего особенного, жидкость останется жидкостью.
Тогда откройте пробку. Пусть теперь жидкость соприкоснется с окружающей средой, имеющей температуру, предположим, 0°С (ни зима, ни лето). Теперь кое-что случится: жидкость закипит, ведь температура ее кипения на 80° ниже температуры окружающей среды. В результате кипения образуется пар, который сразу же нагревается до 0°С. Он совершает работу ничуть не хуже водяного пара, хотя его температура нуль градусов, а не сто. Отработавший и поэтому охладившийся пар на» правьте в холодильник. Отдав льду остатки тепла, полученного от окружающей среды, пар превратится в жидкость, и все начнется сначала.
Проект антиавтомобиля готов. Заливаете в герметически закрывающуюся систему низкокипящую жидкость (физики говорят, рабочее тело). Обкладываете топливный бак льдом. Можно ехать. От соприкосновения с отработавшим паром лед постепенно нагревается и тает. Не беда. Проехав определенное количество километров, подъезжаете к заправочной станции, где вместо бензоколонок установлены электрические холодильники. Переливаете воду (растаявший лед) из бака в холодильник. Через несколько минут вынимаете из холодильника брикеты льда, загружаете их в бак и едете дальше. Что важно? Жидкость с низкой температурой кипения не расходуется, и ее запаса возобновлять не надо.
Интересная подробность. Нашему антиавтомобилю так же, как и обычному автомобилю, необходим радиатор, но выполняет он противоположную задачу. Вы уже поняли, в чем разница? В том, что у обычного автомобиля радиатор служит для охлаждения двигателя, а у антиавтомобиля все наоборот: радиатор нужен для нагревания низкокипящей жидкости и превращения ее в пар. Змеевик обложен льдом. В змеевике отработавший пар конденсируется и превращается в жидкость. Жидкость поступает в радиатор, обдуваемый воздухом, нагревается, превращается в пар. Пар приводит в движение мотор и, отработав свое, снова попадает в холодильник.
Вы обратили внимание на замечательную особенность антиавтомобиля? Никаких выхлопных газов, никаких отходов. Нефть для изготовления автомобильного бензина выкачивают из недр земли. Лед для антиавтомобилей можно добывать, например, в Антарктиде, где на станции «Восток» температура редко поднимается выше —50° С. Всю дальнейшую разработку этой идеи предо-' ставляем читателю.
Польза энергии
Теперь вы знаете, что, располагая запасом тепловой энергии, можно сделать что-нибудь полезное, например заставить ехать антиавтомобиль. Изучением движения; занимается наука механика, поэтому энергию, приводящую в движение автомобиль, принято называть механической. Мы установили, что тепловая энергия на самом деле никакая не тепловая, а обычная механическая, иначе говоря, кинетическая энергия движущихся молекул. Правда, с одной существенной оговоркой. Считается, что тело не обладает никакой другой энергией, кроме тепловой, если молекулы двигаются беспорядочно и сумма их количеств движения равна нулю. Условие равенства нулю суммы количеств движения при неравной нулю тепловой энергии — это и есть более строгая формулировка представления о полной беспорядочности движения молекул. При этом тело, конечно, может обладать еще химической, электрической или атомной энергией, но если эти виды энергии в течение некоторого времени не преобразуются в тепло, на это время можно просто о них забыть. Вспомним о них мы в следующих главах.