Жизнь и мечта
Шрифт:
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
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
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.
273
2. Вследствие того что горячие спаи интенсивно омываются продуваемым воздухом, их температура понижается. Понижение температуры горячих спаев уменьшает тепловой поток от горячих спаев в сторону холодных.
Это немедленно сказывается на температуре холодных спаев — она еще более понижается. Устанавливается новое равновесие, при котором распределение температуры вдоль проводящих элементов будет уже иметь характер не прежней синусоиды, а некоторой другой кривой. Это новое распределение температуры на рисунке изображено сплошной линией.
В этом случае в первой камере устанавливается более низкая температура по сравнению с температурой окружающего пространства. Все окружающее пространство по отношению к месту холодных спаев и по отношению ко всей камере, где они находятся, будет представлять собой как бы «горячее тело», и тогда, согласно классическим законам физики, тепло из окружающей среды, как от всякого нагретого материального тела, пойдет в сторону более холодного тела, т. е. в камеру холодных спаев.
В природе не существует такой тепловой изоляции, которая абсолютно не проводила бы тепла. Любая изоляция в конечном счете в какой-то мере теплопроводна, только коэффициент теплопроводности у хороших теплоизоляционных материалов мал. Но как бы мал он ни был, он реален, и поэтому рано или поздно установится тепловой поток из окружающей среды в камеру холодных спаев. Здесь на холодных спаях тепловая энергия будет поглощаться движущимися электронами и переноситься на горячие спаи, где она вновь выделится в виде тепловой энергии. Эта тепловая энергия явится уже дополнением к тепловой энергии, ранее полученной за счет подведенной электрической мощности. Она составит первую прибавку к 100%.