Пятница, 23 Декабрь 2016 22:57

Замораживание пламенем. История значимого изобретения

Вы видели автомобиль и реактивный самолет, но все-таки очень скромный агрегат вызовет у вас возглас удивления: на примусе облизываемый языками пламени греется противень, а на противне замерзает и превращается в лед вода...

Изобретателей занимал вопрос: нельзя ли заставить электроны добывать холод непосредственно из тепла? Они рассуждали так: существуют термоэлектрические генераторы, которые превращают тепло в постоянный ток. Известны термоэлектрические холодильники, которые, потребляя постоянный ток, вырабатывают холод. Стоит объединить эти два устройства, и термогенератор будет питать электроэнергией термохолодильник.

Стоит объединить... Но ведь для работы термохолодильника нужен ток в десятки и сотни ампер. Термогенератора на такие большие токи нет. Да если и изготовить подходящий термогенератор, то как его соединить с термохолодильником? Ведь внутренние сопротивления этих двух машин ничтожны, и при больших точках почти вся энергия потеряется в проводах.

Так выбросить провода! И термогенератор замкнуть непосредственно на термохолодильник. Накоротко.

Идея увлекла изобретателей. Они достают полупроводники, овладевают трудным искусством высококачественной коммутации этих полупроводников, и вот новый агрегат готов. Он был миниатюрным. Источником тепла для него служил... электропаяльник. Приложив горячее жало к одной из медных пластинок машинки, изобретатели с радостью обнаружили, что другая пластина охладилась. Увы, холода было мало, его не хватало даже на то, чтобы заморозить каплю воды.

Но и изобретателей неудача не заморозила. Они снова берутся за расчеты, и выходит, что надо уменьшить толщину полупроводниковых пластин. Собрана новая схема. Все правильно — вода замерзла. Лед получен из тепла без потреблений электроэнергии, без участия какого-либо хладоагента и неразлучных спутников его — испарителя, конденсатора.

Новая машина, названная авторами электронным тепловым насосом, исключительно просто устроена. В ней нет не только хладоагента, но и никаких движущихся деталей. Холод добывается электронами за счет энергии подводимого тепла. Весь насос состоит всего лишь из нескольких металлических (медь, алюминий) и полупроводниковых пластинок электронной и дырочной проводимости, спаянных между собой.

Проведя успешно первые эксперименты, ученые идут в знаменитый на всю страну институт, чтобы показать свое изобретение патриарху полупроводниковой техники академику А. Иоффе. Демонстрация состоялась в кабинете ученого. Прямо на его глазах неказистый с виду приборчик превратил пламя горелки, трепыхавшееся внизу, в лед, сковавшийся наверху. Академик проявил живой интерес к новому устройству. Он посоветовал авторам побыстрее описать эффект и обещал свои рекомендации для печати. Держа двумя пальцами ледяной кубик, Абрам Федорович вспоминал о своих первых работах по термоэлектричеству, о трудностях, которые пришлось преодолевать. "Вот этапы этого долгого пути, — говорит он, — указывая на целую коллекцию приборов, вошедших в историю науки. — Я бы рад был, — обратился он с просьбой к гостям, — присоединить к этой галерее и ваш замечательный экспонат".

Спустя годы изобретатели продемонстрируют целую серию полупроводниковых приборов типа "огонь — лед". Здесь и миниатюрные холодильники, действующие от пламени спиртовки и даже свечи или спички. Они способны охлаждать и замораживать наибольшие объемы и предназначены для показа термоэлектрических явлений в курсах физики и термодинамики.

Появилась вторая профессия, огня — эамораживание. Таким образом, если правильно отрегулировать чье-нибудь творческое горение, то человек, загорясь своей идеей, сможет вмиг заморозить чью-нибудь другую.

Были приборы покрупнее — "кастрюли-морозильники", работающие от горелки кухонной газовой плиты, примуса или керогаза.

К.п.д. термогенераторной части прибора был невысок, он не больше пяти процентов. Но надо иметь в виду, что мощность газовой горелки кухонной плиты относительно велика. Она может достигать трех киловатт и выше. А стоимость тепловой энергии значительно ниже, чем электрической, той, что используется в современных холодильниках. Например, один киловатт энергии газа стоит дешевле такого же количества электроэнергии почти в 20 раз. В некоторых же случаях тепловая энергия вообще ничего не стоит, поскольку является бросовой. Тепловые отходы могут быть использованы для получения холода.

"Кастрюля-холодильник", работая от газовой горелки или примуса, дает понижение температуры при отсутствии тепловой нагрузки на 37 градусов относительно температуры водопроводной воды. При понижении температуры воды в кастрюле на 20 градусов по Цельсию достигается холодо-производительность 22 килокалории в час. За час работы эта кастрюля охладит 2 литра воды от плюс 30 до плюс 10 градусов по Цельсию. Если же кастрюлю использовать для производства льда, то за час можно наморозить почти полный стакан. Но изобретатели не были удовлетворены этими результатами, они были уверены, что можно достигнуть большего.

Достоинством изобретения следует признать и то, что для получения холода в нем может быть использован также ток от сети, причем без сложного и громоздкого выпрямляющего устройства. Каким образом? Проще простого: достаточно "кастрюлю-морозильник" всего лишь поставить на электрическую плиту! Еще лучше — применить специальные электронагреватели, питающиеся переменным током.

Была у устройства и отрицательная черта: создавая холод, он сам нуждается в охлаждении, то есть он должен освобождаться от накапливающегося в нем тепла. Для того и нужна водопроводная вода. Собственно, этот недостаток, хотя и не в одинаковой мере, присущ холодильникам всех систем. Тепло нельзя уничтожить, оно может быть лишь отнято у одного тела и передано другому. Таков непреложный закон природы.

Какое применение нашли модификации таких приборов?

Такие приборы были полезными в медицине для быстрого приготовления холодного компресса, льда и т. п. Нашлось немало применений для новых холодильных устройств в электронике, на транспорте, в сельском хозяйстве. В наше время никого не удивишь самообогревающейся и самоохлаждающейся стеной комнаты. На этом же принципе разработаны мощные холодильные устройства, действующие за счет тепловых отходов предприятий, морские рефрижераторы, летние катки и тому подобное.

Прочитано 591 раз

Медиа