Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами

▲ Добыча тепла из земли. Специальные насосы закачивают теплоноситель в землю и возвращают обратно нагретую жидкость. В доме она проходит через специальный теплообменник. Тепло забирается и «забрасывается» в дом вентиляторами и воздуходувками. Теплоноситель охлаждается и становится готовым к очередному «путешествию» за теплом. Энергия, согревающая дом, идет из-под земли. Для работы насосов и воздуходувок нужно минимальное количество электроэнергии в сопоставлении с получаемым теплом. На первый взгляд это противоречит второму закону термодинамики: энергия движется от более холодного к более теплому предмету. На практике никакого противоречия нет: здесь есть небольшое внешнее воздействие в виде работы насосов и вентиляторов.

Трюки с теплом

Процесс приготовления пищи на первый взгляд кажется полной противоположностью отоплению и охлаждению жилищ (еду мы сначала замораживаем, а потом термически обрабатываем). Кроме охлаждения и заморозки продуктов, есть и другие способы их сохранения, например консервирование. Но пока супермаркеты ориентируются на холодильники покупателей: современные семьи предпочитают охлаждать продукты, чтобы сохранять их.

Количество энергии, которое тратится на охлаждение продуктов и их разогрев, конечно, велико. Но оно не идет ни в какое сравнение с тем, сколько мы тратим энергии на отопление и кондиционирование домов. Когда нам нужно сделать наши дома теплыми зимой и прохладными летом, мы проявляем смекалку и обращаемся к законам термодинамики. Наши уютные дома в любом случае будут охлаждаться зимой: второй закон термодинамики гласит, что энергия передается от теплых предметов к холодным. Но этот закон ничего не говорит о том, с какой скоростью могут идти эти процессы. А ее мы уже вполне можем контролировать. Согласно физическим законам, вы не можете остановить охлаждение теплых домов, но способны его замедлить настолько, насколько захотите. Здесь важнейшую роль играет теплоизоляция.

Северные овцебыки – одни из самых приспособленных к холоду животных на Земле. У них гораздо больше общего с хорошо утепленным домом, чем вам кажется.

▲ Куда уходит тепло из домов? Теплый воздух обычно поднимается вверх. Вы, наверное, думаете, что самое большое количество тепла в доме утекает через крышу. На самом деле три четверти его утекает через стены, пол, двери и окна. Если вы хотите, чтобы в холодное время года дом хранил тепло и уют, вы должны всеми способами предотвратить утечки тепла и проникновение в жилище холодного воздуха и сквозняков.

Свисающие с тела овцебыков большие пласты с виду неопрятной шерсти в восемь раз теплее шерсти овец. Шерсть хорошо защищает овцебыков от холода и объясняет, почему северные народы называют их oomingmak – «животными с бородами на коже». Но секрет жизнестойкости овцебыков состоит не только в хорошей теплозащите. Они сохраняют тепло еще и благодаря особенностям поведения: большую часть времени они стоят неподвижно и тесно прижавшись друг к другу, как дома в поселке. Такое их состояние называют «стоячей спячкой». Оно замедляет обмен веществ, делая животных неподвластными холоду и сохраняя их силы.

Как задержать тепло