Предчувствия и свершения. Книга 1. Великие ошибки

Читатель, наверное, уже подумал: нельзя ли вынести морозильную камеру наружу, за стену дома, а теплообменник, обычно расположенный на задней стороне холодильника и передающий тепло в комнату, оставить внутри комнаты? И, отбирая тепловую энергию не от продуктов, а от окружающего воздуха, перекачивать её в комнату?

Многие, возможно, помнят газетную шумиху по поводу работ одной научно-исследовательской лаборатории. Речь шла о чудо-приборе, позволяющем отапливать дома за счёт тепла, отобранного у зимнего воздуха, реальном и полезном приборе, доказавшем свою эффективность. Сенсация вызвала всеобщий интерес, порождая надежды на получение неограниченных количеств бесплатной энергии. Многие решили, что наконец найдена возможность создания вечного двигателя.

Прежде чем вынести суждение, прежде чем отмахнуться от этого нового перпетуум-мобиле, попробуем найти то звено в рассуждениях, которое сбило с пути учёных. Проведём три мысленных эксперимента.

Предварительно включим в небольшой комнате электрическую плитку мощностью в один киловатт. Элементарный расчёт подскажет нам, что плитка, превращая электрическую энергию в тепловую, будет отдавать в комнату по двести сорок калорий каждую секунду.

Предположим теперь, что скорость повышения температуры комнаты будет при этом равна одному градусу в секунду. Конечно, такой быстрый подъём температуры не может длиться долго из-за всё возрастающей утечки тепла. Но для простоты ограничимся лишь начальным периодом.

Приступим теперь к нашим экспериментам.

Опыт первый.

Внесём в комнату кондиционер мощностью в один киловатт и поставим на столе. (Кондиционер подобен холодильнику, только он в жаркую погоду откачивает тепло от охлаждаемого помещения в более тёплое окружающее пространство, чтобы в комнате стало прохладнее, чем на улице. Кондиционер более удобен для нашего опыта, чем холодильник, потому, что он связан с внешним пространством своими обеими частями — и теплой и холодной.)

Включим его в электросеть и понаблюдаем за тем, как он работает. Мы убедимся в том, что с одной стороны из кондиционера выходит охлаждённый воздух, а с другой стороны — нагретый. Посмотрев на термометр, увидим, что при включённом кондиционере температура в комнате поднимается на градус в секунду (как в случае с электроплиткой). Повышения температуры следовало ожидать, так как вся энергия, затраченная двигателем кондиционера, в конце концов превращается в тепло и рассеивается в комнате.

Опыт второй.

Используем кондиционер по его прямому назначению. Установим его в предназначенный для него проём окна так, чтобы холодный воздух шёл в комнату, а нагретый наружу. Легко предвидеть, что температура в комнате будет понижаться.

Так и должно быть. Ведь двигатель и теплообменник кондиционера находятся за окном и отдают всё выделяющееся в них тепло внешнему воздуху, в то время как холодильный элемент находится в комнате и охлаждает её, отнимая тепловую энергию у воздуха, находящегося в комнате. Мы видим, что кондиционер перекачивает тепловую энергию из комнаты на улицу, охлаждая комнату до температуры более низкой, чем внешняя температура. Для передачи тепла от охлаждённого воздуха комнаты к жаркому летнему воздуху улицы приходится расходовать энергию в полном соответствии с законами термодинамики.

Её формулы дают нам возможность рассчитать этот процесс.

Если тепловая эффективность кондиционера составляет пятьдесят процентов, то температура в комнате будет понижаться со скоростью половины градуса в секунду. Термометр зафиксирует это понижение.

Опыт третий.

Теперь перевернём кондиционер так, чтобы нагретый воздух шел в комнату, а холодный наружу. При этом кондиционер превращается в электронагревательное устройство. Можно ли предсказать результат этого опыта? Конечно: комната начнёт нагреваться.

Кондиционер при этом играет роль электроплитки. Однако это утверждение описывает ситуацию лишь в общих чертах, это лишь качественное описание.

Количественный же расчёт покажет, что кондиционер, охлаждавший комнату в предыдущем опыте со скоростью в половину градуса в секунду, будет теперь нагревать её быстрее, чем электроплитка равной мощности. Он будет нагревать комнату со скоростью полтора градуса в секунду.

Для получения такого результата при помощи электрической плитки понадобился бы не один киловатт электроэнергии, а полтора киловатта ежесекундно. Но при работе нашего кондиционера электрический счетчик по-прежнему будет фиксировать каждую секунду затрату лишь одного киловатта!

Мы встретились с удивительной ситуацией, противоречащей нашему первоначальному опыту с электроплиткой: на каждый затраченный киловатт в комнату ежесекундно вносится не двести сорок калорий тепла, а триста шестьдесят. Но здесь нет ничего противоречащего законам природы, нет чуда.

В отличие от электроплитки, которая обогревает комнату только за счёт потребляемой из сети электроэнергии, кондиционер дополнительно перекачивает тепловую энергию с улицы, отбирая её у внешнего воздуха. Поневоле появляется желание воспользоваться таким способом для обогрева помещений.