Жидкости

Холодильники работают за счет перекачивания жидкостей по размещенной внутри них системе труб. Если температура в них выше температуры кипения этих жидкостей, они вскипают. Этот процесс требует притока энергии, необходимой для разрушения связей между молекулами в жидкости (ее называют теплотой фазового перехода), и тепло отнимается из воздуха внутри холодильника, тем самым охлаждая его. Именно этим объясняется необходимость использования жидкостей с низкой температурой кипения: они должны кипеть при температуре, которая обеспечивается внутри холодильника, около 5 °C. Но чтобы жидкость была действительно пригодна для использования в холодильнике, вы должны иметь возможность превращать ее обратно в жидкость, сжимая при помощи насоса.

Чтобы сжать газ в жидкость, необходимо отнять у него всё скрытое тепло (ту же теплоту фазового перехода). По сути, его выжимают из газа. Это происходит на задней стенке холодильника. Вы слышите, когда работает компрессор: это тот самый шум, который время от времени издает ваш аппарат. Именно поэтому сзади он горячий – и именно поэтому вы не сможете охладить дом, открыв его дверцу; охлаждение при этом более чем компенсируется теплом, которое выработает сзади насос. Это будет наглядным проявлением первого закона термодинамики, который гласит: если мы охлаждаем что-то, отнимая у него энергию, то она должна куда-то пойти – она не может просто исчезнуть. В данном случае она уходит наружу с задней стороны холодильника.

Звучит это, возможно, просто: поставить насос в систему труб, содержащих жидкость, а затем добавить туда же клапан, который позволял бы ей превращаться в газ. Но на самом деле это сложная инженерная задача. Газ находится под давлением, его молекулы постоянно движутся, налетая изнутри на стенки труб. Везде, где трубы соединяются с насосом, возникают слабые места. При использовании неправильных материалов там постоянно возникают утечки из-за налетающих молекул расширяющегося и вырывающегося с силой газа. Материал просто не выдерживает нагрузки. Именно так происходило с холодильниками первых моделей. В середине ночи аммиак утекал из них и убивал целые семьи прямо в постелях.

Эйнштейн хотел сделать с этим что-нибудь, а поскольку работал он экспертом в патентном бюро, то неплохо разбирался в технических тонкостях механических и электрических машин. Он начал сотрудничать с физиком по имени Лео Силард, и они стали работать над изобретением холодильника нового типа, который был бы более безопасен для дома. Они хотели вообще избавиться от внешних насосов, а заодно и всех соединительных деталей, с ними связанных, и создать вместо этого систему без подвижных частей, которая будет менее подвержена отказам. С 1926 по 1933 г. Силард и Эйнштейн вместе разрабатывали различные способы превращения жидкостей в газы и обратно и пытались сконструировать работающий холодильник. Конечно, как мы только что обнаружили, жидкость при испарении и превращении в газ охлаждает всё вокруг себя. Обратный процесс всегда осуществлялся при помощи насоса, который вынуждал молекулы газа собираться и сжимал их в жидкость. Но должен был существовать и другой способ. У Силарда и Эйнштейна имелось множество идей. Они построили рабочие прототипы и подали заявки на несколько патентов. В одной из конструкций предполагалось использовать тепло, чтобы прогонять жидкий бутан по системе труб, где он смешивался с аммиаком, становясь при этом газом, и давал охлаждающий эффект. Затем этот газ соединяли с водой, которая поглощала аммиак и позволяла вновь прогнать бутан по трубам, продолжая процесс охлаждения. Во второй конструкции жидкий металл, первоначально ртуть, тек по системе труб, которую изобретатели заставляли вибрировать при помощи электромагнитных сил. Колебания работали как поршень в компрессоре, сжимающем газообразный хладагент в жидкость. По сути, охлаждение происходило за счет воздействия одной жидкости на другую, без всяких подвижных твердых частей. Как и в других конструкциях изобретателей, все рабочие жидкости герметично закупоривались в трубах и предположительно должны были быть безопаснее, чем использовавшиеся в то время модели.

Коммерческий интерес к прототипам Силарда и Эйнштейна имелся – шведская компания Electrolux купила один из их патентов, а немецкая Citogel работала с другим, – но время их партнерства истекало. В Германии уже набирала популярность нацистская партия, и евреям становилось всё труднее жить и работать в этой стране.