Александр Леонович - Физика без формул

С другой стороны, эти размышления Карно приводили к неутешительному выводу. Как бы хорошо ни сконструировали изобретатели и инженеры тепловую машину, как бы ее ни чистили и ни смазывали, никогда в ней не удастся все отобранное у нагретого тела тепло превратить в работу.

А как бы этого хотелось! Ведь механическая работа может полностью перейти в тепловую, внутреннюю энергию окружающих тел!

Вспомните, как вы трете, согреваясь, ладони и уши, как древний человек трением добывал огонь, как нагревает себя и асфальт тормозящий автомобиль, теряя движение. Почему же невозможен обратный полный переход?

Увы, и здесь природа опустила шлагбаум запрета, который ни объехать, ни обойти. Правда, и в разрешенных ею пределах человек умудрился наизобретать еще много диковинного.

Чем пароход отличается от теплохода, а паровоз — от тепловоза? В одних, ясно уже по названию, используют пар, а в других — газы, получающиеся при сгорании топлива. И то, и другое — тепловые машины, однако второй их тип оказался намного выгоднее.

Действительно, чтобы работал паровой двигатель, нужно везти на себе прочный котел с водой для создания пара. И еще вместе с ним топку, где должно сгорать топливо для подогрева воды.

Тяжелая, громоздкая и малоэффективная конструкция! Теплоходы же и тепловозы имеют двигатели, внутри которых сразу происходит сгорание топлива, а выделившиеся при этом горячие газы толкают поршни, передающие движение рычагам, колесам, гребным винтам.

Рудольф Дизель(1858–1913) — немецкий инженер и изобретатель. Создал поршневой двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, названный его именем. Экономичность и надежность обеспечили двигателю применение на автомобилях и теплоходах, тепловозах и тракторах, подводных лодках и электростанциях.

Попытки создать устройство, движущееся по суше без рельсов, имеют давнюю историю. Более 200 лет назад во Франции был построен трехколесный экипаж с паровым двигателем и котлом огромных размеров. Понятно, что толку от такой машины было мало — ее легко обгонял пешеход. Наконец, в восьмидесятых годах прошлого века были сделаны два изобретения, приведшие к созданию того, что можно назвать автомобилем. Это — двигатель внутреннего сгоранияи пневматическая шина. Оснащенные новыми устройствами, автомобили стали завоевывать страну за страной. Более 100 лет совершенствования привели к тому, что теперь их в мире десятки миллионов. Двигатели, непосредственно внутри которых сгорает топливо, на сегодня вытеснили везде паровые и стали основными среди тепловых машин.

Хорошо, пусть холодные тела только и «мечтают», чтобы нагреться, а горячие — охладиться. Но как же тогда работает холодильник? И правда, отключив его от сети и открыв дверцу, мы сперва почувствуем недолгую прохладу, но в скором времени весь лед растает, а продукты из охлажденных или замороженных превратятся в обыкновенные — с комнатной температурой. Что же позволяет этим процессам идти не естественным порядком, а наоборот?

Вспомним об испарении, скажем, спирта, когда ваткой, смоченной им, вам протирают кожу перед уколом. Что мы ощущаем? Правильно, холодок. Так вот, в холодильнике испаряющаяся жидкость отнимает тепло от всего, что внутри него находится. Но чтобы охлаждение шло постоянно, ее надо заставить это делать многократно.

Вот почему мы слышим, как урчит двигатель холодильника, приводя в движение поршни, отсасывающие пары этой жидкости. Затем их прогоняют через конденсатор, укрепленный на задней стенке холодильника. Пощупав его во время работы двигателя, вы ощутите… тепло. Откуда оно взялось? А это конденсируются пары жидкости и, как и положено им в этом случае, выделяют наружу тепло. Сгустившись из паров, жидкость вновь поступает внутрь холодильника, чтобы, снова испарившись, отнять там порцию тепла.

Получается, что холодильник — это тепловой двигательнаоборот. К тепловой энергии, отобранной у продуктов, мотор добавляет энергию, полученную из электросети. И все это вместе «выбрасывает» в комнату. Выходит, включенный холодильник служит нам еще и дополнительным нагревателем воздуха в квартире.

То, что реактивный двигателькосмической ракеты работает на принципе отдачи, вам хорошо известно. В одну сторону вылетают, оттолкнувшись от ракеты, раскаленные газы. В другую, оттолкнувшись от газов, летит ракета. А что же происходит внутри такого двигателя?

Это — тоже тепловая машина. В ней, правда, нет ни поршней, ни рычагов, ни колес. Тем не менее, ее устройство отнюдь не так просто. В отличие от двигателей внутреннего сгорания и паровых машин, где топливо горит в воздухе, здесь в камеру сгорания подаются одновременно горючее, скажем, керосин, и окислитель. Ведь в безвоздушном пространстве «зачерпнуть» воздух неоткуда. И его роль в полете должен взять на себя кто-то другой, к примеру, жидкий кислород. Вот его и приходится возить с собой в ракете вместе с горючим.

Сергей Павлович Королев(1907–1966) — российский ученый и конструктор. Основоположник практической космонавтики. Под его руководством были созданы первый искусственный спутник Земли и космические корабли, на которых человек впервые облетел Землю и вышел в открытый космос. Занимался конструированием и постройкой межпланетных станций.

Температура горения достигает в камере нескольких тысяч градусов. Давление так велико, что газы с огромной скоростью вырываются из камеры в расширяющееся отверстие на конце ракеты, называемое соплом.

Мы рассказали о жидкостном ракетном двигателе. Есть еще и твердотопливные, их вы могли бы увидеть при старте космического корабля «Шаттл». Они пристыкованы к корпусу основной ракеты и позволяют увеличивать тягу на первом отрезке взлета. Но во всех случаях, чтобы работали такие двигатели, потребовалось создать особые жаропрочные материалы. Они должны выдерживать, не плавясь, те гигантские температуры, которые возникают внутри таких двигателей.