Марк Медовник - Жидкости [оптимизированы иллюстрации]

Я вернулся на место и виновато улыбнулся Сьюзен. Одной этой улыбкой я рассчитывал сообщить ей, что мне жаль прерывать ее чтение и заставлять ее отстегивать страховочный ремень; мне неудобно вынуждать ее подниматься, поскольку при этом она невольно стряхивает на пол крошки с коленей, – хотя, разумеется, я не был при этом ни в чем виноват. Всё дело в том, как расположены сиденья в самолете, да и поход в туалет – совершенно естественное дело, даже если не было меня довольно долго.

Сьюзен поднялась с улыбкой, которая, казалось, говорила мне: «Сходить в туалет – это нормально, не беспокойтесь, пожалуйста». Она протиснулась в проход, а я пролез мимо нее обратно на свое место. Мы оба пристегнули ремни, самолет продолжал дергаться и раскачиваться. Турбулентность была вызвана изменениями в плотности воздуха, сквозь который мы пролетали; из-за погодных закономерностей внизу мы шли сквозь смесь воздуха низкой и высокой плотности. Попадая в карманы воздуха высокой плотности, самолет замедлялся из-за возросшего сопротивления. Затем, попадая в карманы низкой плотности, он внезапно рушился на несколько метров вниз, поскольку там снижается подъемная сила крыльев.

Но, несмотря на стремительные изменения давления за бортом, дышалось мне нормально; давление в салоне, хотя и ниже привычного для меня, было вполне стабильно. Поддерживалось оно благодаря кондиционированию воздуха – инженерной области настолько специализированной, что ей интересовался даже Эйнштейн в свое время. Он получил несколько патентов на изобретения в этой сфере, хотя его тогда больше интересовало спасение жизней на земле, чем обеспечение комфортного дыхания во время длительных перелетов.

Эйнштейн пытался решить такую проблему: в 1920-е недавно изобретенные холодильники набирали популярность, а ящики со льдом, которые играли роль домашних ледников и сотни лет использовались для охлаждения продуктов, постепенно исчезали из домов. Но первые холодильники были не особенно безопасными. Эйнштейн был потрясен, когда прочел в газете, что семья с несколькими детьми в Берлине отравилась, потому что потек радиатор холодильника. В то время в этих устройствах использовались три типа жидких хладагентов: метилхлорид, диоксид серы и аммиак. Все они токсичны. Однако были выбраны именно эти вещества, поскольку они имеют низкую температуру кипения.

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.