184
Глава 5.
на входе. И здесь принципиальное значение имеют так называемые тепловые насосы, у которых энергия на их выходе всегда превышает энергию, затраченную на работу устройства и, таким образом, их кпд оказывается всегда больше единицы.
6.2.Тепловые насосы
Тепловые насосы это устройства, принудительно отбирающее тепло у холодного тела и передающее это тепло более горячему телу.
До изобретения холодильников считалось, что сама идея тепловых насосов противоречит Второму началу термодинамики, согласно которому тепло самопроизвольно может перейти только от более нагретого тела к менее нагретому. Этот принцип, сформулированный в 1865 году на основе Второго начала термодинамики австрийским ученым Р.Клаузиусом, приводил к представлениям о «Тепловой смерти», которая неизбежно постигнет Вселенную, поскольку постепенно все температуры всех тел во Вселенной выровняются, и все процессы остановятся. Это положение сразу же вызвало протест со стороны всех физиков, которые, однако, ничего конкретного высказать не могли, поскольку все известные к тому времени термодинамические процессы подтверждали Второе начало, противопоставить которому тогда было нечего.
Холодильные машины или просто холодильники, изобретенные еще в начале 19 века англичанином Дж. Лесли, а затем усовершенствованные французом Ф.Карре и немцем Ф.Виндхаузе- ном, бросили тень на всеобщую справедливость Начал термодинамики не в смысле их несправедливости, а в смысле вытекающего из них утверждения о принципиальной невозможности создания вечного двигателя.
Как известно, в каждом холодильнике имеется холодильная или даже морозильная камера, из которой принудительно отбирается тепло и передается в окружающую среду, имеющую более высокую температуру. Получается, что тепло отбирается от более
Эфиродинамические подходы к разрешению энергетического
кризиса 185
холодного тела и передается более горячему телу с помощью циркулирующего между ними хладагента - жидкости, способной превращаться в пар и тем самым отбирать тепло, а затем в другом месте снова превращаться в жидкость, и тем самым отдавать тепло. Правда, гонять эту жидкость нужно принудительно с помощью специального циркуляционного насоса, и поэтому слово “самопроизвольно”, имеющееся в формулировке Второго Начала, оказывается ни при чем. Все-таки, не самопроизвольно, а принудительно, это несколько меняет дело.
Структурная схема холодильника приведена на рис. 6.1.
Рис. 6.1. Структурная схема холодильника
1 - морозильная камера; 2 - калорифер, выделяющий тепловую энергию в окружающую среду; 3 - хладагент, циркулирующий между морозильной камерой и калорифером; 4 - насос, обеспечивающий циркуляцию хладагента.
Как уже указывалось выше, движение материи не может быть никаким образом ни создано, ни уничтожено. В приведенном примере холодильник потребляет из сети энергию в количестве, необходимом для приведения в движение насоса, перекачивающего хладагент, а на калорифере выделяет эту энергию плюс ту, которую он принудительно забирает от холодильной камеры и продуктов, находящихся в ней. Общий баланс энергии соблюден, но кпд здесь с точки зрения выделения тепла всегда больше единицы. Если же целью является не обогрев комнаты с помощью холодильника, а понижение температуры хранящихся в нем продуктов, то кпд оказывается отрицательным, потому что температура в холодильной камере опускается, и тепло отбирается. Это
