Жизнь и мечта - Ощепков Павел Кондратьевич - Страница 70

МЫ ИДЕМ НЕ К ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМУ КРИЗИСУ, А К ИЗОБИЛИЮ ЭНЕРГИИ

Конечно, эти установки еще несовершенны, они требуют больших капитальных затрат, они громоздки. Но что начиналось в технике сразу же с окончательного результата?

279

Для нас же важно в этом примере то, что с помощью подобных устройств можно извлекать энергию из окружающей среды сверх той энергии, которая затрачивается на перекачку. Не думаю, чтобы полученные таким образом дополнительные калории тепла были лишними.

Указанные опыты интересны еще и потому, что они помогают осмысливать идею концентрации энергии. Да и сами они являются как бы первым шагом на этом пути. (Интересно отметить, что еще в 1852 г. один из основателей термодинамики и кинетической теории газов, английский физик У. Томсон (лорд Кельвин) выступил со статьей[11] об экономии топлива при нагревании помещения воздухом за счет использования тепловых машин в обратном цикле.)

Удивляться тому, что коэффициент полезного действия в этом случае много больше единицы, не приходится по той простой причине, что в действительности подводимая к тепловому насосу энергия расходуется не столько на преобразование ее в другой вид энергии (в данном случае в тепло), сколько на транспортировку тепловой энергии от одного тела к другому. И в том, что энергии перемещается больше, чем затрачивается, ничего удивительного нет. Элементарно это можно показать хотя бы на таком простом примере, как железнодорожный состав, груженный углем, перемещаемый тоже при помощи угля. Если бы паровоз (или другая тепловая машина) потреблял топлива больше, чем он может перевезти его, то, очевидно, не было бы никакого смысла в таких перевозках. На транспортировку топлива затрачивается, конечно, много меньше, чем его перевозится. Это всем хорошо известно. Известно и то, что эшелон угля можно передвинуть на короткое расстояние энергией, заключенной в одной лопате угля.

Существуют электрические тепловые насосы, основанные на использовании эффекта Пельтье. В них коэффициент переноса тепловой энергии также может быть много больше единицы.

280

При рассмотрении процессов, происходящих в тепловых насосах, надо отдавать себе ясный отчет в том, что машины подобного рода (например, холодильники) сами не поглощают, не сосредоточивают в себе энергии. Невозможно представить себе процесс, при котором введение энергии любого вида в данный объем вело бы к понижению температуры в этом объеме. Понижение температуры в заданном объеме не может означать ничего другого, как эвакуацию из него имеющейся тепловой энергии. Вся энергия, которую мы вводим в такие устройства, в конечном счете выделяется вне холодильника, вне машины. Поэтому, если такая машина работает на «тепло», ее к. п. д. принципиально не может быть меньше 100%, он обязательно будет выше 100%. Получение к. п. д. в этом случае ниже 100% означало бы бесследное исчезновение энергии, что противоестественно, так как энергия неуничтожима.

Наличие объема с пониженной температурой свидетельствует о том, что из него взято какое-то количество тепловой энергии. Это-то ее количество и идет на выделение тепла сверх 100%. Когда будет найден достаточно эффективный способ прямого преобразования тепловой энергии в электрическую, эта избыточная тепловая энергия или хотя бы часть ее может быть включена вновь в активный процесс путем регенерации.

Принцип регенерации осуществим и в системе «тепло — электричество, электричество — тепло» при условии, что питающей средой служит тепловой резервуар окружающего пространства. Создание термоэлектрического колебательного контура вполне мыслимо.

Осуществление такой системы могло бы привести к поразительным результатам. Ее можно было бы простым переключением перевести либо на генерирование тепла, либо на генерирование холода: зимой отапливаться холодом наружного воздуха, а летом охлаждаться наружным теплом. За счет энергии окружающего пространства можно будет шить одежду, готовить пищу, отапливать оранжереи с тропическими растениями, питать энергией транспорт, станки, водить автомобили и т. д.

Чтобы подойти к решению проблемы использования рассеянной тепловой энергии окружающего пространства путем нового ее сосредоточения, необходимо осуществить прежде всего два взаимодействующих процесса.

Один из этих процессов должен быть направлен на создание и непрерывное поддержание в заданной зоне пространства пониженных температур. Это может быть достигнуто только непрерывным перемещением определенного количества тепловой энергии из этой зоны за ее пределы. Процесс должен осуществляться с коэффициентом преобразования много больше единицы и с высокой скоростью.

281

Другой процесс должен быть направлен на непрерывное преобразование полученной дополнительной тепловой энергии в иной вид энергии, в котором она могла бы быть вновь использована на поддержание первого процесса. Если считать, что энергия, первоначально затрачиваемая на осуществление первого процесса, в дальнейшем цикле обращения полностью утилизируется для какой-либо конкретной цели, то взаимодействие указанных двух процессов должно удовлетворять условию:

Или в более общем случае оно удовлетворяет такому соотношению:

(ij — а) —ч1>1.

Здесь г\ — коэффициент преобразования в первом процессе, характеризующий отношение полного количества полученной тепловой энергии к затраченной энергии в эквивалентном исчислении; гI — коэффициент преобразования во втором процессе, характеризующий процесс преобразования тепловой энергии в энергию другого вида, в котором она вновь может быть обращена на поддержание первого процесса; а означает долю практически используемой тепловой энергии. Если а=1, то величина т) — а означает не что иное, как количество тепловой энергии, дополнительно полученное за счет энергии окружающего пространства.

Первоначально, т. е. на ранней стадии развития данной проблемы, коэффициент а, вероятно, будет много меньше единицы. В этом случае процесс концентрации энергии будет не полным, а только частичным. Часть требуемой для практических целей энергии будет покрываться за счет обычных источников энергии. Но по мере совершенствования указанных процессов значение а, по-видимому, будет все больше и больше приближаться к единице. При достижении этого условия проблема концентрации энергии вступит в свою завершающую фазу.

Два взаимосвязанных процесса преобразования видов энергии, указанные здесь, по технологическому циклу и по принципу действия должны отличаться друг от друга.

282

Для таких процессов должно непременно соблюдаться условие т] ф —г • Из этого следует, что взаимообратимые процессы одного и того же вида или одно и то же устройство при этом использованы быть не могут. Для осуществления указанной взаимосвязи обязательно необходимы два резко отличающихся процесса преобразования.

Приведенное соотношение очень важно, так как оно характеризует основное условие тепловой регенерации.

Если это условие будет выполнено, то процесс тепловой регенерации обязательно начнется.

Сколько времени пройдет до торжества этой мечты, сказать пока трудно. На пути еще очень много преград.

Но идея все более и более завоевывает умы. Рано или поздно она настолько распространится, что превратится в материальную силу, и тогда начнется ее настоящее, победное шествие.

История науки знает, что крупные научные достижения не приходят сразу, а тем более в готовом виде. В ряде случаев процесс научного творчества имеет вековой характер, и современники часто не видят той долгой и кропотливой подготовительной работы, которой отдана жизнь исследователей.

Заканчивая эту главу, не могу не напомнить вдохновенные слова академика В. И. Вернадского, написанные им как будто специально для данного случая:

«Корни всякого открытия лежат далеко в глубине, и как волны, бьющиеся с разбега о берег, много раз плещется человеческая мысль около подготовляемого открытия, пока придет, наконец, девятый вал».

Уверен, что человеческая мысль, воплощенная в конкретные технические формы, добьется решения и этой грандиозной задачи. Человечество обязательно научится использовать процессы круговорота энергии в природе и поставит их на службу коммунистическому обществу.