Теплообмін організму людини із навколишнім середовищем.

З аналізу виразу (1) випливає, що в процесі розпаду складних вуглеводнів (їжі) утворюється певна кількість біологічної енергії. Частина цієї енергії, внаслідок незворотності процесів, що протікають в організмі людини, переходить у тепло, яке необхідно відводити в навколишнє середовище.

Відведення тепла від організму людини в загальному випадкувідбувається за рахунок конвекції, теплового (радіаційного) випромінювання та випаровування.

Конвекція – (від латинського перенесення, доставка) – виникає внаслідок переміщення мікроскопічних частинок середовища (газу, рідини) та супроводжується перенесенням тепла від більш нагрітого тіла до менш нагрітого тіла. Розрізняють природну (вільну) конвекцію, викликану неоднорідністю середовища (наприклад, температурна зміна густини газу) і вимушену. В результаті конвективного теплообмінувідбувається передача тепла відкритими поверхнями тіла людини у повітря довкілля. Передача тепла конвекцією для людського організмузазвичай мала і становить приблизно 15% від загальної кількостітепла, що виділив. При зниженні температури повітря навколишнього середовища та збільшенні швидкості його руху цей процес значною мірою інтенсифікується і може досягати 30%.

Теплове випромінювання(Радіаційне) - це розсіювання тепла у довкілля з нагрітої поверхні тіла людини, воно має електромагнітну природу. Частка цього випромінювання, зазвичай, вбирається у 10%.

Випаровування - це основний шлях відведення тепла від організму людини за підвищеної температури навколишнього середовища. Це обумовлено тим, що в процесі нагрівання тіла людини відбувається розширення периферійних кровоносних судин, що у свою чергу сприяє збільшенню швидкості циркуляції крові в організмі і, отже, до збільшення кількості тепла переноситься на його поверхню. Одночасно з цим відкриваються потові залози шкірного покриву (площа шкірного покриву людини залежно від його антропологічних розмірів може змінюватися в межах від 1,5 до 2,5 м 2 ), що призводить до інтенсивного випаровування вологи (потовиділення). Сукупність цих чинників сприяє ефективному охолодженню тіла людини.

При зниженні температури повітря на поверхні тіла людини відбувається потовщення шкірного покриву (гусяча шкіра) та звуження периферійних кровоносних судин та потових залоз. Внаслідок цього зменшується теплопровідність шкірного покриву, значно знижується швидкість циркуляції крові у периферійних ділянках. В результаті кількості тепла людини, що відводиться від організму, за рахунок випаровування значно зменшується.

Встановлено, що людина може високопродуктивно працювати і почуватися комфортно лише за певних поєднань температури, вологості та швидкості руху повітря.

Російський учений І. Флавицький у 1844 році показав, що самопочуття людини залежить від зміни температури, вологості та швидкості руху повітря. Їм було встановлено, що для заданого поєднання параметрів мікроклімату (температури, відносної вологості та швидкості руху повітря) можна знайти таке значення температури нерухомого та повністю насиченого повітря, які створюють аналогічне теплове відчуття. У практиці для пошуку цього співвідношення широко використовується так званий метод ефективних температур (ЕТ) і ефективно-еквівалентних температур (ЕТЕТ). Оцінка ступеня вплив різних поєднань температури, вологості та швидкості переміщення повітря на організм людини ведеться за номограмою, наведеною на малюнку 3.

По лівої осі ординат відкладено значення температур по сухому термометру, а правою - по вологому термометру. Сімейство кривих, що перетинаються в одній точці, відповідає лініям. постійної швидкостіруху повітря. Похилі лінії визначають значення ефективно-еквівалентних температур. За нульової швидкості руху повітря значення еквівалентно-ефективних температур збігається зі значенням ефективної температури.

Для зменшення витрати теплотинеобхідний суворий облік теплових втрат у технологічному обладнанні та теплових мережах. Теплові втрати залежать від типу обладнання та трубопроводів, правильної їх експлуатації та виду ізоляції.

Теплові втрати (Вт) розраховують за формулою

Залежно від типу обладнання та трубопроводу сумарний термічний опір становить:

для ізольованого трубопроводу з одним шаром ізоляції:

для ізольованого трубопроводу з двома шарами ізоляції:

для технологічних апаратів з багатошаровими плоскими або циліндричними стінками діаметром понад 2 м:

для технологічних апаратів з багатошаровими плоскими або циліндричними стінками діаметром менше 2 м:

сителя до внутрішньої стінки трубопроводу або апарату та від зовнішньої поверхні стінки в навколишнє середовище, Вт/(м 2 - К); Х тр,?. ст, Xj - теплопровідність відповідно матеріалу трубопроводу, ізоляції, стінок апарату, /-го шару стінки, Вт/(м. К); 5 СТ. - Товщина стінки апарату, м. н.

Коефіцієнт тепловіддачі визначають за формулою

або за емпіричним рівнянням

Перенесення теплоти від стінок трубопроводу або апарату в навколишнє середовище характеризується коефіцієнтом ан [Вт/(м 2 К)], який визначають за критеріальними або емпіричними рівняннями:

за критеріальними рівняннями:

Коефіцієнти тепловіддачі а в і а н розраховують за критеріальними або емпіричними рівняннями. Якщо гарячим теплоносієм є гаряча водаабо пар, що конденсується, то а в > а н, тобто R B< R H , и величиной R B можно пренебречь. Если горячим теплоносителем является воздух или перегретый пар, то а в [Вт/(м 2 - К)] рассчитывают по критериальным уравнениям:

за емпіричними рівняннями:

Теплова ізоляція апаратів та трубопроводів виготовлена ​​з матеріалів із малою теплопровідністю. Добре підібрана теплова ізоляція дозволяє знизити втрати теплоти в навколишній простір на 70% і більше. Крім того, вона підвищує продуктивність теплових установок, покращує умови праці.

Теплова ізоляція трубопроводу складається в основному з одного шару, покритого зверху для міцності шаром листового металу (покрівельна сталь, алюміній та ін.), сухої штукатурки з цементних розчинів та ін. У разі використання покривного шару з металу його термічним опором можна знехтувати. Якщо покривним шаром є штукатурка, її теплопровідність трохи відрізняється від теплопровідності теплоізоляції. В цьому випадку товщина покривного шару становить, мм: для труб з діаметром менше 100 мм - 10; для труб з діаметром 100-1000 мм - 15; для труб з великим діаметром – 20.

Товщина теплової ізоляції та покривного шару не повинна перевищувати граничної товщини, яка залежить від масових навантажень на трубопровід та його габаритних розмірів. У табл. 23 наведено значення граничної товщини ізоляції паропроводів, які рекомендуються нормами проектування теплової ізоляції.

Теплова ізоляція технологічних апаратівможе бути одношаровою або багатошаровою. Втрати теплоти через теплову

ізоляцію залежить від виду матеріалу. Тепловтрати у трубопроводах розраховують на 1 та 100 м довжини трубопроводів, у технологічному обладнанні – на 1 м 2 поверхні апарату.

Шар забруднень на внутрішніх стінках трубопроводів створює додатковий термічний опір перенесення теплоти в навколишній простір. Термічні опори R (м. К/Вт) під час руху деяких теплоносіїв мають такі значення:

У трубопроводах, що подають технологічні розчини до апаратів та гарячі теплоносії до теплообмінних установок, є фасонні частини, в яких губиться частина теплоти потоку. Місцеві втрати теплоти (Вт/м) визначають за формулою

Коефіцієнти місцевих опорів фасонних частин трубопроводів мають такі значення:

При складанні табл. 24 розрахунок питомих теплових втрат проводився для сталевих безшовних трубопроводів (тиск< 3,93 МПа). При расчете тепловых потерь исходили из следующих данных: тем-

перетура повітря в приміщенні була прийнята рівною 20 ° С; швидкість його за вільної конвекції - 0,2 м/с; тиск пари - 1x10 5 Па; температура води - 50 і 70 ° С; теплоізоляція виконана в один шар з азбестового шнура = 0,15 Вт/(м. К); коефіцієнт тепловіддачі а = 15 Вт/(м 2 - К).

Приклад 1. Розрахунок питомих теплових втрат паропроводі.

Приклад 2. Розрахунок питомих теплових втрат у неізольованому трубопроводі.

Задані умови

Трубопровід сталевий діаметром 108 мм. Діаметр умовного проходу dy = 100 мм. Температура пари 110°С, довкілля 18°С. Теплопровідність сталі X = 45 Вт/(м. К).

Отримані дані свідчать, що використання теплової ізоляції скорочує теплові втратина 1 м довжини трубопроводу у 2,2 рази.

Питомі теплові втрати, Вт/м 2 , у технологічних апаратах шкіряного та валяльно-повстяного виробництва становлять:

Приклад 3. Розрахунок питомих теплових втрат у технологічних апаратах.

1. Барабан «Гігант» виготовлений з модрини.

2. Сушарка фірми «Хірако Кінзоку».

3. Баркас для фарбування беретів. Виготовлений із нержавіючої сталі [к = 17,5 Вт/(м-К)]; теплоізоляції немає. Габаритні розміри баркасу 1,5 х 1,4 х 1,4 м. Товщина стінки 8 СТ = 4 мм. Температура процесу t = 90 °С; повітря в цеху / порівн = 20 °С. Швидкість повітря у цеху v = 0,2 м/с.

Коефіцієнт тепловіддачі а може бути розрахований наступним чином: а = 9,74 + 0,07 At. При / ср = 20 ° С становить 10—17 Вт/(м 2 . К).

Якщо поверхня теплоносія апарату відкрита, питомі теплові втрати від цієї поверхні (Вт/м 2 ) розраховують за формулою

Індустріальна служба "Каприкорн" (Великобританія) пропонує використовувати систему "Алплас" для зменшення теплових втрат з відкритих поверхонь теплоносіїв. Система заснована на застосуванні порожнистих поліпропіленових плаваючих кульок, що майже повністю покривають поверхню рідини. Досліди показали, що при температурі води у відкритому резервуарі 90 °С теплові втрати при використанні шару кульок знижуються на 69,5 %, двох шарів – на 75,5 %.

Приклад 4. Розрахунок питомих теплових втрат через стінки сушильної установки.

Стінки сушильної установки можуть бути виготовлені з різних матеріалів. Розглянемо такі конструкції стін:

1. Два шари стали товщиною 5 СТ = 3 мм із розташованою між ними ізоляцією у вигляді азбестової плити товщиною 5 І = 3 см та теплопровідністю Х і = 0,08 Вт/(м. К).

Теплове забруднення відноситься до явищ, при яких відбувається виділення тепла у водоймища або в атмосферне повітря. При цьому підвищується температура набагато вища за середню норму. Теплове забруднення природи пов'язане з діяльністю людини та викидами парникових газівякі є основною причиною глобального потепління.

Джерела теплового забруднення атмосфери

Виділяються дві групи джерел:

• природні - це лісові пожежі, вулкани, суховії, процеси розкладання живих та рослинних організмів;
• Антропогенні – це нафтогазопереробка, промислова діяльність, теплоенергетика, атомна енергетика, транспорт.

Щорічно в атмосферу Землі в результаті діяльності людини надходить близько 25 млрд тонн оксиду вуглецю, 190 млн тонн оксиду сірки, 60 млн тонн оксиду азоту. Половина всіх цих відходів додається внаслідок діяльності енергетичної галузі, промисловості та металургії.

За Останніми рокамизбільшилась кількість вихлопних газів від автомобілів.

Наслідки

У містах-мегаполісах з великими промисловими підприємствамиатмосферне повітря відчуває сильне теплове забруднення. До нього надходять речовини, які мають вищу температуру, ніж повітряний шарнавколишньої поверхні. Температура промислових викидівзавжди вище середнього приземного шару повітря. Наприклад, при лісових пожежах, із вихлопних труб автомобілів, із труб промислових підприємств, при опаленні будинків виділяються потоки теплого повітряз різними домішками. Температура такого потоку приблизно 50-60 ºС. Цей пласт підвищує середньорічну температуруу місті на шість-сім градусів. У містах та над ними формуються «острова теплоти», що призводить до збільшення хмарності, при цьому підвищується кількість опадів та збільшується вологість повітря. При приєднанні до вологого повітря продуктів згоряння утворюється вологий смог (тип лондонського). Екологи стверджують, що протягом останніх 20 років середня температура тропосфери підвищилася на 0,7ºС.

Джерела теплового забруднення ґрунтів

Джерелами теплового забрудненняґрунтів на території великих містта промислових центрів є:

• газові труби металургійних підприємств; температура досягає 140-150ºС;
• теплотраси, температура близько 60-160 ºС;
• комунікаційні відводи, температура 40-50 ºС.

Наслідки теплового впливу на ґрунтовий покрив

Газові труби, теплотраси та комунікаційні відводи підвищують температуру ґрунту на кілька градусів, що негативно позначається на ґрунтоґрунті. Взимку це веде до танення снігу і, як наслідок, вимороження поверхневих шарів ґрунту, а влітку зворотний процес, відбувається нагрівання верхнього шару ґрунту та його висихання. тісно пов'язаний з рослинністю та живими мікроорганізмами, які мешкають у ньому. Зміна у його складі негативно позначається з їхньої життєдіяльності.

Джерела теплового забруднення гідрологічних об'єктів

Теплове забруднення водойм та прибережних морських територій відбувається в результаті скидання у водойми. стічних водатомними та тепловими електростанціями, промисловими підприємствами.

Наслідки скидів стічних вод

Скидання стічних вод призводить до підвищення температури води у водоймах на 6-7 ºС, площа таких теплих плям може досягати до 30-40 км 2 .

Теплі пласти води утворюють своєрідну плівку на поверхні водної маси, що перешкоджає природному водообміну не перемішуються з донними), зменшується кількість кисню, а потреба організмів у ньому зростає, при цьому збільшується видова кількість водоростей.

Найбільший рівень теплового забруднення вод здійснюється електростанціями. Вода використовується для охолодження турбін АЕС та газового конденсату у ТЕС. Вода, що використовується електростанціями, нагрівається приблизно на 7-8 ºС, після цього вона скидається у прилеглі водойми.

Збільшення температури води у водоймищах негативно позначається на живих організмах. Для кожного є температурний оптимум, у якому населення почувається чудово. У природному середовищіпри повільному підвищенні чи зниженні температури живі організми поступово пристосовуються змін, але якщо температура підвищується різко (наприклад, за великому обсязі стокових скидів промисловими підприємствами), то часу для акліматизації в організмів немає. Вони одержують тепловий шок, внаслідок якого можуть загинути. Це є одним із самих негативних наслідківтеплового забруднення для водних організмів

Але можуть бути й інші, згубніші наслідки. Наприклад, вплив теплового забруднення води обмін речовин. Зі збільшенням температури в організмів збільшується швидкість обміну речовин, зростає потреба у кисні. Але з підвищенням температури води вміст кисню у ній падає. Його нестача призводить до загибелі багатьох видів водних живих організмів. Майже стовідсоткове знищення риб і безхребетних викликає підвищення температури води на кілька градусів літній час. При зміні температурного режиму змінюється поведінка риб, порушується природна міграція, відбувається невчасний нерест.

Таким чином, підвищення температури води може змінити видову структуруводоймищ. Багато видів риб або йдуть із цих територій, або гинуть. Характерні для цих місць водорості змінюються теплолюбні види.

Якщо разом із теплою водою до водойм потрапляють органічні та мінеральні речовини (побутові стоки, змиті з полів мінеральні добрива), відбувається різке розмноження водоростей, вони починають утворювати щільну масу, закриваючи один одного. Внаслідок цього відбувається їх загибель та гниття, що призводить до мору всіх живих організмів водойми.

Вони генерують енергію за допомогою турбін, відпрацьований газ необхідно іноді охолоджувати. Використовувану воду скидають у водоймища. На великих кількість сягає 90 м 3 . Це означає, що у водойму надходить безперервний теплий потік.

Збитки від забруднення водних екосистем

Всі наслідки теплового забруднення водойм завдають катастрофічної шкоди живим організмам і змінюють місце існування самої людини. Внаслідок забруднення завдається шкода:

• естетичний (порушується зовнішній виглядландшафтів);
• економічний (ліквідація наслідків забруднення, зникнення багатьох видів риб);
• екологічний (знищуються види водної рослинності та живих організмів).

Обсяги теплих вод, що скидаються електростанціями, постійно зростають, отже, зростатиме і температура водойм. Багато річках, на думку екологів, вона збільшиться на 3-4 °С. Цей процес уже триває. Наприклад, у деяких річках Америки перегрів води становить близько 10-15°С, Англії – 7-10°С, Франції – 5°С.

Теплове забруднення довкілля

Теплове забруднення (теплове фізичне забруднення) - це форма, що виникає внаслідок підвищення температури навколишнього середовища. Його причинами є промислові та військові викиди нагрітого повітря, великі пожежі.

Теплове забруднення довкілля пов'язане з роботою підприємств хімічної, целюлозно-паперової, металургійної, деревообробної промисловості, ТЕС та АЕС, які потребують великих обсягів води для охолодження обладнання.

Потужним забруднювачем середовища є транспорт. Близько 80% всіх щорічних викидів посідає автомобілі. Багато шкідливі речовинирозсіюються на значні відстані джерела забруднення.

При спалюванні газу на ТЕС, крім хімічного впливу на атмосферу, відбувається і теплове забруднення. Крім того, приблизно в радіусі 4 км від смолоскипу багато рослин перебувають у пригніченому стані, а в радіусі 100 метрів – гине рослинний покрив.

Щорічно на території Росії утворюється близько 80 млн. тонн різноманітних промислових та побутових відходів, які є джерелом забруднення. ґрунтового покриву, рослинності, підземних та поверхневих вод, атмосферного повітря. Крім того, вони є джерелом радіаційного та теплового забруднення природних об'єктів.

Води суші забруднені різноманітними хімічними відходами, які потрапляють туди при змиванні мінеральних добрив, пестицидів із ґрунтів, з каналізаційними та промисловими стоками. У водоймах відбувається теплове та бактеріальне забруднення, гинуть багато видів рослин та тварин.

Будь-яке скидання тепла в природне середовище призводить до зміни температури її компонентів, особливо сильний впливвідчувають нижні шари атмосфери, ґрунт та об'єкти гідросфери.

За оцінками екологів, теплові викиди в довкілля не здатні поки що вплинути на баланс планети, але на конкретну територію вони істотно впливають. Наприклад, температура повітря в великих містахзазвичай дещо вище, ніж поза містом, змінюється тепловий режим річок або озер при скиданні стічних вод теплових електростанцій. Змінюється видовий склад мешканців цих просторів. Для кожних видів існує свій температурний інтервал, у якому вид здатний пристосуватися. Наприклад, форель здатна вижити у теплій воді, але не здатна розмножуватися.

Таким чином, теплові скиди впливають і на біосферу, хоч це і не в масштабі планети, але теж відчутно для людини.

Температурне забруднення ґрунтового покриву загрожує тим, що відбувається тісна взаємодіяз тваринами, рослинністю та мікробними організмами. При підвищенні температури грунту, відбувається зміна рослинного покриву на теплолюбніші види, багато мікроорганізмів гинуть, не маючи можливості пристосуватися до нових умов.

Теплове забруднення підземних водвідбувається внаслідок влучення стоків у водоносні горизонти. Це негативно позначається на якості води, її хімічному складі, тепловий режим.

Теплове забруднення довкілля погіршує умови життя та діяльності людини. У містах при підвищеній температурі у поєднанні з високою вологістю у людей виникають часті головні болі, загальне нездужання, стрибки артеріального тиску. Підвищена вологість призводить до корозії металів, пошкодження каналізаційних відводів, теплопроводів, газових труб тощо.

Наслідки забруднення природного середовища

Можна конкретизувати всі наслідки теплового забруднення навколишнього середовища та виділити основні проблеми, які потребують вирішення:

1.Утворюються теплові острови у великих містах.

2. Утворюється зміг, збільшується вологість повітря та формується постійна хмарність у мегаполісах.

3. Виникають проблеми у річках, озерах та прибережних акваторіях морів та океанів. Через підвищення температурного режиму порушується екологічний баланс, гинуть багато видів риб, водних рослин.

4. Змінюються хімічні та Фізичні властивостіводи. Вона стає непридатною для вживання навіть після очищення.

5. Гинуть або перебувають у пригніченому стані живі організми водойм.

6. Збільшується температура підземних вод.

7. Порушується структура ґрунту та його склад, відбувається пригнічення або знищення рослинності та мікроорганізмів, що мешкають у ній.

Теплове забруднення. Профілактика та заходи його запобігання

Основним заходом запобігання тепловому забруднення довкілля є поступова відмова від використання палива, повний перехід на альтернативну відновлювану енергію: сонячна, вітрова та енергія гідроресурсів.

Для захисту акваторій від теплового забруднення в системі охолодження турбін, необхідно споруджувати водоймища - охолоджувачі, з яких вода після охолодження знову може бути використана в системі охолодження.

У останні десятиліттяінженери прагнуть виключити парову турбіну в ТЕС, використовуючи магнітогідродинамічний спосіб перетворення теплової енергії на електричну. Це значно зменшує теплове забруднення прилеглої території та водойм.

Біологи прагнуть виявити межі стійкості біосфери загалом і окремих видівживих організмів, і навіть межі рівноваги біологічних систем.

Екологи у свою чергу вивчають ступінь впливу господарської діяльностілюдей на природні процесиу навколишньому середовищі і прагнуть знайти способи запобігти негативному впливу.

Захист навколишнього середовища від теплового забруднення

Прийнято розділяти теплове забруднення на планетарне та локальне. У планетарному масштабі забруднення невелике і становить лише 0,018 % від надходить на планету сонячної радіації, тобто в межах одного відсотка. Проте, сильний вплив теплове забруднення надає природу локальному рівні. Для регулювання цього впливу у більшості промислово-розвинених країн запроваджено межі (ліміти) теплового забруднення.

Як правило, ліміт встановлений для режиму водойм, оскільки саме моря, озера і річки страждають значною мірою від теплового забруднення і приймають його основну частину.

У країнах Європи водоймища не повинні прогріватися більше, ніж на 3 °С від природної температури.

У США в річках нагрівання води не повинно бути білішим ніж на 3 °С, в озерах - 1,6 °С, в акваторіях морів та океанів - 0,8 °С.

У Росії температура води у водоймищах не повинна підвищуватися більш ніж на 3 °С порівняно з середньою температуроюнайспекотнішого місяця. У водоймах, в яких мешкають лососеві та інші холодолюбні види риб, температура не може бути підвищена більш ніж на 5 ° С, влітку не вище 20 ° С, взимку - 5 ° С.

Масштаби теплового забруднення біля великих промислових центрів є досить значними. Так, наприклад, від промислового центруз кількістю населення в 2 млн. чоловік, з АЕС та нафтопереробним заводом теплове забруднення поширюється вдалину на 120 км та на 1 км у висоту.

Екологи пропонують використовувати теплові відходи у господарських потребах, наприклад:

• на зрошення сільгосп земель;
• у тепличному господарстві;
• на підтримку північних акваторій у вільному від льоду стані;
• на перегонку важких продуктів нафтової промисловостіта мазуту;
• для розведення теплолюбних видів риб;
• для влаштування штучних ставків, що підігріваються взимку, для диких водоплавних птахів.

У планетарному масштабі теплове забруднення природного середовищаопосередковано впливає на глобальне потеплінняклімату. Викиди промисловими підприємствами не впливають на підвищення температури безпосередньо, але призводять до її збільшення внаслідок парникового ефекту.

Для вирішення екологічних проблемі запобігання їх у майбутньому, людство має вирішити низку глобальних завдань та спрямувати всі зусилля на зменшення забруднення повітря, теплового забруднення планети.

У навколишньому середовищі – повітрі, воді, землі міститься величезна кількість тепла. Теплова енергія пов'язана з хаотичним рухом молекул середовища і дорівнює нулю тільки за абсолютної нульової температури (Т = 0 К). При нормальних температурах Т ~ 300 До, вона дорівнює W = mCT, де m – маса середовища, З – її питома теплоемкость. Зважаючи на величезну масу, цієї енергії достатньо для задоволення всіх потреб людства. Ось її і намагаються використовувати в апаратах, званих вічними двигунами другого роду.

Вічні двигунидругого роду не порушують закону збереження енергії (першого початку термодинаміки), тому що беруть її не з нічого, а з навколишнього середовища. Вони суперечать іншому основному закону природи - другому початку термодинаміки, згідно з яким роботу в тепловій машині можна отримувати лише за наявності перепаду температур. Наявність енергії є необхідною, але не достатньою умовоюна її практичного використання. Наприклад, якщо є високогірне озеро, наповнене водою, але немає можливості її зливу у водойму з більш низьким рівнем, то гідроелектростанцію тут не збудуєш, тому що не можна отримати водного потоку, що обертає турбіни. Якщо є провідник з позитивним електричним потенціалом, то для отримання струму, що запалює лампочку, необхідний другий провідник з нижчим або негативним потенціалом. Аналогічно і в теплоті: щобтеплова машина

заробила від енергії середовища, необхідний «злив» її теплової енергії, навіщо потрібен об'єкт із нижчою температурою, званий холодильником. Відповідно до термодинаміки, максимальний коефіцієнттеплової машини може бути досягнуто в циклі Карно, де він складає

ККД = (Тн - Тх) / Тн.

(1) Тут Тн і Тх - температури нагрівача та холодильника. З (1) випливає, що ККД завжди менше одиниці. У рівноважних умовах, як у навколишньому середовищі немає різниці температур, тобто. Тн = Тх, ККД = 0. Тому ніяка теплова машина в умовах теплової рівноваги працювати не може, незважаючи на наявність достатньої кількості розсіяного тепла. Турбіни електростанцій, парові машини, двигуни внутрішнього згоряння та інші діючі теплові джерела енергії виконують роботу за рахунок нагрівання газу довисоких температур

Тн та його викиду в навколишнє середовище з нижчою температурою Тх, але для нагрівання ми змушені спалювати паливо. Винахідники ж вічних двигунів прагнуть отримати екологічно чисту, безоплатну і безмежну енергію без спалювання палива, при однакових Тн і Тх. На що вони розраховують? Багато хто переконаний, що другий початок неправильний. Голова Російського фізичного товариства В.Г. Родіонов так і назвав свою статтю «Крах другого початку термодинаміки», а Є.Г. Опарін свою книгу – «Фізичні основи безпаливної енергетики. Обмеженість другого початку термодинаміки». Більшість же намагаються концентрувати розсіяну внутрішнютеплову енергію

навколишнього середовища в одному місці, обминаючи другий початок. При цьому цитують Ф. Енгельса, який, критикуючи висновки з другого початку про неминучість теплової смерті Всесвіту, стверджував: «Випромінена у світовий простір теплота повинна мати можливість якимось шляхом… перетворитися на іншу форму руху, в якій вона може знову зосередитися та почати активно функціонувати» (Діалектика природи, 1975, с. 22).

Павло Кіндрійович Ощепков (1908 – 1992) у 1930-х роках займався радіовиявленням літаків, у чому йому всіляко сприяв маршал М.М. Тухачевський. Однак обраний «на основі творчого застосування марксистського діалектичного методу» (, с. 88) спосіб виявлення завмирання сигналу при прольоті літака між радіопередавачем і приймачем (як свого часу у А.С. Попова) відрізнявся не в кращу сторону від імпульсного, що тоді зароджувався. метод радіолокації. Діяльність інженера Ощепкова та маршала Тухачевського завдавала шкоди обороноздатності нашої країни. Тому в 1937 за шкідництво Ощепков був засуджений на 10 років, а його шеф засуджений до вищої міри покарання. У тюремній камері, мріючи про тепло, Ощепков, за його словами, відкрив закон концентрації енергії, згідно з яким «концентрація та деконцентрація енергії у природі мають існувати у діалектичній єдності».

Вийшовши на волю, Ощепков був обласканий хрущовським керівництвом, став лікарем технічних наук, професором, заслуженим діячем науки та техніки РРФСР, директором Інституту інтроскопії АН, але продовжив займатися шкідницькою діяльністю. Вважаючи слова Ф. Енгельса вказівкою до дії, він у 1967 році за свого інституту створив відділ вічних двигунів другого роду та Громадський інститут енергетичної інверсії (ЕНІН), до роботи якого залучив тисячі вчених та інженерів із різних міст. Ощепков поставив конкретне завдання: «Відшукати такі процеси, які б здійснити пряме і безпосереднє перетворення теплової енергії навколишнього простору в енергію електричну… Відкриття способів штучного зосередження, концентрації розсіяної енергії з метою надання їй знову активних форм…» . Соратник Ощепкова М.П. Кривих сформулював це завдання у віршах:

Тут спосіб потрібен дуже сміливий,
Щоб рівноважне тепло
Невимушено та вміло
На концентрацію текло.

Звичайно, ніякої концентрації енергії інститутом досягнуто не було (та й не могло бути). За роботи Ощепкова, санкціоновані Академією наук та ганебні радянську науку, провідні академіки змушені виправдовуватися перед світовою науковою громадськістю в газеті «Правда» (21 та 22 листопада 1959 р., 22 червня 1987 р.). Мабуть, єдиним вічним двигуном, що діє, був апарат, який демонструвався ласим до сенсації журналістам самим Ощепковим. Ось як його описує кореспондент газети "Московський комсомолець" С. Кашніков. «На столі невелика установка: тоненький, ледь помітний оком проводок одним кінцем з'єднаний з електровимірювальним приладом, а іншим кінцем – ні з чим. Жодних джерел струму... А прилад показує: струм йде! Енергія береться прямо з повітря. Тепло довкілля перетворюється на енергію руху електронів, причому без перепаду температури». Насправді проводок служив антеною, що приймає сигнали радіостанцій, телецентрів, промислові шуми та наведення мережі. Навряд чи професор цього не знав, але неписьменного у фізиці журналіста йому вдалося обдурити.

Про ненависний йому коефіцієнт корисної дії Ощепков пише: «Нижче 100 % значення цього коефіцієнта важливо не може – це означало б зникнення підведеної до апарату енергії» (, з. 264). Насправді поряд з корисною роботоючастина витраченої енергії завжди втрачається марно.

Ентузіасти продовжують роботи зі створення вічних двигунів другого роду та у XXI столітті. Вони навіть відкрили свою академію наук, яку назвали Міжнародною академією енергетичних інверсій ім. П.К. Ощепкова. Справжній член цієї академії Є.Г. Опарін пише, що «Світ влаштований зовсім не так, як ми бачимо його крізь призму догм термодинаміки, що П.К. Ощепковим було правильно поставлено проблему концентрації енергії довкілля. Вирішення цієї проблеми не заборонене природою і відкриє якісно нову ерубезпаливної енергетики». А теоретик вічних двигунів другого роду кандидат технічних наук Н.Є. Заєв вважає: «Енергетичний достаток… може прийти зовсім не від достатку вогню, а з іншого боку… Концентратори енергії навколишнього середовища (КЕСи, кесори) на різних принципах – ось основа енергетики достатку» . 1991 року він заявив, що «ефективний вихід дослідження (кесорів) дадуть у 3 – 5 років». З того часу минуло понад 20 років, але реально діючих апаратів чомусь як не було, так і немає.

Природу обдурити не можна. Другий початок термодинаміки забезпечує її стабільність. Енергія сама по собі тільки розсіюється. Якби мимовільна концентрація космічної, вакуумної, повітряної чи якоїсь іншої енергії була можлива, то енергетичні згустки, що несподівано виникають то тут, то там давно б спалили все живе, в тому числі і нас.
Проте винахідники працюють. А як кажуть, що шукаєш, то завжди знайдеш. Н.Є. Заєв створив вічні двигуни другого роду на сегнетоелектриках і феритах, причому за його словами діючі, і патентував їх. Збільшення вихідної потужності щодо вхідної в нього сягало 10 раз. Російським фізичним суспільством «кесори» Заєва віднесено до технічних проектів, «мають пріоритетне народногосподарське значення у сфері енергетики» , які автор став лауреатом премії цього товариства. Однак оголошеного результату йому вдалося досягти шляхом безграмотного вимірювання вихідної потужності несинусоїдального струму.

Ведуться пошуки циклу роботи теплової машини кращого циклуКарно, в якому ККД був не нижчим, згідно з формулою (1), а вище одиниці. Це зробив кандидат фізмат наук із Московського центру державної метеорологічної служби Б.В. Карасьов. ККД його циклу теплової машини повинен становити 3 і навіть більше, забезпечуючи роботу без палива найпростішого апарату, що містить циліндр 1, наповнений звичайним повітрям 3, і поршень 2, що саморухається в ньому (рис. 1). Зрозуміло, що також є кривошипно-шатунний механізм, колінчастий вал і маховик. Позитивний результат розрахунку досягнутий за рахунок того, що автор припустився елементарної помилки при розрахунку ККД, який і тут насправді завжди менше одиниці.

Мал. 1. Мотор Карасьова

Можна, виявляється, не винаходити нових циклів, а обмежитися старим циклом Карно і створити вічний двигун з його основі. Для цього достатньо у формулі (1) для ККД підставляти не абсолютну температуру в Кельвінах, а температуру, що використовується в побуті, в градусах Цельсія, як це зробив винахідник з м. Омська В. Федоров. Наприклад, взявши Тн = 20 оС, а Тх = -180 оС він отримав ККД = 10, тобто. 1000%. Конструкція двигуна аналогічна до попередньої (рис. 1), а в якості робочого тіла використовується те ж повітря. Тепер, як зазначає автор, ми можемо обійти всепланетну нафтову мафію і врятувати цивілізацію від екологічної катастрофи. Однак, якщо температури нагрівача та холодильника, як і належить, у формулі (1) виразити в Кельвінах: Тн = 293 К, Тх = 93 К, то ККД циклу виявиться рівним 68 %. Отже, ніякої енергії ми не отримаємо, і для переміщення поршня змушені виконувати роботу або спалювати ту ж нафту.

Відомий «заперечувач» фізики кандидат фізмат наук, доцент ЮФУ С.О. Герасимов у своїх статтях стверджує, що другий початок термодинаміки «відрізняється примхливим характером». «Майже у кожного з нас удома є і холодильник, і нагрівач, але щось ніхто з нас не помічав, щоби при роботі вони починали рухатися. І навпаки, відсутність холодильника чи нагрівача зовсім не означає відсутність руху» . Виходячи з цього він пропонує гравілет у вигляді листа, одна сторона якого гладка, а інша шорстка (рис. 2). Цей килим-літак піднімається не мотором, що спалює паливо, а рахунок ударів молекул повітря, сила яких на шорстку сторону нібито відрізняється на 10 і більше відсотків від сили, з якою атмосфера тисне на гладку поверхню.

Мал. 2. Килим-літак Герасимова

В результаті, за розрахунками Герасимова, один квадратний метр«килима» може підняти 10 тонн вантажу. Хоча автор і не зробив макета гравілета, проте стверджує, що «те, що можливо, обов'язково проявить себе не тільки на папері, а й у вигляді відповідного технічного пристрою». На жаль, доцент забув (або не знав) шкільного курсуфізики, згідно з яким тиск повітря на обидві сторони аркуша однакові.

Не миряться з другим початком також вчені з Інституту загальної фізикиРАН С.І. Яковленко, С.А. Майоров та О.М. Ткачев. Їх комп'ютерний експеримент показав, що теплоізольована кулонівська плазма сама собою нагрівається без жодних. зовнішніх впливів. «Вічний» нагрівач на цьому принципі чомусь не зробили, хоч і могли прославитися та заробити.
Друге початок стверджує неможливості концентрації теплової енергії, тобто. хаотичного механічного рухучастинок середовища, та отримання за цей рахунок роботи. А чи не можна скористатися енергією електромагнітного випромінювання, що виникає в середовищі при зіткненнях її молекул одна про одну? Це теплове електромагнітне випромінюваннязаймає широку область частот і лежить у інфрачервоної областіспектра при кімнатній температурі, зміщуючись у видиму область при температурах середовища вище 500 - 1000о С. Електромагнітне випромінювання можна концентрувати використовуючи лінзи, дзеркала, дифракційні гративідповідного діапазону довжин хвиль.

Інженер Е. Шу з м. Ногінська в «Техніці – молоді» № 2/2003 запропонував використовувати у вічному двигуні вертушку типу тієї, що застосовувалася П.М. Лебедєвим для вимірювання тиску світла. Одна сторона лопаток зроблена дзеркальною, а інша зачорнена. На думку автора, вертушка має обертатися, оскільки тиск електромагнітного випромінювання на дзеркальну сторону, від якої фотони відбиваються, вдвічі більший, ніж на чорну сторону, якою вони поглинаються. Непрацездатність пристрою очевидна, оскільки зачорнена сторона лопаток сама випромінює фотони та їх віддачею врівноважує тиск.

Для розвитку розуму допитливого читача я сам запропонував трійку вічних двигунів, що «концентрують» електромагнітне випромінювання навколишнього середовища. Один із них показаний на рис. 3.

Мал. 3.

У теплоізольованому приміщенні 1 знаходиться турбіна 2 з дзеркальними лопатками 3. З одного боку турбіни встановлений концентратор електромагнітного випромінювання - увігнуте дзеркало 4, а з іншого нехай знаходиться стіна приміщення 5, пофарбована в чорний колір. На бік лопатки 3, звернену до стіни 5, падає випромінювання стіни, а на зворотний бік – випромінювання, сконцентроване дзеркалом 4. Так як тиск електромагнітних хвиль прямо пропорційно щільності енергії (або кількості падаючих фотонів), то, на відміну від пристрою Шу, тиск на різні боки лопаток у нас буде різним. Так, якщо діаметр дзеркала взяти рівним 1 м, а лопатки - 1 см, то густина випромінювання, а відповідно і тиск з боку дзеркала буде в 10000 разів більшим, ніж зі зворотного боку, куди падає несконцентрований потік. В результаті з'являється сила різниста, і турбіна повинна почати обертатися. Для посилення ефекту аналогічні концентратори можна направити на інші лопатки. Звісно, ​​результуюча сила дуже мала, але в П.М. Лебедєва вертушка оберталася! А головне сам факт отримання роботи без нагрівача та холодильника, за рахунок внутрішньої енергіїсередовища!

У другому варіанті подібного двигуна міститься зачорнений паровий котел 1, на який лінзами 2 фокусується теплове електромагнітне випромінювання стін теплоізольованого приміщення 3 (довкілля) (рис. 4)

Мал. 4.

Трубами котел 1 з'єднаний з паровою машиною 4 холодильником якої служить навколишнє середовище. Так як щільність сфокусованого потоку теплового електромагнітного випромінювання навколишнього середовища, що падає на стінки котла, у тисячі разів більше, ніж несфокусованого, то температура котла почне підніматися і побільшає температури навколишнього середовища та стінок приміщення. Термодинамічна рівновага настане при температурі Т, коли потужність випромінювання стінок котла стане рівною падаючою. При рівновазі котел не споживає енергію навколишнього середовища. А тепер заповнимо котел рідиною, що кипить при температурі Тк, що лежить десь посередині між То і Т. Рідина почне кипіти, а її пара приведе в дію машину 4. Кипляча рідина буде підтримувати температуру котла на рівні Тк, меншому за рівноважний Т. Отже, термодинамічної рівноваги досягатися не буде, і енергія падаючого на котел випромінювання завжди буде більше випромінюваної ним енергії. Безперервне підведення енергії від навколишнього середовища до котла, що здійснюється таким шляхом, забезпечить вічну роботу парової машини без будь-яких витрат палива.
А чи не краще пряме перетвореннясконцентрованого електромагнітного випромінювання середовища в електричний струмнаприклад, з використанням фотогальванічних елементів (рис. 5)? Тут сфокусоване дзеркалом 4 інфрачервоне випромінюваннясередовища 3 (наприклад, стін приміщення) падає на фотоелемент 1, де перетворюється на електричний струм, що йде навантаження 2.

Мал. 5

Фотоприймачі вловлюють навіть фонове («реліктове») випромінювання Всесвіту, хоча його рівень набагато нижчий за наш і відповідає випромінюванню чорного тіла з температурою всього 2,7 К. Тому не виключено, що останній варіант працюватиме навіть у космосі.
Якщо комусь сподобалися ці мої «шалені» ідеї і він побудує перший у світі макет подібного вічного двигуна, що діє, то це, за словами В.К. Ощепкова, «за практичними наслідками… можна порівняти хіба що з відкриттям первісною людиноюспособів штучного добування вогню». На превеликий жаль, і мої вічні двигуни непрацездатні, для перевірки чого не потрібно проводити експерименти. Справа в тому, що електромагнітне випромінювання навколишнього середовища ізотропне – воно падає з усіх боків з однаковою інтенсивністю, тому сфокусувати його лінзою, дзеркалом або іншим пристроєм неможливо.

Таким чином, всі спроби ощасливити нас безкоштовною енергією, взятою у рівноважного навколишнього середовища, марні і залишаться мрією винахідників, котра даремно забирає у них робочий час. Для отримання з тепла роботи або електроенергії необхідна різниця температур, яка досягається нагріванням або є в природі, наприклад, геотермальних джерел.

ЛІТЕРАТУРА

1. В.Г. Родіонів. Крах другого початку термодинаміки. ЖРФМ, 1996 № 1 - 12, с. 5 – 16
2. Є.Г. Опарін. Фізичні засади безпаливної енергетики. Обмеженість другого початку термодинаміки. М., Едиторіал УРСС, 2004
3. П.К. Ощіпків. Життя та мрія. М., Московський робітник, 1977, 1984
4. С. Кашніков. Простий вічний двигун. Моск. комсомолець, 5.09.1980
5. Н.Є. Заївши. Близька далечінь енергетики. ЖРФМ, 1991 № 1, с. 12 - 21
6. Н.Є. Заївши. Умова генерації енергії нелінійними діелектриками та феритами. ЖРФМ, 1991 № 1, с. 49 - 52; Нові грани фізики. М., Громадська користь, 1996, с. 73 - 77; Російська думка, 1992 № 2, с. 7 – 28
7. Заявки на винаходи №№ 3601725, 3601726
8. ЖРФМ, 1997 № 1 - 12, с. 97 – 98
9. В. Петров. Вічні двигуни XXI ст. Ефір як джерело енергії. Інженер, 2010 № 8, с. 24 – 25
10. Б.В. Карасьов. Способи вилучення роботи з середовища з постійною температурою (друге повідомлення). У сб. «К.е. Ціолковський: дослідження наук. спадщини». Калуга, 2008, с. 264 – 265
11. В. Петров. Вічні двигуни XXI ст. Повітря та пісок як паливо. Інженер, 2010 № 5, с. 22 - 23
12. В. Федоров. Водяний двигун. Інженер, 2003 № 7, с. 12 – 14
13. В. Петров. Щодо статті В. Федорова «Водяні двигуни». Інженер, 2003 № 12, с. 5
14. С. Герасимов. Левітація: міф, реальність чи парадокс? Інженер, 2009 № 12, с. 6 – 9
15. С. Герасимов. Дифузне розсіювання, підйомна сила та другий початок термодинаміки. Інженер, 2010 № 10, с. 2 – 5
16. С.А. Герасимів. Про левітацію та екранування в газовій динаміці. Питання прикладної фізики, 2005 № 12
17. С.А. Герасимів. Дифузне розсіювання та газодинамічна левітація. Сучасні наукомісткі технології, 2010 № 1
18. О. Лебедєв. Чи можна порушити другий закон термодинаміки? Винахідник та раціоналізатор, 1995 № 1, с. 18
19. В. Петров. Про чорне тіло та дзеркало. Техніка – молоді, 2004 № 2, с. 15
20. В. Петров. Використання тепла довкілля. Інженер, 2011, №4, с. 24 - 26