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永冻土上的永动机。 儿童科学实验室
飞机飞过针叶林。 从十公里高空俯瞰，贯穿森林的河流、河流、溪流的河道清晰可见。 我们飞行了一两个小时——这一切都是雅库特，宽敞而丰富：有黄金、毛皮、钻石。 还有……霜冻！ 毕竟，仔细想想，寒冷也可以是财富。 然而，这个想法并不属于我，而是属于我飞到雅库茨克去见的那个人。 ... Lev Ivanovich Faiko 在机场接我。 他是一位冰川学家，研究天然冰、其结构、起源和物理特性。 费科并没有立即从事他罕见的职业。 小时候，他就喜欢运动航空，驾驶自制的运动滑翔机； 是一名专业摄影师 - 塔斯社记者，手里拿着相机骑着驯鹿走遍了雅库特。 他还发明了：一种改进设计的可折叠雅库特蒙古包，一种供驯鹿牧民和地质学家使用的经济型茶炊，同时可以发电为收音机或对讲机供电……他制作的水泵，从勒拿抽水并供应到高岸，远远地就让周围的居民看到：这真的是永动机吗？ 泵不需要能量，它是通过水流启动的。 列夫·伊万诺维奇一生经历了很多事情：他参加了伟大的卫国战争，从研究所毕业，成为地理科学的候选人...... 只有具有不同兴趣和知识的人才能看到别人看到和没有看到的东西。 那么，谁对永久冻土上不结冰的湖泊感到困惑呢？ 而他又惊讶又深思，觉得这个大自然的小秘密隐藏着前所未有的机会……能量！ 这一切都始于寻找一个简单的日常问题的答案：为什么雅库特湖泊的冰在冬季会结冰 210 天，而在春季仅 30 天就会融化？ 你可能会说：这有什么问题吗？ 我们一起思考一下。 永久冻土将雅库特土地束缚在1500米深处，并且不会融化。 但水库的行为并不按规则进行。 例如，极地地区年平均气温为-19℃，水份约为零。 当然，也有气温为正值的日子，但全年平均气温为负值。 然而，北冰洋尽管有它的名字，但它的冰冻并不会一年比一年深。 由于外部空气的热量，多余的冰会定期融化。 平均而言，空气比冰本身更冷...... 但这与热力学第二定律相矛盾，该定律基于克劳修斯的假设：热量不能自行从较不热的物体转移到较热的物体。 早在 XNUMX 世纪，鲁道夫·克劳修斯就提出了这一无可争议的世俗真理，现代科学的和谐建设也依赖于此。 谁会想到在一块冰上加热水壶中的水。 每个人都清楚这个想法是徒劳的。 但这是问题所在。 虽然我们认为冰是冷的，但它蕴含着相当多的能量。 毕竟，与绝对零相比，它的温度要高出273℃！ 它的每个分子都具有能量并不断与其他分子交换能量。 那么为什么冰分子不将部分能量传递给水壶中的水呢？ 让冰进一步冷却，水变暖！ 总之，经验就是经验，但克劳修斯的公设没有理论证明！ 有一次，杰出的英国物理学家麦克斯韦开玩笑地提出了一种对分子进行排序的“恶魔”——“热”分子高速向一个方向发送，“冷”分子向另一个方向发送。 而这样的“恶魔”，绝对会让水壶在冰上沸腾！ 克劳修斯假设缺乏证据，为许多痴迷于创造第二种永动机的发明家提供了一个漏洞——一种可以从环境分子的混沌运动中提取能量而无需任何成本的装置。 但事实是，有用的能量只能从温度或压力、高度的差异中获得……做功不是由热本身完成的，而只能由热与冷之间的差异来完成。 内燃机工作是因为气缸内外的压力差推动活塞。 当电灯泡施加电势差时，电灯泡就会发光。 在水力发电厂中，做功的不是海拔高度，而是大坝顶部和底部的水位差。 所以永动机是不可能的。 真遗憾。 现在，如果真的有像麦克斯韦妖这样的东西……你还记得一年级学生在课间休息时是如何冲过走廊的吗？ 能量——绰绰有余！ 就像分子的混沌热运动一样。 导演可能会抱怨道：“你的能量会转动发电机！” 还有什么？ 麦克斯韦妖的角色可以通过门上旋转的旋转栅门来扮演，类似于商店里的旋转栅门。 休息铃响了，一年级的学生跑出教室，旋转旋转门。 它连接到发电机 - 这是有用的工作！ 因此，Faiko 在思考自然水库冻结的奇怪行为时，在其中发现了经典物理学所禁止的类似“十字转门”。 这样的单向热阀本质上就是普通的浮冰！ 在短暂的雅库特春季，湖上的冰融化所接收到的热量与在漫长寒冷的冬季所释放的热量是完全相同的。 但事实是，水结冰发生在冰的下表面，融化发生在冰的上表面。 当水结冰时，意味着它会释放热量。 而且这些热量很难通过冰层逸出，因为它的导热率很低。 热量离开冬季池塘的速度非常缓慢，冰盖的冻结也同样缓慢。 但到了春天，情况就完全不同了。 在阳光的照射下，最上面的一层冰迅速融化，融水吸收了所谓的熔化热，将其带入水库。 这样，在漫长的冬季损失的热量很快就返回到水中。 而相反的过程则要快数十倍、数百倍。 事实证明，冰在两个方向上不均匀地传递热量：从上到下——比从下到上快得多。 他还是那个巧妙制造温差的“恶魔”。 事实证明，热量可以说是从较冷的身体传递到较热的身体。 但克劳修斯的假设又如何呢？ 那么，事实并非如此，永动机是可能的吗？ 费科向科学委员会报告了他的发现，科学委员会起初指责他侵犯了热力学的基础。 但列夫·伊万诺维奇挽救了克劳修斯的权威：公设所禁止的热传递不会自行发生，而是借助地球引力和太阳能。 这种重力导致密度小于水的冰漂浮。 （顺便说一句，为什么当所有其他物质在冷却过程中收缩时它的密度会更小？仍然没有令人满意的解释。）然后释放出一个体积，使融水可以流动。 但这在地球各层中是不可能的 - 这里有千米的永久冻土！ 现在让我们转向地球的能量。 由于在自然界中找不到能够产生能源所需的温度、压力和高度差的自然过程，人们开始自己创造这些过程：燃烧森林、挖掘土地寻找化石燃料、在河流上建造巨大的水库和水坝、入侵不安全的原子世界…… - 是的，这是一个自由的非线性自然过程，可以成为永恒的能源！ - 一位来自雅库特的科学家说道。 结冰的天然水库提供的温度下降很容易转化为功。 水的相变中隐藏着更多的热量。 费科计算出，水结冰时释放的潜热等于从两公里长的大坝中落下等量的水所获得的能量。 那么，当你能够成功且廉价地利用白白浪费的大量热量时，建造水坝是否值得呢？ 雅库特早就计划建设最大的下连斯卡亚水电站，装机容量为22万千瓦。 但根据Faiko的计算，仅从其水库表面，在结冰时，就可以获得400倍以上的能量。 现在世界各地都生产这么多！ 然而，这也不需要水库：天然结冰水库的面积可以满足人类需求的1000倍！ 我们星球的生态只会从中受益。 仍有待弄清楚如何提取这种能量。 但现代技术已经为此做好了准备。 让我们记住“相反”的热泵 - 压缩机冰箱。 蒸发器中温度为零左右沸腾的液体变成蒸汽，在压力作用下进入压缩机，推动活塞做功…… 因此，水的异常特性为我们提供了一种宝贵的、环保的、取之不尽用之不竭的能源。 这是一种非常奇怪、错误的物质，这普通的水！ 作者：N.Konoplev
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