Одним из общих свойств всех тел является воспринимаемое нами при соприкосновении ощущение тепла или холода, т. е. температура. То, что мы на основе наших ощущений обычно называем понятиями «тепло» или «холод», весьма условно и относительно. Воздух подвала летом нам кажется холодным, зимой теплым. Для эскимоса, полярного жителя, московская зима покажется приятным теплым климатом, тогда как для негра тропического пояса она будет невыносимым холодом.
Общеизвестно, что при нагревании тела расширяются, а при охлаждении сжимаются. Почему это происходит? Дело в том, что материя состоит из постоянно движущихся молекул; изменение объема тела объясняется тем, что при нагревании тела, т. е. при сообщении ему некоторого количества теплоты, увеличивается двигательная сила молекул, стремящихся благодаря этому занять большее пространство; при охлаждении, наоборот, эта двигательная сила уменьшается, и тело сжимается.
Отсюда ясно, что теплота в сущности представляет собой не что иное, как движение молекул материи, т. е. энергию.
Теплота может переходить только от более нагретого тела к менее нагретому, но не наоборот. Это значит, что понизить температуру тела ниже температуры окружающей среды обычным путем теплопередачи — невозможно.
Достигнуть такого понижения, т. е. чтобы температура тела была ниже температуры окружающей среды, можно лишь тогда, когда нам удастся каким-нибудь специально сконструированным аппаратом искусственно уменьшить двигательную силу молекул охлаждаемого нами тела.
Современная физика разрешила эту проблему следующим образом: заставляя молекулы выполнять определенную работу, она превращает часть тепловой энергии в механическую. При уменьшении количества тепловой энергии температура тела, естественно, понижается. Этим объясняются известные природные явления, сопровождающиеся охлаждением. Так, испарение одеколона с лица вызывает чувство приятного охлаждения; чтобы уяснить себе, почему это так, нужно знать, что испарение представляет собой выделение из жидкости отдельных молекул. Для того чтобы отделиться, они должны преодолеть силу притяжения остальных молекул и действующее на жидкость атмосферное давление, т. е. должны совершить работу для преодоления этих двух сил. При выполнении этой работы молекулы используют часть тепловой энергии из самой испаряющейся жидкости. Охлаждение, конечно, тем сильнее, чем быстрее происходит испарение.
На этом и построено искусственное получение холода, в основе которого лежит быстрое испарение жидкости.
*
Но теперь возникает вопрос: всякая ли жидкость будет достаточно приемлемой для получения искусственного холода? По видимому, не всякая. Для того чтобы жидкость при интенсивном испарении давала температуру ниже температуры окружающего воздуха, т. е. «холод» в обычном понимании, необходимо, чтобы самое испарение могло происходить при температуре ниже температуры этого воздуха. А испаряться в таких условиях могут только те вещества, которые мы обычно, при нормальной температуре воздуха, встречаем в газообразном состоянии и которые мы в житейской практике знаем как газы. Сюда относятся, например, сернистый газ, аммиак, углекислый газ. Теперь задача ясна: достаточно один из этих газов превратить в жидкость, а затем заставить ее испаряться, и мы достигнем необходимого эффекта. Научными опытами это положение многократно подтверждено.
 |
| Блоки мяса, замороженного с помощью искусственною холода |
Для получения искусственного холода наиболее приемлемыми оказались сжиженная углекислота, аммиак и сернистый газ. Испаряясь на открытом воздухе, эти вещества дают следующие низкие температуры: сернистый газ —10°, аммиак —33°, углекислота —79°.
Получение искусственного холода таким способом будет практически выгодным в случае, если испаряемые газы будут после испарения улавливаться и вновь переводиться в жидкое состояние. Для этого нужна специальная машина. Такая машина должна состоять из двух частей: во-первых, испарителя — для быстрого испарения жидкости и, во-вторых, конденсатора, — вновь превращающего полученный газ в жидкость. В существующих сейчас машинах обе части имеют отдельные баки, внутри которых спиралью расположены согнутые металлические трубки. Нижние концы этих трубок соединены между собой автоматическим регулятором. Другие концы направляются к воздушному насосу — компрессору, при помощи которого газ выкачивается из испарителя и нагнетается в конденсатор. Бак конденсатора наполняется холодной водой, а другой бак — жидкостью, замерзающей при низкой температуре, например водяным раствором хлористого кальция. Трубы же наполняются газом вещества, дающего при испарении низкие температуры, например аммиачным газом. Закрывая регулятор, приводят с помощью мотора компрессор в действие. Он всасывает газ из испарителя и нагнетает в конденсатор, где под влиянием давления и охлаждения водой газ переходит в жидкое состояние. В этот момент открывается регулятор, и жидкость устремляется в испаритель. Здесь, в сфере гораздо меньшего давления, жидкость быстро испаряется. Образовавшиеся газы вновь всасываются компрессором, нагнетаются в конденсатор, и описанный процесс повторяется снова. В зависимости от того, какое вещество употребляется, мы достигаем температуры —20, —30, —79°.
Полученный таким образом искусственный холод может быть использован уже в испарителе для производства искусственного льда. Для этого достаточно опустить в раствор испарителя металлические резервуары, так называемые ледогенераторы, наполненные чистой водой, которая, замерзая, дает компактные бруски льда. Этим способом можно получать лед даже в самые жаркие летние дни.
 |
| Плиточный скороморозильный аппарат. Мясо, разрезанное на куски, после 3—4-часового пребывания в нем выходит в виде твердых замороженных блоков, способных сохраняться в течение долгих месяцев |
Другое преимущество этого способа в том, что при замораживании стерилизованной воды лед получается гораздо более гигиеничным, чем естественный, содержащий нередко грязь и большое количество бактерий.
*
Выводя охлажденный раствор из испарителя но металлическим трубкам, мы можем использовать его для различных промышленных целей. Чаще всего такой раствор применяется в холодильниках для хранения скоропортящихся пищевых продуктов (масло, мясо, рыба, яйца), мехов или взрывчатых веществ. Охлаждение температуры такого хранилища можно производить двумя способами: пропуская охлажденный раствор через змеевики, расположенные в здании холодильников, или распыляя его в закрытой камере (воздухохолодителей), через которую с помощью вентилятора пропускается воздух. Преимущество второго метода в том, что он дает не только охлаждение воздуха, но и очистку его от пыли, бактерий, а также высушивание.
На чугунолитейных заводах этот способ применяется для высушивания воздуха, идущего в доменные печи.
В химической промышленности искусственный холод также находит себе широкое применение, например для обратного превращения паров быстро улетучивающихся жидкостей, для кристаллизации отдельных веществ, входящих в состав растворов (глауберова соль). Широко применяется искусственный холод также в пивоваренном, маргариновом производствах и т. д.
Отдельные части самолетов и стратостатов подвергаются искусственному охлаждению, чтобы испытать, как они будут вести себя в условиях сильного мороза.
Успешное применение находит себе искусственный холод и в горной промышленности, когда через сыпучие и мокрые участки нужно проводить тоннели. Сырую почву в нескольких местах пробуравливают, в сделанные отверстия вставляют железные трубы с нижним закрытым концом. Внутрь этих первых труб помещают другие, меньшего диаметра, открытые с обоих концов. Во внутренние трубы нагнетается охлажденный до —40° раствор испарителя. Отсюда раствор проходит в наружные и затем возвращается обратно в испаритель. Постоянной циркуляцией раствора с температурой —40° почва за 35—40 дней замораживается до твердости камня на толщину 2,5 метров.
 |
| Компрессорная установка для замораживания почвы в шахтах метростроя |
Этот способ применялся недавно при постройке московского метрополитена, в местах, где приходилось проходить плывуны и другие сырые породы.
*
В техническом отношении жидкая углекислота особенно ценна, потому что ее чрезвычайно легко перевести в твердое состояние. Для этого достаточно открыть кран наполненного жидкой углекислотой стального баллона. Резкое охлаждение, вызванное при этом быстрым испарением стремящейся в атмосферу жидкости, превращает часть жидкой углекислоты в снегообразную твердую массу. Этот углекислотный снег, имеющий температуру —79°, нагреваясь на открытом воздухе, не превращается опять в жидкость, а, перескочив эту стадию, непосредственно переходит в газообразное состояние. Снег углекислоты уже давно применяется в лабораториях для проведения химических опытов, в которых потребны низкие температуры, а также вошел в медицинскую практику при лечении некоторых кожных болезней. Промышленное значение он завоевал только в последние 10 лет. Варьируя несколько способов испарения, мы получаем из жидкой углекислоты не снег, а твердую углекислоту в компактных брусках. Такая твердая углекислота, интенсивно испаряющаяся на открытом воздухе, представляет собой так называемый сухой лед и очень ценна как охладительный материал. Ценность ее в отмеченном уже свойстве: при нагревании она переходит не в жидкое состояние (как лед из воды), а непосредственно в газообразное.
*
Искусственного охлаждения можно достигать и без машин, на основе давно известных явлений: понижение температуры жидкости достигается, например, растворением соли в воде. Растворяя в 1 литре воды 2 500 граммов хлористого кальция, мы охлаждаем ее на 23°; при растворении 600 граммов нитрата аммония температура воды снижается на 27°. При смешивании 1 килограмма снега с 330 граммами соли снег хотя и тает, по температура рассола снижается до —21,3°, а при смешении 1 килограмма снега с 1 430 граммами хлористого кальция температура рассола снижается до —50°.
Важно отметить, что такая низкая температура у большинства веществ вызывает хрупкость. Резиновая трубка, опущенная в ацетонный раствор снега углекислоты, становится твердой и хрупкой. Постукивая ею по стеклянной бутылке, мы получаем звук, похожий на звучание стальной палочки, а при ударе молотком она разбивается, как стекло, на мелкие осколки. Виноград, груша, яблоко после сильного замораживания походят на стеклянные шарики; брошенные на металлическую поверхность они упруго подскакивают.
Искусственный холод применяется в любой промышленности, но наибольшее значение приобретает безусловно в пищевой, так как обеспечивает возможность продолжительного хранения продуктов: мясо сохраняется в течение 3 лет, фрукты — 1 год, масло —10 месяцев, яйца или ягоды — 8 месяцев и т. д.
Дореволюционная Россия почти совсем не имела больших холодильников. Советский Союз в течение первой пятилетки построил широкую сеть — больше ста — огромных новых холодильников, усилив, таким образом, продуктивность холодильной промышленности СССР в четыре раза.
Вторая пятилетка ставит перед нами в этой области еще более серьезные и ответственные задачи.
Комментариев нет:
Отправить комментарий