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어린이 과학 실험실
영구 동토층의 영구 운동 기계. 어린이 과학 실험실
비행기는 타이가 위로 날아갑니다. XNUMXkm 높이에서 숲을 가로지르는 강바닥, 강, 개울을 선명하게 볼 수 있습니다. 우리는 한두 시간 동안 비행합니다. 이 모든 것이 금, 모피, 다이아몬드 등 넓고 풍부한 Yakutia입니다. 게다가... 서리! 결국 생각해보면 추위도 재산이 될 수 있다. 하지만 이 생각은 내 것이 아니라 내가 만나기 위해 야쿠츠크로 날아가던 사람의 생각이다. ...레프 이바노비치 파이코(Lev Ivanovich Faiko)가 공항에서 나를 만났습니다. 그는 자연 얼음과 그 구조, 기원, 물리적 특성을 연구하는 빙하학자입니다. 페이코는 그의 희귀한 직업에 바로 나오지 않았습니다. 어렸을 때 그는 집에서 만든 스포츠 글라이더를 타고 비행하는 스포츠 항공에 관심이있었습니다. 전문 사진 작가였습니다. TASS 특파원은 카메라를 손에 들고 순록을 타고 야쿠 티아 전역을 여행했습니다. 그리고 그는 또한 양치기, 순록 목동, 지질학자를 위한 경제적인 난로 사모바르인 접을 수 있는 야쿠트 유르트의 개선된 디자인을 발명했습니다. 동시에 전기를 생산하여 라디오나 워키토키에 전력을 공급합니다... 그가 만든 펌프에서 , 레나에서 물을 펌핑하여 높은 제방에 공급하는 , 주변 주민들이 멀리서 와서 보았습니다. 이것이 영구 운동 기계였습니까? 펌프는 에너지가 필요하지 않았으며 물의 흐름에 의해 구동되었습니다. Lev Ivanovich는 인생에서 많은 성취를 이루었습니다. 그는 위대한 애국 전쟁에 참전했으며 대학을 졸업하고 지리학 후보자가 되었습니다... 다양한 관심과 지식을 가진 사람만이 남들이 보는 것과 보지 못하는 것을 볼 수 있다. 글쎄요, 영구 동토층에 얼지 않는 호수가 있어서 누가 의아해했을까요? 그리고 그는 놀랐고, 사려 깊었으며, 이 작은 자연의 비밀 뒤에는 전례 없는 에너지의 기회가 숨겨져 있다고 느꼈습니다! 이 모든 것은 간단한 일상 질문에 대한 답을 찾는 것에서 시작되었습니다. 왜 야쿠티아 호수의 얼음은 겨울에 210일 동안 얼다가 봄 30일 만에 녹을까요? 당신은 이렇게 말할 수 있습니다: 그게 무슨 문제인가요? 함께 생각해 봅시다. 영구 동토층은 야쿠티아 땅을 1500미터 깊이까지 묶어 녹이지 않습니다. 그러나 저수지는 규칙에 따라 작동하지 않습니다. 예를 들어, 극지방의 연평균 기온은 영하 19°C이고 수온은 약 XNUMX입니다. 물론 기온이 영하보다 높은 날도 있지만, 연평균 기온은 마이너스입니다. 그러나 북극해는 그 이름에도 불구하고 매년 더 깊고 깊게 얼지 않습니다. 외부 공기의 열로 인해 과도한 얼음이 정기적으로 녹습니다. 평균적으로 얼음 자체보다 차가운 공기... 그러나 이는 클라우지우스(Clausius)의 가정에 기초한 열역학 제XNUMX법칙과 모순됩니다. 즉, 열은 덜 가열된 몸체에서 더 가열된 몸체로 스스로 이동할 수 없습니다. XNUMX세기에 루돌프 클라우지우스(Rudolf Clausius)는 논쟁의 여지가 없는 일상의 진리를 공식화했으며, 현재 현대 과학의 조화로운 체계가 그 토대를 이루고 있습니다. 누가 얼음 조각 위에 주전자에 물을 데울 생각을 하겠습니까? 아이디어의 무익함은 모든 사람에게 분명합니다. 그러나 여기에 문제가 있습니다. 우리는 얼음을 차갑다고 생각하지만, 그 안에는 꽤 많은 에너지가 담겨 있습니다. 결국 절대 영도에 비해 273°C 더 뜨겁습니다! 각 분자에는 에너지가 있으며 이를 다른 분자와 지속적으로 교환합니다. 그렇다면 왜 얼음 분자가 에너지의 일부를 찻주전자의 물에 포기하면 안 될까요? 얼음을 더욱 식히고 물을 따뜻하게 하세요! 한마디로 경험은 경험이지만 클라우지우스의 가정에는 이론적 증거가 없습니다! 그리고 한때 뛰어난 영국 물리학 자 맥스웰은 농담으로 분자 분류에 종사하는 일종의 "악마"를 생각해 냈습니다. "뜨거운" 분자는 고속으로 한 방향으로, "차가운" 분자는 다른 방향으로 보내졌습니다. 그리고 그러한 "악마"는 확실히 주전자를 얼음 위에서 끓게 만들 것입니다! Clausius의 가정에 대한 증거 부족은 두 번째 종류의 영구 운동 기계, 즉 비용을 들이지 않고 환경 분자의 혼란스러운 움직임에서 에너지를 추출하는 장치를 만드는 아이디어에 집착하는 많은 발명가에게 허점을 제공했습니다. 그러나 문제는 유용한 에너지는 온도나 압력, 높이의 차이에서만 얻을 수 있다는 것입니다. 일을 생성하는 것은 열 자체가 아니라 열과 추위의 차이뿐입니다. 내연기관은 실린더 내부와 외부의 압력차에 의해 피스톤이 힘을 받아 작동합니다. 전구에 불이 들어오는 것은 전위차가 가해졌기 때문이다. 수력발전소에서 일을 일으키는 것은 해수면 높이가 아니라 댐 상부와 하부의 수위 차이이다. 따라서 영구 운동 기계는 불가능합니다. 불쌍해. 자, 정말 맥스웰의 악마 같은 게 있었다면... XNUMX학년 때 쉬는 시간에 어떻게 복도를 달려왔는지 기억하시나요? 에너지 - 충분합니다! 분자의 혼란스러운 열 운동과 같은 것입니다. 감독님은 아마 “네 에너지가 발전기가 돼야지!”라고 투덜댔을 것이다. 그리고 뭐? Maxwell의 악마 역할은 상점에 설치된 것과 같이 문에 회전하는 회전식 문으로 수행될 수 있습니다. 쉬는 시간을 알리는 종이 울렸고, XNUMX학년 학생들은 교실에서 뛰쳐나와 회전문을 돌렸습니다. 그리고 발전기에 연결되어 있어 유용한 작업이 완료되었습니다! 그래서 Faiko는 자연 수역을 얼리는 이상한 행동에 대해 생각하면서 고전 물리학에서 금지하는 유사한 "개찰구"를 발견했습니다. 자연계의 이러한 일방향 열 밸브는 일반적인 떠다니는 얼음입니다! 짧은 야쿠트 봄 동안 호수의 얼음이 녹아서 받는 열의 양과 길고 추운 겨울 동안 방출되는 열의 양은 정확히 같습니다. 그러나 사실은 물이 얼음의 아래쪽 표면에서 얼고 위쪽 표면에서 녹는다는 것입니다. 게다가 물이 얼면 열을 발산한다는 뜻이다. 그리고 이 열은 열전도율이 낮기 때문에 얼음층을 통해 증발하기 어렵습니다. 열은 겨울 저수지에서 매우 천천히 빠져 나가고 얼음 덮개도 천천히 얼어 붙습니다. 그러나 봄에는 완전히 다른 문제입니다. 태양 광선 아래에서 얼음의 최상층이 빠르게 녹고 소위 융해열을 흡수 한 녹은 물이 그것을 저수지로 운반합니다. 이런 식으로 물은 긴 겨울 동안 손실된 열을 매우 빠르게 되돌려줍니다. 그리고 그 반대 과정은 수십 배, 수백 배 더 빠르게 진행됩니다. 얼음은 위에서 아래로, 아래에서 위로보다 훨씬 빠른 두 방향으로 열을 불평등하게 전달하는 것으로 나타났습니다. 그는 능숙하게 온도차를 만들어내는 동일한 "악마"입니다. 그리고 열이 더 차가운 몸체에서 더 따뜻한 몸체로 이동하는 것으로 나타났습니다. 그러나 클라우지우스 가정은 어떻습니까? 이것은 그것이 사실이 아니며 영구 운동 기계가 가능하다는 것을 의미합니까? 파이코가 그의 발견을 보고한 과학위원회는 처음에 그가 열역학의 기초를 공격했다고 비난했습니다. 그러나 Lev Ivanovich는 Clausius의 권위를 구했습니다. 가정에 의해 금지된 열 전달은 그 자체로 발생하지 않고 중력과 태양 에너지의 도움으로 발생합니다. 이 중력으로 인해 물보다 밀도가 낮은 얼음이 떠오르게 됩니다. (그런데 다른 모든 물질은 냉각되면 압축되는데 왜 밀도가 낮아지는 걸까요? 아직 만족스러운 설명이 없습니다.) 그러면 녹은 물이 흐를 수 있는 부피가 생깁니다. 그러나 이것은 지구의 층에서는 불가능합니다. 여기에는 수천 미터의 영구 동토층이 있습니다! 이제 지상 에너지로 돌아가 보겠습니다. 에너지에 필요한 온도, 압력 및 고도 차이를 생성하는 자연 과정을 찾지 못한 사람들은 숲을 태우고, 화석 연료를 찾아 땅을 파고, 강에 거대한 저수지와 댐을 건설하고, 침입하는 등 스스로 에너지를 만들기 시작했습니다. 불안전한 원자의 세계… - 네, 여기 영원한 에너지원이 될 수 있는 무료 비선형 자연 과정이 있습니다! -Yakutia의 과학자가 말합니다. 자연적으로 얼어붙은 수역은 작업으로 전환되기 쉬운 온도 차이를 제공합니다. 그리고 물의 상 변화에는 훨씬 더 많은 양의 열이 숨겨져 있습니다. Fayko는 물이 얼 때 방출되는 잠열이 22km 댐에서 같은 양의 물을 방출함으로써 얻을 수 있는 에너지와 동일하다고 계산했습니다. 그렇다면 낭비되는 엄청난 양의 열을 저렴하고 성공적으로 사용할 수 있다면 댐을 건설할 가치가 있을까요? 400만 킬로와트 용량을 갖춘 야쿠티아 최대 규모의 니즈네-레나 수력 발전소 건설은 오랫동안 계획되어 왔습니다. 그러나 Faiko의 계산에 따르면, 얼었을 때 저장소 표면에서만 1000배 더 많은 에너지를 얻을 수 있습니다. 이제 그 중 많은 양이 전 세계에서 생산됩니다! 그러나 이를 위해서는 저수지도 필요하지 않습니다. 자연 냉동 저수지의 면적은 인류의 요구를 XNUMX배까지 충족할 수 있습니다! 그리고 우리 행성의 생태는 이것으로부터만 이익을 얻을 것입니다. 남은 것은 이 에너지를 추출하는 방법을 알아내는 것뿐입니다. 그러나 현대 기술은 이미 이를 위한 준비가 되어 있습니다. 열 펌프, 즉 "역방향"의 압축기 냉장고를 기억해 봅시다. 증발기에서 XNUMX에 가까운 온도로 끓는 액체는 증기로 바뀌고 압력을 받아 압축기로 들어가 피스톤을 밀어 작업을 수행합니다. 따라서 물의 변칙적 특성은 우리에게 매우 귀중하고 환경 친화적이며 무진장한 에너지원을 열어줍니다. 아주 이상하고 불규칙한 물질, 이 평범한 물! 저자: N.Konoplev
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