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LABORATÓRIO CIENTÍFICO INFANTIL
Máquina de movimento perpétuo no permafrost. Laboratório de Ciências para Crianças
Diretório / Laboratório de Ciências para Crianças O avião sobrevoa a taiga. De uma altura de dez quilômetros, os canais de rios, córregos e córregos que cortam a floresta são claramente visíveis. Voamos por uma ou duas horas - e tudo isso é Yakutia, espaçoso e rico: em ouro, peles, diamantes. E também ... geada! Afinal, se você pensar bem, frio também pode ser riqueza. No entanto, essa ideia não pertence a mim, mas à pessoa que voei para conhecer em Yakutsk. ... Lev Ivanovich Faiko me encontrou no aeroporto. Ele é um glaciologista, estudando o gelo natural, sua estrutura, origem e propriedades físicas. Fayko não veio imediatamente para sua rara profissão. Quando menino, gostava de aviação esportiva, voava em planadores esportivos caseiros; era um fotógrafo profissional - correspondente da TASS, viajou por toda Yakutia em renas com uma câmera nas mãos. E ainda - ele inventou: um design aprimorado de um Yakut yurt dobrável, um samovar-fogão econômico para pastores de renas e geólogos, que ao mesmo tempo gera eletricidade para alimentar um rádio ou walkie-talkie ... Em uma bomba ele fez isso bombeava água de Lena e abastecia para um barranco alto , de longe, os moradores do entorno vinham ver: é mesmo uma máquina de movimento perpétuo? A bomba não exigia energia, era acionada pelo fluxo de água. Lev Ivanovich conseguiu muito na vida: lutou na Grande Guerra Patriótica, formou-se no instituto, tornou-se candidato a ciências geográficas ... Somente uma pessoa com interesses e conhecimentos diversos pode ver o que os outros olham e não veem. Bem, quem ficou intrigado com os lagos não congelantes no permafrost? E ele ficou surpreso, pensativo e sentiu que esse pequeno segredo da natureza esconde oportunidades sem precedentes de ... energia! Tudo começou com a busca de uma resposta para uma pergunta simples do dia a dia: por que o gelo nos lagos de Yakutia congela no inverno por 210 dias e derrete em apenas 30 dias na primavera? Você pode dizer: o que há de errado com isso? Vamos pensar juntos. O permafrost prende a terra de Yakutia a uma profundidade de 1500 metros e não vai derreter. Mas os reservatórios não se comportam de acordo com as regras. Por exemplo, a temperatura média anual do ar nas regiões polares é de menos 19 ° C e a água é de cerca de zero. Claro que existem dias com temperatura do ar positiva, mas na média do ano é negativa. No entanto, o Oceano Ártico, apesar do nome, não congela cada vez mais a cada ano. O excesso de gelo derrete regularmente devido ao calor do ar externo. Ar, em média, mais frio que o próprio gelo... Mas isso contradiz a Segunda Lei da Termodinâmica, que se baseia no postulado de Clausius: O CALOR NÃO PODE TRANSFERIR POR SI MESMO DE UM CORPO MENOS QUENTE PARA UM CORPO MAIS QUENTE. No século XNUMX, Rudolf Clausius formulou esta verdade mundana indiscutível, sobre a qual agora repousa a construção harmoniosa da ciência moderna. Quem pensaria em aquecer água em uma chaleira em um pedaço de gelo. A futilidade da ideia é clara para todos. Mas aqui está o problema. Embora pensemos que o gelo é frio, ele contém muita energia. Afinal, comparado ao zero absoluto, é 273°C mais quente! Cada uma de suas moléculas possui energia e a troca constantemente com outras moléculas. Então, por que as moléculas de gelo não fornecem parte de sua energia para a água na chaleira? Deixe o gelo esfriar ainda mais e a água esquentar! Numa palavra, experiência é experiência, mas o postulado de Clausius não tem comprovação teórica! E certa vez, o brilhante físico inglês Maxwell, brincando, inventou uma espécie de "demônio" que classificava as moléculas - "quentes", em alta velocidade, enviadas em uma direção, "frias" na outra. E tal "demônio" definitivamente faria a chaleira ferver no gelo! A falta de comprovação do postulado de Clausius forneceu uma brecha para muitos inventores obcecados com a ideia de criar uma máquina de movimento perpétuo de segundo tipo - um dispositivo que extrairia energia do movimento caótico das moléculas do ambiente sem nenhum custo . Mas o fato é que a energia útil só pode ser obtida a partir de uma diferença de temperatura ou pressão, alturas ... O trabalho não é feito pelo próprio calor, mas apenas pela diferença entre calor e frio. O motor de combustão interna funciona porque a diferença de pressão dentro do cilindro e fora empurra o pistão. Uma lâmpada elétrica acende quando uma diferença de potencial é aplicada a ela. Nas usinas hidrelétricas, não é a altura da água acima do nível do mar que faz o trabalho, mas a diferença de níveis no topo e no fundo da barragem. Portanto, uma máquina de movimento perpétuo é impossível. É uma pena. Agora, se realmente houvesse algo como o demônio de Maxwell... Você se lembra de como vocês, como alunos da primeira série, corriam pelo corredor durante o intervalo? Energia - mais do que suficiente! Algo como o movimento térmico caótico das moléculas. O diretor, provavelmente, resmungou: "Sua energia viraria a máquina de dínamo!" E o que? O papel do demônio de Maxwell poderia ser desempenhado por uma catraca girando nas portas, semelhantes às que são colocadas nas lojas. O sinal tocava para o intervalo - e os alunos da primeira série, saindo correndo da sala de aula, giravam a catraca. E está conectado a um dínamo - isso é um trabalho útil feito! Então, Faiko, pensando no estranho comportamento do congelamento de reservatórios naturais, encontrou neles uma "catraca" semelhante proibida pela física clássica. Essa válvula térmica unidirecional na natureza é gelo flutuante comum! A quantidade de calor recebida durante o derretimento do gelo no lago durante a curta primavera de Yakut e o calor liberado durante o longo e frio inverno são exatamente os mesmos. Mas o fato é que o congelamento da água ocorre na superfície inferior do gelo e o derretimento ocorre na superfície superior. E quando a água congela, significa que ela libera calor. E é difícil esse calor escapar pela camada de gelo, já que sua condutividade térmica é baixa. O calor deixa a lagoa de inverno muito lentamente, e o congelamento da cobertura de gelo é igualmente lento. Mas na primavera - uma questão completamente diferente. Sob os raios do sol, a camada superior de gelo derrete rapidamente, e a água derretida, que assimilou o chamado calor de fusão, a carrega para o reservatório. Desta forma, o calor perdido durante o longo inverno retorna muito rapidamente para a água. E o processo inverso é dezenas e centenas de vezes mais rápido. Acontece que o gelo transfere calor de forma desigual em duas direções: de cima para baixo - muito mais rápido do que de baixo para cima. Ele é o mesmo "demônio" que habilmente cria uma diferença de temperatura. E acontece que o calor, por assim dizer, passa de um corpo mais frio para um mais quente. Mas e o postulado de Clausius? Então, não é tão verdade e uma máquina de movimento perpétuo é possível? O Conselho Científico, ao qual Faiko relatou sua descoberta, a princípio o acusou de invadir os fundamentos da termodinâmica. Mas Lev Ivanovich salvou a autoridade de Clausius: a transferência de calor proibida pelo postulado não ocorre por si só, mas com a ajuda da gravidade da Terra e da energia solar. Essa gravidade faz com que o gelo, menos denso que a água, flutue. (A propósito, por que é menos denso quando todas as outras substâncias encolhem durante o resfriamento? Ainda não há uma explicação satisfatória.) E então um volume é liberado onde a água derretida pode fluir. Mas isso é impossível nas camadas da terra - e aqui você tem um permafrost de mil metros! Agora vamos nos voltar para a energia da Terra. Não encontrando na natureza processos naturais que criassem as diferenças de temperatura, pressão e altura necessárias para a energia, as pessoas começaram a criá-las elas mesmas: queimar florestas, cavar a terra em busca de combustíveis fósseis, construir enormes reservatórios e represas em rios, invadir o mundo inseguro do átomo... - Sim, aqui está um processo natural não linear gratuito que pode ser uma fonte eterna de energia! - diz um cientista de Yakutia. Os reservatórios naturais congelados fornecem quedas de temperatura fáceis de transformar em trabalho. E ainda maiores reservas de calor estão escondidas nas transformações de fase da água. Fico calculou que o calor latente liberado quando a água congela é igual à energia que pode ser obtida jogando a mesma quantidade de água de uma represa de dois quilômetros. Então, vale a pena construir barragens quando você pode usar com sucesso e baixo custo enormes reservas de calor que são desperdiçadas em vão? Há muito se planeja construir em Yakutia a maior usina hidrelétrica de Nizhne-Lenskaya com capacidade de 22 milhões de quilowatts. Mas de acordo com os cálculos de Faiko, apenas da superfície de seu reservatório, ao congelar, você pode obter 400 vezes mais energia. Tanto disso é produzido agora em todo o mundo! No entanto, os reservatórios também não são necessários para isso: a área dos reservatórios naturais de congelamento pode cobrir as necessidades da humanidade em 1000 vezes! E a ecologia do nosso planeta só se beneficiará com isso. Resta descobrir como extrair essa energia. Mas a tecnologia moderna já está pronta para isso. Vamos nos lembrar da bomba de calor - a geladeira do compressor "pelo contrário". O líquido fervendo no evaporador a uma temperatura de cerca de zero se transforma em vapor, entra no compressor sob pressão, empurra os pistões e realiza trabalho ... Assim, as propriedades anômalas da água nos oferecem uma fonte de energia inesgotável, ecologicamente correta e inesgotável. Uma substância muito estranha e errada, essa água comum! Autor: N.Konoplev
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