Дэвид Джоунс - Изобретения Дедала

• Название: Изобретения Дедала
• Автор: Дэвид Джоунс
• Издательство: Мир
• Жанр: Техническая литература
• Год: 1985

Научно-популярная книга английского популяризатора науки и техники, выступавшего в течение многих лет на страницах журнала New Scientist под псевдонимом «Дедал». В живой и увлекательной форме автор рассказывает о смелых, поражающих воображение «идеях» современного Дедала – от твердой «газировки» и электрического садовника до молекулярного гироскопа и магнитного монополя.

Написанная с большим юмором, красочно иллюстрированная, книга адресована всем интересующимся достижениями науки и техники.

---

New Scientist, July 21, 1977

Электрическая чистка

С точки зрения химической технологии мытье посуды представляет собой чересчур неэкономичный процесс: чтобы смыть немного грязи, расходуется огромное количество воды. Еще более вопиющие примеры расточительности дают нам стирка и баня, а многие промышленные процессы и того хуже. Каждая частица грязи обволакивается слоем молекул моющего средства (детергента), который удерживает ее во взвешенном состоянии в жидкости, так что этот дорогостоящий продукт в конечном счете тоже идет в сливную трубу. В поисках мер экономии Дедал вспомнил о гальваностегии — методе нанесения металлических покрытий посредством электролитического осаждения металла на поверхность изделия. Точно так же, рассуждает Дедал, грязь из моющего раствора может осаждаться на соответствующем электроде. По мере того как электрод покрывается пленкой грязи, молекулы детергента станут освобождаться — таким образом, мы получим чистый пенистый раствор моющего средства, пригодный для повторного использования. На этом принципе Дедал создает «вечные» тазы для мытья посуды, «вечные» стиральные корыта и ванны. Грязь, попавшая в моющий раствор, удаляется методом гальваностегии, и одной зарядки стиральным порошком и чистой водой хватит навечно!

Более того, осаждение грязи на одном электроде может сопровождаться противоположным процессом — ее удалением с другого электрода. Вероятно, такой бесшумный электролитический процесс позволит удалить грязь с ложки и засаленной рубашки не хуже, чем ручная или механическая мойка и стирка. Дедал проектирует гигиеническую электрическую баню, где посетитель (выступающий в роли одного из электродов!) подвергается анодной очистке: грязь собирается на другом электроде, расположенном рядом со сливным отверстием. Электрическое удаление поверхностного загрязнения станет самым чистым из когда-либо существовавших способов мытья. Оно будет оставлять восхитительное ощущение искрящейся чистоты, особенно если придется применить высокое напряжение или облучение ультразвуком. Но что делать с теми электродами, на которые грязь откладывается? Густое, жирное, волокнистое отложение пристанет к ним не хуже любой краски. Быть может, это вещество и следует использовать как краску, закрепляя полученное таким образом покрытие горячей сушкой? Пожалуй, мысль о совмещении общественной бани с цехом окраски автомобильных кузовов, где продукт коллективной помывки будет использован в качестве краски, нужно оставить: слишком бедна окажется цветовая гамма автомобилей. Скорее всего осажденную на электродах грязь придется соскребать и продавать на плантации шампиньонов[3].

New Scientist, July 20, 1978

Электрофорная детская ванна КОШМАР безукоризненно отмывает младенца. Его нежную кожу не нужно тереть мочалкой.

Из записной книжки Дедала

На положительном электроде — грязь, которую предстоит удалить. Поверхностному натяжению пленки, уже ослабленному за счет адсорбции молекул детергента (а), противодействуют силы отталкивания, создаваемые поверхностным положительным зарядом; в конце концов положительно заряженные частицы грязи (б) покидают электрод и движутся в суспензии (в) к отрицательному электроду. На отрицательном электроде (г) положительный заряд нейтрализуется. Капелька сливается с пленкой грязи (д), вследствие уменьшения площади поверхности молекулы детергента выталкиваются из пленки и мигрируют к положительному электроду.

Тепловые насосы и штаны с обогревом

Дедал размышляет над проблемой теплой одежды. Нынешняя мода, судя по всему, предлагает решения, менее всего рассчитанные на сохранение тепла тела: минимальное количество тонкой, плотно облегающей одежды, что вряд ли пригодно для холодной погоды. Дедал нашел совершенно новый и термодинамически совершенный выход из положения: одежду с тепловым насосом. Если бы, к примеру, наши тонкие джинсы забирали тепло от окружающего воздуха, допустим при 10°С, и подводили его к телу при температуре 36°С, то эти джинсы были бы теплее любых самых экстравагантных меховых штанов. В то же время при такой скромной разности температур тепловой насос может перекачивать в виде тепла по меньшей мере в десять раз больше энергии, чем потребуется для его приведения в действие. Предлагаемое Дедалом устройство в значительной мере основывается на современных принципах капиллярно-волоконных теплообменников. Химики-технологи фирмы КОШМАР пытаются получить капиллярные волокна методом вибрирующей фильеры, добиваясь регулярного чередования перетяжек и сужений. Особый интерес представляют асимметричные перетяжки, которые могли бы играть роль клапанов одностороннего действия. Как только удастся получить капиллярное волокно с чередующимися сужениями и односторонними клапанами, его начнут производить в атмосфере паров фтористоуглеродных соединений. Внутри капилляра фтористоуглеродное соединение (которое, как рабочее тело теплового насоса, будет иметь оптимальную летучесть) частично сконденсируется.

Заполненное летучей жидкостью капиллярное волокно необходимо соткать в махровую ткань типа полотенечной. При достаточно аккуратном переплетении чередующиеся сужения и клапаны окажутся в плоскости основы, а петельки трубчатого волокна будут выступать по обе стороны ткани. Представьте теперь, что из этой ткани сшиты штаны. При малейшем движении их владельца волокна ткани будут изгибаться, изменяя тем самым внутренний объем каждой петельки наподобие манометрической трубки Бурдона. Соответственно каждая петелька станет действовать как крошечный перистальтический насос. Пары фтористоуглеродного соединения, содержащиеся внутри петельки на лицевой стороне, будут сжиматься и проходить через односторонний клапан в изнаночные петли, где произойдет их конденсация в жидкость, а тепло, соответствующее скрытой теплоте конденсации, перейдет на кожу человека. При обратном движении объем и лицевых петельках увеличится и жидкость из изнаночных петель станет перетекать через сужения в лицевые петли, где она вновь испарится, отбирая тепло от окружающей среды. Таким образом, любое движение хозяина этих необыкновенных брюк должно приводить в действие тепловой насос. На каждую калорию энергии механического движения тепловой насос может перекачивать до десяти калорий тепла. Штаны компании КОШМАР блестяще разрешат противоречие между удобством и модой. Самые обычные движении — ходьба или даже просто дыхание — будут прекрасно согревать человека, что позволит сэкономить много киловатт дорогостоящего центрального отопления. Более того, использование одежды с тепловым насосом может привести к совершенно неожиданным результатам, поскольку в этом случае при каждом движении тело человека получает больше энергии, чем расходует. К примеру, любители бега трусцой, нарядившись в новую одежду, рискуют набрать лишний вес!

New Scientist, February 28, 1980

Из записной книжки Дедала

Термодинамические принципы одежды с тепловым насосом. Производительность теплового насоса (отношение количества теплоты, переданной телу, к затраченной работе) в идеальном случае равна а=Твых/(Твых-Твх), где Твых и Твх — температуры соответственно на выходе и на входе насоса. Принимая Твых = 36°С = 309°К, Твх = 10°С = 283°К, получим а = 12,3 Дж/Дж. На практике это значение недостижимо, но даже и 10 Дж тепла на 1 Дж механической работы — это очень неплохо. В качестве рабочего тела, по-видимому, лучше всего использовать фреон-114 (дихлортетрафторэтан), который кипит при 4°С. Для полярной одежды, однако, больше подойдет хлортрифторэтилен (Ткип = –28°С).

Изготовление волокна. В технологии химических волокон, как правило, единственным надежным советчиком может быть только опыт. Но, если повезет, резкий отброс фильеры назад даст на волокне сужение:

а при резком движении вперед получится односторонний клапан: 

При помощи пьезоэлектрических вибраторов можно добиться любого заданного движения фильер, так что желаемого результата наверняка удастся достичь.

Действие теплового насоса. Насколько эффективными окажутся «петельчатые» тепловые насосы? Боюсь, что эффективность их невелика — только резкое изгибание основы (на складках, крупных суставах и т. д.) приведет к существенному изменению объема лицевых петель. Лучше, пожалуй, ткать петельчатую ткань таким образом, чтобы каждая петелька имела излом; тогда при малейшем изгибе основы ткани излом будет перемещаться по петельке, превращая ее в настоящий перистальтический насос. Еще эффективнее может оказаться косое перемещение волокна, вызываемое трением ткани о кожу. Поскольку такие движения охватывают большую площадь, общее количество перекачиваемого тепла будет гораздо больше и к тому же распределится более равномерно. Неважно, что изломы будут перемещаться, открываться и закрываться совершенно произвольным образом: односторонние клапаны обеспечат перекачивание жидкости в требуемом направлении.