Низкие температуры в природе и технике. Современные аспекты

Низкие температуры в природе и технике. Современные аспекты.

Frigus (т. е.Холод). Что мы о нём знаем? Он беспощаден, суров. С первого дня своего существования человек искал убежище, чтобы не стать добычей этой стихии. Но время шло и человек развивался, он смог обуздать непримиримую стихию и сделать из него полезного союзника. Холод помогает нам осуществлять многие производственные процессы, делать сложнейшие хирургические операции. Можно сказать, что холод в какой-то степени укрощен и верно служит людям. Но все-таки в нас еще живет беспричинный страх перед ним, и кто знает, может быть не напрасно, ибо сейчас, спустя двенадцать тысяч лет после отступления ледников, ученые поговаривают о возможности нового оледенения нашей планеты. И если настанет новая ледниковая эпоха, подо льдом окажется большая часть Европы и Северной Америки. Вот почему важно так важно знать, что такое холод, чем он опасен и какую пользу можно из него извлечь. Давайте рассмотрим это поподробнее.

Первобытный холод

Пока еще не известно, почему наша планета время от времени покрывалась ледниками, но, конечно, гипотез было выдвинуто немало. Известно, однако, что за последние два миллиона лет на Европу и Северную Америку несколько раз надвигались с севера гигантские ледники, толщиной в сотни метров. Ученые предполагают, что еще задолго до этого Австралия, Южная Америка, Африка, полуостров Индостан в Азии и Антарктиды, составляющие когда-то единый материк, были почти целиком покрыты льдами. Оледенения, более близкие к нам по времени, происходили в эпоху плейстоцен, ледник, покрывавший землю, начал таять и отступать на север. Вслед за суровыми ледниковыми периодами, оттеснявшими все живое к экватору, наступало потепление, и жизнь снова распространялась по всей планете; растения и животные развивались, приспосабливаясь к новым условиям обитания. Примерно с шестого тысячелетия до нашей эры климатические условия на Земле почти не менялись. Ученые предполагают, что оледенения повторяются периодически и что сейчас на Земле очередное потепление между двумя ледниковыми эпохами. Великие ледниковые эпохи сыграли большую роль в формировании рельефа нашей планеты.

Дом холода

Полярные области вокруг Северного и Южного полюса - самые холодные и самые пустынные районы земного шара. Северный полюс находится на дрейфующем льду

в самом центре Северного Ледовитого океана. Северная полярная область лежит за Полярным кругом, к северу от 66 градусов 33 минут северной широты. Особенности Северного полюса: он имеет координаты 90 градусов с. ш. Долготы полюс не имеет: фактически Северный полюс — это точка, которая принадлежит любому меридиану.

День на полюсах длится около 187 суток. Ночь — 178 суток, из которых в течение 15-16 суток до восхода и после заката наблюдается белая ночь. При этом день и ночь сменяются только за счёт вращения Земли вокруг Солнца, а не Земли вокруг своей оси, в течение суток Солнце ходит по небосводу горизонтальными кругами, точнее, по пологой спирали. Выйдя из-под горизонта, Солнце в течение чуть более 3 месяцев (до летнего солнцестояния) поднимается, в момент солнцестояния достигает наибольшей высоты (продолжая горизонтально кружить по небу), затем в течение ещё чуть более 3 месяцев опускается, пока не уйдёт под горизонт. Из-за вариаций атмосферной рефракции при восходе или заходе Солнца на полюсе в ясную погоду можно наблюдать одну - две «попытки». Притом из-за рефракции и собственного диаметра Солнца, который равен примерно 32′, в течение нескольких суток Солнце светит на обоих полюсах.

Максимальная высота Солнца над горизонтом на полюсе не превышает склонения Солнца в день летнего солнцестояния: ≈23°26′. Это относительно немного, примерно на такой высоте Солнце находится на широте Москвы в полдень 21 февраля или 21 октября. Видимое движение Луны по небосводу на полюсе напоминает таковое для Солнца с той разницей, что полный цикл занимает не год, а тропический месяц (приблизительно 27,32 суток). Луна выходит из-под горизонта, в течение недели по пологой спиральной траектории поднимается до высшей точки, в течение следующей недели опускается, а затем почти две недели находится под горизонтом. Наибольшая возможная высота Луны над горизонтом на полюсе равна 28°43′. Видимая фаза Луны на полюсе зависит от времени года: Зимой Луна восходит в первой четверти, проходит высшую точку в полнолуние и заходит в последней четверти. Весной Луна восходит в новолуние (рядом с Солнцем), проходит высшую точку в первой четверти и заходит в полнолуние. Летом Луна восходит в последней четверти, проходит высшую точку в новолуние и заходит в первой четверти. Осенью Луна восходит в полнолуние, проходит высшую точку в последней четверти и заходит в новолуние. Небесный экватор на Северном полюсе совпадает с линией горизонта. Все звёзды к северу от небесного экватора не заходят, а все южные — не восходят, так как нет изменений высоты звёзд над горизонтом. В зените находится Полярная звезда (а точнее — Северный полюс мира), в надире — Южный полюс мира. Высота звёзд над горизонтом постоянна и равна их склонению (если пренебречь рефракцией). Южная полярная область, или Антарктика, расположена к югу от 66 градусов 33минут.

Граница Антарктики проходит по линии Антарктической конвергенции в пределах 48-60° ю. ш., однако иногда к Антарктике относят острова вплоть до 37° ю. ш., что является больше политическим решением, чем соответствием климатическим условиям (острова Гоф и Амстердам). Другой вариант — ограничение территории зоной Конвенции об Антарктике (южнее 60° ю. ш.). Северную часть выделяют как субантарктический пояс. Общая площадь около 52 млн. км².

Антарктика - наиболее суровая климатически область Земли с низкими температурами воздуха, сильными ветрами, снежными бурями и туманами. Материк и близлежащие острова имеют покровное оледенение.

В полярных областях так холодно главным образом потому, что наша Земля - шар. Солнечные лучи у полюсов падают на земную поверхность под большим углом и распределяются на гораздо большей площади, чем на экваторе, поэтому интенсивность тепла и света здесь значительно меньше. Наклон земной оси в сторону Солнца - еще одна причина лютых морозов в этих районах. Летом северная полярная область обращена к Солнцу, зимой - в противоположную сторону.

Антарктика получает солнечной радиации больше, чем Арктика, и, несмотря на это, здесь холоднее из-за более интенсивного передвижения воздушных масс с севера на юг; к тому же нельзя забывать о том, что холода в Арктике менее лютые благодаря влиянию Северного Ледовитого океана, составляющего в поперечнике примерно 800 километров.

Кстати, императорские пингвины - один из немногих видов птиц, которые живут у Южного полюса круглый год. Даже от шестидесятиградусного мороза пингвинов защищает толстый слой подкожного жира. Самцы императорского пингвина достигают роста 117 см, максимально до 1,3 м и весят в среднем 35-40 кг, но максимально вес самца может достигать 60 кг. Самки достигают 114 см роста и 28-32 кг веса. Это самый крупный из всех современных пингвинов.

Мускульная масса императорского пингвина также является самой большой из всех видов птиц (в основном за счет грудных мускулов). Оперение императорского пингвина на спине чёрное, а на груди белое, что делает его в воде менее заметным для врагов. Под шеей и на щеках у него жёлто-оранжевая окраска. Птенцы покрыты белым или серовато-белым пухом.

Паковый лед в районе Северного полюса имеет толщину в среднем пять метров. Мощность ледяного щита, который покрывает всю Гренландию, местами достигает 3000 метров. Гренландский ледяной щит - второй по размеру ледяной щит мира после Антарктического. Площадь щита - 1,71 млн. км², он занимает около 80 % территории Гренландии, протяжённость с севера на юг почти 2,4 тыс. км, а ширина на севере достигает 1100 км. Средняя толщина льда - 2135 м.. Наибольшая толщина щита превышает 3000 м.. Возраст льдов оценивается приблизительно в 110 тыс. лет. Расположен щит в центре острова, от моря отделён полосой земли, в некоторых местах его граница расположена практически на побережье. Берега Гренландии сильно изрезаны глубокими и длинными фьордами, доходящими до краёв ледяного щита. Гренландский ледяной щит — не единственный ледник острова, у побережья расположены и другие изолированные ледники и ледяные шапки. В связи с потеплением климата, Гренландский ледяной щит уменьшается. В 2007 и 2008 гг. наблюдения со спутников показали, что территория ледового щита достигла минимума за 30 лет наблюдений. Объёмы ледника расцениваются в 2,85 млн. км³, при его таянии уровень Мирового океана поднялся бы более, чем на 7 м. Считается, что при повышении температуры в регионе всего на 3°С ледниковый щит может растаять полностью.

Многовековые льды Гренландского щита привлекают научные экспедиции. В 1930 году экспедицией под руководством Альфреда Вегенера была основана полярная станция Айсмитте, где на высоте около 3000 м были проведены метеорологические игляциологические исследования. В 1952—1954 гг действовала британская станция Норт-Айс. В 1960-х гг. американскими военными развивался проект «Ледяной червь». В 1990-е в рамках проекта «Greenland ice core project» была пробурена скважина глубиной 3028 м до основания ледяного щита.

Антарктиду покрывает более мощный ледник. Он сползает в океан, и вокруг материка образуется полоса морских льдов шириной километров. Подледная поверхность Антарктиды делится на две части: островную и континентальную, которая представляет собой ряд высоких плато, разделенных глубокими впадинами. Мощность ледника на Южном полюсе - 3000 метров, а кое-где 5000 и более метров.

Паковый лед - морской лёд толщиной не менее 3 метров, просуществовавший более 2 годовых циклов нарастания и таяния. В виде обширных ледяных полей наблюдается преимущественно в Арктическом бассейне. Более правильное название - многолетний лёд. В английском языке под паковым льдом понимаются свободно плавающие ледяные массивы, сползшие в воду и оторвавшиеся от ледников на суше, а также дрейфовавшие льдины, захваченные впоследствии прибрежным льдом. У морского льда есть такое свойство: уже при образовании он отличается меньшей солёностью, чем морская вода. По мере продолжения "жизни" он всё более приближается к пресному состоянию и наконец становится годным для употребления в пищу. При разломе пакового льда образуются ледяные поля. Доступные для судов проходы между паковыми льдами называются разводьями.

Годовая температура в Арктике колеблется от 0 С летом до - 35 С зимой в районах пакового льда и от +15 С до - 40 С в Центральной Гренландии. Самая низкая температура в Северном полушарии была зарегистрирована в Сибири ( -68 С ). Средняя температура на Южном полюсе (3000 м над уровнем моря С. В Антарктиде находится полюс холода нашей планеты. Здесь температура достигает иногда -88 С. Принимая сей факт во внимание люди делают постройки сделанные либо изо льда или же во льду прорывают канаву на глубину около 2 метров и шириной 4 метра. Туда помещают короба-комнаты, которые в дальнейшем по установке соединяются между собой трубами огромного диаметра.

Дитя Холода - Ледник.

Ледник - масса льда преимущественно атмосферного происхождения, испытывающая вязко-пластическое течение под действием силы тяжести и принявшая форму потока, системы потоков, купола (щита) или плавучей плиты. Образуются ледники в результате накопления и последующего преобразования твёрдых атмосферных осадков (снега) при их положительном многолетнем балансе.

Общим условием образования ледников является сочетание низких температур воздуха с большим количеством твёрдых атмосферных осадков, что имеет место в холодных странах высоких широт и в вершинных частях гор. Однако, чем больше суммы осадков, тем выше могут быть температуры воздуха. Так, годовые суммы твёрдых осадков меняются от 30-50 мм в Центральной Антарктиде, до 4500 мм на ледниках Патагонии, а средняя летняя температура от −40 °C в Центральной Антарктиде, до +15 °C у концов самых длинных ледников Средней Азии, Скандинавии, Новой Зеландии, Патагонии.

Преобразование снега в фирн, а затем в лёд, может идти как при отрицательной температуре, так и при температуре таяния. В первом случае — путём рекристаллизации, вызываемой давлением вышележащей толщи и уменьшением пористости снега. Во втором случае — посредством таяния снега с повторным замерзанием талой воды в толще (подробнее см. зоны льдообразования). На леднике выделяют в верхней части область питания (аккумуляции) и в нижней части область расхода (абляции), то есть области с положительным и отрицательным годовым балансом массы. Эти две области разделяет граница питания, на которой накопление льда равно его убыли. Избыток льда из области питания перетекает вниз в область абляции и восполняет там потери массы, связанные с таянием, испарением и механическим разрушением.

В зависимости от изменяющихся во времени соотношений аккумуляции и абляции происходят колебания края ледника. В случае существенного усиления питания и превышения его над таянием, край ледника продвигается вперёд — ледник наступает, при обратном соотношении ледник отступает. При длительно сохраняющемся равновесии питания и расхода край ледника занимает стационарное положение.

Кроме таких вынужденных колебаний, прямо связанных с балансом массы, некоторые ледники испытывают быстрые подвижки (пульсации, серджи), которые возникают как результат процессов внутри самого ледника — скачкообразных перестроек условий на ложе и перераспределения вещества между областями аккумуляции и абляции без существенного изменения общей массы льда.

Современные ледники покрывают площадь свыше 16 млн км², или около 11 % суши. В них сосредоточено более 25 млн км³ льда — почти две трети объёма пресных вод на планете.

В определённых условиях (низкая температура, низкая влажность воздуха, высокая солнечная радиация) на поверхности ледников могут образовываться кающиеся снега и льды, остроконечные образования, иногда достигающие длины нескольких метров, которые наклонены в направлении на полуденное положение солнца и напоминают коленопреклонённые фигуры молящихся. Впервые это природной явление было обнаружено Чарльзом Дарвином в 1835 г. во время его путешествия в Анды в Южной Америке. Для областей питания горных ледников местах характерны бергшрунды или, иначе, подгорные трещины, которые отделяют движущийся ледник от неподвижных масс снега, фирна и льда на окружающих склонах.

Отступающий ледник и его влияние на окружающий рельеф

Существуют многообразные классификации ледников. Большинство из них морфологические или морфолого-динамические, использовавшиеся в основном при составлении каталогов ледников. Здесь приведена отечественная морфологическая классификация, применявшаяся при составлении Каталога ледников СССР с некоторыми дополнениями. Сходные схемы существуют во Всемирной службе слежения за ледниками (WGMS) и новом проекте каталогизации ледников (GLIMS). Кроме того, есть геофизические классификации ледников по их термическому режиму и гидротермическому состоянию. Ледники можно разделить на группы на морфологическую и геофизическую. Морфологическая классификация ледников.

Горные ледники (горное оледенение) — наземные ледники, залегающие в горном рельефе, объединённые по морфологическим признакам. Форма ледников зависит от подстилающего рельефа, их движение определяется в основном силой стока.

Ледники вершин — лежат на вершинных поверхностях отдельных гор, хребтов и горных узлов.

Ледник конических вершин — покрывает со всех сторон отдельно расположенную вершину, со сравнительно ровным нижним краем, если склоны слабо расчленены, и с выводными языками, спускающимися по ложбинам и радиальным впадинам. В последнем случае ледник имеет звездообразный вид.

Ледник плоской вершины — имеет форму плосковыпуклого купола, покрывающего выровненные наклонные поверхности отдельных вершин и гребней. Заканчивается крутым обрывом и одним - двумя короткими выводными языками, спускающимися по ложбинам на склоне.

Кальдерный ледник — располагается в кальдере вулкана, иногда с одним или несколькими выводными языками.

Ледники склонов — занимают депрессии на склонах горных хребтов и отдельные участки слабо дифференцированных склонов.

Присклоновый ледник — небольшой ледник на узкой поверхности структурной террасы или какой-либо пологой площадке у подножья крутого уступа.

Висячий ледник — небольшой ледник, залегающий в слабо выраженных впадинах на крутых склонах гор и оканчивающийся высоко на склоне основной долины.

Каровый ледник — сравнительно небольшой ледник, лежащий в чашеобразном углублении склона — каре, созданном или расширенном деятельностью снега и льда.

Карово-долинный ледник — каровый ледник, язык которого спускается в нижележащую долину, но на расстояние, не превышающее одной - двух третей общей длины ледника.

Ледники долин — располагаются в верхних и средних частях горных долин.

Долинный ледник — ледник, язык которого расположен в ледниковой долине, а область питания (фирновый бассейн) — в чашеобразном расширении её верховья.

Сложный долинный ледник — ледник, образующийся из двух или более ледниковых потоков с самостоятельными областями питания. Сливаясь, такие потоки обычно до конца сохраняют самостоятельную структуру и разделяются срединной мореной.

Дендритовый ледник — сложный долинный ледник, состоящий из ряда притоков разного порядка с самостоятельными областями питания, вливающихся в главный ледник.

Ширококонечный ледник — ледник, язык которого спускается по горной долине до её выхода в следующую более широкую долину или на предгорную равнину, где распространяется вширь и часто имеет форму «лапы».

Предгорный ледник — обширный ледник, распластанный вдоль подножья горного хребта, образованный из нескольких долинных ледников с самостоятельными областями питания, слившихся при выходе на равнину.

Котловинный ледник — ледник, область питания которого находится в обширном цирке, а язык выходит за пределы образовавшейся котловины на расстояние одной -двух третей длины. Отличается от каровых и карово - долинных ледников намного большими размерами и толщиной до нескольких сотен метров.

Отдельно выделяются:

Переметные ледники — один или несколько ледников, расположенных на противоположных склонах и имеющих общую область питания на седловине хребта. Они могут быть висячими, долинными и склоновыми.

Возрождённый ледник (регенерированный ледник) — долинный ледник, лишённый фирнового бассейна и питающийся обвалами льда с висячего или более высоко расположенного долинного ледника.

Горнопокровные ледники (горнопокровное или сетчатое оледенение) — переходные от горных к покровным ледникам. Сочетают в себе локальные ледниковые плато и купола с большими долинными и предгорными ледниками в сквозных долинах. Покровные ледники (покровное оледенение) — класс ледников, куда объединены морфологические типы, форма которых не зависит от рельефа земной поверхности, а обусловлена распределением питания и расхода льда. Движение льда определяется преимущественно силой растекания и происходит, как правило, от центральной части к периферии.

Ледниковый покров (покровный ледник) — система ледниковых щитов, ледниковых куполов, выводных ледников, ледяных потоков и шельфовых ледников, погребающая сушу, шельф, в иногда и глубокие моря на площадях в сотни тысяч — миллионы квадратных километров. Различаются: наземные покровы, которые налегают на каменное ложе, расположенное выше уровня океана, и «морские» покровы, которые состоят из внутренних частей («морских» щитов и ледяных потоков), налегающих на глубоко погруженное каменное ложе, и периферических частей (шельфовых ледников), являющихся плавучими.

Ледниковый щит — выпуклый плоско-куполовидный ледник, характеризующийся значительной (свыше 1000 м) толщиной, большой (свыше 50 тыс. км²) площадью, примерно изометрической плановой формой и радиальным течением льда. Морфология и движение ледникового щита почти не зависит от рельефа ложа.

Ледоём — крупный элемент сетчатых ледниковых систем, который получает развитие в условиях горно-котловинного рельефа; — изометричные или слегка вытянутые в плане массы льда, заполняющие межгорные котловины. Развившиеся ледоёмы пополняются льдом за счёт впадающих в них долинных ледников, а кроме того могут получать снежное питание и на свою собственную поверхность; - межгорные впадины и расширения речных долин, которые полностью заполнялись ледниками горного окружения

Ледниковый купол (ледниковая шапка) — выпуклый ледник, сходный с ледниковым щитом, но имеющий толщину и площадь соответственно меньше 1000 м и 50 тыс. км².

Выводной ледник — быстро движущийся поток льда, через который происходит основной расход льда с данного ледосборного бассейна наземного ледникового щита. Залегает в скальной долине, в краевых частях обычно отмеченной выходами скал и нунатаков. Могут выходить за пределы ледниковых щитов и пересекать краевые возвышенности. При впадении в морские бассейны может питать шельфовый ледник или распадаться на айсберги.

Ледяной поток — полосовидный участок ускоренного движения льда «морского» ледникового щита, текущий в ледяных берегах, но обычно следующий долинообразным понижениям ложа. При впадении в морские бассейны может питать шельфовый ледник или распадаться на айсберги.

Шельфовый ледник — плавучий ледник, имеющий форму плиты с почти горизонтальными верхней и нижней поверхностями, значительной толщиной (в сотни метров) и большой горизонтальной протяжённостью. Питается за счёт аккумуляции снега, притока льда с суши, и намерзания льда из морской воды снизу. Обычно имеет свободный край (барьер), от которого откалываются айсберги. В краевой части намерзание на нижней поверхности обычно сменяется таянием. Подразделяются на внешние, прикреплённые к выровненному или выпуклому берегу, и внутренние, охваченные берегами с нескольких сторон. Те и другие, могут иметь контакт с поднятиями дна.

Геофизическая классификация ледников.

Эта классификация учитывает географическое и климатическое положение ледников, их температурный режим и содержание воды во льду. При этом под тёплым льдом понимается лёд, находящийся при температуре плавления и содержащий в себе некоторое количество жидкой воды, а под холодным льдом — имеющий температуру ниже точки плавления.

Полярные ледники (холодные ледники): высокополярные и сильно континентальные ледники, полностью холодные и полностью сухие; ледники более низких широт и континентальных областей умеренных широт, полностью холодные зимой и кратковременно слабо влажные на поверхности летом.

Субполярные ледники (переходные ледники): сходные с предыдущим подтипом, но у их ложа в центральной части ледников есть тонкий слой тёплого льда; высокогорные, ледники в области аккумуляции состоит из холодного и сухого льда, а в области абляции из тёплого и влажного; высокоширотные в районах с морским климатом, ледники в области аккумуляции состоят из тёплого льда, а в области абляции из холодного льда; слабоконтинентальные, ледники в области аккумуляции состоят из верхнего слоя холодного льда и нижнего тёплого льда, а в области абляции целиком из холодного льда. Умеренные ледники — в районах с морским климатом, тёплые и влажные во всей толще.

Покорители стихии.

Человек всегда стремится к новым открытиям. Он изучает новый просторы планеты, разрабатывает новый технологии, модернизирует свою жизнь.

Руаль Амундсен ()

Руаль Энгельберт Гравнинг Амундсен (норв. Roald Engelbregt Gravning Amundsen; 16 июля 1872 — вероятно, 18 июня 1928) — норвежский полярный путешественник и исследователь. Первый человек, достигший Южного полюса (14 декабря 1911 года). Первый человек (совместно с Оскаром Вистингом), побывавший на обоих географических полюсах планеты. Первый исследователь, совершивший морской переход и Северо-восточным (вдоль берегов Сибири), и Северо-западным морским путём (по проливам Канадского архипелага).

Юность и первые экспедиции.

Руаль родился в 1872 году на юго-востоке Норвегии (Борге, недалеко от Сарпсборга) в семье мореплавателей и судостроителей. Когда ему было 14 лет, умер отец и семья переехала в Христианию (с 1924 года — Осло). Руаль поступил учиться на медицинский факультет университета, но когда ему был 21 год, умирает мать, и Руаль бросает университет. Он писал впоследствии:

«С невыразимым облегчением я покинул университет, чтобы всей душой отдаться единственной мечте моей жизни». В 1897—1899 гг. в роли штурмана принял участие в бельгийской антарктической экспедиции на судне «Бельгика» («Belgica») под командованием бельгийского полярного исследователя Адриена де Жерлаша.

Северо-западный морской путь.

Карта арктических экспедиций Амундсена

В 1903 году он покупает подержанную 47-тонную парусно-моторную яхту «Йоа» («Gjoa»), «ровесницу» самого Амундсена (построена в 1872 г.) и отправляется в арктическую экспедицию. Шхуна была оснащена дизельным двигателем в 13 л. с. Личный состав экспедиции включал:

Руаль Амундсен — начальник экспедиции, гляциолог, специалист по земному магнетизму, этнограф. Годфрид Хансен, датчанин по национальности — штурман, астроном, геолог и фотограф экспедиции. Старший лейтенант ВМФ Дании, участвовал в экспедициях в Исландию и на Фарерские острова. Антон Лунд — шкипер и гарпунщик. Педер Ристведт — старший машинист и метеоролог. Хельмер Хансен — второй штурман. Густав Юл Вик — второй машинист, ассистент при магнитных наблюдениях. Скончался от невыясненного заболевания 30 марта 1906 г. Адольф Хенрик Линдстрём — кок и провиантмейстер. Участник экспедиции Свердрупа в 1898—1902 гг.

Амундсен прошёл через Северную Атлантику, Баффинов залив, проливы Ланкастера, Барроу, Пил, Франклина, Джеймса Росса и в начале сентября остановился на зимовку у юго-восточного берега острова Короля Вильяма. Летом 1904 года бухта не освободилась ото льда, и «Йоа» осталась на вторую зимовку. 13 августа 1905 корабль продолжает плавание и практически завершает Северо-Западный путь, но всё-таки вмерзает в лёд. Амундсен на собачьих упряжках добирается до Игл-Сити на Аляске. Позднее он вспоминал: «По возвращении все определяли мой возраст между 59 и 75 годами, хотя мне было только 33».

Покорение Южного полюса.

Карта антарктической экспедиции Амундсена.

На 1910 год Амундсен планировал трансполярный дрейф через Арктику, который должен был начаться у берегов Чукотки. Амундсен рассчитывал первым достигнуть Северного полюса, для чего ещё в 1907 году добился поддержки у Фритьофа Нансена. Парламентским актом судно «Фрам» (норв. Fram, «Вперёд») было предоставлено для экспедиции. Бюджет был весьма скромен, составляя около 250 тыс. крон (для сравнения: у Нансена в 1893 г. было 450 тыс. крон). Планы Амундсена были неожиданно разрушены заявлением Кука о покорении Северного полюса в апреле 1908 года. Вскоре о покорении полюса заявил и Роберт Пири. На спонсорскую поддержку больше не приходилось рассчитывать, и тогда Руаль решается покорить Южный полюс, за достижение которого тоже начинала разворачиваться гонка.

К 1909 году «Фрам» был капитально перестроен, но уже предназначался для новой экспедиции. Все приготовления держались в тайне: о планах Амундсена, кроме него самого, знали его брат-адвокат Леон Амундсен и командир «Фрама» — лейтенант Торвальд Нильсен. Приходилось идти на нестандартные решения: значительная часть провианта для экспедиции была поставлена норвежской армией (предстояло испытать новый арктический рацион), лыжные костюмы для членов экспедиции были сшиты из списанных армейских одеял, армия предоставила палатки и проч. Единственный спонсор нашёлся в Аргентине: за счёт средств магната норвежского происхождения — дона Педро Кристоферсена, был закуплен керосин и множество припасов. Его щедрость позволила сделать Буэнос-Айрес главной базой «Фрама». Позднее в его честь была названа гора в составе Трансантарктического хребта. Перед отплытием, Амундсен отправил письма Нансену и королю Норвегии, где объяснял свои мотивы. По легенде, Нансен, получив письмо, вскричал: «Глупец! Я предоставил бы ему все мои расчёты» (Нансен в 1905 году собирался совершить экспедицию в Антарктиду, но болезнь жены вынудила его отказаться от планов). Личный состав экспедиции был разделён на два отряда: судовой и береговой. Список приводится по состоянию на январь 1912 год. Двадцатым членом экспедиции был биолог Александр Степанович Кучин, но в начале 1912 года он вернулся в Россию из Буэнос-Айреса. Некоторое время мотористом «Фрама» был Якоб Нёдтведт, но его заменили на Сюндбека. Летом 1910 года «Фрам» производил океанографические изыскания в Северной Атлантике, при этом выяснилось, что судовой механик Якоб Нёдтведт не справляется со своими обязанностями. Он был списан на берег, а взамен его взяли конструктора судового дизеля Кнута Сюндбека. Амундсен писал, что этот швед обладал большим мужеством, если решился идти в такой дальний путь с норвежцами. 13 января 1911 года, Амундсен приплыл к ледяному барьеру Росса в Антарктиде. В это же время английская экспедиция Роберта Скотта разбила лагерь в проливе Мак-Мердо, на расстоянии 650 километров от Амундсена.

Перед походом на Южный полюс, обе экспедиции подготовились к зимовке, разместили по ходу маршрута склады. Норвежцы построили в 4 км от побережья базу «Фрамхейм», состоящую из деревянного дома площадью 32 кв. м. и многочисленных вспомогательных построек и складов, построенных из снега и льда, и углублённых в антарктический ледник. Первая попытка похода к полюсу была предпринята ещё в августе 1911 года, но крайне низкие температуры препятствовали этому (при −56 С лыжи и полозья нарт не скользили, а собаки не могли спать).

План Амундсена был детально проработан ещё в Норвегии, в частности, был составлен график движения, который современными исследователями сравнивается с музыкальной партитурой. На «Фрам» полюсная команда вернулась в день, предписанный графиком за 2 года до этого. 19 октября 1911 года пять человек во главе с Амундсеном отправились к Южному полюсу на четырёх собачьих упряжках. 14 декабря экспедиция достигла Южного полюса, проделав путь в 1500 км, водрузили флаг Норвегии. Состав экспедиции: Оскар Вистинг (Oscar Wisting), Хелмер Хансен (Helmer Hanssen), Сверре Хассель (Sverre Hassel), Олаф Бьоланд (Olav Bjaaland), Руаль Амундсен. Весь поход на дистанцию 3000 км при экстремальных условиях (подъём и спуск на плато высотой 3000 м при постоянной температуре ниже −40° и сильных ветрах) занял 99 дней. Основой плана Амундсена было использование промежуточных складов, сооружаемых на каждом градусе широты (на 84 градус ю. ш. было доставлено в марте 1911 года 1200 кг провианта, в частности, тюленье мясо), а также использование ездовых собак в качестве тягловой силы и пищи для других собак и для людей. При старте из «Фрамхейма» Амундсен брал 52 собаки, но 36 из них были убиты перед подъёмом на Полярное плато (получившее имя Равнина короля Хокона VII), мясо было захоронено в леднике или скормлено оставшимся собакам. На базу вернулись только 12 собак. Это вызвало бурные протесты обществ защиты животных по всему миру. Каждый член полюсной команды имел два костюма: эскимосский из оленьих шкур (были оставлены перед подъёмом на Полярное плато) и лыжный, сшитый из списанных армейских шерстяных одеял. Современные продувки манекенов в аэродинамической трубе показали, что костюмы Амундсена защищали от холода и ветра на 25 % лучше, чем используемые другими экспедициями. Экспедиция Роберта Скотта выдвинулась в ноябре 1911 года и достигла Южного полюса 18 января 1912 года, но на обратном пути погибла. Причиной гибели стали тяжелейшие погодные условия, в которые попала группа Скотта, травма и гибель матроса Эдгара Эванса, а также нехватка горючего. Емкости, в которых находился оставленный на складах керосин, деформировались из-за мороза и керосин начал испаряться. За 11 миль до очередного склада (склада «Одной Тонны») где их уже поджидала вспомогательная группа) экспедиция Скотта имела запас керосина на 1 день, и еды на 3 дня. Однако разразившаяся буря не позволила совершить последний переход.

В феврале 1913 года Амундсен писал: "Я пожертвовал бы славой, решительно всем, чтоб вернуть его к жизни… Мой триумф омрачён мыслью о его трагедии, она преследует меня." Последние годы Амундсен провёл в своём доме в Буне - фьорде, под Осло. Его быт называли спартанским. Он продал все ордена и открыто поссорился со многими бывшими соратниками. Фритьоф Нансен в 1927 году писал одному из своих друзей: «У меня складывается впечатление, что Амундсен окончательно утратил душевное равновесие и не вполне отвечает за свои поступки».

После полёта на дирижабле «Norge» возник конфликт между Амундсеном и Умберто Нобиле из-за того, кому принадлежит честь достижения Северного полюса — конструктору и пилоту дирижабля Нобиле, или Амундсену, как начальнику экспедиции. Этот конфликт был усилен фашистской пропагандой, которая прославляла Нобиле и оттолкнула Амундсена и норвежцев. В свою очередь Амундсен называл Нобиле «заносчивым, ребячливым, эгоистичным выскочкой», «нелепым офицером», «человеком дикой, полутропической расы». Бенито Муссолини произвел Нобиле в генералы и почетные члены правящей фашистской партии. 23 мая 1928 года Нобиле решил повторить полёт к Северному полюсу на дирижабле «Италия». Стартовав со Шпицбергена он достиг полюса, но на обратном пути из-за обледенения дирижабль разбился, члены экспедиции были выброшены на дрейфующий лёд, радиосвязь с ними прервалась. По просьбе военного министра Норвегии, Амундсен присоединился к множеству отправившихся на поиски Нобиле спасателей. 18 июня 1928 года он вылетел на гидросамолёте «Латам-47» («Latham») с французским экипажем из города Тромсё на севере Норвегии и направился к Шпицбергену. Когда самолёт находился в районе острова Медвежьего в Баренцевом море, радист сообщил, что полёт проходит в густом тумане и запросил радио-пеленг, после этого связь оборвалась. В ночь с 31 августа на 1 сентября вблизи Тромсё был найден поплавок «Латама-47». Точные обстоятельства гибели Амундсена неизвестны. Одному итальянскому журналисту, который спрашивал, что же его так очаровывает в полярных областях, Амундсен ответил: «Ах, если бы вам когда-нибудь довелось увидеть своими глазами, как там чудесно, — там я хотел бы умереть». Умберто Нобиле и ещё семерых уцелевших его спутников обнаружили через пять дней после гибели Руаля Амундсена.

КАМЕРЛИНГ-ОННЕС, Хейке.

21 сентября 1853 г. – 21 февраля 1926 г.

Голландский физик Хейке Камерлинг-Оннес родился в Гронингене на севере Нидерландов. Его отец Харм Камерлинг-Оннес был преуспевающим владельцем кирпичного завода, мать, урожденная Анна Гердина Коерс, была дочерью архитектора. По окончании средней школы К.-О. в 1870 г. поступил в Гронингенский университет, где изучал математику и физику. Степень кандидата (примерно эквивалентную степени бакалавра) он получил в 1871 г. Три семестра К.-О. провел в Гейдельбергском университете (Германия), где его занятиями руководили химик Роберт Бунзен и физик Густав Кирхгоф. В 1873 г. К.-О. возвратился в Гронинген. Через шесть лет он блестяще защитил докторскую диссертацию, в которой предложил новое доказательство вращения Земли. С 1878 по 1882 г. К.-О. читал лекции в Политехническом училище (позднее преобразованном в Технический университет) Дельфта. -О. привлекала теория газов Йоханнеса Ван-дер-Ваальса, устанавливающая соотношение между давлением, температурой и объемом. Она позволяла учесть различия в поведении реальных и идеальных газов. В то время Ван-дер-Ваальс преподавал в Амстердаме, и К, – О. вступил с ним в переписку по поводу молекулярной теории. В 1882 г., в возрасте двадцати девяти лет, К.-О. получил назначение на должность профессора экспериментальной физики Лейденского университета и стал во главе физической лаборатории этого университета. В своей вступительной лекции К.-О. провозгласил принцип, которым неукоснительно руководствовался на протяжении сорока двух лет своего пребывания в Лейденском университете: «Через измерение к знанию». По мнению К.-О., физические лаборатории должны производить количественные измерения и ставить качественные эксперименты; теоретические описания должны подкрепляться точными измерениями, производимыми с астрономической точностью. Согласно теории соответственных состояний Ван-дер-Ваальса, все газы ведут себя одинаково, если единицы давления и температуры выбраны с учетом слабых сил притяжения между молекулами. К.-О. считал, что исследование поведения газов при низких температурах может дать важную информацию для проверки теории соответственных состояний. Для достижения низких температур необходимо сжижать газы. К.-О. выбрал темой для работы своей лаборатории узкую область криогеники – исследование низкотемпературных эффектов. Он построил крупный завод по сжижению газов для получения больших количеств низкотемпературных жидкостей – кислорода, азота и воздуха. Эти жидкости были необходимы для проведения экспериментов по изучению свойств материалов и достижения еще более низких температур. Чтобы подготовить квалифицированных ассистентов, К.-О. в 1909 г. открыл училище для механиков и стеклодувов. Вскоре выпускников лейденского училища можно было встретить в физических лабораториях всего мира. -О. стала образцом для научно-исследовательских институтов XX века. Хотя шотландский ученый Джеймс Дьюар получил жидкий водород в 1898 г., только К.-О. удалось наладить получение жидкого водорода в значительных количествах. Его заводская установка производила 4 литра жидкого водорода в час. Для создания установки потребовалось все искусство подготовленных К.-О. техников: механиков – для создания насосов, стеклодувов – для изготовления прозрачных сосудов, сквозь стенки которых можно было бы наблюдать за поведением веществ при низких температурах. Через два года К.-О. впервые удалось получить жидкий гелий при температуре всего лишь на 4° выше абсолютного нуля. Некоторые ученые сомневались, что это вообще достижимо. «Я был вне себя от радости, когда смог продемонстрировать жидкий гелий моему другу Ван-дер-Ваальсу, чья теория была моей путеводной нитью, позволившей довести сжижение до конца», – вспоминал впоследствии К.-О. С помощью жидкого гелия К.-О. удалось достичь еще более низких температур: 1,38 К в 1909 г. и 1,04 К в 1910-м. Однако основной его заботой оставалось исследование свойств веществ при столь низких температурах. Он изучал спектры поглощения элементов, фосфоресценцию различных соединений, вязкость сжиженных газов и магнитные свойства веществ. Поскольку температура является мерой случайного движения молекул вещества, а это затемняет суть некоторых явлений, понижение температуры может, по выражению К.-О., помочь «приподнять завесу, которую простирают над внутренним миром атомов и электронов тепловые движения при обычных температурах». Свое наиболее поразительное открытие К.-О. сделал в 1911 г. Он обнаружил, что при низких температурах электрическое сопротивление некоторых металлов полностью исчезает. Это явление К.-О. назвал сверхпроводимостью. К.-О. предположил, что объяснение сверхпроводимости будет дано квантовой теорией. В 1957 г. Джон Бардин, Леон Купер и Дж. Роберт Шриффер предложили теоретическое объяснение явления сверхпроводимости. К.-О. был удостоен Нобелевской премии по физике 1913 г. «за исследования свойств вещества при низких температурах, которые привели к производству жидкого гелия». Представляя лауреата, Теодор Нордстрем из Шведской королевской академии наук сказал, что «достижение столь низких температур имеет огромное значение для физических исследований и работы К.-О. внесут свой вклад в новые теории электрона». К.-О., снискавший всеобщую любовь и заслуживший почетное прозвище Господин Абсолютный Нуль, многое сделал для развития международного сотрудничества в области науки. Он охотно приглашал иностранных ученых поработать в своей лаборатории. Основанный им журнал «Сообщения из физической лаборатории Лейденского университета» ("Communications From the Physical Laboratory of the University of Leiden") стал самым авторитетным изданием по физике низких температур. К.-О. принимал деятельное участие в разработке методов использования низких температур: хранении пищевых продуктов; создании вагонов-рефрижераторов и производстве льда. В 1887 г. К.-О. вступил в брак с Элизабет Билефельд. У супругов родился один сын. -О. не замыкались в стенах его лаборатории. Он был преданным семьянином, и его коллеги отзывались о нем как о человеке большого обаяния и скромности. Во время первой мировой войны он принимал участие в организации помощи голодающим детям различных стран. Грандиозность его свершений и интенсивность научной деятельности находились в явном несоответствии с хрупким здоровьем, которым он отличался на протяжении всей своей жизни. После непродолжительной болезни К.-О. скончался в Лейдене 21 февраля 1926 г. В числе его многочисленных наград были золотая медаль Маттеуччи Национальной академии наук Италии, медаль Румфорда Лондонского королевского общества и медаль Франклина Франклиновского института. Он был почетным доктором Берлинского университета. Когда ему не исполнилось и тридцати, он был избран членом Королевской академии наук в Амстердаме. К.-О. состоял членом академий наук Копенгагена, Геттингена, Галле, Упсала, Турина и Вены.

Холодный помощник человека.

Человек осознал какую пользу может принести холод, первобытный человек хранил своё пропитание в снегу, т. к. еда в снеге дольше сохраняется. Отсюда и берет начало отношения между человеком и холодом, как товарищеские. Замораживание и даже простое охлаждение - сложный процесс, требующий глубоких научных знаний и технического опыта. Холод находит широкое применение во многих отраслях промышленности. Возьмем простой пример. Для получения смазочных масел из нефти необходимо удалить парафиновые примеси, а это можно делать только при температуре - 20 С. Но особенно важно использование низких температур в тяжелой промышленности для выделения отделенных газов из различных смесей. С помощью очень низких температур, при которых газы превращаются в жидкости, выделяют воздух, коксовый газ, чистый водород и нефтяные газы. Сейчас сжиженный воздух и другие газы находят самое широкое применение. Чтобы превратить их в жидкость, необходимо высокое давление и очень низкие температуры. На сталелитейных заводах ежедневно используют тысячи тонн жидкого кислорода - он помогает удалить из стали лишний углерод. Жидкий кислород получают, охлаждая воздух до -180 С: при этой температуре сжижает только кислород. Много жидкого кислорода и жидкого водорода расходуется при запуске космического кораблей.

Чтобы громадная ракета "Энергия" взмыла вверх, преодолев земное притяжение, нужно затратить сотни тонн жидкого кислорода. С помощью холода можно превратить в жидкость и такой газ, как метан; его удобнее перевозить в танкерах в жидком виде.

Теплообменник - устройство для передачи тепловой энергии от более нагретой среды к более холодной. Теплоносителями могут быть газы, пары, жидкости. В зависимости от назначения теплообменные аппараты используют как нагреватели и как охладители. Применяется в технологических процессах нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой и других отраслях промышленности, в энергетике и коммунальном хозяйстве.

Теплообменники по способу передачи теплоты подразделяют на поверхностные, где отсутствует непосредственный контакт теплоносителей, а передача тепла происходит через твёрдую стенку, и смесительные где теплоносители контактируют непосредственно. Поверхностные теплообменники в свою очередь подразделяются на рекуперативные и регенеративные, в зависимости от одновременного или поочерёдного контакта теплоносителей с разделяющей их стенкой.

Рекуперативный теплообменник — теплообменник, в котором горячий и холодный теплоносители движутся в разных каналах, в стенке между которыми происходит теплообмен. При неизменных условиях параметры теплоносителей на входе и в любом из сечений каналов, остаются неизменными, независимыми от времени, т. е. процесс теплопередачи имеет стационарный характер. Поэтому рекуперативные теплообменники называют также стационарными.

В зависимости от направления движения теплоносителей рекуперативные теплообменники могут быть прямоточными при параллельном движении в одном направлении, противоточными при параллельном встречном движении, а также перекрестноточными при взаимно перпендикулярном движении двух взаимодействующих сред. Часто под рекуперативным теплообменником ошибочно понимается рекуперативный противоточный теплообменник. (В нём вместо уравнивания температурных потенциалов происходит их обмен, потери могут составлять до 30 %).

Наиболее распространённые в промышленности рекуперативные теплообменники:

Кожухотрубные теплообменники

Элементные (секционные) теплообменники.

Двухтрубные теплообменники типа "труба в трубе".

Витые теплообменники

Погружные теплообменники

Пластинчато-ребристые теплообменники

Спиральные теплообменники

Конструкционно теплообменники подразделяют на: объемные одна из сред имеет значительный объем в теплообменнике, одна среда сосредоточена в баке большого объема, вторая протекает через змеевик; скоростные (кожухотрубные) среды движутся с достаточно большой скоростью для увеличения коэффициента теплоотдачи, много мелких трубочек находятся в одной большой (кожух), среды движутся одна в межтрубном пространстве, другая внутри трубочек, обычно в трубочках находится более «грязная» среда, так как их легче чистить; пластинчатый теплообменник состоит из набора пластин, среды движутся между пластинами, прост в изготовлении (штампованные пластины складываются с прокладками между ними), легко модифицируется (добавляются или убираются пластины), хорошая эффективность (большая площадь контакта через пластины). Пластинчато-ребристый теплообменник в отличие от пластинчатого теплообменника состоит из системы разделительных пластин, между которыми находятся ребристые поверхности - насадки, присоединенные к пластинам методом пайки в вакууме. С боков каналы ограничиваются брусками, поддерживающими пластины и образующие закрытые каналы. Таким образом, в основу пластинчато-ребристого теплообменника положена жесткая и прочная цельнопаянная теплообменная матрица, построенная по сотовому принципу и работоспособная (даже в исполнении из алюминиевых сплавов) до давления 100 атм. и выше. В пластинчато-ребристых теплообменниках существует большое количество насадок, что позволяет подбирать геометрию каналов со стороны каждого из потоков, реализовывая оптимальную конструкцию. Основные достоинства данного типа теплообменников - компактность (до 4000 м2/м3) и легкость. Последнее обеспечивается за счет применения при изготовлении теплообменной матрицы пакета из тонколистовых деталей из легких алюминиевых сплавов. Спиральный теплообменник представляет собой два спиральных канала, навитых из рулонного материала вокруг центральной разделительной перегородки — керна, среды движутся по каналам. Одно из назначений спиральных теплообменников — нагревание и охлаждение высоковязких жидкостей. При выборе между пластинчатыми и кожухотрубными теплообменниками предпочтительными являются пластинчатые, коэффициент теплопередачи которых более чем в три раза больше, чем у традиционных кожухотрубных. Кроме того, коэффициент полезного действия пластинчатых теплообменников составляет 90-95 %, а занимаемая площадь в 3-4 раза меньше, чем для кожухотрубных. В то же время пластинчатые теплообменники, оснащённые средствами автоматики, регулирования и надёжной арматурой, позволяют снизить количество теплоносителя, идущего на нагрев воды. А значит, и диаметры трубопроводов и запорно-регулирующей арматуры, снизить нагрузки на сетевые насосы и, соответственно, уменьшить потребление электроэнергии и др. Но на данный момент стали появляться современные кожухотрубные теплообменники, оснащенные трубками, профилированными таким образом, чтобы рост гидравлического сопротивления ненамного превышал рост теплоотдачи вследствие применения турбулизаторов потока. Это достигается накаткой на внешней поверхности трубы кольцевых или винтообразных канавок, вследствие образования которых на внутренней поверхности трубы образуются плавно очерченные выступы небольшой высоты, интенсифицирующие теплоотдачу в трубах. Данная технология, в дополнение к таким важным показателям как высокая надежность (также при гидравлическом ударе) и меньшая стоимость, дает отечественному кожухотрубному оборудованию дополнительные преимущества по сравнению с иностранными пластинчатыми аналогами. Но это преимущество исчезает при первой промывке такого теплообменника, т. к. очистка внутренних поверхностей трубок с винтообразными канавками практически невозможна и ведет к быстрому выходу такого теплообменника из строя. Серьёзной проблемой является коррозия теплообменников. Для защиты от коррозии применяется газотермическое напыление трубных досок, труб пароперегревателей. Это относится только к кожухотрубным теплообменникам, изготовленным из углеродистой стали. Пластинчатые теплообменники в подавляющем большинстве изготавливаются из нержавеющей стали. Кожухотрубные теплообменники относятся к наиболее распространенным аппаратам. Их применяют для теплообмена и термохимических процессов между различными жидкостями, парами и газами – как без изменения, так и с изменением их агрегатного состояния. Кожухотрубные теплообменники появились в начале ХХ века в связи с потребностями тепловых станций в теплообменниках с большой поверхностью, таких, как конденсаторы и подогреватели воды, работающие при относительно высоком давлении. Кожухотрубные теплообменники применяются в качестве конденсаторов, подогревателей и испарителей. В настоящее время их конструкция в результате специальных разработок с учетом опыта эксплуатации стала намного более совершенной. В те же годы началось широкое промышленное применение кожухотрубных теплообменников в нефтяной промышленности. Для эксплуатации в тяжелых условиях потребовались нагреватели и охладители массы, испарители и конденсаторы для различных фракций сырой нефти и сопутствующих органических жидкостей. Теплообменникам часто приходилось работать с загрязненными жидкостями при высоких температурах и давлениях, и поэтому их необходимо было конструировать так, чтобы обеспечить легкость ремонта и очистки.

С годами кожухотрубные теплообменники стали наиболее широко применяемым типом аппаратов. Это обусловлено прежде всего надежностью конструкции, большим набором вариантов исполнения для различных условий эксплуатации, в частности:

однофазные потоки, кипение и конденсация по горячей и холодной сторонам теплообменника с вертикальным или горизонтальным исполнением диапазон давления от вакуума до высоких значений в широких пределах изменяющиеся перепады давления по обеим сторонам вследствие большого разнообразия вариантов удовлетворение требований по термическим напряжениям без существенного повышения стоимости аппарата размеры от малых до предельно больших (5000 м2) возможность применения различных материалов в соответствии с требованиями к стоимости, коррозии, температурному режиму и давлению использование развитых поверхностей теплообмена как внутри труб, так и снаружи, различных интенсификаторов и т. д. возможность извлечения пучка труб для очистки и ремонта

Однако такое широкое разнообразие условий применения кожухотрубных теплообменников и их конструкций никоим образом не должно исключать поиск других, альтернативных решений, таких, как применение пластинчатых, спиральных или компактных теплообменников в тех случаях, когда их характеристики оказываются приемлемыми и их применение может привести к экономически более выгодным решениям. Кожухотрубные теплообменники состоят из пучков труб, укрепленных в трубных досках, кожухов, крышек, камер, патрубков и опор. Трубное и межтрубное пространства в этих аппаратах разобщены, причем каждое из них может быть разделено перегородками на несколько ходов. Классическая схема кожухотрубчатого теплообменника показана на рисунке:

Теплопередающая поверхность аппаратов может составлять от нескольких сотен квадратных сантиметров до нескольких тысяч квадратных метров. Так, конденсатор паровой турбины мощностью 150 МВт состоят из 17 тысяч труб с общей поверхностью теплообмена около 9000 м2.

Пластинчато-ребристые теплообменники (ПРТ) применяются для теплообмена между жидкими и газообразными неагрессивными средами в интервале температур плюс 200 °С – минус 270 °С с интервалом рабочего давления от вакуума до 10,0 МПа (100 атм.). Как только заходит речь о теплопередаче с невысокими значениями коэффициентов теплоотдачи одного или нескольких потоков, с большой степенью уверенности можно говорить о том, что наиболее оптимальное решение может быть достигнуто с использованием ПРТ. Сферы применения. Вопросы теплообмена газовых, в т. ч. воздушных потоков низкого и среднего давления, охлаждения разных видов масел, теплообмена на транспортных установках, теплообмена для установок, подвергающихся вибрационным и другим нагрузкам механического характера – традиционные задачи, в которых ПРТ не имеют себе конкурентов. Преимущества и отличительные черты. Пластичато -ребристые теплообменники (ПРТ) обладают целом рядом преимуществ по сравнению с другими типами теплообменных аппаратов. К ним можно отнести следующие: Конструкция и технология. Пластинчато-ребристые теплообменники (ПРТ) состоят из нескольких основных составных частей. Основой пластинчато-ребристых теплообменников (ПРТ) является многослойный пакет (матрица) из плоских проставочных листов, плакированных с двух сторон припоем, гофрированных ребристых насадок и ограничивающих брусков.

Для того чтобы сжимать газ создан компрессор.

В быту, промышленном производстве, медицине и стоматологии всё большее применение получает компрессорная техника. В зависимости от требований и технических условий компрессорные установки бывают различных типов - поршневые с ременным приводом, безмаслянные поршневые и винтовые. Большее распространение в промышленном производстве получили винтовые компрессоры, как способные создавать большее давление воздуха. В последнее время успешно развивается новая наука - физика низких температур. Эта наука имеет дело с очень низкими температурами, чаще всего с такими, при которых воздух переходит в жидкое состояние, при -194 С. Сверххолод имеет большое промышленное значение. Медь, например, - хороший проводник электричества, причем при низких температурах её электропроводнсть повышается. Другие вещества - ртуть, олово, алюминий при сверхнизких температурах имеют почти нулевое сопротивление, становясь сверхпроводниками. Электромоторы при температуре 4 К могут иметь коэффициент полезного действия, равный почти 100%. Сверхнизкие температуры используются также при получении светового луча от охлаждаемого рубинового кристалла. Такой луч называется лазерным.

Рубиновый лазер – усовершенствованная схема конструкции Т. Меймана (1960). Основные его элементы – цилиндрический рубиновый стержень с плоскими посеребренными торцами, кожух охлаждения (его не было в устройстве Меймана) и газоразрядная лампа накачки. 1 – посеребренный торец стержня (глухое зеркало); 2 – рубиновый стержень; 3 – охлаждающая жидкость; 4 – газоразрядная лампа накачки; 5 – кожух (трубка) охлаждения; 6 – слабо посеребренный торец стержня (полупрозрачное зеркало).

Световые волны лампы-вспышки возбуждают электроны в атомах рубина. Возбужденные электроны начинают испускать собственное излучение при переходе вновь в обычное, не возбужденное состояние. Высокая интенсивность световых волн позволяет просверлить отверстие в любом материале за тысячную долю секунды. Лазер широко применяется в криохирургии: удалять миндалины, опухоли, причем операция бывает бескровной и исключает опасность заражения: холод надежно стерилизует хирургический инструмент. Такой хирургический метод - большой шаг в медицине.

Холод дает человеку огромные возможности развиваться в дальнейшем. Во всех отраслях связанных с низкотемпературным режимом есть много над чем надо работать и есть куда развиваться. Физика низких температур молодая наука и она нуждается в своих покорителях

Интересные факты и опыты с холодом.

Затопленный мир.

Если бы весь лед, который покрывает одну десятую земного шара, растаял, последствия для человечества были бы самые катастрофические. Если растопить самые большие ледники на земном шаре, которые покрывают Гренландию (1,8 млн. кв. км.) и Антарктику (5 млн. кв. км.), то уровень воды в Мировом океане поднимется на 76 метров; вода затопит все гавани и самые большие города мира. Панамский канал превратиться в пролив, а от Суэцкого канала не останется ни следа. Берингов пролив, разделяющий Чукотский полуостров и Аляску, станет значительно шире, и теплые течения устремятся в Северный Ледовитый океан, оттесняя холодные воды к западным берегам Северной Америки. Большая часть Англии, за исключением возвышенной центральной части, окажется под водой. Нью-Йорк будет затоплен почти целиком - над водой останутся лишь одни верхушки небоскребов. А вот Австралия и Африка пострадают совсем не значительно. Распределение осадков на земном шаре станет совсем иным, и континентальность области будут очень страдать от засухи. В результате произойдет смещение полюсов, воздух перенасытится влагой и начнутся обильные снегопады и вслед за ними наступит новый ледниковый период. Это грандиозное таяние ледников приведет к созданию на Земле условий, близких, к тем которые существовали до великих ледниковых эпох. Температура воздуха почти на всех широтах будет одинаковой. В Антарктике лето станет теплее, чем в Арктике, а зима холоднее. В Арктике, например, летние температуры поднимутся на град., а зимние на 3 - 5С. По-видимому, начнется массовая миграция зверей и птиц на север. Потепление Мирового океана не замедлит сказать на жизни морских животных и рыб.

Джунгли у полюсов.

Многие тысячи лет назад, задолго до того, как в плейстоцене пятая часть нашей планеты оказалась скованной огромным ледяным панцирем, тропические леса росли вплоть до полярных областей. За десять тысяч лет, прошедших после отступления ледника, климат на Земле менялся несколько раз. Между 4 и 2 тысячелетием до нашей эры на Земле наблюдалось потепление, и уровень Мирового океана поднялся на 2 метра. Потом вновь похолодало, а около X века нашей эры полярные льды снова отступили, и викинги смогли достичь берегов Гренландии и Америки. Температурные колебания происходят и теперь.

Снежные лавины.

Лавина (нем. Lawine, от позднелатинского labina — оползень) — масса снега, падающая или соскальзывающая со склонов гор. Наиболее благоприятны для лавинообразования склоны крутизной 25—45°, однако известны сходы лавин со склонов крутизной 15—18°. На более крутых склонах снег не может накапливаться в больших количествах и скатывается небольшими дозами по мере поступления. Объём снега в лавине может доходить до нескольких сотен кубических метров. Однако опасными для жизни могут быть даже лавины объёмом около 5 м³.

Существуют несколько классификаций лавин, например:

§  По объёму

§  По рельефу лавиносбора и пути лавины (лотковая лавина, прыгающая лавина)

§  По консистенции снега (сухая, мокрая)

Скорость движения сухих лавин обычно составляет 20—70 м/с (до 125 м/с) при плотности снега от 0,02 до 0,3 г/см³. Мокрые лавины движутся со скоростью 10-20 м/с (до 40 м/с) и имеют плотность 0,3—0,4 г/см³. Сход лавины из сухого снега может сопровождаться образованием снеговоздушной волны, производящей значительные разрушения. Снежные лавины, в той или иной степени, распространены во всех горных районах России и в большинстве горных районов мира. В зимний период они являются основной природной опасностью гор.

Сухой лёд.

При обычной температуре и нормальном давлении углекислый газ не может находится в жидком состоянии. Поэтому твердая углекислота, или сухой лед, сразу же превращается в газ. Температура сухого льда -79 С. Его используют для кратковременного хранения продуктов, предназначенных для обслуживания пассажиров, например на воздушных лайнерах. Сухой лед избавляет от необходимости устанавливать в самолетах электрохолодильники. Его чаще применяют при перевозках скоропортящихся товаров. А также его применяют в медицине.

Соль против льда.

Зимой дороги часто посыпают солью, потому что соль так же, как и этиленгликоль, понижает температуру замерзания воды. Соль ускоряет таяния снега и препятствует образования льда на дорогах, но оседая на корпусе автомобиля, ускоряет появления ржавчины.

Роса и мороз.

Роса - вид атмосферных осадков, образующихся на поверхности земли, растениях, предметах, крышах зданий, автомобилях и других предметах. Из-за охлаждения воздуха водяной пар конденсируется на объектах вблизи земли и превращается в капли воды. Это происходит обычно ночью. В пустынных регионах роса является важным источником влаги для растительности. Достаточно сильное охлаждение нижних слоёв воздуха происходит, когда после заката солнца поверхность земли быстро охлаждается посредством теплового излучения. Благоприятными условиями для этого являются чистое небо и покрытие поверхности, легко отдающее тепло, например травяное. Особенно сильное образование росы происходит в тропических регионах, где воздух в приземном слое содержит много водяного пара и благодаря интенсивному ночному тепловому излучению земли существенно охлаждается. При отрицательных температурах образуется иней.

Температура воздуха ниже которой выпадает роса, называется точкой росы.