Страница 36 из 48
Он расхохотался. Потом внезапно оборвал смех и сказал сурово:
– Возьмите книги. Будем считать, что этот разговор если и был, как он и был, то его вроде как бы и не было…
Честно говоря, Д.Д. меня обидел. Впредь я решил держаться с ним сухо и официально. Однако, ещё не кончив первую книгу, я понял, что Д.Д. говорил со мной удивительно мягко. Та невероятная, прямо-таки восхитительная чепуха, которую я нёс, несомненно заслуживала большего.
Конечно, я знал, что в организме человека происходит превращение химической энергии питательных веществ в механическую энергию движения. Но я не подумал о к.п.д. – коэффициенте полезного действия.
При всяком превращении энергии, при переходе её из одной формы в другую неизбежны потери. Человеческий организм – двигатель не очень совершенный, его коэффициент полезного действия 18 – 25 процентов. Остальная же часть энергии превращается в тепло. Это тепло всё время «подогревает» человека изнутри.
Чем тяжелее выполняемая человеком работа, тем больше энергии расходует «двигатель». А следовательно, и тепла при этом выделяется больше. В состоянии полного покоя, когда двигатель человека находится как бы на холостом ходу, он вырабатывает 80 килокалорий в час. При интенсивной же работе «производство» тепла достигает 400 и даже 500 килокалорий. Казалось бы, это должно как-то отразиться на температуре тела. Однако и во время сна, и при самой тяжёлой работе температура тела остаётся почти постоянной – 36 – 37 градусов…
Мало того. При современных средствах сообщения человек в течение нескольких часов может испытать зной африканской пустыни и лютый мороз Антарктики. Казалось бы… Но температура его тела неизменна – всё те же 36 – 37 градусов.
Действует автоматическая система, которую учёные по старинке называют «механизмом», – механизм терморегуляции. Этот автомат всё время следит за внешней средой и в зависимости от её температуры уменьшает или увеличивает отдачу тепла в атмосферу.
Обычно никаких затруднений не возникает. Окружающий воздух чаще всего имеет температуру ниже 36 градусов. Поэтому он нагревается телом, а само тело охлаждается. Меняя подачу крови к поверхностным слоям кожи, автомат регулирует величину охлаждения.
Когда воздух нагрет до 37 градусов, положение усложняется. Воздух теряет способность отнимать у тела тепло. Если же температура воздуха ещё повысится, он будет уже не охлаждать, а нагревать человека.
И всё-таки люди живут и работают в тропиках при температуре 50 – 55 градусов. Выручает пот. Неприятный, липкий пот, который заливает глаза, мешает видеть. Вытирая пот со лба, мало кто задумывается, какую поистине неоценимую услугу оказывают человеку его солёные капли. По всей поверхности тела и в лёгких идёт непрерывное испарение пота. Испарение, на которое расходуется избыточное тепло. И чем выше температура, чем скорее движется воздух, тем быстрее идёт процесс испарения.
Но при одном условии: если окружающий воздух сухой. Если же он содержит много влаги, испарение замедляется, а при стопроцентной влажности прекращается совсем. В горящей шахте, где воздух нагрет выше 37 градусов и до предела насыщен парами воды, все пути охлаждения отрезаны.
Между тем человеческий двигатель продолжает вырабатывать тепло: каждый час 400 больших калорий. Этого достаточно, чтобы довести температуру тела до 45 градусов. Такую температуру организм, конечно, вынести не может. Меняется ход реакций, сложнейшие процессы, от которых зависит жизнь, уходят в сторону. Через 10 – 15 минут возникает сильная головная боль, головокружение, судороги. Человеку грозит тепловой удар и смерть.
Поэтому защищаться от плюс 40 градусов неизмеримо сложнее, чем от минус 40. В борьбе с холодом тепло, вырабатываемое организмом, становится союзником человека. Надевая костюм, свитер, тулуп, мы, в сущности, преследуем одну цель – удержать собственное тепло, помочь телу уменьшить теплоотдачу. И если бы в распоряжении человека был материал, вообще не проводящий тепла, человек в таком костюме спокойно выдержал бы холод космического пространства.
В борьбе с высокой температурой тепло, которое выделяет двигатель человека, становится врагом. «Идеальный» материал, конечно, не впустил бы в костюм наружное тепло. Но внутреннее тепло он тоже не выпустил бы. И человек погиб бы даже при комнатной температуре.
Я не люблю вспоминать первый вариант холодильного костюма («душегубку», как сказал Д.Д.) и разговор с Данил Даниловичем тоже. Единственное, что меня утешает: не я один «опростоволосился». Мне удалось отыскать книгу, откуда я взял злополучную идею с водой.
В интересной повести Г. Гуревича «Подземная непогода» сделана та же ошибка: «В забое рабочие ходили в несгораемых асбестовых костюмах, похожих на водолазные. В них было неудобно работать, передвигаться трудно, потому что приходилось таскать на спине ранец с холодильником, аварийный запас кислорода и термос с холодной водой, чтобы напиться, не снимая шлема, даже обрызгать себя при желании. Но при всех ухищрениях температура в костюме была не ниже пятидесяти градусов».
Остальное ясно. При температуре 50 градусов воздух в костюме будет нагревать человека. Для отвода тепла – внутреннего и внешнего – останется единственный путь – испарение пота. При таких условиях «обрызгать себя водой» равносильно самоубийству…
АРИФМЕТИКА – НАУКА ТОЧНАЯ
Я уже знал: мало защищать человека от внешнего тепла, надо ещё отводить тепло, вырабатываемое организмом. Но даже теперь задача не казалась мне особенно трудной.
Костюм должен по возможности снижать приток тепла снаружи. Значит, необходим комбинезон с надёжной тепловой изоляцией.
С внутренним теплом сложнее. Его нужно отводить – это ясно. Но как? В принципе возможны два пути. Во-первых, аппарат типа холодильника или кондиционера. Расходуя энергию (например, электрическую), аппарат будет охлаждать подкостюмное пространство, нагревая воздух в шахте. Второй вариант – взять с собой запас сильно охлаждённого вещества (скажем, льда) и за счёт его нагревания «гасить» образующееся тепло.
Шахтный воздух меня мало беспокоил – пусть нагревается хоть до температуры Солнца. А вот откуда взять энергию для питания «холодильника»? Я прикинул вес электрических батарей, аккумуляторов – получилось много: десятки килограммов. В условиях же конкурса говорилось ясно – восемь, максимум десять. Оставался второй путь.
Расчёт запаса холодильного вещества в принципе доступен школьнику восьмого класса. Нужно составить уравнение с одним неизвестным. Слева – количество тепла, поступающего в подкостюмное пространство. Справа – количество тепла, которое может «поглотить» холодильное вещество. Между ними знак равенства – теплоотвод должен равняться теплопритоку. Составить уравнение – дело нескольких минут. Очевидно, левая часть уравнения слагается из двух величин: тепла, вырабатываемого организмом, и тепла, проникающего в костюм сквозь изоляцию. Справа – произведение «холодильной энергии» (удельной теплоты плавления или испарения) на искомый вес вещества.
Я взял справочники и приступил к расчёту. Оказалось, что даже при хорошей изоляции сквозь стенки комбинезона за два часа прорвётся не менее 500 больших калорий. За то же время организм выработает ещё 800. В сумме – 1300.
Для охлаждения проще всего взять лёд. При плавлении каждый килограмм льда поглощает 80 килокалорий. Ещё 20 калорий поглотит вода, нагреваясь от 0 до 20 градусов. Значит, «холодильная энергия» 1 килограмма льда – 100 больших калорий. Отсюда вес холодильного вещества – 13 килограммов.
Не утешительно. Вместе с комбинезоном, шлемом, изоляцией, резервуаром для льда получится что-то около 20 килограммов – в два раза больше, чем допускают условия конкурса.
Я пробовал заменить лёд другим охлаждающим веществом: сжиженным аммиаком, твёрдой углекислотой, фреоном… Результат оставался неизменным. Теплозащитный костюм имел слишком большой вес.
А что это за неприкосновенные числа – 8 – 10 килограммов? Нельзя ли сделать костюм тяжелее? Увы, нельзя. Чтобы человек нормально работал, общая нагрузка на него не должна быть выше 28 – 30 килограммов. Инструменты горноспасателя весят 7 килограммов. Респиратор (дыхательный прибор) ещё 11 – 13. Остаётся именно то, что указано в условиях конкурса, 8 – 10 килограммов…