Эффект шурина, рассказ начинающего исследователя

     Кто не знает, шурин это брат жены. Когда я проходил практику в академическом НИИ мой будущий шурин Леня очень меня удивил. Я зашел в гости  к моей будущей жене в надежде на романтическую встречу, но оказалось, что и он дома, что меня совсем не обрадовало. Тогда ему было лет 15. Оказалось, Леня не пошел в школу, сославшись на болезнь. При этом он совсем не выглядел больным, скорее, довольным и счастливым.
     Родителей дома не было, и Леня мне честно признался, как ему удается притворяться больным. Когда измеряют температуру, надо незаметно подуть в то место, где под рубашкой стоит градусник, и температура сразу поднимется. Я не поверил, он продемонстрировал. Я попробовал сам, и у меня тоже получилось, градусник показал 37,4. Я глубоко задумался и пошел на дипломную практику в институт.
     В комнате лаборатории Термоаэродинамики, где я работал, обычно находилось человек 10. Там были ученые, инженеры, лаборанты и даже машинистка. Это были в основном молодые люди до 30 лет, хотя тогда мне они не казались молодыми. В соседней комнате находились экспериментальные установки, в том числе огромная аэродинамическая труба, занимающая практически два этажа. На ней я проводил эксперименты по дипломной работе. О размерах этой трубы можно судить по тому, что спортсмен-велосипедист полностью помещался в рабочий створ трубы вместе с велосипедом, когда мы исследовали его аэродинамическое сопротивление.
     Придя в институт, я первым делом рассказал про эффект, который меня так удивил. И что тут началось! Сначала никто не поверил. Пришлось этот эффект продемонстрировать, но с каждым разом результат получался все менее убедительным. Дошло до того, что от перевозбуждения у меня действительно поднялась собственная температура и меня подняли на смех. Особенно издевался наш инженер-конструктор Володя - главный изобретатель лаборатории. Человек он был интересный, например, неожиданно мог отправиться в путешествие на мотоцикле за тысячи километров, обладал чувством юмора, помнил много интересных случаев и жизненных ситуаций. Но о таком случае он не слышал, поэтому в этот эффект не поверил. Те, кто все же поверили, объясняли это явление диссипацией энергии, т.е. выделением тепла при трении воздуха при прохождении через одежду, хотя я был уверен, что это не так. Главным сторонником такого объяснения был Юзик, официально его звали Иосиф Яковлевич, самый активный человек в лаборатории. Не случайно, что в будущем он стал заведующим крупного отдела. Неверующие и сторонники диссипативного объяснения высказывались очень громко и напористо. Почти не было слышно голосов скромных участников дискуссии, например, Геннадия, который сказал: "Не из той ли это оперы, где теплота выделяется при смешении воды и кислоты?" Позже я убедился, что Геннадий самый талантливый ученый в лаборатории.
     В общем, с понедельника я взялся за эксперимент, чтобы во-первых, всем доказать существование этого эффекта (его уже прозвали эффектом шурина), во-вторых, показать, что диссипация здесь не играет существенной роли, в-третьих, разобраться с природой явления. По этому случаю главный сторонник диссипативной теории Юзик, не доверяя мне в выборе материала,  принес из дома  свой поношенный темно-коричневый шерстяной пиджак, чтоб именно этот материал я использовал для экспериментов. Я нарезал из него несколько десятков кругов-дисков диаметром сантиметров 20 и стянул их в плотный пакет. Между слоями ткани поставил несколько датчиков температуры - термопар, расположив их равномерно по длине пакета. В пакет поступал воздух от компрессора, который создавал высокое, по сравнению с человеческими легкими, давление(2 ат). На входе пакета и выходе также измерялась температура.
     И вот эксперимент начался. Компрессор заработал, и воздух пошел через пакет. Но температура на входе, в самом пакете и на выходе из него изменилась лишь незначительно, насколько я помню, максимальное различие было 0,8 С. Сторонники эффекта диссипации приуныли, но не сдавались, пытались объяснить это недостатками экспериментальной установки и способа измерений.
     Я же, понимая, что воздух, выходящий изо рта человека, всегда влажный, пытался найти генератор пара, чтобы подключить его к эксперименту.  В конце концов мне удалось одолжить самодельный парогенератор, чтобы получать насыщенный и ненасыщенный водяной пар при различной температуре. Тут уж пришлось потрудиться, чтоб обеспечить условия подобные тем, что демонстрировал мой шурин. Давление и  расход я научился регулировать, но мне было важно обеспечить требуемую влажность поступающего в пакет из ткани воздуха.
     Новый эксперимент подтвердил существование эффекта шурина. При подаче влажного воздуха значения температуры газа на входе в пакет и в слое материала заметно отличались, причем в первый момент температура в ткани скачкообразно поднималась почти на 20 градусов, затем начинала снижаться, хотя  паровоздушная смесь продолжала поступать. Со сдвигом во времени все термопары также показывали подъем и последующее снижение температуры. Это выглядело как прохождение температурной волны по тканевому пакету, в каждой точке по толщине пакета, начиная от входа, температура последовательно сначала поднималась, затем медленно снижалась. В конце процесса температура по толщине слоя выравнивалась.
     Для того, чтобы возобновить эксперимент, необходимо было установку разбирать и тканевые диски высушивать. Но и на следующий день после демонстрации этого эксперимента сторонники диссипации не сдавались, и здесь они пытались посеять сомнения в корректности эксперимента.
     Я сделал перерыв в экспериментах и пошел в библиотеку. Оказалось, что мы с шурином «открыли» уже давно известное явление. В книге моего учителя академика А.В. Лыкова «Теория сушки» за 1968 г. подробно описаны  различные формы связи влаги с веществом. Там же приведена схема-таблица классификации форм связи влаги с материалом, составленная академиком П.А. Ребиндером. По этой классификации в нашем случае имело место образование физико-химической или адсорбционной связи воды и материала с выделением теплоты. При смешении воды и кислоты также с выделением энергии образуется иная связь - химическая. Геннадий оказался на верном пути еще в начале обсуждений.
     Алексей Васильевич Лыков, акцентируя наше внимание на новых направлениях в науке, не рассказывал об этом на своих лекциях,  а я старался его лекций не пропускать, ведь слушать его было всегда интересно. Вероятно он полагал, что все давно известное мы можем узнать и сами из книг. Так и оказалось, что новое для меня - это «хорошо забытое старое».
     Выяснилось, что при поглощении (адсорбции) материалом влаги выделяется тепловая энергия, величина которой зависит от свойств поглощающего вещества. Шерстяной пиджак оказался не самым лучшим материалом для иллюстрации эффекта шурина. Как я узнал из книги А.В. Лыкова, больший эффект показали бы такие материалы, как мука или целлюлоза, т.е. хлопчато-бумажная ткань была бы эффективнее. Максимальный эффект продемонстрировала бы гумусная почва, это что-то похожее на перегной или торф. После завершения адсорбции, когда материал набрал влагу, эффект тепловыделения не проявляется. Вот почему, когда я пытался в первый раз демонстрировать эффект шурина многократно, у меня ничего не получалось, надо было менять рубашку или хотя бы ее периодически высушивать.
     Но это все теория, а приложить полученные знания в жизнь не всегда легко. Данное явление использования теплоты адсорбции гениально применил на практике мой шурин Леня. Оказалось, моя будущая жена, как и многие другие, тоже успешно использовала этот эффект, но с другой целью. Зимой, когда руки мерзнут, в варежку надо подышать и сразу станет теплее. Я вспомнил, что тоже в детстве так делал, хотя и не подозревал, что температура в варежке становится выше, чем температура выдыхаемого воздуха.
     Изучив литературу, я основательно подготовился к спору со своими оппонентами. В комнате лаборатории, где все начиналось две недели назад и велись громкие дискуссии, вдоль стены стояли высокие лабораторные столы. Перед столами было достаточно пространства, чтобы там смогли находиться 10-15 человек.  Был подготовлен простой опыт. На одном из столов установил два стакана с обычной водой. В них были опущены лабораторные ртутные термометры, они показывали одинаковую температуру, близкую к температуре воздуха в комнате (из-за испарения с поверхности воды примерно на 1 градус ниже). Рядом со стаканами на том же столе лежали еще 2 термометра, они также показывали одинаковую температуру, соответствующую комнатной. Конец одного из этих термометров (где баллончик с ртутью) был плотно в несколько слоев обернут полоской материала от того пиджака, с которым я уже экспериментировал.
     Я собрал всех заинтересованных и начал демонстрацию. Сначала все убедились, что термометры показывают одинаковую температуру. Затем термометр с тканью на долю секунды опустил в стакан с водой, только для того, чтобы слегка смочить, затем быстро его вытащил и провел перед глазами присутствующих. На их глазах температура быстро поднялась примерно на 20 градусов, затем начала медленно снижаться. Температура на контрольных термометрах в стакане и на воздухе естественно за эту минуту не изменилась. Сторонники диссипативной теории растерялись и сразу возразить не смогли. Я рассказал всем о том, что узнал из книг, а сомневающихся послал за объяснениями к А.В. Лыкову, который в то время был директором нашего института. Они как-то сразу приумолкли.
     Два наших изобретателя, участвовавшие в дискуссиях - Володя и Слава, сразу стали предлагать использование этого эффекта в народном хозяйстве. Мне запомнилась идея отопления коровника за счет влажного воздуха, выдыхаемого коровами. Дальше идеи дело не пошло, ведь надо же периодически регенерировать (высушивать) этот поглощающий материал, а для этого тоже нужна энергия.
     Эффект шурина мне впоследствии вспоминался часто, особенно когда я занимался вопросами сушки. Ведь для того, чтобы материал высушить, необходимо затратить тепло не только на испарение воды, как например с поверхности озера или блюдца, надо затратить еще энергию на десорбцию, чтобы оторвать связанные с материалом молекулы воды. Правда, в повседневной жизни это приходится делать не часто. Например, дрова и доски до такой степени сушить не надо. Ведь обычно древесина, даже хорошо высушенная, имеет влажность 8-12%, иначе при хранении она все равно наберет (адсорбирует) влагу из атмосферного воздуха. А то, что она при этом немного нагреется, мы вряд ли заметим. 
     На этом я и хочу закончить свой рассказ об эффекте шурина. Еще хочется напомнить тривиальную мысль: надо читать книги. И специальную, и художественную литературу. В последнее время многие люди больше предпочитают смотреть ТВ, видео и пр. Возможно, некоторым этого достаточно с точки зрения познания жизни, получения рутинной информации, так легче воспринимается, ведь задействованы зрение и слух. Это проще, чем прочитать и вообразить. Но накопленный в книгах опыт многих поколений философов, писателей, ученых - это неоценимый и бесценный подарок нынешнему и будущим поколениям. В кино всего этого не увидишь.

       Фото из газеты Правда