Фен в ящике

ВОПРОС: А что, если засунуть постоянно работающий фен в воздухонепроницаемый ящик размером метр на метр на метр?

– Dry Paratroopa

ОТВЕТ: Обычный фен потребляет 1875 Вт энергии.

Все эти 1875 Вт должны быть на что-то потрачены. Что бы ни происходило в ящике, но если внутри него потребляется 1875 Вт электроэнергии, то в конце концов они должны преобразоваться в 1875 Вт тепловой энергии.

Полезно иметь в виду, что это касается любого устройства, потребляющего энергию. Люди беспокоятся, оставив дома в розетке какое-нибудь зарядное устройство: не потребляет ли оно энергию? На этот вопрос легко ответить, потрогав прибор, включенный в сеть: если зарядка не теплая на ощупь, значит, она потребляет электричества меньше, чем на пенни в день. Маленькая зарядка для телефона, если она холодная на ощупь, потребляет меньше, чем на пенни в год. Это верно почти для любого электрического устройства[25].

Но вернемся к нашему ящику.

Тепло пойдет от фена в ящик. Допустим, что наш фен нельзя сломать, уничтожить или разрушить. Тогда ящик будет разогреваться изнутри до тех пор, пока его наружная поверхность не достигнет температуры примерно 60 °C. При этой температуре ящик будет излучать тепло с той же скоростью, с которой фен его выделяет, и система будет находиться в равновесии.

Он теплее моих родителей! Теперь он – мои новые родители.

Температура, при которой будет достигнуто равновесие, может быть чуть меньше, если на ящик веет ветерок или если ящик стоит на влажной или металлической поверхности, которая хорошо отводит тепло.

Если ящик сделан из металла, он будет достаточно горячим, чтобы обжечь вашу руку, если вы положите ее на ящик дольше, чем на пять секунд. Если у нас деревянный ящик, то в течение некоторого времени на нем можно будет держать руку, но есть опасность, что те его части, которые соприкасаются с феном, рано или поздно вспыхнут.

Внутри ящик будет похож на духовку. Температура, которой он достигнет, зависит от толщины стенок: чем более толстые стенки у ящика и чем хуже они проводят тепло, тем выше будет температура. Понадобятся не слишком толстые стенки, чтобы создать температуру, при которой фен сгорит.

Но предположим еще раз, что наш вообще не поддается разрушению. И если уж у нас есть такая классная штука, как неразрушимый фен, было бы просто глупо ограничивать его мощность жалкими 1875 Вт.

Если наш фен будет потреблять (и излучать) в десять раз больше – 18 750 Вт, то температура поверхности ящика превысит 200 °C (это как сковородка на слабом огне).

Интересно, насколько нам хватит шкалы на переключателе.

Пока что на шкале пугающе много места.

Теперь поверхность ящика раскалилась до 600 °C – достаточно, чтобы она начала светиться красным.

Если наш ящик сделан из алюминия, ящик начнет плавиться внутри. Если из свинца, то он начнет плавиться и снаружи. Если он из дерева, то пожар вам обеспечен. Но совершенно неважно, что происходит вокруг фена, – сам-то он у нас не поддается разрушению.

Двухмегаваттного лазера достаточно, чтобы уничтожить летящую ракету.

При температуре 1300 °C ящик станет примерно таким же горячим, как жидкая лава.

Добавим-ка еще.

Фен, возможно, не предназначался для этого…

Теперь в ящик течет 18 мегаватт энергии.

Поверхность ящика достигла температуры 2400 °C. Будь он сделан из стали, она бы уже расплавилась. Если же наш ящик изготовлен из чего-то вроде вольфрама, то он сможет протянуть чуть дольше.

Еще чуть-чуть, и придется остановиться.

Мощности 187 мегаватт достаточно, чтобы ящик раскалился добела. Немногие материалы могут уцелеть в подобных условиях, так что придется предположить, что наш ящик тоже не поддается разрушению.

Пол превратился в лаву.

К сожалению, про пол этого не скажешь.

Предположим, что прежде чем ящик прожег пол насквозь, кто-то бросит рядом с ним воздушный шарик, наполненный водой. Струя пара немедленно вышвырнет ящик через входную дверь на улицу[26].

Так, теперь у нас тут 1875 гигаватт (я соврал, сказав, что мы остановимся). Если верить фильму «Назад в будущее», сейчас у фена достаточно мощности, чтобы он смог путешествовать во времени.

Ящик светится ослепительно ярко, и подойти к нему ближе, чем на несколько сотен метров, нельзя из-за сильного жара. Вокруг разрастается озеро лавы. Все, что находится в радиусе 50–100 метров, вспыхивает. Столб жара и дыма поднимается в воздух. Периодические взрывы газа под ящиком подбрасывают его в воздух, и там, где он приземляется, начинаются новые пожары и возникают новые озера лавы.

Но мы продолжаем поворачивать переключатель.

При мощности 18,7 гигаватт происходящее вокруг ящика начинает напоминать запуск космического корабля. Ящик бросают из стороны в сторону мощные восходящие потоки, которые он сам же и создает.

В 1914 году Герберт Уэллс описывал похожие приспособления в книге «Освобожденный мир»: бомба, которая вместо того, чтобы взорваться один раз, взрывается непрерывно – медленно разгорающийся ад, превращающий города в костры, которые невозможно потушить. Эта мрачная история предвосхищает развитие ядерного оружия 30 лет спустя.

Теперь наш ящик парит в воздухе. Каждый раз, вновь приближаясь к земле, он мгновенно разогревает поверхность, и стремительно расширяющийся раскаленный воздух снова подбрасывает его вверх.

Энергия 1875 тераватт сравнима с энергией взрыва склада динамита размером с большой дом, при этом склад продолжает взрываться ежесекундно.

В окрестностях ящика бушуют огненные бури – гигантские пожары, которые раздувает созданная ими же система потоков раскаленного воздуха.

Мы взяли новый рубеж: теперь фен, как ни невероятно это звучит, потребляет больше энергии, чем все остальные электроприборы на планете, вместе взятые.

Ящик, парящий высоко над поверхностью земли, каждую секунду излучает энергию, сравнимую с мощностью ядерного испытания «Тринити»[27].

К этому моменту дальнейший ход событий ясен. Эта штука будет летать по атмосфере, пока не уничтожит планету.

Давайте попробуем что-то изменить.

Переключим мощность на ноль, когда ящик будет пролетать над Северной Канадой. Быстро остывая, ящик начнет падать, пока в облаке пара не плюхнется в Большое Медвежье озеро.

А затем…

В данном случае это 11 петаватт.

Короткое отступление:

Официальный рекорд скорости объекта, созданного человеком, поставил зонд «Гелиос-2», который разогнался примерно до 70 км/с на орбите вокруг Солнца. Но возможно, что на самом деле этот титул по праву принадлежит металлической крышке люка весом две тонны.

Эта крышка закрывала шахту подземного ядерного полигона в Неваде во время испытаний в 1957 году. Когда в шахте был взорван заряд мощностью в одну килотонну, шахта превратилась, по сути, в ствол ядерной пушки, всей своей мощью вытолкнувшей вверх крышку люка. Камера, нацеленная на крышку, сделала только один кадр, прежде чем крышка исчезла из поля зрения, то есть она двигалась как минимум со скоростью 66 км/с. Эту крышку потом так и не нашли.

Так вот, хотя 66 км/с – это в шесть раз больше, чем вторая космическая скорость, маловероятно, чтобы крышка достигла космического пространства (что бы ни гласили по этому поводу разные популярные спекуляции). Расчеты показывают, что крышка либо была полностью уничтожена при столкновении с воздухом, либо в конце концов замедлилась и упала обратно на землю. Но если бы крышке все-таки удалось выйти с такой скоростью в космос, она смогла бы покинуть Солнечную систему лет через двадцать.

Когда мы снова включим фен, наш ящик, бултыхающийся в озере, переживет нечто аналогичное. Раскаленный пар под ним начнет расширяться, и когда ящик станет подниматься в воздух, вся поверхность озера обратится в пар. Пар, раскаленный потоком излучения до состояния плазмы, будет ускорять ящик все больше и больше.

Фотография из архива командира МКС Хэдфилда

Вместо того чтобы врезаться в плотный слой воздуха, как крышка от люка, ящик пролетит через сферу расширяющейся плазмы, которая окажет ему очень мало сопротивления. Затем выйдет из атмосферы и продолжит лететь, медленно угасая, превращаясь из второго солнца в тусклую звездочку. Да, большая часть Северо-Западных территорий Канады сгорит, зато сама Земля уцелеет!

Представьте, кое-кто все равно останется этим недоволен.