Дэвид Джоунс - Изобретения Дедала

New Scientist, April 5, 1979

Первоначально я планировал сконструировать нечто вроде плавучей теплицы. Мне представлялся покачивающийся на волнах застекленный купол — крышка гигантской столовой масленки, — удерживающий под собой большой объем воздуха. Лучистая энергия Солнца, проходящая под купол, накапливается там за счет «парникового эффекта» — в результате температура воздуха под куполом повышается. При температуре окружающей воды 10°С (давление водяных паров 1230 Н/м2) вода под куполом может нагреться до 40°С (давление водяных паров 7370 Н/м2); разность давлений будет достаточна, чтобы обеспечить плавучесть и движущую силу корабля-смерча. Поскольку в резервуаре-накопителе с зачерненным (для увеличения поглощения) дном вода может быть нагрета солнечными лучами почти до кипения, мои допущения представляются весьма скромными. Для еще большего поглощения солнечной энергии воду под куполом можно было бы подкрасить чем-нибудь вроде сепии (чернил каракатицы). Движение вперед осуществлялось бы за счет реактивной тяги, возникающей при снижении существующего под куполом избыточного давления с помощью отверстий, открывающихся с соответствующей стороны купола. Получается очень славный «солнечный кораблик», у которого полностью отсутствуют движущиеся части и весьма мала площадь смоченной поверхности. Однако подобная конструкция не лишена недостатков. Во-первых, необходимо постоянно следить за тем, чтобы количество выпускаемого из-под купола воздуха было сбалансировано со скоростью испарения воды — иначе купол заполнится водой и затонет. Во-вторых, даже очень широкий и приземистый купол окажется, по-видимому, неустойчивым, и чтобы избежать его опрокидывания, потребуется установка дополнительных поплавков по его периметру. В-третьих, эффективность такого способа передвижения очень невысока. На поверхность купола, представляющего собой в плане квадрат со стороной 100 м, падает до 104 кВт мощности солнечной энергии, однако при столь малой разности давлений кпд реактивного двигателя едва ли достигнет 1%. В результате его мощность не превысит 100 кВт и вряд ли будет достаточна для перемещения такого гиганта. Очевидно, реальный солнечный корабль должен использовать солнечную энергию с гораздо большей площади морской поверхности, чем покрывает его собственная поверхность.

Хороший пример в этом отношении дает нам парусный корабль. Он передвигается за счет ветра, возникающего вследствие конвекции воздушных масс над миллионами квадратных километров океанской поверхности [5]. А нельзя ли создать «собственный», локальный, ветер, который приводил бы корабль в движение? В своей чрезвычайно разумной статье Дж. Бернал (The Scientist Speculates, ed. I. J. Good, Heinemann, 1961, p. 17) указывает, насколько важным открытием было изобретение печной трубы, и отмечает, что влажный воздух быстро поднимается по трубе не столько потому, что он горячий, сколько в силу повышенного содержания влаги: молекулярная масса воды (Мводы=18) существенно меньше эффективной молекулярной массы воздуха (Mвозд=29). Таким образом, труба, всасывающая влажный воздух над поверхностью моря и направляющая его вверх, создает в окружающем пространстве локальный устойчивый поток воздушных масс, т. е. локальный ветер. Самый простой способ использовать энергию вертикальной тяги — установить внутри трубы турбину. Тут я вспомнил, как смерч ускоряет медленное кориолисово вращение воздушных масс вследствие того, что засасывает воздух с большой площади и подтягивает воздушную массу к оси вращения. В соответствии с законом сохранения момента количества движения по мере приближения к оси вращения угловая скорость воздушных частиц быстро растет. Дальнейший ход мыслей очевиден.

Магнитные монополи

Как и многим физикам, Дедалу не дает покоя отсутствие симметрии между магнитными полюсами и электрическими зарядами. Уравнения электродинамики полностью симметричны; тем не менее изолированные магнитные полюсы (монополи), по-видимому, не существуют, тогда как разделить положительные и отрицательные электрические заряды удается без труда (если же вы попытаетесь разделить полюсы магнита, распилив его пополам, то получите два магнита, каждый из которых по-прежнему имеет два полюса — северный и южный). По мнению Дедала, прежде всего следует понять, куда мог бы направиться монополь, если его предоставить самому себе. Ясно, что он станет двигаться вдоль силовых линий земного магнитного поля и зароется в землю у Северного (или Южного) магнитного полюса Земли. Поэтому Дедал пытается раздобыть средства на организацию геологической экспедиции, оснащенной снегоходами и буровыми установками, которая отправится на поиски подземных кладовых магнитных монополей. Монополи, если их удастся найти, послужат основой для идеальных электродвигателей постоянного тока, поскольку монополь станет безостановочно крутиться вокруг любого проводника, по которому течет электрический ток.

Придется только принять меры, чтобы нечаянно не упустить его.

New Scientist, December 3, 1964

Года через четыре после публикации этой заметки меня позабавила статья (Science Journal, Sept. 1968, p. 60), в которой Г. Г. Кольм из лаборатории магнитных явлений Массачусетского технологического института описывал свои геологические поиски магнитных монополей — пока что безуспешные.

Возможность существования естественных магнитных монополей продолжает обсуждаться в ученой среде. Дедал, уже придумавший для монополей множество полезных практических применений, предлагает способ искусственного получения однополюсных магнитов. Представьте себе стальной шар, разрезанный на секторы; каждый сектор намагничивается так, чтобы его наружный конец был северным полюсом, а внутренний — южным. Если теперь собрать секторы в шар, то находящийся в центре южный полюс будет полностью экранирован остальной массой магнита — получится самый настоящий сферический «северный» монополь. Стоит его отпустить, как он устремится на север, к самому полюсу, если только на его пути не попадется проводник с током, — тогда монополь начнет вращаться вокруг него (образуется простейший электродвигатель постоянного тока).

Вначале Дедал предполагал использовать взаимное отталкивание монополей для создания транспорта на магнитной подвеске. С этой целью намагниченные цилиндрические секторы собираются в трубу, и две такие трубы укладываются параллельно одна другой. Сферический монополь будет устойчиво парить над ними (на концах пути «рельсы» можно замкнуть перемычкой, чтобы предотвратить рассеяние магнитного потока).

 Но затем Дедал сообразил, что вследствие взаимного отталкивания свободные монополи должны вести себя подобно молекулам газа, — соударяясь со стенками сосуда, в котором они заключены, они будут создавать давление в сосуде. Это позволяет сконструировать гораздо более простой аппарат на магнитной подвеске, удерживаемый над опорной поверхностью давлением монопольного «газа», который содержится под аппаратом в ограждении из медной сетки.

Такая совершенная подвеска не только не потребляет энергии и не создает шума, как обычные аппараты на воздушной подушке или магнитной подвеске, но и обеспечивает постоянную тягу, направленную на север. Бесшумные, чистые, стремительные экспрессы на монопольной подвеске помчатся по магистралям, проложенным вдоль магнитных меридианов (не следует только располагать на их пути линии передачи постоянного электрического тока, ибо они нарушат нормальную траекторию движения). На конечных станциях будет создан запас монополей нужного знака, а отработавшие мо-нополи транспортируются обычным локомотивом на конечную станцию для повторного использования. Сложности возникнут только при разъезде поездов, везущих монополи.

New Scientist, September 10, 1970

Подобный способ изготовления монополей был впоследствии сурово раскритикован (Wireless World, Dec. 1978, p. 67; Sept. 1979, p. 82). 

Средство от износа

Йодная лампа накаливания — остроумнейшее изобретение с точки зрения химии. Как и во всех лампах накаливания, ее нить накала постепенно испаряется, однако пары вольфрама быстро реагируют с иодом, содержащимся внутри колбы. Получается йодистый вольфрам — соединение, которое разлагается при высокой температуре: таким образом, как только молекула йодида попадает на нить накала, на ней осаждается вольфрам.

Принцип действия йодной лампы накаливания

а. Атомы вольфрама испаряются с горячей нити накала.

б. Атомы вольфрама реагируют с молекулами йода: образуется йодистый вольфрам.