100 знаменитых изобретений - Владислав Пристинский

Несмотря на большое разнообразие продуктов в нашем рационе, хлеб остается важнейшим из них, и поговорка «хлеб всему голова» и поныне сохраняет свою актуальность.

Холодильник

На севере с незапамятных времен пользовались и продолжают пользоваться до сих пор вечной мерзлотой для замораживания и хранения мяса, рыбы, жира и других продуктов. Там, где не было вечной мерзлоты, лед собирали зимой и хранили до лета в норах, вырытых в земле, пещерах или кучах, засыпанных сверху землей.

Сложнее было получить и сохранить холод в жарких странах, где не было ни льда, ни снега. Их можно было добыть лишь в горах на большой высоте. Несмотря на большие расстояния – сотни километров, лед доставляли к потребителю. Александр Македонский во время Персидского похода (330 г. до н. э.) при осаде города Петры велел сделать 30 погребов со снегом, в которых хранилось охлажденное вино для его воинов.

В Древнем Риме широко применялись привозимые с Альпийских гор снег и лед. Император Нерон приказывал охлаждать кипяченую воду, помещая сосуды в снег. Простые римляне просто смешивали напитки со снегом. Римский император Гелиогабал, правивший в III в. н. э., приказал насыпать в своем саду большие горы из снега, чтобы ветер в жаркую погоду разносил прохладу. Таким образом, Гелиогабал первым реализовал на практике кондиционирование воздуха. К этой идее вернулись спустя более чем 1500 лет – в XIX в., но лишь в закрытых помещениях.

В Средневековье использование льда, перевозимого на далекие расстояния, было популярно, несмотря на трудности. Халиф Махди в VIII в. организовал регулярную доставку льда на верблюдах из Ливана и с гор Армении в Мекку. Один из его наследников применил охлаждение своей резиденции, поместив лед между двойными стенками.

Для уменьшения потерь от таяния при перевозке льда и снега арабы придумали специальные двустенные ящики: промежуток между стенками заполнялся войлоком. Это были, по существу, первые образцы низкотемпературной тепловой изоляции. Многие столетия природный лед оставался основой для получения холода в теплое время года во всех странах, где можно было создать его запасы. Лед не потерял своего значения и сейчас, несмотря на последующее развитие средств охлаждения.

В начале XIX в. Томас Мур, инженер из американского штата Мэриленд, собственноручно построил прототип кухонного ледника. Томас Мур занимался поставкой сливочного масла в Вашингтон. Специального транспорта для этого не было, а доставлять масло в столицу надо было свежим. Тогда Мур соорудил для своего товара сосуд из тонких листов стали, обернул его кроличьими шкурками и поместил в бочку из кедровой клепки. Сверху он насыпал лед. Свое изобретение он назвал «рефрижератор», оформив заявку в патентном ведомстве.

Во второй половине XIX в. во многих домах в Америке, Европе и Австралии появились домашние ледники, имевшие вид кухонных шкафов. Теплоизоляцией служил уже не мех, а пробка и опилки. Над камерой для продуктов или под ней был отсек для льда. Талую воду через кран спускали в поддон. Проблема заключалась в том, что температура таяния льда О °С. Для хранения большинства продуктов, особенно скоропортящихся, этого маловато. Пользуясь древним рецептом, ко льду добавляли соль. Расход льда значительно увеличился. Его приходилось заправлять в домашние ледники по нескольку раз в неделю.

Сейчас использование природного льда из-за мощной конкуренции со стороны современной холодильной техники почти сошло на нет. Тем не менее, в странах, где зимой много льда, древняя технология еще живет и даже расширяется, ведь добывание, хранение и использование природного льда дешевле, а главное – экологически безвредно.

Параллельно с «пассивным» зародилось новое, «активное», направление в получении холода. Из первых удачных решений путем длительной эволюции и родилась современная низкотемпературная техника.

Поставка снега и льда на далекие расстояния была слишком дорогим удовольствием, доступным лишь очень узкому кругу богатых людей. Более важной, особенно в жарких странах, была потребность в охлажденной воде, получаемой на месте и без больших затрат. Для этого не годился пассивный способ охлаждения внешним холодом ввиду его отсутствия. Был необходим другой, активный способ охлаждения – без применения снега или льда. И он был придуман. Его идея состояла в том, чтобы заставить саму воду себя охлаждать.

Это сделали древние египтяне еще за 2500 лет до н. э. На сохранившихся фресках того времени изображены рабы, которые большими веерами обмахивали сосуды с питьевой водой. Если использовать для этого обычные кувшины, то нельзя получить воду, более холодную, чем окружающий воздух. Однако сосуды были пористыми. Часть воды, просачиваясь через поры, испарялась на поверхности кувшинов, охлаждая ее. Обдувание сухим воздухом ускоряло этот процесс. В результате, оставшаяся в сосудах вода охлаждалась ниже начальной температуры. Этот способ подсказал, по-видимому, повседневный опыт: увлажненная поверхность тела на ветру охлаждается.

В Индии вплоть до XX в. использовалось испарительное охлаждение, но в сочетании с другим процессом, делавшим его еще эффективнее. Плоские керамические открытые сосуды, напоминающие по форме большие сковороды, наполнялись водой и помещались на соломенные подстилки, уложенные на дне неглубоких траншей, вырытых в грунте. В ночное время при ясном небе вода в плоских сосудах настолько охлаждалась, что иногда покрывалась коркой льда. Частично охлаждение объяснялось испарением воды, но главная причина была в тепловом излучении с поверхности воды.

Несколько позже, чем испарительное охлаждение, был изобретен и другой способ охлаждения – посредством смешения, точнее, его можно назвать растворением. Первое краткое упоминание об открытии, лежащем в его основе, содержится в индийской рукописи «Панкатантрам». Оно гласит: «Вода охлаждается, если в нее добавляется соль». Основанный на этом способ получения льда описан арабским писателем Ибн-Аби-Усабия в XIII в.

К XVI в. в Европе было уже широко известно растворение селитры в воде для охлаждения напитков. В частности, охлажденной таким способом водой поили рабов-гребцов на галерах. В 1550 г. вышло даже специальное научное сочинение испанского врача Блазиуса Виллафранка. Это первое из известных практических руководств по холодильной технике. В его названии были слова «Methodus refrigerandi» (методы охлаждения). Там, в частности, сказано, что такой способ охлаждения воды и вина широко известен и применяется горожанами в домашнем хозяйстве. Вскоре был сделан и следующий шаг: было установлено, что смешение селитры со снегом позволяет получать значительно более низкие температуры. Впервые этот способ был описан в труде неаполитанца Баптисто Порта «Madia Naturalis» (1589 г.). Неаполитанский врач Латинус Танкредус в 1607 г. писал о быстром замораживании воды в сосуде, помещенном в такую смесь.

Охлаждающие смеси в дальнейшем сыграли существенную роль в развитии исследований в области низкотемпературной физики и техники. По существу, они вплоть до середины XIX в. оставались основным средством охлаждения в экспериментальных работах.

Говоря о развитии холодильной техники, необходимо вспомнить, как люди научились получать искусственный лед.

Первое исторически достоверное известие о полностью искусственном получении льда из воды относится к 1775 г., когда В. Гюллен, откачивая насосом пар из-под стеклянного колпака, внутри которого находился сосуд с водой, получил в последнем лед.

В XVIII в. были открыты два различных способа получения низких температуры – сначала для замораживания воды, а впоследствии и для холодильных машин общего назначения. Первый из них связан с испарением жидкости, второй – с расширением воздуха, сопровождаемым производством внешней теплоты. Сначала оба эти способа развивались независимо друг от друга. Так было примерно до 60-х годов XIX в., когда холодильные машины стали выпускать массово и для разнообразных целей.

О первых попытках создать воздушные холодильные машины, работающие на сжатом воздухе, сохранились лишь отрывочные сведения. Так, в 1755 г. немец Хоэль в Хемнице (Австро-Венгрия) получил охлажденный воздух в результате его расширения. Примерно такие же исследования провел в 1771 г. в Швеции уроженец Мекленбурга Вильке.

Одновременно шло изучение охлаждения воздуха и других газов при расширении. Этим вопросом занимались Эразм Дарвин (дед Ч. Дарвина), Д. Дальтон и Гей-Люссак. Наконец в 1824 г. Сади Карно ввел понятие об обратном (холодильном) газовом цикле. Изучение этого вопроса продолжали Д. Гершель в 1834 г., а затем В. Сименс и А. Кирк в 50–60-е годы XIX века.

Работы по созданию действующих образцов воздушных холодильных машин между тем продолжались и вышли на уровень, позволяющий применить их на практике. Есть сведения, что изобретатель паровых машин англичанин Р. Тревитик в конце 20-х годов XIX в. сделал несколько образцов машин, предназначенных для охлаждения воды и превращения ее в лед. Принцип их действия заключался в том, что сжатый и затем охлажденный до температуры окружающей среды воздух выпускался в воду и, расширяясь там, охлаждал ее до выделения льда. Однако дальше опытов дело не пошло.