Всё о науке за 60 минут - Марти Джопсон

удобной для всех нас форме. Специальная жидкость, называемая хладагентом, в ряде трубок попеременно испаряется и охлаждается, а затем конденсируется и нагревается. Хладагент по сути делает то же самое, что и диэтиловый эфир. Испарение происходит в вертикальной пластине внутри холодильника. Хладагент превращается в газ в трубках этой пластины, забирая тепло из внутренней части холодильника. И именно так в нем рождается холод. Далее газообразный хладагент направляется к металлической решетке, расположенной сзади. Я уверен, вы знаете, о чем идет речь. Это такая проволочная решетка, которая вечно покрыта толстым слоем пыли. В ней еще иногда застревают мелкие предметы, которые падают за холодильник. Но самое главное – она всегда теплая на ощупь. Внутри ее трубок происходит обратный процесс. Хладагент конденсируется из газа обратно в жидкость и высвобождает запасенную последним энергию. Эта энергия высвобождается в виде тепла, которое рассеивается в воздухе за нашими холодильниками. Чтобы заставить эту систему работать, нужно всего лишь прокачивать хладагент по трубкам. При соединении трубок разных диаметров внутри герметичной системы создаются зоны высокого и низкого давления, и хладагент можно заставить испаряться и конденсироваться в конкретных местах. Со временем расположение трубок и используемые хладагенты, конечно, изменились, но принцип, лежащий в основе холодильных установок, не поменялся.

Итак, можно ли создать более эффективный холодильник? Сейчас есть и другие технологии, которые позволяют охлаждать, – например, основанные на эффекте Пельтье, с прямым преобразованием электричества в разницу температур. Но конкретно эти технологии подходят лишь для изготовления очень маленьких холодильных установок (скажем, процессоров в компьютерах). Если же вы хотите сделать свой холодильник более эффективным, есть несколько доступных идей. Во-первых, не открывайте его. Конечно, это не самый практичный совет, но все же помните: каждый раз, когда вы открываете холодильник, холодный воздух буквально вырывается из него и заменяется теплым. Во-вторых – и это уже гораздо более реально, – постарайтесь держать холодильник полным. Тогда при его открывании внутри будет меньше воздуха, который вырвется наружу. И наконец, совет для действительно увлеченных: вы можете повысить теплоизоляционные свойства холодильника с помощью полистирольных листов. Это поможет оградить холодильник от просачивания в него тепла и почти вдвое снизит энергопотребление устройства. Но имейте в виду: если решите последовать этому совету, убедитесь, что не закрываете теплую решетку в задней части холодильника. Иначе она не сможет выполнять свою работу по рассеиванию тепла.

Возможно, холодильник и его сверхмощный брат – морозильник – и не самые блестящие и впечатляющие из многочисленных изобретений человечества, но то, что они оказали и продолжают оказывать невероятно значительное влияние на наш рацион питания, не вызывает ни малейших сомнений.

Великая путаница единиц измерения энергии

По левую руку от меня лежит нераспечатанная пачка печенья с джемом и кремом. Информация о пищевой ценности, напечатанная на упаковке, говорит мне, что энергия, содержащаяся в одном печенье[6], составляет 75 ккал, что я интерпретирую как 75 килокалорий или 75 000 калорий. Однако тут же сообщается, что энергетическая ценность каждого печенья 312 кДж, или 312 килоджоулей. А в довершение всего – что в одном печенье 75 калорий. Как же все это понимать?

На самом деле все три единицы измерения, килокалории, килоджоули и калории, измеряют одно и то же – энергию. Официальной научной единицей измерения энергии является джоуль, как это определено Международной системой единиц. Эту единицу измерения назвали в честь очень образованного и умного человека – Джеймса Прескотта Джоуля. Беда в том, что энергия приходит к нам в самых разных формах, каждая из которых имеет свою единицу измерения. Например, единица электрической энергии – киловатт-час, а тепловой, содержащейся в газе, – терм. Единица механической энергии – лошадиные силы в час – и британская тепловая единица используются для определения энергетического потенциала автомобилей и систем отопления соответственно, но моя любимая единица энергии – восхитительный эрг. Эрг входил в систему «сантиметр-грамм-секунда», ныне уже ставшую историей. Эту систему в 1873 году ввела Британская ассоциация развития науки. К сожалению, когда ее заменили на гораздо более разумную систему «метр-килограмм-секунда», место эрга занял джоуль.

Если речь идет о продуктах питания, в настоящее время мы используем две единицы: калории и джоули. Первоначально количество энергии, содержащейся в пище, определялось примитивно: путем ее полного сжигания в закрытом контейнере и измерения сопутствующего повышения температуры в небольшом объеме воды. Вот откуда взялось понятие «калория». В 1824 году калорию утвердили в качестве единицы измерения тепла и установили величину одной калории: 1 калория эквивалентна тепловой энергии, необходимой для повышения температуры 1 грамма воды ровно на 1 °C. Таким образом, 1 килокалория может нагреть 1 000 граммов или 1 литр воды на 1 °C.

Однако в наши дни измерение пищевой энергии, или энергетической ценности, как правило, производится совсем не так. Если раньше сжигали саму пищу, то теперь в лабораториях сжигают результат экстракции отдельных компонентов (белков, жиров и углеводов) из продуктов питания. Это так называемая система Этуотера[7]. В соответствии с ней ученые сначала определяют по отдельности количество белков, жиров и углеводов в тестируемой пище. Затем рассчитывается энергия, содержащаяся в пище, с использованием средних значений энергии в белках, жирах и углеводах. Итак, мое печенье содержит 10 г углеводов по 4 ккал/г, что дает 40 ккал на одни лишь углеводы; 1 г белка с калорийностью 4 ккал/г и 3,4 г жира с калорийностью 9 ккал/г. Сложите все это, и у вас получится 74,6 ккал в одном печенье.

Тем не менее калория – довольно маленькая единица энергии. В большинстве порций пищи, которую мы едим, много тысяч калорий. Только в моем печенье 75 000. Получается, что проще измерять энергетическую ценность в килокалориях и просто заменять термин «килокалория» понятием «калория». Однако делается это без какого-либо последовательного подхода, и в результате возникает путаница. Вот почему на упаковке моего печенья указано одновременно и 75 калорий, и 75 ккал. Ну а еще больший сумбур вносит то, что приводится также энергетическая ценность в джоулях.

Само собой, было бы намного проще, если бы все пользовались одной единицей измерения. Но я не знаю, какую из них предпочел бы. Сидящий во мне ученый настаивает на джоулях. Но калория – гораздо более понятная всем нам единица измерения. Как бы то ни было, мы совершенно точно должны прекратить писать «калорий», когда имеем в виду «килокалорий». Учет калорий дает нам возможность узнать энергетическое содержание всей пищи, которую мы кладем в рот. И отсутствие такого учета порой очень плохо сказывается на нашем здоровье.

И все же я избегаю вопроса, который беспокоит меня больше всего. Пока я пишу