Холодильник Эйнштейна

Сложно переоценить его важность для человеческого прогресса и благосостояния. Значительно увеличив время безопасного хранения и транспортировки продуктов, холодильник привел к самому значительному улучшению человеческого питания с тех пор, как наши доисторические предки открыли, что термическая обработка пищи убивает бактерии. Теперь мы питаемся более безопасной и здоровой пищей, чем когда-либо ранее, а кроме того, охлаждение играет важнейшую роль в широком распространении вакцин, которые спасают миллионы людей от преждевременной смерти и болезней. Паровой двигатель часто называют изобретением, которое стало катализатором Промышленной революции, но холодильник не сильно уступает ему по значимости.

Консервирующие свойства холода были известно давно, но лишь в начале XIX века “заготовка льда” превратилась в международный бизнес. Фредерик Тюдор, бостонский “Ледяной король”, по завершении Войны за независимость стал одним из первых американских миллионеров, поставляя лед из Новой Англии на Карибские острова, в Европу и даже в Индию. На пике развития отрасли в американской торговле льдом работало около 90 тысяч человек. Норвегия экспортировала миллион тонн льда ежегодно, добывая его в системе искусственных озер.

Но можно ли производить лед? Многие совершали такие попытки, надеясь использовать тот факт, что жидкости при испарении оказывают охлаждающий эффект. В конце концов, именно поэтому мы потеем. В 1750-е годы многие, включая Бенджамина Франклина, обратили внимание, что если при комнатной температуре испаряется диэтиловый эфир, который использовался в качестве растворителя, то окружающая среда охлаждается сильнее, чем если в тех же условиях испаряется вода.

Лишь век спустя появились машины, в которых этот эффект стал применяться в промышленном масштабе. Одна, сконструированная в Австралии эмигрантом из Шотландии Джеймсом Харрисоном, который явно изнывал от жары на новом месте жительства, производила в день по несколько тонн льда. Такие устройства, ставшие предками современных холодильников, с помощью энергии пара прокачивали жидкость по спирали трубок, охватывающих резервуар с водой, которая превращалась в лед по мере испарения идущего по трубкам эфира.

Первые холодильники приобретали пивоварни, которые тем самым оставляли очередной след в истории физики. Брожение лагера проходит при температуре около 0 °C, а доступность искусственного льда позволяла варить такое пиво даже жарким летом. В 1870-е годы, когда Джозайя Уиллард Гиббс писал статьи по термодинамике, первые корабли, оснащенные механическими холодильниками, или рефрижераторные суда, стали перевозить замороженное мясо и птицу через Атлантику. В похоронных бюро системы искусственного охлаждения стали использовать для замедления разложения трупов.

Как и прежде, когда появились паровые машины, пионеры охлаждения не уделяли особого внимания физике, лежавшей в основе работы их изобретений. Но впоследствии — опять же как с паром — ситуация изменилась. Физика и техника объединились, когда за дело взялся немецкий ученый, инженер и предприниматель Карл Линде. Рожденный в Баварии в 1842 году, он изучал инженерное дело в Швейцарском федеральном технологическом институте, где среди его преподавателей был один из отцов-основателей термодинамики Рудольф Клаузиус. Затем Линде переехал в Мюнхен, где стал профессором на кафедре машиностроения в Высшей технической школе. (У него учился Рудольф Дизель.)

Линде направил свой талант и знание термодинамики на изучение принципов охлаждения. К 1875 ^Г°ДУ ^он использовал термодинамические диаграммы вроде тех, что предложил Гиббс, чтобы повышать эффективность холодильников. Теоретически эти диаграммы показывают поведение любого вещества при нагревании и охлаждении, и Линде с большим успехом экспериментировал с такими химическими соединениями, как аммиак. В 1879 году ^он оставил преподавание и основал в Висбадене “Компанию Линде по производству холодильных машин”. Его машины были гораздо лучше, чем машины конкурентов, и за десять лет он продал 12 ооо аппаратов в родной Германии и около 750 — в Америке, в основном обеспечивая пивоваров. В 1892 году владельцы дублинской пивоварни “Гиннесс” поинтересовались, может ли Линде поставить им жидкий углекислый газ, чтобы сделать пивную пену плотнее. Это подтолкнуло Линде изучить сжижение воздуха, и он преуспел в этом, достигнув температуры ниже -140 °C. Это, в свою очередь, позволило в промышленных масштабах производить чистый кислород и азот. Массовая электрификация домов в начале XX века сделала домашние холодильники реальностью.