Парадокс теплообміну

Парадокс теплообміну — несподіване з буденної точки зору явище в термодинаміці, яке полягає в тому, що при використанні теплообмінника можна отримати парадоксальний ефект і речовина, що нагрівається, матиме температуру вище, ніж речовина, від якої було відібрано тепло, без енерговитрат іззовні.

Найпростіший теплообмінник типу «труба у трубі»

Історія

Зазначений парадокс наводиться у книзі В. М. Ланге як завдання з молекулярної фізики та теплоти. Там же наводиться розв'язок даного феномена^[1]. Суть розв'язку полягає в тому, що від рідини, що нагрівається, відділяється невелика частина і приводиться в тепловий контакт із охолоджуваною рідиною. Після настання теплового балансу між цією частиною й охолоджувальною рідиною вона^[хто?] знову від'єднується і поміщається окремо. Потім наступна частина відділяється від рідини, що нагрівається, і вступає в тепловий контакт із охолоджувальною рідиною (вже трохи охолодженою на попередньому етапі). Це повторюється кілька разів. В результаті такого теплообміну «по частинах» кінцева температура рідини, що нагрівається, буде вище кінцевої температури охолоджувальної рідини.

Інші варіації даного феномену включені до «золотого фонду» елементарної фізики^[2].

Застосування

Дане явище знайшло широке застосування в теплотехніці, зокрема при створенні та використанні теплообмінників. Вперше даний ефект 1857 року використав Карл Вільгельм Сіменс у своєму поршневому детандері (хоча й не дуже вдало), що було істотним внеском у загальний розвиток низькотемпературної техніки^[3][4]. Пізніше Петро Капіца використав теплообмін у зустрічних потоках у кріогенній установці, де ефективність теплообмінника досягла 92 %^[5].

Примітки

1. В. Н. Ланге. Физические парадоксы, софизмы и занимательные задачи. Москва, 1967, с. 35, 110—111.
2. Московский физический центр. «Задачи и парадоксы». Архів оригіналу за 29 квітня 2014. Процитовано 24 травня 2019.
3. Н. Н. Агапов. Природа. № 4, 1994
4. Charles William Siemens, «Improvements in refrigerating and producing ice, and in apparatus or machinery for that purpose», British patent no. 2064 (filed: July 29, 1857).
5. П. Л. Капица. Адиабатический метод ожижения гелия // УФН, т. 16, вып.2, 1936 (с. 152)

́