Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами - [68]

. Часто к его названию прибавляют «замороженный дым» из-за его внешнего вида. Аэрогели настолько эффективны в удержании тепла, что, по словам главного эксперта НАСА по этим веществам доктора Питера Цоу: «Если обычный дом с двумя-тремя спальнями теплоизолировать при помощи аэрогеля, то вы можете отапливать помещение всего одной свечой. Однако в конце концов в таком доме всё равно станет слишком жарко»[224]. К сожалению, хотя аэрогели в 10 раз эффективнее воздуха при теплоизоляции различных объектов, они намного более хрупкие, чем стекло. Поэтому, скорее всего, пройдет немало лет, прежде чем эти материалы получат широкое применение в строительстве. Пока же архитекторы делают ставку на менее амбициозную, но более практичную технологию сохранения тепла в домах, которая получила название Passivhaus Standard. Она была разработана в Германии в 1990-х и основана на методиках предотвращения утечек теплого воздуха из отапливаемых жилищ. Технология Passivhaus сокращает расходы на отопление в среднем в 5–10 раз. При ее применении счета за отопление типового семейного дома могут составлять около 38 долл. в год[225].

Звучит впечатляюще, но мы пока новички в том, что касается сохранения тепловой энергии. Достаточно посмотреть на северного овцебыка, чтобы убедиться, насколько умнее природа, чем мы, в борьбе за сохранение тепла. Огромные запасы минерального топлива вроде угля, газа и нефти сделали нас ленивыми и равнодушными, но растущая стоимость энергии (из-за неизбежного сокращения естественных запасов ее источников, роста населения планеты и возрастающего беспокойства по поводу изменений климата) заставит нас уже в ближайшее время всерьез задуматься о том, что мы могли бы сделать для более эффективного сохранения тепла и прохлады в жилищах.

Почему греются и требуют охлаждения компьютеры?

Компьютеры (во всяком случае их процессоры) не имеют движущихся частей. Это не заводские станки и не реактивные двигатели, не тормоза велосипедов и не электрические дрели. Люди могут гадать, как они генерируют тепло, но стоить вам положить руку рядом с перфорированным выходом, через который «охлаждающий» вентилятор (кулер) гонит воздух из компьютера, как вы сразу почувствуете тепло. Поместите ноутбук на колени, и через несколько минут вы почувствуете, будто их поджаривают в тостере. Если бы вы проверили внутреннюю температуру компьютера, то перестали бы этому удивляться. Два моих ноутбука имеют встроенные термометры, которые нередко показывают 90–100 °C. Ничего себе! А ведь единственной движущейся частью в ноутбуках является как раз вентилятор.

Звучит странно? Если компьютеры всего-навсего гоняют числа туда-сюда, то почему они так разогреваются? Ответ – в законах термодинамики. Электропитание ноутбука обычно осуществляется напряжением 20 вольт и силой тока 5 ампер. Следовательно, ежесекундно в него поступает около 100 Дж в виде электрической энергии (мощность электрического устройства – напряжение, умноженное на силу тока). Первый закон термодинамики гласит, что вся поступающая в компьютер энергия должна куда-то расходоваться. В случае с ноутбуком, за исключением той ее части, которая заставляет светиться экран и работать динамики, почти вся энергия превращается в тепло. Если почти 100 Дж энергии выходят из компьютера в виде тепла, то это достаточно много – столько же, сколько тепла дает удивительно неэффективная в смысле потребления электроэнергии 100-ваттная лампа накаливания. Именно поэтому компьютер нагревается, и именно поэтому вашим коленям становится жарко, если на них расположился ваш ноутбук.

Откуда берется это тепло? В большинстве своем – от столкновений электронов в цепях компьютера. Эти электроны ведут себя как люди на улице в часы пик. Энергия создается за счет сопротивления электрической цепи. Каждый ее сегмент работает как маленький элемент в лампе накаливания, нагревая небольшую поверхность. Современные компьютеры состоят из миллионов микроскопических деталей (транзисторов), размещенных на небольших интегральных схемах размером с марку. Тепловой энергии нелегко покинуть это запутанное пространство[226].

Компьютеры грелись всегда и будут греться. Классическая вычислительная машина Harvard Mark I, частично электрическая, частично механическая, созданная в 1940-х, имела 800 км проводов, каждый сантиметр которых генерировал тепловую энергию. Как мы видели в главе 12, гораздо более сложная ЭВМ ENIAC, первый настоящий электронный компьютер, потреблял столько же электроэнергии, как 60 тостеров. Знаменитый стационарный суперкомпьютер Cray-1[227], созданный на рубеже 1980-х, имел такую плотную схему компоновки, что нуждался в собственном «холодильнике», с помощью которого специальная охлаждающая жидкость (Fluorinert) обращалась по замкнутому контуру внутри корпуса, предотвращая перегрев.

Блогеры любят нахваливать современные компьютеры, утверждая, что те экологически чистые и малоэнергоемкие. iPhonе и планшеты потребляют очень мало электроэнергии и состоят из значительно меньшего числа деталей[228]. Но это не вся правда. Во-первых, компьютерных устройств разных типов сейчас намного больше, чем раньше. Когда-то существовал только ENIAC, а сейчас только корпорация Apple уже выпустила более полумиллиарда штук только iPhone