Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами - [79]
▲ Использование воды в доме. Значения в диаграмме округлены. По данным Исследовательского фонда Американской водной ассоциации. Residential End Users of Water 1999 // US EPA, Indoor Water Use in the United States.
Вы можете легко понять важность воды в нашей жизни, всего лишь измерив ее объемы, которые расплескиваете вокруг себя. Средняя американская семья расплескивает, разливает, выпускает из кранов, смывает в туалете, превращает в пар около 1500 л воды ежедневно[264]. Вы наверняка воскликнете, что это невозможно! Но обычный домашний туалет сливает 12 л воды за раз, а какое-нибудь старье может превысить этот показатель и вдвое[265]. Даже экономичные стиральные машины на одну загрузку белья засасывают 35–50 л воды. Эти два важных домашних устройства выбирают почти половину ежедневно потребляемого объема воды. Полная ванна заглатывает около 100 л, на 5-минутный душ расходуется примерно столько же[266]. Оказывается, четырем людям нужно совсем немного времени для того, чтобы слить, истратить, спустить или использовать в душе около 80 ведер воды.
Мы очень любим воду. Когда официант приносит графин оксида водорода к вашему столу в ресторане, вы торопитесь наполнить свой стакан и тут же стукаете им о стол, требуя повторения. Что может быть чище, более жизнеутверждающе, чем вода? Однако, как мы узнаем из следующей главы, мы используем ее и для стирки одежды, потому что она прекрасный растворитель для множества химических соединений. На практике всё это означает, что «чистой воды» не существует. Даже водопроводная вода, которая считается чистой, полна растворенных в ней минералов (и много чего еще, о чем мы сейчас говорить не будем). Запасы воды на Земле ограничены и полностью возобновляемы. Каждый раз, когда вы пьете воду, вы проглатываете молекулы, которыми в свое время пописали Исаак Ньютон, Альберт Эйнштейн и все другие великие ученые[267].
Мы с удовольствием трем тело мочалкой с мылом и водой и схожим способом стираем нашу одежду, хотя могли бы использовать и иные методы. Одежду можно, например, чистить всухую, а принимать душ – с помощью нетоксичных химических веществ. Мы могли бы принимать и душ из тонкого песка так же, как реставраторы отчищают от вековой патины средневековые соборы. Мы могли бы начисто вылизывать себя, как кошки и коровы. Почему же мы этого не делаем? Потому что вода и мыло недороги, есть в изобилии и очень эффективны. Если исключить влажные салфетки (которые содержат мыльные растворы), я не могу припомнить ни одного другого способа очищения человеческой кожи, кроме воды и мыла. Экономическая отдача от изобретения каких-то других способов могла бы быть колоссальной (представьте себе, что удалось бы придумать ткань, которая за 30 секунд обтирания перед работой делала бы ваше тело чистым до скрипа и придавала ему медовый запах), но вряд ли современным изобретателям это придет в голову. А все потому, что пока мы воспринимаем воду как должное. Она подходит нам для всех наших нужд.
Согревающая вода
Когда вы раздеваетесь в старой холодной ванной, то хотите сразу согреться в горячей воде. Как мы видели в главе 2, вода обладает большой теплоемкостью. Чтобы нагреть литр воды на один градус, нужно больше энергии (примерно 4200 Дж), чем для нагревания на ту же температуру любого другого вещества. Причина в том, что молекулы воды состоят из очень легких атомов (атомы водорода вообще самые легкие, а атомы кислорода занимают в периодической таблице восьмое место), поэтому в воде больше молекул, чем в любом другом веществе. Каждая из них может поглотить определенное количество энергии, начав активные вибрации и движения. Так что большую теплоемкость воде придает именно огромное количество молекул.
И какова же она? Представьте себе, что вы наполнили чайник примерно литром воды, а затем (если бы это было возможно) отлили такой же чайник из цельного железа. Оба поставили на плиту и нагревали бы в течение какого-то времени, чтобы они поглотили одинаковое количество энергии. Вода в первом чайнике закипит. А что станет со вторым? Он, конечно, не расплавится, но станет очень горячим. Его температура достигнет 700 °C[268]. Тот факт, что нагревание воды требует такого огромного количества энергии, делает ее прекрасным средством для транспортировки тепла. Именно поэтому, когда вы сидите в теплой ванне и размышляете о научной природе воды, вода бурлит в батарее отопления на противоположной стороне ванной комнаты. Она делает ванную теплой и уютной.
Вообще-то очевидной причины, по которой батареи центрального отопления заполнены водой, не существует. Точно так же они могли бы быть заполнены каким-нибудь маслом или газом. Это могли бы быть даже сплошные металлические стержни, которые переносили бы тепло из комнаты в комнату путем теплопередачи. Но такая система отопления просто не работала бы так же эффективно, как водяная. Представьте себе металлический стержень, который следовал бы по вашим комнатам причудливыми изгибами примерно по тому же пути, по которому проложены трубы центрального отопления
