Мистер Томпкинс внутри самого себя - [17]

— Он образуется при использовании химической энергии, содержащейся в съеденной вами пище, и возвращает эту энергию, когда в этом возникает необходимость, в частности, когда вы намереваетесь совершить движение той или иной частью тела.

— Понимаю. АТФ — что-то вроде паровой машины или бензинового мотора, — заметил мистер Томпкинс.

— Оба эти устройства используют химическую энергию сгорающего топлива, а затем превращают ее в механическую энергию.

— В каком-то смысле вы правы, только живые организмы превращают химическую энергию в механическую гораздо более рационально, чем паровые машины. С незапамятных времен люди сжигали топливо, чтобы согреться и приготовить пищу. В этих случаях тепло, выделяющееся при горении, и есть то, что нужно людям. Для выполнения механической работы люди использовали свои собственные мышцы или мышцы одомашненных животных.

Согласно легенде, около двухсот лет назад Джеймсу Уатту, когда он наблюдал за подпрыгивавшей крышкой кипящего чайника, пришла в голову идея, как превратить тепло в движение. В технике началась новая эра. Ныне тепловые двигатели тянут поезда, толкают речные и морские суда, вращают валы генераторов энергии на гидростанциях, тепловых станциях и т.д.

— Но это не верно, — заметил мистер Томпкинс. — Разве я тоже тепловой двигатель? Ведь когда я выполняю физическую работу, я разогреваюсь и, извините, потею.

— Вы правы, — ответил Сент. — Когда питательные вещества из продуктов питания соединяются в ваших мышцах с кислородом, некоторое тепло в мышцах действительно выделяется, но к работе мышц это имеет косвенное отношение. Электрический мотор также нагревается отчасти из-за трения между деталями, отчасти из-за того, что при прохождении тока через проводники, в последних выделяется тепло, но работу производит электрический ток, а не это тепло. Птицы и млекопитающие научились использовать тепло, выделяющееся в их мышцах, что позволяет им поддерживать постоянную температуру тела, а это полезно во многих отношениях. Например, постоянная температура тела позволяет им сохранять активность зимой, когда другие животные, например, змеи и лягушки, впадают в оцепенение. В отличие от птиц и млекопитающих у таких «хладнокровных» существ при изменениях внешней температуры изменяется скорость протекания различных жизненных процессов. Рыба в океане, попав в теплые воды течения Гольфстрим, начинает плыть несколько быстрее. Используя это обстоятельство, один из моих друзей, как-то раз сконструировал прибор, который назвал «муравей-термометр». Устроен прибор был очень просто: плоское узкое кольцо, по которому круг за кругом бегал муравей. Чем теплее воздух, тем быстрее бежит муравей. Мой приятель, мог измерять температуру, засекая по секундомеру, за сколько муравей пробегает круг. Разумеется, надежным такой инструмент никак не назовешь, это скорее забавная игрушка.

Но вернемся к работе мышц. В 1824 году молодой французский военный инженер Сади Карно показал, что наибольший коэффициент полезного действия тепловых машин, т.е. доля имеющегося запаса тепла, превращаемая в механическую энергию, пропорционален разности температур между наиболее горячей частью машины, назовем ее «паровым котлом», и наиболее холодной ее частью, которую назовем «холодильником», или «стоком». Если паровой двигатель работает между точкой кипения воды и точкой замерзания льда, то максимальный коэффициент полезного действия, которого можно достичь, составляет всего лишь 27%. Так как разность температур внутри человеческого тела вряд ли превосходит 1 градус, если бы вы были тепловой машиной, то ваш коэффициент полезного действия не мог бы превышать 1%, и чтобы вы могли двинуть пальцем, вам понадобилось бы поглотить примерно в 30 раз больше пищи, чем вы съедаете теперь!

— А почему у тепловых машин такой низкий коэффициент полезного действия? — поинтересовался мистер Томпкинс. — Насколько я слышал, тепло — это движение молекул, образующих материальные тела. Разве энергия движения молекул, не та же, что энергия летящей пули?

— Ваш пример с пулей очень удачный, — сказал Сент. — Предположим, что у вас есть пуля, которая преспокойно лежит на столе, внутри нее существует сильнейшее молекулярное движение: частицы с большой кинетической энергией колеблются относительно их равновесного положения. Вы заряжаете ружье этой пулей и производите выстрел. К кинетической энергии теплового движения добавляется кинетическая энергия, полученная от сгорания пороха.

Но хотя обе эти энергии одного сорта, они, так сказать, по-разному организованы. В случае теплового движения молекулы движутся по всевозможным направлениям, и скорости их изменяются в широких пределах, тогда как дополнительные скорости, сообщенные всем молекулам при сгорании пороха, равны по величине и строго параллельны для всех молекул. В результате пуля летит прямо к цели. А когда пуля, попав в цель, останавливается, скорости движения, первоначально бывшие организованными, становятся неупорядоченными и добавляются к существовавшему еще до выстрела хаотическому тепловому движению. Пуля при этом нагревается.