Внимание!
18+
Этот материал предназначен лишь для тех, кто старше 18 лет.
Нет, спасибо Да, мне уже есть 18
ВВЕРХ ПО СТУПЕНЯМ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ШКАЛЫ
как термоконтроль меняет мир: от IQOS до аэрокосмических технологий
Вспомним понятие фазового перехода из курса физики: при нагреве или охлаждении вещество долгое время ведет себя довольно предсказуемо, но, достигнув определенных температурных значений, стремительно преображается. Вода закипает, железо плавится, в термоядерном реакторе вещество переходит в состояние плазмы. То есть температурная шкала — это не ровная линия, а скорее лестница. И успехи цивилизации в значительной степени связаны со способностью человека контролировать температуры на разных ее ступенях. «Сноб» вместе с брендом IQOS предлагают вспомнить, какие возможности открыл нам термоконтроль
на правах рекламы
27.11.2020
Самая нижняя ступенька лестницы. В нашей Вселенной невозможно охладить вещество ниже этого значения: по мере приближения к нему движение атомов замедляется и стремится к полной остановке. Строго говоря, абсолютный нуль недостижим, но вблизи него некоторые вещества приобретают удивительные свойства, например, такие как сверхпроводимость. Она позволяет создавать очень сильные магнитные поля, которые применяются в ускорителях частиц, аппаратах МРТ, поездах на магнитной подушке. В будущем сверхпроводимость сделает реальностью квантовые компьютеры и поможет более эффективно передавать электроэнергию на расстояние. Сверхнизкая температура в этих устройствах поддерживается, как правило, с помощью жидкого гелия.
При каждом понижении температуры на 10°C скорость химических реакций снижается примерно вдвое. Это означает, например, что после года хранения овощей при −18°C в них сохраняется на 80% больше витаминов, чем при −12°C. Если опустить температуру еще ниже, разрушение витаминов замедлится еще сильнее. Почему же температура в морозилке, как правило, установлена на −18°C? Это значение было выбрано как компромиссное с точки зрения сохранения качества хранимых продуктов и расхода электроэнергии, которая требуется для поддержания низкой температуры. Кроме того, −18°C (точнее, −17,8°C) — это ноль по шкале Фаренгейта, которая до середины ХХ века была распространена во всем англоязычном мире.
За ноль в шкале Цельсия принята температура, при которой происходит важный фазовый переход воды из твердого состояния в жидкое. Охлаждаясь до 0°C, вода замерзает и скачкообразно расширяется. Это свойство люди научились использовать еще в древности: кельты осенью заливали воду в скальные щели, зимой она замерзала, и скалы трескались. Так люди получали каменные блоки для строительства. Лед и снег сами по себе могут быть строительным материалом: канадские эскимосы традиционно сооружают из слежавшегося снега свои жилища. При этом в иглу можно разводить огонь и поддерживать относительно комфортную температуру: внутренняя поверхность стен оплавляется с образованием ледяной корки, которая имеет низкую теплопроводность. При правильной вентиляции и соблюдении умеренной температуры воздуха (до 15°C) дальнейшее таяние стен останавливается.
Благодаря наличию атмосферы температура на поверхности Земли благоприятна для жизни. Однако она стремительно растет: если в 1950–1980-х средняя температура составляла 14°C, то сейчас уже 14,9°C. Ученые убеждены, что это следствие жизнедеятельности человека, а именно выброса парниковых газов, таких как CO2. Накапливаясь в атмосфере, они препятствуют отводу избыточного тепла от земной поверхности в космос. Это называется парниковым эффектом. Да, мы знаем, что в минувшие эпохи температура много раз менялась в широком диапазоне. Сегодняшние изменения пугают, в первую очередь, своей скоростью. Многие биологические виды могут исчезнуть из-за того, что не успеют адаптироваться к новым условиям. Возрастает частота стихийных бедствий, фиксируются аномальные волны жары. Из-за потепления тают полярные льды и расширяется вода, что ведет к поднятию уровня океана. Будущее зависит от того, научимся ли мы контролировать температуру на планете.



За точку отсчета в шкале Цельсия принята температура таяния льда, а размер деления был увязан с температурой ее кипения, чтобы получилась круглая цифра: 100°C. Кипение позволяет нам дезинфицировать воду, отваривать продукты, заваривать напитки. Но это далеко не все, чем полезен такой фазовый переход. Легко вспомнить, что энергией водяного пара питалось первое поколение самодвижущихся машин, о чем напоминают слова «паровоз» и «пароход». На этом же переходе основан, к примеру, принцип работы атомной электростанции: нагреваемая с помощью радиоактивного распада вода испаряется и вращает турбину генератора. Затем пар охлаждается и конденсируется, то есть превращается в воду, которая вновь бежит к активной зоне реактора.


ОКОЛО АБСОЛЮТНОГО НУЛЯ
−273,15 °C
−18°C
В МОРОЗИЛЬНОЙ КАМЕРЕ
0°C
НА ГРАНИЦЕ ЛЬДА И ВОДЫ
СРЕДНЕЕ ПО ПЛАНЕТЕ
14,9°C
МЕЖДУ ВОДОЙ И ПАРОМ
100°C
Замораживание — это способ поставить жизнь на паузу. При сверхнизких температурах все химические реакции замедляются настолько, что можно говорить об их остановке. Замороженный организм может храниться, по человеческим меркам, сколь угодно долго. Но не все так просто: в процессе замораживания образуются кристаллы льда, которые повреждают клетки. Однако было найдено несколько способов избежать этого: использование защитных веществ (криопротекторов), а также технологии медленного замораживания и витрификации. Первая позволяет воде покинуть клетку до образования кристаллов, а вторая превращает замерзающую воду в безопасный для клетки аморфный лед. Впрочем, пока что эти технологии могут применяться только к отдельным клеткам и тканям. То есть заморозить можно все, что угодно, а вот разморозить целый жизнеспособный организм нам пока не по силам. Обычно криоконсервация осуществляется при температуре −196°C под воздействием жидкого азота.


ЖИЗНЬ В ГЛУБОКОЙ ЗАМОРОЗКЕ
−196°C
Крайне важно и то, что нагревание в IQOS происходит изнутри, а нагревательный элемент непосредственно соприкасается с табаком, не поджигая его, а бережно нагревая. Исследования подтверждают, что при использовании IQOS выделяется на 95% меньше вредных веществ по сравнению с сигаретами*.
Важно: это не означает снижение риска на 95%.
Использование IQOS не исключает риски для здоровья.
*«на 95% меньше вредных веществ» означает среднее снижение уровней вредных веществ (без учета никотина) в аэрозоле IQOS в сравнении с дымом эталонной сигареты, используемой в исследовании (3R4F).
ФМИ стремится предоставлять своим совершеннолетним потребителям только продукты высокого качества. Помня об ожиданиях потребителей и необходимости обеспечения удобства и простоты процесса использования IQOS, компания непрерывно работает над усовершенствованием своих устройств и технологий, применяемых при их разработке.

Важно: это не означает снижение риска на 95%. Использование IQOS не исключает риски для здоровья.
350°C
Компания «Филип Моррис Интернэшнл» (ФМИ) тоже обратилась к технологиям контроля температуры, когда занялась разработкой инновационной системы нагревания табака IQOS (Айкос). Для этих целей ФМИ создала научно-исследовательский центр в городе Невшатель, Швейцария, где более 430 ученых и инженеров разных специальностей работают над созданием и изучением бездымных продуктов.


КОНТРОЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ И НАГРЕВАНИЕ ИЗНУТРИ В IQOS
В основе бездымных устройств ФМИ лежит технология HeatControl™, принцип работы которой заключается в следующем: контролируемый электроникой керамический нагревательный элемент в форме лезвия нагревает табак изнутри до температуры, не превышающей 350°C. К примеру, температура горения табака в сигарете составляет 600–900°С, в результате чего выделяются вредные ​вещества. Нагревание же позволяет сократить их количество. На нагревательный элемент системы IQOS нанесены дорожки из золота и платины. Вместе они образуют термопару и отсылают данные о температуре в микрочип держателя.
Освоение технологий плавки металлов было настолько важно для человека и до такой степени преобразило его жизнь, что три огромные эпохи истории получили «металлические» названия: Медный, Бронзовый и Железный век. Научившись поддерживать в печи температуру плавления железа 1539°C (в полтора раза выше, чем у меди), люди получили великолепный материал для изготовления сначала оружия и сельскохозяйственных инструментов, а затем все более и более сложных механизмов.

Чтобы создать машины, способные оторваться от земли и покинуть атмосферу, ученым пришлось решить огромное количество проблем, в том числе связанных с термоконтролем и устойчивостью материалов к воздействию экстремальных температур. Обшивка ракеты должна выдерживать близкую к абсолютному нулю температуру вакуума, а температура в камере сгорания ракетного двигателя достигает 3200–3400°C. Это близко к пределу прочности доступных человеку материалов. Хотя конструкции двигателя передается лишь малая часть теплоты сжигаемого топлива, но и ее было бы достаточно, чтобы разрушить металл. Поэтому двигатель имеет хитроумную систему охлаждения: холодное топливо, прежде чем попасть в камеру сгорания, проходит через полость в ее стенках, охлаждая их.


Чтобы «зажечь» термоядерную реакцию, необходима сверхвысокая температура. При ней вещество переходит в состояние плазмы: молекулы распадаются на атомы, атомы ионизируются с образованием смеси положительно заряженных ядер и отрицательно заряженных электронов. На строящемся во Франции экспериментальном термоядерном реакторе изотоп водорода тритий будет нагреваться до 150 млн градусов Цельсия. Поскольку материалов, способных вынести такой нагрев, не существует, для удержания плазмы используют мощное магнитное поле. Уже к настоящему времени на другом термоядерном реакторе достигнута температура в сто миллионов градусов, в шесть раз больше, чем в ядре Солнца. Правда, поддерживать ее удалось лишь десять секунд. Если, как планируют ученые, мы добьемся стабильной термоядерной реакции, человечество обретет неиссякаемый источник безопасной в производстве энергии.


В ПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ
1539°C
В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ РАКЕТНОГО ТОПЛИВА
В ТЕРМОЯДЕРНОМ РЕАКТОРЕ
150 000 000°C
3200°C
Нагревание и контроль температуры играют важную роль как в нашей повседневной жизни, так и при создании инновационных технологий. Благодаря им можно преобразовать в электричество энергию ядерного распада и запустить в космос летательный аппарат из сверхпрочного материала. В некоторых случаях нагревание изнутри имеет множество преимуществ по сравнению с тепловым воздействием извне.

К принципу нагревания изнутри обратились и ученые ФМИ при создании инновационной системы нагревания табака IQOS. Именно благодаря нагреванию изнутри и контролю температуры при использовании IQOS не происходит горения, а значит, не образуются дым и пепел, зато полностью раскрываются вкус и аромат табака.


Не исключает риски
партнерский материал
на правах рекламы
не исключает риски
вызывает зависимость