Текст книги "Полезные машины"

Владимир Игоревич Малов
Полезные машины

© Малов В.И., текст, 2021

© Чукавин А.А., ил., 2021

© ООО «Издательство АСТ», 2021

Мама кладёт в печь ломтики хлеба с сосисками, разрезанными вдоль и политыми кетчупом, закрывает дверцу микроволновки, нажимает кнопки на панели. Печь начинает негромко гудеть, внутри неё загорается свет. Теперь видно, как бутерброды вращаются на плоской тарелке. Не успеешь оглянуться, и горячие, подрумяненные бутерброды уже готовы…

Несколько десятилетий назад такая картина показалась бы, пожалуй, сценой из фантастической книги. А теперь микроволновая печь – самая обыкновенная домашняя техника, такая же, как холодильник. А ещё на кухне маме помогает комбайн, который может замесить тесто, перемолоть мясо, нарезать овощи. Всегда готовы к работе мультиварка, кофемолка, кофеварка.

В доме немало и другой техники, делающей нашу повседневную жизнь намного удобнее – пылесос, стиральная машина, кондиционер. И наверняка тебе уже случалось задумываться: а как это всё работает? Почему внутри холодильника даже в жару холодно? И что это за микроволны, которые делают холодную еду горячей?

В общем, пора во всём этом разобраться. А вдобавок и сама история домашней техники очень интересна. Ну вот, можно ли поверить, что когда-то пылесосы были такими большими, что в них приходилось… впрягать пару лошадей? Давай с пылесоса и начнём…

Когда пылесос разъезжал по улицам?

Так было в начале XX века в Лондоне, пылесос и вправду представлял собой фургон на «лошадиной тяге». Он разъезжал по улицам, останавливаясь возле домов, хозяева которых «вызывали» пылесос. В окно протягивался резиновый шланг длиной в 30 метров, и работники, обслуживающие пылесос-фургон, принимались за уборку. Грохот от такой уборки стоял на всю округу, однако разъездной пылесос пользовался огромным спросом и даже вошёл в моду. Дамы высшего лондонского света взяли в обычай пить чай, наблюдая, как по коврам и полам их домов ползает огромный шланг, наводя чистоту.

А не будь пылесоса, процесс чистки был бы весьма трудоёмким. Ковёр, например, надо было вынести на улицу и долго колотить по нему палкой, буквально «выбивая» пыль. И с пропылённой одеждой то же самое. Собственно, в давние времена именно так и обстояло дело. Неудивительно, что изобретатели давным-давно задумывались, как бы облегчить трудоёмкий процесс и построить машину, «глотающую» мусор и пыль. Сам принцип работы такой машины был достаточно очевиден: надо было с силой разогнать поток воздуха, который, мчась по шлангу, увлекал бы вместе с собой частички грязи и пыли от места чистки. Но как это сделать?

Первые попытки сконструировать пылесос, пока не очень удачные, были предприняты в XIX веке. В 1860 году американский изобретатель Дэниэл Хесс запатентовал «Подметатель ковров». Рабочим инструментом у этого агрегата была вращающаяся щётка, а воздушный поток, всасывающий пыль, обеспечивала сложная система мехов, наподобие тех, что используются в гармошке или баяне. Для очистки от пыли и грязи воздух пропускался через водяные камеры. В общем, рабочая идея была совершенно правильной, но в применении агрегат был очень неудобным, потому что в действие его надо было приводить вручную. Патент так и остался патентом, производить «Подметатель ковров» для продажи никто не взялся, а у самого изобретателя не нашлось для этого средств.

А вот другому «ручному» пылесосу, изобретённому в 1868 году, повезло больше. Воздушный поток в нём создавал вентилятор, который через систему передач соединялся с ручкой на корпусе пылесоса. Этот пылесос получился компактным, весил мало, но пользоваться им, крутя ручку и одновременно перемещая агрегат по полу, было, конечно, очень неудобно. Однако изобретатель Айвз Макгаффни основал в Бостоне компанию для производства своих пылесосов, и на них нашлись покупатели. Несколько этих агрегатов даже дошли до наших дней.

Почему первые пылесосы были ручными, понятно. Главной движущей силой тогда был пар, а громоздкая и тяжёлая паровая машина никак не подходила для пылесоса, работающего в комнатах. Только к концу XIX века был изобретён бензиновый двигатель внутреннего сгорания, а кроме него в широкий обиход стали входить электродвигатели. Теперь пылесос смог, наконец, стать механической машиной.

Почти одновременно появились и бензиновый, и электрический пылесосы. Первый из них в 1899 году запатентовал американский изобретатель Джон Тормен, а второй год спустя – американка Коринн Дюфур. Электрический пылесос Дюфур собирал пыль на мокрую тряпку. Но ни та, ни другая конструкция не пользовались спросом из-за малой эффективности и непрактичности.

А теперь вернёмся к огромному пылесосу, который в начале XX века разъезжал по лондонским улицам. Именно в нём впервые появился матерчатый пылесборник, который во многих конструкциях пылесосов используется и теперь. Пыль здесь собирается на внешней стороне пылесборника. Патент на этот пылесос на колёсах в 1901 году получил английский изобретатель Хьюберт Сесил Бут.

Как это случалось со многими другими изобретениями, с пылесосом Бута связана своя легенда. Если ей верить, на идею матерчатого пылесборника изобретателя навёл вентилятор, с помощью которого в английских поездах того времени сдували пыль с сидений. Буту пришла мысль, что гораздо гигиеничнее не сдувать, а всасывать пыль, собирая её в матерчатом мешке, который потом можно будет чистить. Но потом Бут провёл эксперимент, который убедил его, что пыль надо собирать не внутри пылесборника, а на его внешней поверхности. Эксперимент был простейшим: изобретатель положил на стул носовой платок и попытался всосать пыль ртом. Пыль собралась на той поверхности платка, что была обращена к сиденью.

Сконструировать свой пылесос компактным Бут не смог, зато ему пришла великолепная идея сделать его «разъездным», чтобы он мог работать «по вызовам». Первоначально двигатель был бензиновым, потом Бут поменял его на электрический.

Дело о пропавшем золоте

А после чистки лондонского монетного двора с Бутом произошёл забавный случай: Скотланд-Ярд задержал его по обвинению в краже золота – дело в том, что пылесос, оказалось, собрал немало мельчайших крупинок золота. И Буту пришлось вернуть всю собранную пыль, которую, к счастью, он ещё не успел выбросить…

Умелая реклама сделала своё дело, и пылесос на колёсах стал пользоваться большим спросом. Помимо частных домов, его вызывали даже в Букингемский дворец и в британские государственные учреждения.

И всё-таки пылесос должен был стать портативным, домашним. Такую возможность ему дали компактные, но достаточно мощные электродвигатели. И уже в начале XX века, когда по Лондону продолжал ездить пылесос, впряжённый в пару лошадей, одна за другой стали появляться конструкции домашних пылесосов.

В 1907 году американский изобретатель Джеймс Спранглер запатентовал простейший пылесос, который он сконструировал из подручных средств: вентилятора, палки от швабры, на конце которой была укреплена вращающаяся щётка, и наволочки от подушки, служившей пылесборником. Этот пылесос оказался малопроизводительным.

Более удачную конструкцию в 1910 году запатентовал другой американский изобретатель Фискер. Вместе со своим компаньоном Нильсеном он основал для производства и продажи своего пылесоса компанию, которая существует до сих пор под названием «Нилфиск». Первый пылесос Фискера работал вполне надёжно, разве что был тяжеловат – весил чуть меньше 20 килограммов. Вместе с тем компания продолжала совершенствовать свою продукцию.

Не оставляли работу над пылесосами и другие изобретатели. Словом, машина для уборки начала своё путешествие по всему свету. Правда, поначалу пылесос был доступен далеко не всем и оставался символом состоятельности своего владельца. Но уже с середины XX века он стал вполне привычным домашним бытовым устройством.

В наши дни существуют несколько конструкций пылесосов. Во многих по-прежнему используются фильтрующие мешки-пылесборники, впервые применённые Хьюбертом Бутом.

Но ещё в конце 1920-х годов появились пылесосы-циклоны, которым мешки для мусора не нужны. В таких устройствах пыль отделяется от потока воздуха за счёт центробежных сил и собирается в сменном контейнере. Есть пылесосы с водяным фильтром, где всасываемый воздух проходит сквозь воду, в которой и оседают крупицы пыли и грязи. Впервые такой принцип ещё в 1860 году использовал изобретатель «Подметателя ковров» Дэниэл Хесс.

Пылесосы продолжают изобретать и в наши дни. В 2004 году, например, одна из английских компаний выпустила пылесос, который передвигается по дому не на колёсиках, а на воздушной подушке. Появились и роботы-пылесосы, которые действуют уже вполне самостоятельно. Они оборудованы разнообразными датчиками, которые позволяют им двигаться во время уборки, не натыкаясь на препятствия, а заложенная программа ведёт их по определённому маршруту.

Был ли холодильник у Александра I?

Странный вопрос, не правда ли! Какие холодильники в первой четверти XIX века, когда правил российский император Александр I? Вот лет пятьдесят-шестьдесят назад холодильники уже точно существовали, это подтвердят бабушки с дедушками. Внешне, правда, эти полезнейшие бытовые устройства были тогда не очень похожими на современные, однако исправно вырабатывали холод и сохраняли продукты свежими. Да и сам принцип их работы был тот же.

Однако удивляйтесь, сколько хотите, но первый патент на машину, вырабатывающую холод, был выдан… ещё в 1805 году, как раз при Александре I. Так мог ли этот государь, о котором известно, что он был человеком просвещённым, придерживался передовых по своим временам взглядов, распорядиться купить холодильный агрегат для дворцовых кухонь?

Приходится, всё-таки признать, что о таком полезном изобретении наш просвещённый император ничего не знал. Патент на него был выдан изобретателю Оливеру Эвансу в далёких от России Соединённых Штатах Америки, а сама холодильная установка тогда так и осталась лишь проектом, не воплощённым в жизнь. Зато сам этот факт показывает, как давно изобретатели стали задумываться над созданием холодильной машины.

То, что холод сохраняет продукты, человек, разумеется, открыл намного раньше. И умело пользовался этим. Никаких проблем не было, само собой, у северных народов, живущих среди снегов и льдов. Зимой продукты хранили прямо в снегу. Чтобы можно было держать на холоде продукты и летом, заранее запасались льдом. В глубоко вырытых деревенских погребах он долго не таял. В городах лёд закладывали в специальные холодильные шкафы. Герметично закрытые, они долго хранили холод, а вместе с тем и продукты.

Так что и на кухнях императора Александра I продукты, требующие длительного хранения, тоже держались на льду. А вот государствам с тёплым климатом приходилось закупать лёд у северных стран, где он заготавливался впрок в подземных складах. Потом огромные глыбы грузились на корабли и отправлялись к заказчикам. До изобретения холодильника торговля льдом была делом достаточно прибыльным. Но человек не был бы человеком, если б не искал способа получить искусственный холод.

Причём начались эти поиски тысячи лет назад. Древние египтяне по ночам ставили на крыши горшки с водой, чтобы по мере её испарения дома хоть немного охлаждались. Согласно легенде, придворный врач Ибн Сина, известный также под именем Авиценны, в XI веке соорудил спираль-змеевик, охлаждавшийся из-за того же испарения. Средневековые учёные научились охлаждать вещи химическим способом – раствором селитры.

Всё это примеры так называемого испарительного охлаждения. Испаряясь, жидкости забирают тепло из окружающего воздуха. Кстати, именно поэтому в жаркий день пот охлаждает наше тело, испаряясь с поверхности кожи.

А уже в начале XIX века английский учёный Джон Дальтон открыл принцип парокомпрессионного охлаждения. Суть его в том, что газ или пар сначала сжимаются, а потом расширяются. При расширении вещество поглощает тепло из окружающей среды. Сжимаясь, отдаёт его.

Подавляющая часть современных холодильников работает с использованием обоих способов – и парокомпрессионного, и испарительного. Даже не верится, но мороз за герметичными стенками холодильника создаётся при помощи… кипящей жидкости.

В холодильниках обычно используется сжиженный газ фреон, который и при обычных-то условиях закипает при очень низкой температуре. Но компрессор агрегата, помещающегося на задней стенке холодильника, вдобавок ещё и понижает давление. Чтобы холодильник всё время был в работе, циркуляция «кипяток» – «холод» должна быть постоянной. Именно это и обеспечивает холодильный агрегат, где, кроме компрессора, есть конденсатор. Фреон движется по замкнутому кругу.

Компрессор понижает давление, и жидкий фреон начинает кипеть, превращаясь в пар. У камеры внутри холодильника при этом отбирается тепло и в ней начинает создаваться холод. Тот же компрессор отсасывает образующиеся при кипении пары фреона, которые поступают в конденсатор, чтобы охладиться и вновь превратиться в жидкость. А затем, проходя по длинным изогнутым трубочкам конденсатора, где создается низкое давление, фреон вновь закипает, и всё начинается сначала.

В современных холодильниках компрессор приводит в движение электромотор. Но точно так же обеспечить его работу мог бы и любой другой двигатель, хотя бы паровая машина, для которой нужно не электричество, а уголь или дрова. Именно таким и оказалось инженерное решение Оливера Эванса, который, надо напомнить, в 1805 году первым получил патент на изобретение механического холодильника.

Воплоти он свою идею в жизнь, первая морозильная машина оказалась бы громоздким и удивительно нелепым, на наш взгляд, сооружением. Впрочем, она и предназначалась вовсе не для домашнего использования, а для складов, где хранились скоропортящиеся продукты.

Изобретательские поиски, начатые Эвансом, между тем, продолжались. В 1834 году другой американский изобретатель, Джейкоб Перкинс, получил патент на технологию искусственного охлаждения, которое создавалось компрессионной установкой, работавшей на эфире. Сам компрессор приводила в движение та же паровая машина.

Ровно через 10 лет после Перкинса американский врач Джон Гори создал уже действующую установку, которая позволяла производить лёд. А первое практическое использование холодильной техники относится к 1857 году, когда австралийский изобретатель шотландского происхождения Джеймс Харрисон построил холодильное устройство для пивоварни.

Но, конечно, рано или поздно должно было прийти время, когда громоздкую паровую машину в холодильниках заменил электродвигатель. Первый электрический холодильник, тоже пока промышленный, появился в 1910 году в США.

Прошло всего три года, и был создан, наконец, первый бытовой холодильник. Поначалу немногие горели желанием обзавестись громоздкой, неуклюжей, грохочущей холодильной установкой.

Наконец, в 1926 году датский изобретатель Кристиан Стинструп сконструировал бесшумный и достаточно портативный холодильник. Электродвигатель и компрессор были скрыты за его герметичными стенами. Так началось победное шествие домашнего холодильника по всему свету.

Конечно, он продолжал совершенствоваться и меняться. Отдельные морозильные камеры появились в холодильниках в 1940-х годах. Прошло ещё двадцать лет, и в обиход вошли холодильники с функцией размораживания. Теперь домашний холодильник стал отличной, хорошо продуманной и вместительной машиной.

В нашей стране первые образцы бытовых холодильников были сконструированы в 1937 году. Промышленный их выпуск начался через два года, а первым производителем был… Харьковский тракторный завод. До начала Великой Отечественной войны было выпущено всего несколько тысяч холодильных установок. Да и в 1950-1960-е годы домашние холодильники оставались для советской страны огромной редкостью.

Загадочные микроволны

С кухонным комбайном, как ты уже наверняка и сам догадался, всё очень просто. Электродвигатель вращает ножи мясорубки или сменные насадки, предназначенные для разных целей, хотя бы замеса теста. С кофемолкой тоже всё понятно – в ней электрический «пропеллер», крутящийся с огромной скоростью, разбивает зёрна кофе в порошок. В кофеварке электрический нагреватель превращает воду в пар, который проходит сквозь молотый кофе. Охлаждаясь и конденсируясь, пар превращается в ароматный напиток. В мультиварке пищу готовит опять-таки электрический нагреватель, который можно «настраивать» на разные режимы работы.

А микроволновые печи скрывают какую-то тайну. И способны они, конечно, не только на то, чтобы за 23 минуты запечь бутерброды. Надо, и микроволновая печь быстро приготовит хоть луковый французский суп, хоть куриное фрикасе, хоть филе скумбрии с горчичным соусом, хоть фруктово-бисквитный пудинг, а о блюдах проще и говорить нечего. Но как можно готовить еду без горячей конфорки или какого-то другого нагревателя?

Можно – такую работу и выполняют микроволны. Природа у них та же, что у радиоволн и у обычного света – электромагнитная. Придёт время, и на уроках физики ты узнаешь об электромагнитных волнах и их свойствах больше. А пока просто запомни на будущее, что микроволны распространяются с очень высокой частотой колебания. Поэтому микроволновое излучение называется ещё и сверхвысокочастотным.

Естественные микроволны приходят к нам из космоса, только излучение это совсем слабое и почти бесследно теряется в атмосфере Земли. А вот в кухонных печах, впервые появившихся в середине XX века, микроволны создаёт специальный генератор.

В камере печи микроволнам некуда деться: они не способны пройти сквозь металлические стенки, а отражаются от них, как мячики. А вот через некоторые другие вещества – стекло, пластмассу, бумагу, – микроволны проходят свободно, словно свет через окно. Именно поэтому пищу в микроволновке готовят только в стеклянной или пластмассовой посуде.

Сам процесс готовки основан на том, что микроволновая энергия возбуждает молекулы пищи, заставляя их вибрировать с огромной скоростью. В печах обычно используется частота колебаний 2450 мегагерц – МГц. В физике один герц означает одно колебание в секунду, а МГц – миллион колебаний. Получается, что 2450 МГц – это 2 450 000 000 раз в секунду. С такой непостижимой частотой множество молекул ударяются друг о друга, и это трение очень быстро нагревает пищу. Если это трудно представить, попробуй быстро потереть одну ладонь о другую. Нагрелись? А что было бы, если тереть ладони с частотой 2 450 000 000 в секунду?…

Этим и отличается процесс приготовления в микроволновке от нагревания на конфорке. На обычной плите, электрической или газовой, идёт достаточно длительный процесс поглощения пищей внешнего тепла, а в микроволновке она сама и очень быстро разогревается изнутри «холодными» волнами сверхвысокой частоты. Кстати, при этом и масла никакого не нужно. И витамины все сохраняются…

Дело о растаявшем шоколадном батончике

В 1945 году инженер Перси Лебарон Спенсер работал над улучшением противовоздушных радаров при помощи очень коротких волн. Он заметил, что шоколадные батончики, которые лежали рядом с такими антеннами, таяли. Спенсер провёл опыт с зёрнами кукурузы. Они превратились в попкорн. Так родилась идея создания микроволновки.

Есть и ещё одно отличие, правда, уже иного рода: по сравнению с обычной электрической, микроволновая печь и энергии тратит раза в четыре меньше.

Конструкций микроволновых печей огромное множество. Самые простые представляют собой освещаемый жаровочный «шкаф» с вращающейся внутри тарелкой для продуктов, регулятором мощности на 57 ступеней и таймером со звонком об окончании обработки.

Есть модели посложнее, с двумя дополнительными режимами обработки. Один из них – использование гриля: металлической жаровни, быстро раскаляющейся от обычного электрического нагрева и обжаривающей вращающийся под ней кусок мяса или цыплёнка. Второй режим комбинированный: здесь над продуктом совместно трудятся и жаровня, и микроволны. При этом пища готовится особенно быстро.

Есть, наконец, и совсем уж кухонные чудеса из чудес. Тут чего только не придумали конструкторы! Например, особые системы программирования на несколько видов работ в зависимости от продуктов и необходимой процедуры обработки. Удобно! А вот в такое даже поверить трудно: надо только положить в печь продукт, и электроника микроволновки сама определит его вес и сообщит время, необходимое для оттаивания, подогрева, жарения…

И всё-таки вот что хочется сказать по этому поводу. Кулинария – процесс тонкий, творческий. Гораздо интереснее самому пробовать, экспериментировать, а не взваливать абсолютно все на печь. Так что, может, лучше обзавестись самой простой микроволновкой?