НЕТРИВИАЛЬНОЕ РЕШЕНИЕ: Как стабилизировать температуру кварца в радиостанции?

Источник фото: sport-marafon

 

ВНИМАНИЕ – ВОПРОС!

В создании портативной рации для альпинистов, в 60-х годах прошлого века, одной из самых тяжелых проблем оказалось обеспечение температурной стабилизации кварца генератора.

Все термостабилизаторы тяжелы и требуют специального питания.

Как же вышли из положения?

Ответ – несколько позже.

 

НАША ТЕМПЕРАТУРА

Задача как задача, причём не только техническая. Человек вынужден решать её практически беспрерывно. Он, человек, и сам требует беспрерывной температурной стабилизации, поскольку способен функционировать только в весьма узком температурном диапазоне.

Все ртутные градусники размечены до 42-х градусов ровно, и это не просто так. Выше этой температуры наступает денатурация белков, и это процесс необратимый – финита ля комедия. Ниже тоже ненамного лучше – 28 градусов – обычно тот рубеж, за которым сердце останавливается, причём навсегда.

 

ЗДЕСЬ ВАМ НЕ РАВНИНА

И это сложная система, прошедшая миллионы лет эволюции… Чего же от какой-то рации хотеть? Отклонится температура на какой-то градус – и нет связи с цивилизованным миром. А в горах холодно и опасно.

Средняя температура на вершине Эвереста зимой – примерно −36 °C, летом – −19 °С. Собственно, что Эверест? Поднимаясь на Эльбрус, который чуть повыше половинки Эвереста, уже погибло около 30-ти человек, в основном замерзли, бедняги.

 Это уже не говоря о том, что в горах имеют скверную манеру дуть пронизывающие холодные ветры ураганной силы. Тут бы самому как-то согреться – не до того, чтобы рацию греть. Но сама задача стабилизации температуры для человечества не нова, и решать её приходится тысячелетиями.

 

НАЧАЛА ОБОГРЕВА

Человечество завелось в климате достаточно жарком. Однако костёр в пещере Чжоукоудянь, обиталище синантропов, горел тысячелетиями, не затухая — слой золы кое-где достигал шести метров. Явно не только готовили, но и грелись. Прямо в рации костра не разведёшь – идея не сработает. Но, чтобы спастись от холода, можно не только греться, но и укутываться.

Только с изобретением одежды человек продвинулся на север. В первую очередь, конечно, меха – они были наиболее эффективны, такими их сделали тысячелетия эволюции.

Белого медведя ночью не видно в инфракрасный бинокль – его шкура практически не излучает тепла. Закутался в неё – и не холодно. Вопрос только в том, как её содрать…

 

ГОРЯЧИЙ СУПЧИК ПО СУББОТАМ

Ещё больший опыт в согревании путём укутывания обрела по своим внутренним причинам одна из мировых религий.

Поскольку в субботу праведному иудею нельзя делать кучу дел, в том числе и разжигать огонь, надо или раз в неделю давиться холодной сухомяткой, либо что-нибудь придумать. Естественно, придумать и приятнее, и проще.

Простейшее решение описано, например, в «Иудейской войне» Фейхтвангера – блюда готовились заранее и ставились в специальные деревянные ящики-утеплители, обмотанные соломой. И дерево, и солома, и особенно воздух проводят тепло очень плохо, остынет ой как не скоро.

Сейчас с этим проще. Можно, например, завести мармот – поставил на него еду, в пятницу включил, а потом она всю субботу тёплая. Только смотри – выключить можно только в воскресенье.

 

ТЁПЛЫЙ РИМСКИЙ ДОМ

А нельзя ли поступить и с кварцем точно так же? Он, конечно, не кошерный, но законам теплопередачи всё равно. Нет, не получается – использовать необходимое количество теплоизоляции не позволят малые размеры прибора.

Тогда от пассивного способа сбережения тепла придётся перейти к активному. Если что-то холоднее, чем надо, не получится ли его подогреть?

Жечь в доме костёр накладно и пожароопасно – начали складывать каменные печи или вырывали в земле яму и покрывали её глиняным сводом – это курная печь. Уже лучше, тепло аккумулируется камнем и сохраняется надолго. Но чадит довольно противно.

Древние римляне жили чуть посеверней, чем первобытные люди – если зимой не топить, там и замёрзнуть можно. Они придумали гипокауст – подземную печь, дымовые газы которой, проходя подпольными каналами, нагревали пол. Дышать уже гораздо легче, и греет дольше. Это уже не говоря о камине, тоже римском изобретении.

 

СИСТЕМЫ ОБОГРЕВА

Ближе к нашему времени возникли централизованные системы обогрева. В 1777 году француз Бонеман придумал первую водную систему отопления – сначала для инкубаторов.

Позже, в 1855 году российский промышленник Франц Сан-Галли изобрёл радиатор водяного отопления, и даже придумал для него название «батарея». Появились и системы парового отопления – одна из них, установленная в Нью-Йорке в 1882 году, работает и сейчас, причём достаточно прилично.

Так что робкие мечтания начала ХХ века о том, что в будущем в каждом доме будет автономный камин, обогреваемый радием, никто особо осуществлять и не пытался. Слава Богу…

Может быть, и нам температура этого чертова кварца стабилизировать какой-то системой обогрева? Тем паче электричество там точно есть. Но не выходит – и система выходит слишком большая, и энергии потребляет слишком много.

 

ТЕМПЕРАТУРА ЧАСОВ

Есть ли какие-то другие случаи, когда правильной работе каких-либо устройств мешает нестабильность температуры? Есть, и ещё сколько! Один из самых типичных – хорошие часы.

Длина маятника у маятниковых часов, длина пружины у часов, которые заводятся – все довольно сильно зависит от температуры. Что делать?

Для маятниковых часов одно из решений — маятники, составленные из двух систем стальных и латунных стержней. Одна система жестко соединена с подвеской маятника, а другая – с его линзой.

Если учитывать различные коэффициенты температурного расширения этих металлов, можно добиться того, чтобы длина маятника от точки подвеса до центра линзы оставалась неизменной.

Если маятника нет, решение тоже есть – швейцарский учёный Гийом получил за него Нобелевскую премию. Он придумал сплав инвар, который на достаточно большом диапазоне температур почти не изменяет длину – пружина из него работает при любой температуре одинаково.

Может ли нам помочь какая-то из этих идей? Боюсь, что вряд ли – кварцев, не реагирующих в заметных пределах на температуру, пока что не придумали. А компенсировать ошибку сложно и дорого.

Тем паче даже сейчас нас предупреждают, что конструкция Apple Watch предусматривает эксплуатацию при температуре окружающей среды от 0° до 35° C и хранение при температуре от -20° до 45° C. В Одессе, и то бывает и холодней, и жарче….

 

 

ТЕМПЕРАТУРА РЕЛЬСОВ

Тем не менее, с часами человечество как-то разобралось – в общем, не опаздываем… Гораздо хуже с вопросами температурной стабилизации в такой важной отрасли, как железнодорожный транспорт.

Рельс – он, знаете ли, стальной. Температура растёт – он удлиняется. Еще в «Занимательной физике» Перельмана рассказывалось, как железнодорожные рельсы спасают от изгиба только стыки, обеспечивающие небольшой зазор между ними.

А у трамвая это не так, рельсы сплошные, и потому в жару буквально видно, как они искривляются. Но книгу писали чуть ли не до революции – сейчас всё по-другому. Сейчас всё больше бесстыковых путей, обеспечивающих большую скорость, и от искривления в летние месяцы их приходится оберегать специальными мерами.

Что-то прозеваешь – может случиться так называемый выброс, который может привести к опасной аварии. А возможны ли такие или подобные меры, чтобы уменьшить вред от изменения характеристик кварца?

Знаете, проще держать постоянную температуру – меньше тратится массы и энергии. А с этими ресурсами, как вы знаете, и так не очень хорошо.

 

ВЫБИРАЕМ РЕШЕНИЕ

Что же делать, как решить проблему? Какую силу выгодней задействовать? Сильно роскошествовать явно не придётся: высокогорье делает очень большой цену каждого лишнего грамма.

 Всевозможные прямые решения существуют и прекрасно известны, но применить их не получилось. Небольшая, но несомненная прибавка в весе и сложности агрегата крайне нежелательна. Во всяких там Гималаях сервисное обслуживание техники никуда не годится, и сдать отказавшую деталь в ремонт хлопотно даже по нечётным четвергам. А где искать решение проблемы, близкое к идеальному?

Различные алгоритмы решения изобретательских задач (например, хорошо известный ТРИЗ) подсказывают нам, что лучше всего проблема решается, когда в результате наших разумных действий она исчезает сама собой.

Пусть она сама ликвидируется без использования каких-то посторонних сил и вмешательств – просто путём правильного использования того, что уже есть и так.

А что у нас есть? Не где-нибудь, а на вершине горы… Ну, снег, ветер, холод. Снежный человек – очень вряд ли. Сама рация, разумеется. Ну, и мы сами в качестве приложения к ней…

Есть какие-то идеи?

 

ВНИМАНИЕ – ПРАВИЛЬНЫЙ ОТВЕТ!

На самой крутой вершине у альпиниста есть важный ресурс с постоянной температурой – он сам! С простудами в горы не лезут, а у любого здорового альпиниста под мышкой те самые 36 и 6 – отлаженная за тысячелетия система терморегуляции организма не подводит.

Помещаешь кварц (с проводками до рации) под мышку – и температура вполне стабильна в пределах допустимого диапазона.

 

ЧЕЛОВЕК МОЖЕТ МНОГОЕ

Человек сам по себе – достаточно мощный энергетический и информационный ресурс, и об этом не стоит забывать.

Две женщины, которые лечились в клинике города Глазго от ожирения, обходились без пищи одна 236 дней, другая 249 дней. Выжили. Более того – помогло!

Совершившего мелкое правонарушение австрийца Андреаса Михавеца посадили в камеру… и забыли на целых 18 дней! Но он выжил – без еды и воды, тех, кто его забыл, оштрафовали, а ему выплатили 19 000 евро компенсации.

Советская студентка Лариса Савицкая упала вместе с самолётом с высоты 5 200 метров и осталась жива. Ещё интереснее то, что ей за это выплатили компенсацию в 75 рублей – да-да, никакой ошибки, семьдесят пять!

Ну и правильно, югославская стюардесса Весна Вулович выжила при падении с высоты 10 160 метров – может быть, действительно ничего особенного?

И вообще, «много есть чудес на свете, человек – их всех чудесней». Это ещё Софокл сказал. Две с половиной тысячи лет прошло, а мы всё никак усвоить не можем…

Что ему температуру махонького кварца стабилизировать? Он и на большее способен!

 

И В ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Лучшее средство для решения проблемы – не сила, а ум.

Хорошо придумать сложное, но эффективное устройство. Но ещё лучше придумать, как устроить так, чтобы вообще без него обойтись. Все ли возможные для неё функции исполняет каждая из частей вашего проекта? Стоит проверить.

Вот и держите голову в холоде, ноги в тепле, а кварц – под мышкой.