Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 5506
2017-11-29 
Один из способов получения пресной воды — продавливание солёной воды через специальную мембрану, пропускающую молекулы воды, но задерживающую находящиеся в воде ионы солей (для этого давление солёной воды должно быть больше давления пресной на некоторую величину, обозначим её $\Delta p$).
Сконструируем с помощью такой мембраны «вечный двигатель». Известно, что плотность пресной воды ($\rho_{п}$) меньше плотности солёной ($\rho_{с}$).
Возьмём трубу длины $h$, расположим её вертикально, нижний конец закроем мембраной, погрузим эту трубу в солёную воду (например, океан), а внутрь трубы нальём пресную воду (до уровня поверхности океана).
Если $\rho_{п}gh < \rho_{c}gh + \Delta p$, то в трубе уровень пресной воды будет поддерживаться выше уровня солёной, и эту разность уровней можно использовать для получения энергии.
Объясните, почему предложенное устройство на самом деле не является вечным двигателем и откуда берётся энергия для работы такого устройства. (Справка: по расчётам для имеющихся на Земле океанов необходимая глубина погружения $h$ составляет примерно 10 км.)
Решение:
Дело в том, что равномерный водный раствор соли в поле силы тяжести не является устойчивым — соль будет самопроизвольно «сползать» вниз (то есть после установления равновесия концентрация соли будет возрастать с глубиной). Описанное в задаче устройство использует потенциальную энергию соли, растворённой в океане. Для поддержания работы такого устройства необходимо постоянное перемешивание сливаемой пресной воды с окружающей солёной, и на это необходимо постоянно затрачивать энергию.
В земных морях и океанах перемешивание реализуется, в частности, за счёт течений (на что расходуется энергия солнечного излучения), лунных и солнечных приливов (за счёт кинетической энергии Земли, Луны и Солнца), испарения (в тропических широтах концентрация соли у поверхности может быть выше, чем на глубине, т. к. вода там интенсивно испаряется с поверхности, а соль остаётся в приповерхностных слоях), а также других причин.
Приведённое решение ни в коем случае не является полным описанием ситуации: мы не рассматривали зависимость необходимой разности давлений $\Delta p$ от концентрации соли, сжимаемость солёной и пресной воды, тепловые эффекты на мембране и многое другое.
Один из способов получения пресной воды — продавливание солёной воды через специальную мембрану, пропускающую молекулы воды, но задерживающую находящиеся в воде ионы солей (для этого давление солёной воды должно быть больше давления пресной на некоторую величину, обозначим её $\Delta p$).
Сконструируем с помощью такой мембраны «вечный двигатель». Известно, что плотность пресной воды ($\rho_{п}$) меньше плотности солёной ($\rho_{с}$).
Возьмём трубу длины $h$, расположим её вертикально, нижний конец закроем мембраной, погрузим эту трубу в солёную воду (например, океан), а внутрь трубы нальём пресную воду (до уровня поверхности океана).
Если $\rho_{п}gh < \rho_{c}gh + \Delta p$, то в трубе уровень пресной воды будет поддерживаться выше уровня солёной, и эту разность уровней можно использовать для получения энергии.
Объясните, почему предложенное устройство на самом деле не является вечным двигателем и откуда берётся энергия для работы такого устройства. (Справка: по расчётам для имеющихся на Земле океанов необходимая глубина погружения $h$ составляет примерно 10 км.)
Решение:
Дело в том, что равномерный водный раствор соли в поле силы тяжести не является устойчивым — соль будет самопроизвольно «сползать» вниз (то есть после установления равновесия концентрация соли будет возрастать с глубиной). Описанное в задаче устройство использует потенциальную энергию соли, растворённой в океане. Для поддержания работы такого устройства необходимо постоянное перемешивание сливаемой пресной воды с окружающей солёной, и на это необходимо постоянно затрачивать энергию.
В земных морях и океанах перемешивание реализуется, в частности, за счёт течений (на что расходуется энергия солнечного излучения), лунных и солнечных приливов (за счёт кинетической энергии Земли, Луны и Солнца), испарения (в тропических широтах концентрация соли у поверхности может быть выше, чем на глубине, т. к. вода там интенсивно испаряется с поверхности, а соль остаётся в приповерхностных слоях), а также других причин.
Приведённое решение ни в коем случае не является полным описанием ситуации: мы не рассматривали зависимость необходимой разности давлений $\Delta p$ от концентрации соли, сжимаемость солёной и пресной воды, тепловые эффекты на мембране и многое другое.
