Д.И. МЕНДЕЛЕЕВ

Письма о заводах

Письмо третье
Впервые опубликовано: "Новь". 1885. № 10. С. 230−254; № 21. С. 34−58; 1886. № 1. С. 37−62.
Письмо третье
Подобно тому как оживление в небольшом кружке лиц невольно и всегда передается близкой к нему массе людей, как одна волна на покойной и подвижной поверхности всю ее взволнует, так и теплота передается от нагретого тела к холоднейшему. Нагревание, так сказать, заразительно, но в то же время, чем больше точек прикосновения и чем больше разность температур, тем, при прочих равных условиях, скорее совершится нагревание холоднейшего тела и ему отвечающее охлаждение горячего. Станем ли держаться учения о том, что тепло есть движение, или нет, все равно - параллелизм тепла с передачею энергии и возбужденного движения или колебания все же останется верным. Как там ни рассуждайте и ни критикуйте историю, а людскому уму мало одних частностей: необходимы сперва систематические обобщения, т.е. классификация, разделение общего; потом нужны законы, т.е. формулированные соотношения различных изучаемых предметов или явлений; наконец необходимы гипотезы и теории или тот класс соображений, при помощи которых из одного или немногих допущений выясняется вся картина частностей, во всем их разнообразии. Если еще нет развития всех или хоть большей части этих обобщений, - знание еще не наука, не сила, а рабство пред изучаемым. В области практических приложений часто довольствуются этим рабством. Но довольствоваться этим в области свободной науки - значит просто не понимать существа науки. Науки нет в частностях. Она в общем, в целом, в слиянии всех частностей, в единстве, доходящем до таких, доступных воображению и уму, крайностей бесконечного, которые без науки, т.е. без слияния частностей в общем, совершенно недосягаемы. Страшат трусливых невежд при этом ранние порывы, спешные заключения от частного к общему, от лягушки к человеку. Но, во-первых, есть обобщения только личные или единичные, необязательные ни для кого, однако, неизбежные, потому что ведь и всякая истина является сперва отдельным личностям, которые в ней убеждают других, делают предполагаемое ими достоверным или несомненным. Во-вторых, прямой и многовековой опыт истории показывает, что только с обобщением или ради его можно найти силу изучать частности, учиться в юности и старости, добывать истину не наитием, а долгим усилием.
Без обобщений, касающихся изучаемого, частного круга понятий, и явлений, равно как и с такими предвзятыми, окаменелыми, т.е. не терпящими обсуждения обобщениями, какие дают известные философские или хотя бы индийские и китайские общие схемы, сразу для всего мира составленные, одинаков результат крайностей: жизнь для себя одного, отсутствие пытливости, деятельности и энергии, застой, мир пустой дрязги, драка без цели и в наилучшем виде разве только донкихотство - словом, или гибель на манер древних веков, или гниль азиатская либо средневековая. А потому не бойтесь обобщений, даже скороспелых, но придерживайтесь, однако, лишь таких, которые, с одной стороны, выносят элементарное выражение, не заключая в себе того, что противно пресловутому "здравому смыслу", и, в то же время, с другой стороны, принимаются и развиваются знатоками дела. В таких воззрениях, значит, есть два условия пригодности: согласие с общим направлением современных наших понятий - ведь это и есть не что иное, как "здравый смысл"; согласие с частностями изучаемого, - иначе, ведь, знатоки-то не стали бы развивать данное воззрение, а скорее восстали бы против него или просто игнорировали бы его.
Представление о теплоте как о движении, о ее переходе как о передаче движения принадлежит именно к числу таких, которые не только развиваются знатоками, но и понимаются легко и просто. Кажется, с первого взгляда, не вникая в предмет и решаясь, однако, трактовать о нем, что можно избежать всякого обобщающего представления об изучаемых явлениях, довольствоваться одними частностями, - но это только так кажется. Это можно доказать не только историею наук, но даже и тем логическим путем, каким действовали в свое время платоны с Сократами - предвестники классической несостоятельности, показатели слабости той силы, которая и пала, почти проклинаемая новою христианскою силою, выступившей затем. В самом деле, посмотрите. Частностей бесконечное число, а отдельное изучение такого числа невозможно. Выхватить из них одни, оставить другие - можно только под влиянием тех или других соображений, явных или скрытых. Следовательно, либо соображения надо сознать, узнать и оценить, либо отказаться от знания. Доказательства этого рода кратки и ясны, но играть ими, не имея исторической, т.е. опытной, основы в их построении, опасно, как видно уже из того, что вся их совокупность не выдержала напора с Востока пришедших простаков, с их "здравым смыслом" и вандальством, да и теперь, на наших глазах, не выдерживает в Индии и Китае ни опиума, ни англичан, ни французов. Поэтому незнание и неправда слышны в каждом слове, когда говорят, что всеми успехами естествознание обязано тому, что изгнало из своей среды теоретиков и доктринеров. При этом еще иногда сравнивают это не существовавшее никогда изгнание с тем, что Платон из своей республики изгнал поэтов, забывая, что Платон писал лишь о желании изгнать, изгонять же не изгонял, а в естествознании - мы будто бы в действительности изгнали доктринеров и теоретиков. Чепуха все это. Никогда настоящее знание, а в том числе и естествознание, ничего теоретического не изгоняло, кроме чепухи; естествознание же именно явного силою стало и остается таким потому, что открыло всем двери, имеет возможность избирать лучшее из многого, причем оно всегда шло и всегда будет идти к истине путем соединения доктрин и теорий с наблюдением и опытом. Не доктрины вредны, не опыты, - они сами имеют свою отдельную сущность безвреднейшего сорта: весь вред только от их разъединения, - и естествознание силу черпает в тесном их союзе. Науки - те же организмы. Наблюдение и опыт - тело наук. Но оно одно - труп, обобщения, доктрины, гипотезы и теории - душа наук. Но ее одну не дано знать и понимать. И лживо приглашать к трупу науки, как было лживо у классиков стремление охватить одну душу, а те, кто учит обойти доктрины и теории, суть настоящие, подлинные отрицатели, т.е. "нигилисты" нашего времени.
В самом деле, если бы, отрекаясь от частностей, мы захотели понять, к какому классу человеческих суждений относится пресловутый нигилизм, то, конечно, пришли бы к заключению, что он состоит в скороспелом суждении о том, чего не знают, да в бойкой решимости, оторвавшись от истории, действовать по неизученным путям. Вот в этом-то смысле учение, удерживающее от доктрин, думающее, что можно знать, не имея общего представления, полагающее, что можно иметь стремление к изучению, помимо "теорий и доктрин", - есть грубая ошибка невежества, чисто нигилистического. Беда еще не велика, если такой докторальный нигилизм засядет в газету или в голову отдельного мыслителя, как не беда, что село в голову Платона, - которого одного рекомендуют иные изучать, - желание изгнать поэтов из его республики, учредить общность жен для воображаемых его воинов и т.п.; но дело стало бы очень печальным, если бы эти мысли захотели принять и утвердить, даже хоть рекомендовали бы для руководства. Ну что бы стало, например, из всей математики, если бы отнять у нее всю безапелляционность ее аксиом, из механики - если бы выкинуть те три механические аксиомы, которые дал Ньютон, из физики и химии - если бы изгнать доктрины, учащие о вечности вещества и сил, из философии - если бы изъять декартовское "cogito ergo sum"?
С самым сильным "здравым смыслом" ничего бы не поделать - и впредь был бы и оставался бы один скептицизм или нигилизм, т.е.: ничего не признаю, - один только я, а остальное все - вздор. И пусть кажется не вникавшим, что аксиомы геометрии врожденны, не суть отвлеченные обобщения, - это не может казаться по отношению к аксиомам механики или физики, - например к тому, что во всякой системе действие всегда равно и противоположно противодействию, или в физике - что силы вечны, как материя, - потому не может казаться так, что раньше этих доктрин были в действительности и "здравым смыслом" своего времени одобрялись доктрины, прямо противоположные. Да и теперь еще есть у невежд.
Сказанное пусть объяснит вам, почему в письмах своих я не стану избегать доктрин и теорий. С ними легче разобраться, да с ними и та истина, которую напрасно искал разводивший софизмы "здравый смысл" классических мыслителей. Без доктрин и теорий всегда один конец: сомнение и с ним бездействие, либо грубость действия, выраженная ли в форме факира или по-эпикурейски. Обходится и нигилизм новейшего покроя без теорий и доктрин; обходится без них и скептицизм классиков, так успешно и торжественно изгнанный возродившимся христианством, а ныне рекомендуемый утопистами для борьбы с нашим нигилизмом, происшедшим точь-в-точь по наследственному манеру самих классических классиков.
Теория или доктрина теплоты гласит, что она есть невидимое, но ощущаемое движение. Сущность учения, сущность переворота, произведенного этою доктриною в умах, совершенно такова же, как и сущность учения о том, что земля движется. Этот символ покоя, неподвижности - оказался в вечном движении, быстром и, однако, не замечаемом "здравым смыслом", признававшим земную массу мертвою неподвижностью. Теперь же стало ясным, что как в организмах, так и во всем том, что считается мертвым, вечное стремление и движение, - оно всюду. В самом деле, абсолютного холода нет, не достичь; следовательно, все в движении, до малейшей частицы, если теплота - движение. Солнце, нагревая, не только возбуждает жизнь в организмах, но и вызывает во всем невидимое движение, называемое теплотою; энергия его лучей усиливает движение в почве, в воде и в воздухе, а также в растениях и животных.
Избегая этой "доктрины или теории", вам не только нельзя было бы надеяться на приобретение хоть некоторой правильной самостоятельности в суждениях, касающихся теплоты, но нельзя было бы даже скоро разобраться в вопросах нагревания, самых простейших в значении топлива для хода химического действия и механического движения. Да и мне бы не суметь кратко передать вам их взаимную связь, не сказать бы в немногих словах того, с чем легко и интересно вам будет затем читать специальные книги о топливе, глядеть, изучая процессы техники, где происходит столь часто нагревание; не уяснить бы мне и тех простых начал передачи и потребления тепла, которых технику нельзя не знать, когда дело идет о топливе, применяемом на заводах. Вы бы, без ясно выраженной доктрины, легче впадали в сомнения и недоразумения, невольно составляли бы по одним фактам да по здравому смыслу лживые представления; я был бы неясен, и говорить бы пришлось, как пифии, или авторитетно приказывать, а не уяснять. А под дисциплиной доктрины (без доктрины и быть не может "дисциплины научной") вам легко понимать и то, что я говорю, и то, что сами далее узнаете и увидите; мне же излагать легко. Мое же отношение к вам при изложении научных начал нагревания, ведь то же почти, что педагогическое; поэтому здесь хороший пример значения "доктрин или теорий" для успешности изучения, понимания, словом для успеха знаний и наук. В знаниях господствуют доктрины вольные, так сказать, свободные, иногда чисто единоличные, редко даже ясно сознают их, еще реже высказывают. В науках царствуют доктрины принятые, если не все, то часть которых так же верна, как аксиомы геометрии, как движение земли, как "cogito ergo sum". Тем знания и умения отличаются от наук в истинном смысле. Техника пока состоит из знаний, подобных, например, знанию хотя бы писаний Платона и Аристотеля или хоть знанию иероглифов, или умению делать выкройки. Но техника прикасается к наукам во многих вопросах, например топлива, и тут излагать знание без всякого обобщения значит удлинять путь, т.е. напрасно тратить время, идти тем лживым путем, по которому, как думают наши утописты, всем и каждому следует будто бы пройти, не минуя уже изведанных опасностей, через весь классический сумбур ошибок.
Для того и нужна история, чтобы знать, где опасность, и в том своя польза в ошибках, чтобы служить другим для предупреждения. Ошибочно оказалось идти путем одного отвлеченного мышления, заблудиться легко и среди того, что называют фактами. Одно - гладкая пустыня или океан; другое - скалы или лес. Начинающему легче идти по гладкой дороге, обсаженной с обеих сторон, а в пустыне и на океане можно верно идти по звездам, компасу, по определению широт и долгот, руководясь уже испытанно-верными географическими картами. Ведь на хорошей карте означены и сомнительные места. Ведь не составлять же самому все карты вновь? Гипотезы и теории, доктрины и схемы во многих областях наук готовые целые атласы карт. Их бросить - значит надо от пути отказаться. В лесу фактов или в океане мысли одинаково можно заблудиться без теорий и доктрин.
Чтобы показать вам конкретнее, как мне представляется дело "доктрин или теорий", при изложении даже элементов науки, скажу одно: если бы явился, положим, приказ избежать их в беседе с вами, я бросил бы всякий разговор. Не вследствие привычки и не по упрямству, а потому, что вот 30 лет упражняю свою мысль в приемах передачи знаний и науки, много видел и говорил об этом с лицами, которых суждение основано на опыте и размышлении, - я признаю невозможным избежать "доктрин или теорий" при сколько-либо обещающем толк изложении науки. Еще знания и умения можно передать без них, но не науки. Думаю даже, что они нужны и в жизни. Знаю, что есть люди, скитающиеся весь свой век без доктрин и теорий, но вижу, что они либо, скучая, бездействуют, либо болезненно апатичны, или стреляются сами, либо стреляют в других. Таких пусть выращивает классика Платонов и аристотелей, с ее грамматикой, логикой и "политикой", а естествоиспытателю хочется знанием развить деятельную пытливость, свободу с "дисциплиною", уверенность в неизменной общности всеобщих начал, поняв которые ожидаешь - точно видишь, желаешь же только возможного, себя ни царем, ни абсолютом внутреннего движения вовсе не чувствуешь, действуешь согласно с неизменными необходимостями, говоришь же и чувствуешь совершенно свободно, хоть по "дисциплине" доктрин и категорий, одинаково нелюбимых темными искателями идеала в прошлом и рьяными идолопоклонниками факта.
С доктриною всеобщности внутреннего, невидимого глазу движения, составляющего причину тепла, передачи тепла от нагретого тела холодному, будет подобна передача волнообразного движения всему пруду, когда часть его приведена в движение. А на это и "здравый смысл" не апеллирует, потому что знает это из наблюдения, подтверждает опытами, и потому говорит "очевидно", хотя "очевидно же" и солнце ходит кругом земли и по небу. Ведь самое слово "факт" ведет начало от латинского factum est, показывая, что тут есть что-то деланное. Ведь во всяком факте, в самом деле, есть "доктрина или теория". Заспорите об этом - постараюсь доказать и логически, и исторически, если угодно. Но такие тонкости языческого пошиба не должны нас отрывать более от изложения простейшего учения, с доктриною и фактами согласного, о расходе топлива на заводах для суммы физических процессов, совершающихся там на каждом шагу. Назовите доктриною, назовите теориею, или, пожалуй, фактом - как вам будет угодно, но дело совершается по простым законам передачи тепла. Есть в них свои усложнения, есть неясности в подробностях, но подробности ищите уже не здесь, в письме, а в специальных книгах: надо все же понять и сознать основное, тогда подробности под его дисциплину подойдут. Это то же, что пертурбации, которые суть кажущиеся уклонения факта движения планет от доктрин Ньютона, но в сущности, как и показано потом, теми же Ньютоновыми началами вполне выражаются. Не хочу излагать частностей, а желаю и считаю важнейшим выразить общность, подмеченную в сумме частностей.
Физические действия, заводами производимые, чаще всего суть: простое нагревание, перегонка или испарение, состоящее в переходе твердого или жидкого тела в газообразное или парообразное состояние, наконец, плавление, т.е. переход из твердого вида в жидкий. Сюда же принадлежат, конечно, и обратные процессы: охлаждение, сгущение, застывание, а также и переходные формы, например размягчение, хотя бы железа в жару при сварке и ковке. Когда вы раз примете, что теплота есть движение, вам станет понятно, что при усилении этого движения можно достигать таких изменений массы, каких не достичь без того, совершенно подобно тому, как механическое изменение или перемещение легче для массы, находящейся в движении, сравнительно с массою покоящеюся. При покое надо начинать движение, необходимое для изменения, а здесь только направлять. А направляющими служат силы внутренние, телам свойственные. Совершенно, как у людей. Раз вы примете внутреннее невидимое движение за составляющее сущность теплоты, вы придете неизбежно к тому, что малейшей невидимой частице тела припишете свои силы, свои направления движения, свою внутреннюю жизнь. И пред вами оживет тогда все то мертвое, что вы считали таким по здравому смыслу и по классическим понятиям. А приписав свою жизнь, свое движение неподвижности земной и на взгляд неподвижным ее частям, друг к другу относящимся, так, как планеты и солнца относятся между собою, вы неизбежно станете искать законов взаимного их отношения, потому что покоритесь этой невидимой силе и будете сознавать, что ваше дело может состоять только в направлении сил, свойственных помимо вашего сознания и хотения всякой частице. Понимая громадность земли, вы не приметесь останавливать ее или изменять ее движение. Так же точно удержит вас здесь незаметная малость. И вы очутитесь в средине неизбежного, чем можно воспользоваться, сознавая и изучая его законы, конечным среди крайностей, громадности и малости почти бесконечной; станете не центром мира, а в его общее течение, со своими особенностями.
Так доктрины и теории, касаясь частей, приводят к целому и стройному, если еще не сознанному явно, то уже невольно "очевидному". С этой точки зрения и хорошо для вас, что вас естествознание начинает интересовать хоть с какой-либо стороны. С ним придет к вам не только новая сила пользования природою, но и то внутреннее спокойствие, которого классицизм и его политиканство не дали вам и дать никому не в силах. Иначе ведь классический мир не погиб бы, и сила скромнейшего сперва христианства не выросла бы именно там, в Европе, где классицизм цвел и размножился. Поэтому, заинтересовавшись заводами, вы невольно измените мало-помалу весь строй вашего мировоззрения. А не изменивши его, ничего и не поделаете в самом заводском деле, все будете сбиваться на староклассическую дорогу сомнений, политики, внутреннего самообожания, бездействия и диалектики. С востока варвары пришли, показывая староклассическому миру его бессилие. А новоклассическое состояние бессилия побеждается давно идущею с запада отраженною волною, которая заводскою практикою и естествознанием и доказывает бессилие возродившегося классицизма, опять политикующего и думающего тем достичь чего-то нового. Эти интересы естествознания и заводов начались именно от возрожденного классицизма, но в соединении с христианскими началами да с ходом мирного развития. И как тогда классикам казались ничтожными и грубыми силы этих варваров и этого явившегося христианства, так на глазах наших неоклассикам кажутся ничтожно грубыми силы заводов и естествознания. Тогда с мучениками и с войнами пришла перемена; теперь она идет неотразимо, но мирно. <...>
Это уж великий успех человечества, дающий ручательство за будущее, но это и показатель силы двигательных начал. Пусть удерживаются от теорий и доктрин, если хотят и могут, они придут неизвестно откуда, если нельзя будет им придти в стройном и спокойном изложении, придут бурные, не взвешенные, и будет хуже. Придут же они непременно, во-первых, потому, что ради хлеба и жизни понадобятся заводы, а с ними естествознание; во-вторых, потому, что ни заводы, ни естествознание без свободы доктрин и теорий правильно развиваться не могут, окажутся отсталыми, будут забиты иными - теми, кому доктрины и теории будут доступны.
Вот куда завлекло меня одно упоминание о теории тепла, которую я хотел сообщить вам только ради ясности дальнейшего изложения. Эта область, по взгляду далекая от заводских дел, на самом-то деле очень близка к ним. На первый взгляд парадоксальною кажется связь заводов с теориями и доктринами, а между тем здесь связь тесная и неразрывная. И я это еще покажу в возможно сжатой форме, прежде чем перейду к подлинному предмету этого письма.
Заводы - это одинаково несомненно по теории и по логике, так что доказывать нет нужды - заводы сильны естествознанием. Естествознание же сильно доктринами и теориями. Это я постараюсь показать вслед за ним, но сперва кончу силлогизм. Следовательно, заводы сильны теориями и доктринами, что и требовалось доказать.
Без доктрин и теорий не существовало, не существует и, наверное, существовать не будет естествознания как науки, потому что объект или область этого знания у всех в распоряжении, на каждом шагу, начиная от звезд небесных, от явлений земной поверхности, до света, движения, тепла, до клеток, листьев и букашек. Это не то, что, например, знания исторические или филологические. Тут необходимы документы, языки, письмена, словом, людские произведения, только у немногих могущие находиться в распоряжении, по самому существу предмета. Это даже не то, что медицина, или юриспруденция, хотя и здесь объект не у каждого на глазах, под рукой. А если не объектом, то чем же другим, как не воззрением на него, т.е. теориями и доктринами, сильно естествознание? Однако путь наведения мысли на истинную дорогу, через исключение другого возможного выхода, кроме настоящего, недостаточен для убеждения: нужно прямое, положительное, как говорят, фактическое, историческое доказательство. Оно налицо в каждой области естествознания и в их совокупной истории.
Возьму примером хоть химию. У древних ее вовсе не было не только как науки, но даже как сборника данных. Сперва явились металлурги, врачи, алхимики и ятрохимики как собиратели данных, принявшиеся за дело с мыслью тотчас им овладеть, сделавшие многое, но силы никакой не давшие и не имевшие, потому что доктрин и теорий у них, в сущности, и не было, только были какие-то свои личные воззрения, вроде аристотелевских, т.е. таких, которые уму нравились по той или другой причине, а с природою дела вовсе не согласовались, опытом не проверялись.
Теперь же сила химических сведений несомненна, хотя бы из того уже одного, что для ее разработки построили все государства Западной Европы громаднейшие сооружения. Богатством обстановки химических институтов страны теперь просто щеголяют; Германия, Австрия, Франция, Италия соперничают между собою. Стали бы разве это делать, если бы не была тут сила? Но когда же случилась эта перемена? Да тогда, когда успехи химического изучения довели до возможности извлекать пользу, совершенно неожиданную, из массы всюду рассеянных веществ природы, а это произошло только тогда, когда составились химические доктрины, когда теория и гипотезы побудили делать исследования в областях, на первый раз кажущихся лишенными всякого возвышенного интереса. Ну, что классику было бы за дело до золы, до дегтя, до какого-то колчедана или до гниения, дыхания? И нам с вами не было бы до них дела, если бы не составились о них доктрины и теории - истинные побудители пытливости, в результате которой вдруг оказались польза, выгода, сила. Без доктрин так бы не жили, так бы не питались, так бы не ездили, так бы не изловчились даже истреблять друг друга на войне, как это стали с ними делать. Частные примеры встретятся нам дальше, да не они и важны здесь, а совокупность сведений, обнимающая всю историю частностей. И всего поучительнее признать, что даже единоличные предположения или гипотезы, оказавшиеся затем неверными, не раз давали повод к важным открытиям, увеличивавшим силу наук, а это оттого, что только общее, уму представляющееся как истина, т.е. гипотезы, теории, доктрины, дают то упорство, даже упрямство в изучении, без которых бы и не накопилась сила. Массу этих примеров найдете в истории каждой отрасли естествознания. А уж когда работают с доктриною или теориею истинными, т.е. природе отвечающими, тогда подавно сила удесятеряется, а энергия искателя поддерживается, потому что он с каждым шагом слышит, что все более и более близится к пониманию той общей картины целого, без которой немыслимо успокоение пытливого ума. Без этой поддержки разве достало бы сил на годы кропотливого труда? А без него не было бы той массы сведений, которые накоплены, хоть бы в химии, с тех пор, как стали в ней следовать не только за той исходной доктриной, что материя не творится и не пропадает, но и за целою массою развившихся затем гипотез, теорий, доктрин, взявших свое начало от этой основной. Поэтому, став за заводы, вы стали за теорию. А между тем завод есть антитез теории. Связь тут тесна, как тела с душою. Оторвите одно - не будет и другого, видимый труп хоть и останется, но жизнь отлетит.
Сперва рядом уживались незрелыми и неразвитыми, но соединенными, идеализм с материализмом. Здравого смысла было у материалистов не меньше, чем у идеалистов. Такова эпоха классицизма. Окаменели в этих крайностях жители Востока: индийцы в своем идеализме, китайцы - материалистами. С христианством первых времен победил идеализм, но впал во время средневековой эпохи в неизбежные крайности. И опять материализм стал торжествовать. Смена одного другим казалась неизбежною, всегдашнею. Однако слияние началось, когда естествознание выступило со своими методами, орудиями, доктринами и теориями, оживившими мертвое, открывшими во всем мире чуть не чисто человеческие отношения стремлений, жизни и неустанного движения. <...> И попытки спиритов разделить два мира, равно как и опыты позитивистов отказаться от одного из них одинаково напрасны, одинаково скоро вянут, взошедши потому, что пришло время тезу и антитезу слить синтезом, исходящим из того же самосознания, которое провозгласило великое слово сомнения, уничтожающее cogito ergo sum. А как очевидность слияния тела с душой в собственной жизни каждому несомненна, составляет источник понимания, то и дело слияния опыта и наблюдения с теориями и доктринами, заводов с дисциплиною наук выступает явно, хотя и безо всякой торжественности и лишних придатков. Однако сознавать это следует, и потому не жалею, что заговорил в эту сторону. Считая же ее очень важною, отвечу вам, когда вы с вашим анализом заявите пункты сомнения. Теперь же обращусь от столь общего к столь частному, каково применение топлива для физических явлений на заводах. Для меня тут нет скачка, есть только то, что в жизни на всяком шагу всякий у себя подметит, если станет вникать. Да и во всем естествознании, в каждом его шаге виден этот переход от общего, широкого размера к частному, иногда очень узкому. Этого избегали только крайности идеалистов и материалистов классического манера. Но мои письма к вам уже отнюдь не классическими порывами определены, стремлюсь показать живую связь даже заводского дела, не то, что научного, с духом, с внутреннею жизнью, с ее высшими потребностями. Поэтому, без диалектических подходов, сразу перехожу опять к топливу.
Из всех физических явлений заводского дела, происходящих при расходе топлива, проще других прямое нагревание или передача тепла от горячего тела нагреваемому. Важнее всего при этом помнить чрезвычайно простое и естественное положение, что передача тепла происходит почти пропорционально разности температур и почти пропорционально поверхности соприкосновения. Поэтому, если топливо развивает некоторую температуру, а в заводском деле нужно довести нагревание вещества до некоторой другой высокой температуры, то необходимо, чтобы первая была больше второй и прикосновение было возможно полным, нагреваемое [вещество] должно со всех, по возможности, сторон омываться пламенем или жаром горючего. Эти условия особенно важны в тех случаях, когда требуемая температура весьма высокая, например превышает 1000º, или ярко-красно-калильный жар. Не всякое топливо может дать столь высокие температуры. Например, сырое дерево не дает. Если даже топливо дает температуру, только на несколько градусов превышающую желаемую температуру, то расход топлива будет громадный, потому что передача тепла близ предела возможности совершается очень медленно, так как разность мала, а передача пропорциональна ей. Экономию топлива можно соблюсти при этом или заменою одного рода топлива другим, развивающим высшую температуру, например торфа каменным углем, угля газом, или экономии топлива можно при этом достичь, вводя устройство и условия получения высших температур, а о них будет далее упомянуто. Когда дело идет о получении на заводах этих высоких температур, становится необходимым обратить особое внимание не только на материалы, из которых кладется печь, но и на устройство самых печей, в которых нужно достигать высоких температур. От ошибок в их устройстве, даже при наилучшем топливе, может тратиться огромное его количество совершенно напрасно; от недостаточно же огнестойкого материала для устройства топки печей может происходить большой расход на частые остановки и переделки печей. А так как то и другое сильно отзывается на выгодах предприятия, то всякие заводские устройства, требующие очень высоких температур, непременно требуют точного изучения всего дела топки.
Усилия последнего времени, направленные в эту сторону, именно и группируются около трех вопросов: топлива, дающего высшую температуру; кирпичей или массы, наиболее огнепостоянных; наконец, устройств, дающих при возможном удобстве работы высшие температуры. Сперва шли ощупью, секретными приемами, личными усилиями отдельных лиц, а ныне идут путем теоретическим, явным и всем доступным, и достигают успехов не минутных, а прочных. Не вхожу теперь в подробности, потому что цель моя пока уяснить вам трату топлива, а не его роды и не устройства для его потребления, которые дальше отчасти будут рассмотрены. Теперь же мне надо только выяснить значение целей производства в вопросе экономии топлива. Иное дело производства, требующие высокой температуры, прямо многими сортами топлива и не достигаемые или достигаемые лишь с большим расходом горючего материала, а иное - те производства, при которых температура желаемого нагревания очень значительно ниже той, какую дает топливо в обычных устройствах. Так, при металлургических производствах, стеклоделии и гончарном деле иногда требуется нагревание до бело-калильного жара, а в производствах винокуренном, сахарном и многих химических - нужно нагревание только до температур, в паровых котлах существующих, т.е. много что до 200º. В первом случае или род топлива, или устройство топки должны дать высокую температуру, а во втором - годно всякое топливо. В тех случаях, когда желаемая температура невелика, имеет также большое значение та температура, которой достигают в очаге горения или в печи известного устройства, но здесь уже значение этих факторов не настолько преобладающее, как в предшествующем случае. В этом случае преобладает прямо значение количества тепла, которое доставляется горючим материалом, или, иначе сказать, здесь действие топлива прямее зависит от его количества и не столько от его качества, как в другом случае. А потому экономия количества топлива ясно выступает в случае надобности невысоких температур. Однако постоянно должно иметь в виду, что даже и при тех процессах, которые требуют высокой температуры, весьма выгодно для экономии топлива предварительно подогревать или воздух, служащий для горения, или само нагреваемое тело, при помощи тепла, выходящего и теряющегося из печи, потому что там, по самому существу дела, выходят продукты, нагретые до температуры низшей, чем желаемая, рабочая температура, и, следовательно, тепло, заключающееся в этих выходящих продуктах, без этого пропало бы бесполезно.
Те способы, которыми достигается пользование уходящим теплом, в сущности весьма просты. Надо помнить, что продукты горения топлива, производя в очаге и в том месте, где желаемое нагревание происходит, некоторую температуру, сами охлаждаются до температуры, близкой к этой рабочей температуре. Вот эти-то охлажденные уже и отработавшие продукты горения и могут служить для предварительного подогревания. Эти продукты горения, отработавши, удаляются, потому что они больше не могут ничего полезного произвести в пространстве, где происходит нагревание тела, потому что они охлаждены до желаемой температуры рабочего пространства. Уходя, продукты горения и могут служить для предварительного подогревания нагреваемого вещества. Так, в стеклоделательной печи, где требуется очень высокая температура, пламя из очага, где стоят горшки со стеклом, проходит в пространство, где предварительно подогреваются составные части, употребляемые для смешения и образования стекла. Но тепло, теряющееся в отработавших продуктах горения, может служить еще и для возвышения температуры рабочего пространства. Это обстоятельство необходимо упомянуть, потому что оно везде может иметь огромное значение и еще мало употребляется в заводах на пользу. Дело в том, что данный род топлива, как мы и увидим далее, может, естественно горя, при притоке свежего воздуха, развивать некоторую температуру, но то же самое топливо, будучи само предварительно нагрето и, особенно, сгорая в воздухе, также предварительно нагретом* будет развивать гораздо высшую температуру, что понятно без дальнейших объяснений и что существенно важно не только для получения высших температур, но и вообще для экономии топлива, потому что основное положение нагревания требует от горючего материала высокой температуры, и чем она выше, тем большую долю тепла топлива можно передать нагреваемому телу. Вот для того-то, чтобы предварительно нагреть топливо и воздух, служащий для его сжигания, и можно употреблять отработавшее пламя, т.е. то тепло, которое в данном случае непосредственно не может служить для заводской цели, а именно пламя, охладевшее от его начальной температуры до температуры, существующей в рабочем пространстве. Регенеративные газовые горелки, начавшие ныне распространяться и у нас, основаны именно на этих началах и представляют случай употребления с пользою теряющегося тепла. В них как притекающий к горелке газ, так и приходящий для горения газа воздух прежде своего смешения накаливаются тем теплом, которое развивается при горении газа, потому что продукты горения проводятся внутрь горелки мимо тех труб, по которым идут газ и воздух, и эти продукты горения, нагревши проходящие воздух и газ, а сами охладившись, уносятся в тягу. Нагретый же воздух и нагретый газ развивают, очевидно, высшую температуру, чем тот же газ и тот же воздух, встретившись в холодном состоянии. От высокой температуры, происходящей при этом, зависит яркость пламени или сила света, развиваемого такими горелками. В результате расход газа для получения данной силы света в регенеративных горелках уменьшается вдвое. Такое же начало применяется и в заводских регенеративных печах. Продукты горения из рабочего пространства, где они развивают желаемую высокую температуру, проводятся в пространства, в которых находится кирпичная кладка, которую они накаливают. Через это пространство проводится затем воздух и газообразное топливо, сгорающее в рабочем пространстве, как дальше мы опишем подробнее. Они возьмут тепло кирпичной кладки и, следовательно, разовьют, сгорая, высшую температуру, чем в обычном условии прямого притока в очаг. В настоящее время такого рода регенеративными печами пользуются исключительно для получения высоких температур, в особенности на стеклянных заводах, в разных металлургических печах и т.п. Но нет сомнения, что и во множестве других случаев возврат теряющегося тепла топливу и воздуху будет чрезвычайно важен и отразится на экономии топлива, потому что в рабочем пространстве получится высшая температура, а при высокой температуре передача тепла, т.е. нагревание, произойдет быстрее. Не надобно, однако, терять из виду двух соображений, имеющих здесь большое значение. Во-первых, то, что высокая температура, достигаемая при регенеративном сжигании топлива, требует особенно изысканных материалов для кладки печи или рабочего пространства, а потому во множестве случаев получение высокой температуры будет скорее вредно в экономическом отношении, чем полезно, тем более, что обыкновенные металлические снаряды и печи, сложенные из обыкновенных кирпичей, не в состоянии выдерживать высоких температур. Второе обстоятельство, которое надобно иметь в виду, есть то, что теряющимся из рабочего пространства топливом можно очень часто пользоваться для побочных целей производства. Так, например, если на химическом заводе в данной печи будет развиваться высокая температура, то выходящее пламя можно проводить под паровики или испарительные сосуды, где не требуется столь высокой температуры. Затем, к числу средств пользования теряющимся теплом относится действие заводских труб. Ведь труба, отводящая дым, действует так же, как и паровая машина, сообщаемым теплом ей. Труба должна производить тягу, вдувать воздух, т.е. производить работу, подобную работе насоса. Для того чтобы такая работа совершалась, нужно, чтобы в трубе находился воздух более легкий, т.е. более нагретый, чем воздух окружающего пространства. Обыкновенно в заводских трубах имеется температура, близкая к 150º, и расчет самого устройства труб ведется при допущении некоторой определенной температуры продуктов горения, находящихся в трубе. Тепло, уходящее в дыме, не теряется, следовательно, вполне даром. Оно действует для произведения тяги, необходимой при топке и вообще в заводском деле. В сушильнях, в пространствах, где выделяются вредные пары и газы, а также и в местах, где скопляется много рабочих, необходимо теми же трубами, в которые идет дым, возобновлять воздух, и этого часто достигают при помощи дымовых труб.
* Нагревание воздуха, служащего для горения, имеет большое значение, потому что масса этого воздуха больше массы топлива.
Таким образом, нагревание в сущности есть процесс последовательного изменения температуры от окружающей, данному времени года соответствующей, до желаемой. Если нагреваемое вещество есть жидкость или газ, т.е. текучее или могущее легко передвигаться вещество, то легко достигается условие непрерывной равномерности нагревания, и тогда весьма важно постоянно помнить, чтобы направление движения нагреваемого тела было, по возможности, противоположно направлению движения нагревающей жидкости или газа, например пламени и продуктов горения. При такой встрече токов достигается наиболее полезный результат, потому что выходящие из очага продукты горения имеют высшую температуру и встречают тело, уже предварительно подогретое, а потому производят нагревание более сильное. Уходя же далее, продукты горения встречают более и более холодные части нагреваемого предмета, а потому сами более и более охлаждаются.
При обсуждении экономии топлива, служащего для нагревания, очень важно обратить также внимание на ту преграду, которая разделяет нагревающее пламя от нагреваемого вещества. В некоторых случаях нагревание может быть произведено непосредственным прикосновением или самого горящего вещества или пламени к нагреваемому телу. В большинстве же случаев это последнее должно быть вмещено в металлический, глиняный или какой-либо другой сосуд или отделено от пламени стенкою.
Обсуждение вопросов, сюда относящихся, имеет весьма большое прямое значение по отношению к плану и ценности устройства нагреваемого прибора, по отношению же к экономии топлива, особенно в обычном случае невысоких температур, нагревание влияет лишь косвенно, потому что, увеличивая поверхность и устраивая подогревание, всегда можно достичь желаемой экономии топлива. А так как теперь мы обсуждаем именно вопрос о расходе топлива, то и оставим в стороне устройство снарядов (сосудов, кубов и т.п.), служащих для нагревания, тем более что в отдельных производствах часто другие условия важнейшего рода, чем экономия топлива, определяют размеры, форму и качества нагревательных сосудов. Только немногое в этом отношении считаю полезным сказать вам, не останавливаясь, однако, и над этим. Хотя теплопроводность разных материалов, например, металлов, весьма неодинакова и хотя стенки разной толщины также неодинаково проводят тепло, но в практическом отношении при устройстве снарядов для нагревания эти разности становятся часто ничтожными, особенно при непрерывном действии приборов, когда передача тепла от топлива уже установилась. Тонкие стенки нагреются скорее и скорее отдадут тепло, но зато и пламя топлива охладится, не догорит, будет содействовать скорейшему разрушению тонкой передаточной стенки. Тут надо ясно отличить стенки двух родов: во-первых, окружающие нагреваемое пространство и уединяющие его от остального пространства; во-вторых, стенки, отделяющие топливо или пламя от нагреваемого пространства. Говорится об этих последних. Иное дело, стенки, отделяющие нагреваемое от окружающей среды. Для них надо заботиться, и очень сильно, о том, чтобы они представляли худой проводник тепла и имели значительную толщину, потому что то, что через них пройдет, уже утрачено. Так в жилищах стенки печей делаются или тонкими, или толстыми, из металлов или из глины, и от этого экономия топки не зависит. Стены же комнат должны быть для экономии топлива массивны и худо проводить тепло. Заменяя железные паровые котлы медными, мы не выгадываем в сущности ничего относительно пользования топливом, проигрывая только в ценности устройства котла. Материал и устройство стен, передающих тепло, зависит от иных соображений, чем расход топлива.
Иное дело - материал и устройство очага для горения. Они влияют сильно по двум причинам. Во-первых, потому, что горение может быть неполным. Тогда часть топлива уйдет с дымом. Сверните бумагу конической трубкой, зажгите с широкого конца, а узким обратите кверху, чтобы из него шел дым. Этот дым можно зажечь. В дым может много уйти топлива, и очаг надо так устроить, и вести в нем горение, чтобы этого не случалось, а потому мы об этом предмете будем говорить подробнее. Во-вторых, от устройства и способа сжигания топлива зависит самая температура, в очаге достигаемая, а от нее прямо зависит передача тепла нагреваемому предмету, как следует из исходного положения; косвенно же от нее зависит еще и экономия топлива потому, что полное горение может быть достигнуто лишь при достаточно высокой температуре. Притом от устройства очага и одинакового хода зависит и масса воздуха, входящего в очаг, и от нее или, правильнее, от отношения массы воздуха к массе топлива зависит экономия топлива весьма сильно по той причине, что мало воздуха - не все топливо сгорит, много - температура понизится, так как тепло передастся излишку воздуха, и лишек его уйдет в дым. Чтобы разобраться с влияниями, имеющими значение при обсуждении расхода топлива при нагревании, следует еще узнать, что, по основному условию нагревания, наивыгоднейшая передача тепла через стенки происходит тогда, когда размеры передающей тепло стенки будут наибольшие. От этого обстоятельства зависит то, что в паровом котле или в перегонном кубе, или в печи для сухой перегонки и т.п., где есть возможность распорядиться величиною или размером разделяющей стенки, стремятся увеличить эту поверхность как можно больше. Безграничному увеличению являются, однако, очевидные преграды не только в ценности устройства прибора, но и в том, что вместе с величиною нагреваемой поверхности возрастает и потеря тепла, неизбежная от разности температуры окружающего воздуха и той температуры, которая нужна в рабочем пространстве, так как с увеличением нагреваемой поверхности, за известным пределом, начинает возрастать и охлаждающая внешняя поверхность.
Если же вам придется заказывать или делать кубы, котлы или тому подобные роды приборов для нагревания, имейте постоянно в виду величину поверхности, нагреваемой прямо продуктами горения топлива, потому что от нее много зависит полезное действие топлива. Очаг горения для этого прямо и помещается под кубом или даже внутри котла, если температура не высока и склепка может держать. Прямое действие топлива на стенку сосуда, вмещающего нагреваемое вещество, состоит не только в нагревании пламенем, но и в действии лучистого тепла, развиваемого топливом. Его особенно много дают те сорта топлива, которые оставляют много твердого угля. А так как лучистое тепло может, подобно свету, отражаться и сгущаться в фокусе, то на этом основано устройство сводов так называемых отражательных печей. Помещая в фокусе свода нагреваемый предмет, достигают почти столь же высоких температур, как и при помещении в горне или среди угольного топлива, когда оно все уже разгорелось, да притом имеют ту выгоду, что управление топкою, находящеюся в некотором удалении от нагреваемого предмета, много облегчается, сравнительно с топкою горнов. Кроме того, в горне пламя и вообще продукты горения уже вовсе не применяются к нагреванию, а в отражательной печи идут между сводом и лежащим под ним нагреваемым предметом, а потому прямо служат в пользу. Для обычных горнов применяются только те роды топлива, которые не дают пламени, как кокс и древесный уголь. В большинстве же других сортов топлива, дающих пламя, для нагревания можно пользоваться не только тем теплом, которое получается в очаге горения, но и тем, которое уходит с продуктами горения. Если даже вовсе не пользоваться теплом очага, т.е. не помещать в нем нагреваемого тела, то убытка не будет, лишь бы из очага не терялось тепло даром чрез дверцы, стенки и другими путями: получается даже выгода, потому что в очаге будет очень высокая температура, а при достаточном, но немного излишнем количестве воздуха возможно тогда достичь полного горения. Тогда нагревание произведет продукты горения.
Эти продукты горения должно отводить, чтобы давать доступ новому количеству воздуха, нужному для горения. На пути от очага до дымовой трубы этими продуктами горения можно и должно пользоваться для желаемых нагреваний. Это пространство, в немногих только случаях и то только в части пути, может быть со всех сторон окружено нагреваемым телом. Так это делается, например, во многих паровых котлах, где внутрь самого котла вставлены металлические трубы, через которые и проходят продукты горения. Во множестве же случаев нельзя устроить подобного приспособления, потому что самое закрепление труб не может выдерживать высоких температур, достигаемых нагреванием. Даже при перегонке нефти нельзя уж сделать этого, потому что там достигается температура больше 300º, и металлические трубы, вделанные внутри котла и проводящие продукты горения, не выдерживают и очень краткой службы. Приходится окружать нагреваемый куб дымовыми каналами, прилегающими к нагреваемым стенкам с одной стороны. Для увеличения числа точек прикосновения дымовые ходы должны быть развиты в плоскости нагреваемых стенок и сокращены в направлении, перпендикулярном к ним. Однако очень плоский узкий канал невозможен, потому что тогда трение внутри него весьма значительно возрастет и работа труб будет недостаточна для произведения правильной тяги, нужной для притока свежего воздуха.
Вы видите из этого, что дело устройства даже самого простого нагревания требует соображения множества разнообразных обстоятельств. Поэтому, при обсуждении технических вопросов, касающихся расхода топлива для нагревания, вам необходимо будет войти в подробности самого устройства снарядов и печей, в которых производится нагревание, если вы захотите сколько-нибудь экономически пользоваться топливом. А если не обсудите, не разочтете и не взвесите этих подробностей, не только не будет экономии топлива, но даже не будет и возможности сделать расчеты производства. Без них получится дело слепое, сопряженное с неожиданностями и случайностями. Из того, что я лично знаю по отношению к устройству наших заводов, я вывел заключение, что у нас почти вовсе не обращается никакого внимания на сколько-нибудь достоверные предварительные расчеты производства не только в отношении расхода топлива, но и во многих других статьях затеваемых технических дел. Оттуда происходят часто неудачи. Обыкновенно еще разбирают закупку сырья, обсуждают сбыт и расход на заводский персонал. О топливе же чаще судят просто по примеру других заводов. От них берут и образцы устройства печей, если можно - даже печников. В редких случаях много-много если хлопочут о том, чтобы получилась в печи желаемая температура, потому что это уже совершенно неизбежно для самой сущности хода завода; о том же, чтобы старались добиться экономии в количестве горючего материала правильным устройством топки, дымоходов и нагреваемых поверхностей, редко где приходится у нас слышать, хотя мы ныне уже вовсе не богаты топливом в большинстве мест действия заводов и у нас топливо уже имеет такую высокую ценность, какой нет в странах с большим развитием каменноугольной промышленности и заводских дел.
Все расчеты, необходимые для устройства очагов и нагревательных приборов, найдете в готовом виде только для некоторых отдельных, очень больших производств, имеющих хорошую литературу, например для свеклосахарного производства и винокуренного, доменного и содового. Если же дело коснется большинства других заводов, то вам самому придется во множестве случаев делать соответственные соображения и расчеты. Без знакомства с теорией предмета и здесь не обойтись, если не решиться на риск или не довериться другому. Прежде всего рекомендую изучать какой-либо определенный случай. В дальнейшем изложении постараюсь дать примеры, по которым узнаете манеру расчета и увидите сущность теории лучше, чем изучая ее одну, но без нее все же не обойдетесь. Для нее берите книги Пекле, Шинца и Феррини, чтобы изучить дело нагревания и устройства снарядов с достаточною полностью. Моя цель состоит только в том, чтобы разъяснить вам совершенную необходимость подобного изучения в том случае, когда в деле заводского предприятия топливо у вас будет играть видную роль. Конечно, если ваш завод будет расходовать, например, для сырья 30%, на ручную работу 20%, на материалы и снаряды укупорки и обработки 35%, на погашение капитала 10%, а на топливо всего каких-нибудь 5% от всей стоимости вашего товара, тогда, конечно, на топливо не стоит обращать большого внимания, потому что даже полное его уничтожение не отзовется чувствительным сокращением расходов. Но ведь есть такие производства, где расход топлива составляет столь большую долю затрат, что экономия в его расходе отразится на доходах весьма явно. Стеклянные, гончарные, металлургические, многие химические роды производств именно таковы. Тогда на первый план и выступят вопросы, касающиеся экономии топлива, и тогда-то вам и будут полезны вышеназванные сочинения, где вы найдете и теорию и практику дела в стройном и полном изложении. Иногда один намек теории дела, один пример другого опыта будут вам достаточны для того, чтобы ввести коренные улучшения. Но, конечно, всего лучше, если овладеете такою совокупностью сведений, что будете в состоянии сами сделать расчет. От меня не ждите ничего, кроме указаний и намеков на то, что должно вам принять во внимание, обсуждая сущность заводских дел. Только в частных примерах я еще возвращусь к вопросу экономии топлива в подробном развитии. Но пойдем далее в разъяснении самых элементов вопроса.
При нагревании, конечно, важно иметь в виду не только те непроизводительные затраты, которые должно по возможности сократить, но и полезные или необходимые затраты количества тепла, потребного для нагревания. Пусть вам нужно в течение суток нагреть некоторую массу, например столько-то пудов вещества, от данной до желаемой температуры. Спрашивается, сколько же топлива нужно израсходовать для этого? Такие вопросы на каждом шагу в заводах. Прежде всего должно помнить, что всякие расчеты требуют определенной единицы и, как рубли в обычной бухгалтерии, эти единицы входят в счет дебета и кредита, расхода и прихода, которые должны быть равны. Решить задачу расчета и значит составить равенство, обе части которого необходимо должны быть выражены числами, отвечающими одной и той же единице. Единицею для расчетов топлива в нагревания служат калории, или единицы теплоты. Количество топлива тоже должно быть отнесено к этим единицам, и когда мы перейдем к родам топлива, то узнаем, сколько калорий отвечает каждому топливу. Когда найдем число калорий, требуемых в данное время, тогда, при делении на число калорий, развиваемых топливом, и получим количество последнего. Теми же калориями надо измерять расход тепла полезный и бесполезный, которого избежать нельзя. Таков обычный путь. Мы его можем упростить, сосчитав вместо того числа калорий, которое развивает топливо, сгорая вполне, и когда его продукты горения охлаждаются до температуры окружающего пространства, лишь то количество калорий, которое то же топливо дает в действительности под паровым котлом в виде паров воды. При этом, следовательно, будут приняты уже во внимание все обыкновенно существующие потери тепла, происходящие от лучеиспускания стенок печи, от обычной неполноты горения и от теплоты выходящего дыма. По многочисленным и чрезвычайно тщательным определениям, сделанным Шерер-Кестнером и Менье, изучавшим каменные угли почти всех европейских стран, в том числе и России (с 1868 до 1873 г., в отчетах Парижской Академии наук), оказывается, что из 8-9 тыс. кал лучшие угли отдают воде в отлично устроенном паровике (с подогревателями) только от 4500 до 5900 кал, или в среднем - только около 60% тепла. Остальное теряется лучеиспусканием, в дыме и золе. В обычных условиях, когда нельзя следить столь тщательно за топкою и когда устройство нагревательного прибора менее совершенно, потери доходят до 50 и даже до 60%, как видно из работ над этим предметом в Пруссии, Саксонии и Ганновере. Поэтому можно полагать, что расчет будет близок к действительности, если вместо всего числа калорий, развиваемых топливом, будем брать лишь половину, считая, что остальная разойдется без пользы и уйдет в дыме, т.е. поступит для работы дымовой трубы. А потому, если узнаем количество тепла, необходимое для цели нагревания, найдем и количество топлива. А о том количестве тепла, которое необходимо для нагревания в данном случае, можно сделать суждение, зная произведение трех величин: теплоемкости нагреваемого тела, его весового количества и разности температур до и после нагрева. Две последние величины сами собою понятны. Чем больше масса нагреваемого вещества, тем больше пойдет единиц тепла и топлива. То же и по отношению к температуре. Чем на большее число градусов следует произвести нагревание, тем больше нужно тепла и топлива, при прочих равных условиях, конечно, например, при той же теплоемкости, том же проценте лучеиспускания и проч. Эти величины в действительности меняются с переменой рабочей температуры, но не так много, как теплоемкость, при замене одного тела другим.
Теплоемкостью тела называется количество тепла, нужное для нагревания единицы массы или веса данного тела на 1º Ц. Теплоемкость воды считается за единицу, потому что теплом, расходуемым для нагревания воды на 1º, измеряется количество тепла. Теплоемкость других тел обыкновенно меньше теплоемкости воды. Ртуть представляет, например, тело, имеющее только 1/30 долю теплоемкости воды, железо - 1/8. Если требуется, значит, нагреть массу воды до желаемой температуры, то надо в 30 раз более топлива, чем для нагревания такой же массы ртути. Теплоемкость нефти близка к половине теплоемкости воды. Теплоемкость воздуха не более четверти, песка, землистых и каменистых веществ - около 1/4. Теплоемкость водяного пара составляет только половину теплоемкости воды, взятой в жидком состоянии. Такова же почти теплоемкость льда. Теплоемкость стекла составляет около пятой [части] теплоемкости воды, как у многих каменистых веществ. Словом, для всякого нагреваемого тела имеются уже из прямых опытов найденные численные величины их коэффициента, называемого теплоемкостью*.
* Точнейшим образом теплоемкость определяется понятием о производной (или о дифференциальном коэффициенте) количества теплоты в температуре, или проще - теплоемкость есть приращение тепла, отвечающее приращению температуры. Из этого понятно, что теплоемкость есть величина, изменяющаяся не только с природою тела и температурою, но и с переменою состояния тела: его объема, давления и проч. Принимая теплоемкость постоянною для данного тела, мы, однако, не впадаем в крупную погрешность, потому что нас занимают здесь не эти сравнительно малые различия, а лишь крупные величины. Так, расчет движения падающего камня будет верен, при известном порядке точности, если мы не обратим внимания на сопротивление воздуха, а при расчете движения того же камня в воде, даже при небольшой точности наблюдения, сопротивлением среды пренебречь нельзя. Когда же обсуждается парашют, сопротивление воздуха играет первостепенную роль. Так, в известной степени точности, при известной сумме условий видоизменяется прием, облегчающий возможность обсуждения, чем можно и чем нельзя пренебречь, иногда составляет первейшую задачу исследования, сущность которого всегда состоит в достижении возможного упрощения. Так, в технике можно теплоемкость принять в большинстве случаев постоянною для каждого тела в данном его состоянии.
Числа найдете в любом руководстве физики, в любой справочной технической книге или в тех сочинениях, касающихся пользования теплотою, которые выше указаны. Например, нужно нагреть раствор поваренной соли, содержащий 25%, от 0 до 70%, и пусть количество этого раствора равно 10 тыс. кг, или 10 т. Привожу в этом случае, как и во многих других стану приводить, метрические меры, потому что с ними удобнее всего делать всякого рода расчеты. Советую и вам во всех ваших расчетах употреблять метры, килограммы и тому подобные метрические единицы, потому что при них все расчеты сводятся на самые простые действия уже потому, что деление на части здесь десятичное, как в счете цифрами. Найдя некоторую величину, выраженную метрическими единицами, легко перейти от нее к обыкновенным нашим русским весам и мерам. Так, например, 10 тыс. кг составляют 10 метрических т. Каждая метрическая тонна веса отвечает 61 пуду, следовательно 10 тыс. кг отвечают 610 пуд. Употребление метрических мер при расчетах, касающихся теплоты, потому особенно полезно, что в большинстве руководств и справочных книг даются числа, уже основанные на этих единицах. Так, например, теплоемкость, скрытое тепло и тому подобные термические свойства тел даются по отношению к стоградусному термометру Цельсия, а не термометру Реомюра. В справочных книгах вы найдете, что теплоемкость 25%-го раствора поваренной соли близка к 0,8, а потому количество тепла, которое нужно для нагревания 10 тыс. кг на 70º, равно 0,8 х 70 х 10 000, или 560 тыс. кал - конечно килограммовых. И пусть дано топливо каменноугольное, развивающее 8 тыс. кал, полезное действие которого равно 4 тыс. кал.
Очевидно, что для нагревания надо израсходовать в нашем случае 140 кг данного угля, или около 1/70 веса раствора.
При нагревании передаваемая теплота, так сказать, очевидна. При плавлении и испарении она, как говорится, скрывается, т.е. температура не повышается, а между тем расход тепла происходит и необходима его затрата. Сущность этой траты здесь зависит от того, что плавление и кипение составляют перемену состояния вещества, а перемена состояния вещества не может совершиться без внутреннего движения и сопровождается сверх того внешним движением; например, при образовании из воды паров объем возрастает, а следовательно, происходит внешнее, видимое движение. Из ничего не родится движение, по доктрине, о которой была выше речь, а потому на возродившееся внутреннее и внешнее движение, сопровождающее испарение и плавление, расходуется тепло. Его-то и называют скрытым. В твердом теле частицы распределены иначе друг около друга и иначе движутся, чем в жидком теле, а в газообразном состоянии вещество представляет совсем уже иные условия движения, чем в жидком. Частицы, переходя в пар, приобретают особое, собственное, самостоятельное движение, которое выражается в том, что пар рассеивается во все стороны. На это движение и на эту перемену рода движения и расходуется тепло при плавлении, перегонке или испарении. Эту трату тепла или скрытое тепло выражают также числом калорий, или единицами тепла. Если скрытое тепло испарения нефтяных продуктов близко к 75 единицам тепла, это значит, что при переходе 1 весовой части из жидкого состояния в парообразное скрывается такое количество тепла, которое в состоянии нагреть 1 весовую часть воды от 0 до 75º, или 75 весовых частей воды от 0 до 1º. Каждому процессу плавления и испарения отвечает своя численная величина скрытого тепла. Скрытое тепло плавления льда 80, селитры 49, цинка 28, чугуна около 30, свинца около 6. А скрытое тепло испарения воды 530, спирта 200, эфира 90, ртути около 60. Эти и другие числа опять же вы можете найти в указанных сочинениях*. И если вы будете вести расчеты о количестве потребного топлива, вам необходимо иметь данные, касающиеся тех сплавляемых или испаряемых веществ, которые вы будете на заводе обрабатывать плавлением или перегонкою. Чего там не найдете, то сами определите, хотя бы и грубым опытом, например по сравнению с водою или другим телом, скрытое тепло и теплоемкость которого хорошо известны.
* Скрытое тепло, строго говоря, изменяется не только при переходе от одного вещества к другому, но и при изменении температуры, объема и др., но здесь нам до этих подробностей пока нет дела.
Возьмем для примера керосиновый завод, перегоняющий ежедневно прерывным способом по 10 кг сырой нефти и отгоняющий тем 3 т керосина. Спрашивается, сколько он сожжет топлива, если не станет заботиться, как обыкновенно и делают, ни о непрерывной гонке, ни о пользовании теплом, заключающимся в парах и остатках? Найти приближенную цифру легко, если знать, что отгонка керосина начинается тогда, когда нефть в кубе нагрета около 150º, а кончается она, когда остатки будут нагреты около 360º. Очевидно, что во время перегонки средняя температура паров будет около 250º. Полагая теплоемкость нефти и ее паров равною 1/2, а скрытое тепло испарения принимая за 70 калорий, получим, если нефть взята была при 0º, что в парах уйдет 3 х 250 х 1/2 (число тонн пара, средняя разность температуры и теплоемкость) + 3 х 70 (число тонн и скрытое тепло), или 375 - 210 = 585 тонновых калорий. Но тепло пойдет еще на нагревание 7 т остатков от 0º до 350º, на что израсходуется 7 х 350 х 1/2, или 1225 калорий, да на нагревание печи и куба, массу которых примем только за 3 т (в действительности больше) и теплоемкость за 1/10, а потому расход тепла на это равен 3 х 350 х 1/10, или 105 тонновых калорий. В сумме потребуется 375 + 1225 + 105, или около 1700 тонновых калорий тепла от топлива. Сумму (1705) мы приняли за 1700 потому, что разность составляет лишь очень малую долю всего тепла, а такой точности в числах для теплоемкости, скрытого тепла и температур в нашем приближенном расчете нет. Чтобы доставить 1700 тонновых калорий в сутки, надо сжечь, судя по другим неизбежным потерям отопления, лучеиспускания, дыма, не меньше, как такое количество топлива, которое доставляет 3400 кал. А как тонна хорошего каменного угля дает около 8 тыс., а тонна нефти или остатков - немного менее 12 тыс. кал, то для обычной прерывной перегонки на керосин 10 т нашей нефти в сумме надо тратить немногим менее 1/2 т каменного угля или менее 1/3 т нефтяных остатков. Ближе этот последний равен 34/120, или 17/60 т. Это составляет расход в 17 пуд. остатков на 180 пуд. керосина, или на 600 пуд. нефти. Следовательно, 100 пуд. нефти, этим способом обрабатываемые, дадут 30 пуд. керосина и 70 пуд. остатков, но из них израсходуется не меньше 3 пуд. как топливо. В действительности жгут больше, не говоря уже о плохих заводах, даже на благоустроенных, но менее 3 пуд. нельзя уже при этом израсходовать. Очевидно, здесь возможна экономия и очень значительная. Она уже достигнута, как я опишу, когда буду говорить отдельно о перегонке нефти. Мы увидим даже, что керосин можно отогнать, почти ничего не тратя топлива, если уметь пользоваться теплотою, уносимою в остатках. Увидим, что этого действительно с удобством возможно достигать.
Вообще надо не забывать, что скрытое тепло возвращается назад при обратном переходе, например из парообразного состояния в жидкое или из жидкого в твердое. Этим возвратившимся теплом возможно воспользоваться во множестве случаев, подобно тому как мятым паром или теми водяными парами, которые работали уже в паровой машине, есть возможность пользоваться для целей нагревания, например для отопления жилищ, для предварительного подогревания воды и других целей.
Хотя физические изменения веществ и составляют неизбежную принадлежность множества заводских предприятий, но сущность их во всяком случае определяется химическими превращениями или теми родами изменения веществ, которые ведут к получению новых тел, не бывших первоначально. Химические же процессы совершаются только при определенных пределах температуры. Есть такие температуры, при которых вещество само по себе или два вещества, приведенные в полное взаимное прикосновение, нисколько химически не изменяются. Так, например, водород с кислородом, составляющие воду, при обыкновенной температуре могут оставаться беспредельно долгое время, не образуя воды. Их можно сжимать, охлаждать, подвергать механическому движению, освещению и множеству других влияний, и они все-таки остаются нисколько не измененными, тогда как при повышении их температуры примерно до 600º химический процесс наступает, внутренняя сила, свойственная телам, заставляет их измениться или располагать части в ином виде, словом химический процесс совершается. Так, из кислорода и водорода при 600º получается со взрывом вода.
В практическом отношении, т.е. по отношению к трате топлива, химические процессы могут быть разделены на четыре категории, из которых две первые топлива не расходуют, а две последние требуют его. К первой из них мы относим такие процессы, которые совершаются и при обыкновенной температуре, сами собою, лишь только тела придут во взаимное прикосновение. Так, например, кислота со щелочью дает соль при обыкновенной температуре непосредственно тотчас же. Так, известь с водою при обыкновенной температуре гасится или соединяется, рассыпаясь в порошок, и дает то, что называется гашеною известью, или пушонкою. Так, при обыкновенной температуре серная кислота растворяет железо, выделяя водород и образуя железный купорос. Брожение, или изменение сахаристых веществ в спирт и углекислый газ, также относится к числу таких химических превращений, которые происходят при обычной невысокой температуре, а при возвышении ее изменяется даже ход этой реакции и многих других. Получение свинцовых белил на счет углекислоты и окиси свинца, взятой ли в виде массикота или в растворе, также идет при обыкновенной температуре. Эти химические процессы и масса им подобных принадлежат к числу тех, в которых температура начала реакции или взаимодействия лежит ниже обыкновенной температуры. В некоторых из таких процессов можно искусственным охлаждением довести тела до предела химического взаимодействия, т.е. до того, что взаимодействие не совершается уже само собою. Однако и здесь, в большинстве случаев, химический процесс от нагревания ускоряется и вообще становится более энергическим.
Но между превращениями этого рода много и таких, которые требуют понижения температуры, без чего ход реакции изменяется. Достаточно указать на то, что для брожения требуется определенная низкая температура, а иначе закисание происходит легко. Эта чуткость к влиянию температуры на ход химических изменений особенно ясно видна в тех изменениях, которые всякий знает в растениях, вырабатывающих свои продукты в зависимости не только от почвенных влияний, света и влажности, но и от температуры. Смысл влияния даже малого изменения температуры на ход некоторых химических превращений становится понятным, если мы придержимся доктрины существования невидимого движения во всех телах, потому что химическое превращение само по себе есть непременно невидимое движение материи, так как после него материальные части оказываются в ином распределении. С изменением температуры во внутреннем движении вещества должно совершиться то или другое изменение, а оно может оказать свое влияние на распределение вещества при химическом его изменении, если это последнее сопровождается также движением материи, происходящим на незаметно малых расстояниях. Потому, говоря вообще, температура оказывает влияние на ход химических превращений. Без доктрины всеобщего движения это был бы просто грубый и частный факт. С нею - это необходимость.
В заводском отношении реакции этой первой категории или вовсе не требуют топлива, или требуют только слабого нагревания, какое достигается отоплением помещений, или, наконец, требуют охлаждения. Последнее редко встречается; поэтому его не станем особо разбирать; но там, где оно необходимо, топливо станет расходоваться, потому что им проще всего достигается охлаждение. Так, например, топливо нужно, чтоб сгустить аммиак или сернистый газ, или чтобы сжать газ, и они при испарении и расширении развивают холод.
Ко второй категории химических процессов мы относим такие, у которых, во-первых, температура начала взаимодействия лежит выше обыкновенной температуры; во-вторых, во время взаимодействия развивается температура высшая, чем температура начала реакции, а потом, раз начавшись и требуя для начала повышения температуры от постороннего тела, реакции этого рода идут затем сами собою, не требуя нагревания, а, напротив того, доставляя его. Несомненно, что для всякого химического изменения имеется такой предел низшей температуры, ниже которого данное химическое явление не совершается со всею его массою и если происходит, то в месте соприкосновения с третьим, посторонним телом, могущим при этом не изменяться. Влияние прикосновения станет понятным, если узнаем, что на всякой поверхности, ограничивающей тело, движение его частей должно претерпеть особое изменение, могущее быть подобным изменению, совершающемуся при нагревании. Очевидно, что изменение, производимое прикосновением к третьему телу, не касается существа дела о влиянии температуры, хотя и играет свою роль. Так, фосфор на своей поверхности поглощает кислород и при обыкновенной температуре, но для зажигания фосфора нужна температура выше обыкновенной. Так, желтый фосфор при обыкновенной температуре, по крайней мере в темноте, нисколько не превращается в красный фосфор. Правда, что при действии света и при обыкновенной температуре происходит медленное поверхностное изменение желтого фосфора в красный; но это уже другая сторона предмета, которой нам здесь нет нужды касаться и которая имеет свой особый интерес в теоретическом отношении, однако до сих пор в практике не оказывающем влияния.
Начавшаяся при некоторой температуре та или другая химическая реакция может быть, как говорят ныне химики, экзотермического или эндотермического свойства, т.е. при ней или выделяется тепло, или поглощается. Как в первой, так и во второй (равно и в третьей) категории стоят реакции или превращения экзотермические, теплоту дающие. А выделяющаяся теплота отдается прежде всего самим взаимодействующим телам, может их нагревать от температуры, при которой они находятся, до той, при которой взаимодействие совершается. Тогда раз начавшееся взаимодействие, не требуя особого топлива, само собою продолжается. Наиболее ясным примером химических процессов, совершающихся подобным способом, может служить самое горение топлива. Для начала горения нужно зажигание. Зажигание есть не что иное, как доведение части вещества до той температуры, при которой химический процесс горения начинается. Горение продолжается само собою только тогда, когда при горении развивается такая температура, которая выше температуры, нужной для начала горения. Зажженная часть вещества, сгорая, нагревает соседнюю до температуры начала горения, и вот, вследствие этого, горение продолжается само собою. Характернейший род химических превращений, требующих лишь местного и единовременного нагревания, составляют так называемые взрывы, или изменения, при взрывах совершающиеся. Горение всякого топлива, ничем от взрывов, в сущности, не отличается. Взрыв может даже происходить не только от химического изменения веществ, специально называемых взрывчатыми, но и при употреблении всякого топлива, например хотя бы всякого горючего газа. Не только светильный газ, но водяной и генераторный газы, применяемые в технике для топки, при смешении с воздухом легко дают взрывы. Они даже могут получаться тогда, когда топку производят гречишного или другою мязгою или каменноугольной пылью, опилками и тому подобными твердыми дробными веществами, вдуваемыми струею воздуха. Точно так же, применяя нефтяное отопление, даже освещаясь керосином, особенно же применяя бензин, можно иметь взрыв, потому что взрыв в самой общей форме есть не что иное, как явление горения при таком условии, что горючий материал и сожигающее вещество, т.е. кислород, находятся уже в полном и надлежащем смешении, и эта масса в каком-либо месте будет зажжена. При этом неизбежно необходимы предварительное смешение, притом в определенной пропорции, и зажигание или местное накаливание, или даже иногда механическое, определенной силы, потрясение. Если оно будет не местное, а общее для всей массы, взрыв будет только сильнее, а существо дела останется то же. Оттого удар курка о пистон или взрыв затравочного патрона в минах, или первобытное зажигание фитилем - одинаково возбуждают взрыв, хотя первые, производя возбуждающее потрясение на дальнейшее расстояние, действуют сильнее. Когда горит обыкновенное топливо, взрывов нет только по той причине, что горение идет последовательно от поверхности одного куска угля или дерева к другому, от одного слоя к следующему слою, потому что последовательно притекает новое и новое количество воздуха, а горение требует и горючего материала и воздуха, состоя в их взаимодействии. Предварительного смешения топлива с кислородом, потребным для горения, в обычных условиях нет. Смещение или прикосновение происходит последовательно, оттого и горение совершается последовательно. Если же мы представим себе горючее и сожигающее вещества уже предварительно смешанными и в одной части произведем накаливание или воспламенение, то оно передается всей остальной массе точно так, как горение пороха передается всей остальной массе, после зажигания одной его части. В порохе селитра не только представляет кислород, но и содержит его массу; уголь же и сера составляют горючее вещество. Они здесь смешаны только механически, но равномерно. В нитроглицерине или гремучей ртути этот сожигающий кислород и этот углерод, участвующий в горении, находятся в предварительном химическом соединении, проникают друг в друга, хотя и не стоят в том распределении, в котором они оказываются после взрыва. Самый акт взрыва есть не что иное, как изменение давления, сопровождающее химический процесс: а изменение газового давления происходит во взрывчатых веществах оттого, что они первоначально занимают сравнительно меньший объем, чем после взрыва. И так как объем зависит весьма сильно от температуры, а эта последняя от количества выделяемого при горении тепла, то от него же зависит и сила взрыва. Говоря вообще, взрыв тем сильнее, чем, во-первых, быстрее совершается процесс во взятой массе; во-вторых, чем больше тепла выделяется в данном объеме взрывчатого вещества. Следовательно, при взрывчатых и горючих веществах нет нужды в расходе топлива. Они сами составляют топливо, сами развивают теплоту, притом в таком количестве и в таком напряжении, что горение части вещества способно довести другие ближайшие части до температуры начала химической реакции. Короче сказать, в техническом смысле этот сорт химических процессов составляет разряд явлений, не только не требующих тепла, но развивающих тепло; развиваемое химическим процессом тепло здесь составляет цель, с которою возбуждается процесс. Но к тому же второму разряду химических явлений, на заводах совершающихся, относится и много таких случаев, когда целью служит не теплота горения, а продукт, образующийся после него. Так, сжигая кости, получают иногда золу их, служащую для добычи фосфора. Так, сжигая этот фосфор, получают фосфорную кислоту. Так, добытую в рудниках серу сжигают в особых печах (калькаронах), чтобы вытопить или расплавить остальную серу и отделить ее от породы (известняка и гипса), с которою она смешана. А эту серу или серный колчедан жгут, чтобы приготовить сернистый газ, необходимый не только для добычи серной кислоты, но и для беления, приготовления сернисто-металлических солей и других заводских целей. Смолу, пробковые обрезки, даже маслянистые вещества жгут для сажи. Зажигать и здесь надобно, но затраты топлива, как коренного расхода производства, здесь нет, как нет его в первом разряде химических процессов, совершающихся при обыкновенной температуре.
Третий разряд химических явлений составляют те, которые требуют нагревания, а следовательно, и топлива, не только для начала процесса, но и во все его продолжение, хотя самый процесс (экзотермический) теплоту развивает, подобно двум предшествующим категориям. Разность здесь лишь в том, что для начала и хода химического превращения нужна температура выше обыкновенной, а количество выделяющегося тепла мало и недостаточно для того, чтобы поднять температуру от обыкновенной до той, при которой реакция совершается с достаточною скоростью. Так, например, чугун превращается в железо через сожигание части углерода, содержащегося в чугуне, и это сожигание сопровождается огромным выделением тепла, но тем не менее топливо расходуется при этом, потому что чугун, и притом весь, всей массою, а не частью, должно сперва расплавить, и только после того, как температура доведена до определенной высоты, воздух способен выжигать углерод, превращая чугун в сталь и железо. Это и достигается в горнах (способ кричный) или отражательных печах (способ пудлинговый), или в яйцевидных сосудах - конверторах (способ Бессемера), но во всяком случае не без расхода топлива, хотя, например, при продувании воздуха через чугун, влитый в конвертор, температура страшно повышается. Во множестве случаев, хотя не всегда, необходимость повышения температуры в рассматриваемом разряде химических превращений обусловливается тем изменением физического состояния, которое действующие тела испытывают при нагревании. Так, например, сода с песком в твердом состоянии совсем не реагируют. Причину этого можно прежде всего искать уже в том, что оба вещества суть тела твердые. Химический же процесс есть образование однородного вещества. Следовательно, он непременно должен состоять в движении частиц, в проникновении одного тела другим, и требует поэтому, чтоб хотя одно из действующих веществ было в подвижно-жидком или газообразном состоянии. Это не исключает, однако, возможности взаимодействия в порошковатых массах, смешанных и особенно подвергнутых затем сильному сжатию, которое и имеет тот смысл, что при нем поверхности сближаются, и в точках прикосновения наступает изменение структуры или состояния движения вещества, могущее быть подобным тому изменению, которое наступает при нагревании. В норме, однако, подвижность жидкого или газового состояния нужна для обычного хода химического изменения. Однако при температуре плавления соды между песком и содою еще нет взаимодействия, по крайней мере в количествах, сколько-нибудь практически очевидных. Нагревание требуется довести далее до того, чтобы углекислый газ выделился, и из соды и песку получилось бы сплавленное стекло. Нам не нужно здесь входить в рассмотрение того, почему нужна температура известной высоты для известного химического процесса. Важно только знать в каждом частном случае, какая температура представляет начало взаимодействия, потребного в заводском деле. Но в действительности приходится вести нагревание не только до этой температуры начала взаимодействия, а иногда гораздо дальше, до той температуры, при которой взаимодействие или изменение достигает наибольшей напряженности, чтобы сократить время реагирования. Это последнее ведет и к экономии топлива, потому что продолжительное нагревание, хотя до низшей температуры, часто влечет за собою огромную трату топлива. Следовательно, для сокращения расходов топлива нужно знать в каждом частном случае, какая температура наиболее благоприятна ходу известного превращения. О количестве же расходуемого топлива можно судить, зная уже температуру и другие ей отвечающие (теплоемкость, массу) элементы, точно того же рода, как при нагревании, что было выше разобрано.
Для дальнейшего разъяснения дела необходимо отличать два класса химических реакций между теми, которые требуют нагревания. Одни химические процессы поглощают теплоту, другие же развивают. Те, которые мы до сих пор рассматривали, развивают теплоту, и к четвертому разряду мы относим поглощающие тепло. Поглощение тепла при химическом процессе совершенно одинаково с поглощением тепла при перемене физического состояния из менее подвижного в более подвижное, из компактного - в более редкое. То же и здесь. Теплота поглощается, когда, при химическом изменении, получается из тела, мало способного к дальнейшим превращениям, вещество, более подвижное в химическом смысле, т.е. способное к легчайшим химическим взаимодействиям, - когда из плотнейшего происходят легчайшие вещества. Нередко даже химические процессы, поглощающие тепло, сопровождаются прямо физическими явлениями перемены состояния, требующими этого поглощения. Так, известняк переходит в известь, теряя газообразную угольную кислоту, т.е. из твердого тела получается другое твердое тело и газ. Следовательно, здесь тепло расходуется не только для того, чтобы произвести химическое изменение вещества, но и для того, чтобы переменить физическое состояние - перевести часть вещества в газообразную форму. Вообще говоря, большинство процессов разложения или таких, при которых из одного тела получаются два или несколько других тел, требует затраты тепла. Те химические процессы, в которых происходит соединение, где из двух веществ получается одно, или из нескольких меньшее количество тел, развивают теплоту. Но такого рода соотношение не имеет большой общности и может служить только крупным, грубым указанием. Так, например, уголь, накаленный в парах серы до начала белокалильного жара, соединяется с серой и дает сернистый углерод. Из двух тел получается одно новое. Однако тепло при этом не выделяется, а поглощается не только потому, что требуется при этом высокая температура, а потому, что при сжигании сернистого углерода развивается больше теплоты, чем при сжигании того угля и той серы, которые служили для образования сернистого углерода. Напротив того, есть процессы разложения, в которых выделяется тепло. Таковы многие взрывчатые тела. Эти различия реакций соединения и разложения тел, происходящих с поглощением или выделением тепла, имеют важное значение для понимания химических отношений уже потому, что химические процессы, поглощающие теплоту, сами собою никогда не совершаются, но эта сущность химических процессов в техническом отношении к расходу топлива имеет значение лишь маловажное. Так, например, 100 весовых частей дерева, хотя бы, например, осины, дают при разложении от действия жара: 25 частей угля, 7 частей смолы или дегтя, 40 частей водянистого перегона, содержащего древесный спирт, уксусную кислоту (12% от веса водянистого перегона) и 28 частей горючего, не сгущающегося газа.
В отношении траты топлива не имеет поныне никакого значения вопрос о том, происходит ли такое разложение с поглощением или с выделением теплоты, хотя несомненно, что здесь теплота поглощается. Важно только знать, что для разложения нужно израсходовать топливо на то, чтобы произвести сухую перегонку, а она происходит только при накаливании. Расход топлива определяется здесь тем, что разложение совершается только при известной высокой температуре. Газы, водянистые части и смолистые продукты разложения при этой температуре оказываются в парообразном состоянии. В холодильниках они сгущаются, теряют ту температуру, которую при разложении получали, и очевидно, что ныне, когда цена топлива еще второстепенна, в ценности и успехе предприятия никакого практического значения не будет иметь то обстоятельство, что при охлаждении продуктов перегонки выделится больше или меньше тепла, чем поглотится во время самой сухой перегонки. Выделение тепла при охлаждении в холодильнике до начальной температуры будет ли более или менее, чем поглощение тепла в реторте при разложении дерева, просто практически неважно знать, равно как и то, получим ли мы большее или меньшее количество тепла, сжигая уголь, смолу, спирт, газ и уксусную кислоту, чем при сжигании самого дерева. Все это неважно здесь, потому что в таких сложных процессах, какова сухая перегонка дерева, еще не успели подробно разобраться во всех явлениях, не измеряли их все, да и перегонку ведут иногда только для получения угля, иногда для смол и уксусной кислоты, иногда для газа, а другие продукты ценят низко, как отбросы или побочные продукты производства, даже жгут их или просто бросают. Так, нередко дерево обжигают лишь для угля, бросая все прочее. Здесь нельзя и ждать отчетливости сведений, топливо тратится почти зря. Поэтому во многих сложных химических процессах техники, подобных сухой перегонке дерева, о количестве расходуемого тепла можно составить приближенное представление только по определению температуры, требующейся для хода реакции, и нет возможности принимать во внимание те сравнительно малые количества тепла, которые развиваются или поглощаются в химическом процессе. Надо, однако, заметить, что с развитием знаний о данном заводском процессе являются сперва гипотезы и доктрины, а потом образуется и теория всего рода производства, и они дают возможность расчета всех подробностей дела. Теория же есть не что иное, как гипотеза или проще, как личное мнение, оправдавшееся над приложением всяких следствий, по живой действительности. Те, что идут против доктрин и гипотез, предлагают или остаться несовершенному и зачаточному в этом недоделанном виде, или же, что еще хуже и вреднее - они признают свои мнения за совершенные и законченные, обсуждения и встречи не терпящие.
Блестящий пример такого движения в изучении предмета представляет техника доменных печей или производство чугуна. Начатая и долго жившая без стройной гипотезы, эта отрасль промышленности сперва была чисто эмпиричною, и расчетов в ней сделать нельзя было, надо было довольствоваться примерами, взятыми от других. Но мало-помалу, не без борьбы мнений и встречи неожиданностей, создалась из наблюдений, гипотез и опытов столь полная теория дела, что ныне есть уже возможность принять во внимание все главнейшие подробности, а между ними - и расход топлива. От этого явились улучшения, не гениями, а производимые просто знатоками дела в отдельных частных предприятиях, где во главе стали лица, знакомые не с одними частностями, но и с общею теорией предмета. Доменная печь ожила, стали известны все ее потребности, все то материальное, что ей надо дать и что она дать может, и все то движение, которое совершается в ней в виде накаливания, плавления, лучеиспускания, химического изменения и технического выхода ее продуктов. Так будет когда-нибудь и с сухою перегонкою дерева, тем более, что сухая перегонка каменного угля, очень с нею сходная, уже подлежит разбору.
Весь механизм химических явлений со стороны поглощения или выделения тепла ныне сильно разрабатывается тою отраслью наук, которая получила название термохимии. Собираются факты, даются гипотезы, ищутся законы, стремятся к теории, и это приложится к технике в недалеком будущем, судя по тому, что начало ныне уже имеется. Французы Фавр и Вертело, датчанин Томсен, из русских Бекетов, Лугинин, Чельцов и многие другие вносят свет в эту еще темную область. Двигают их, силу дают им только доктрины и гипотезы. Движение это отразится на технике заводского дела, дайте только развиваться доктринам и теориям, не учите той классической и нигилистической лжи, что они - тщета и суесловие. Вы, как юрист, конечно, не учите этому, знаете, что верное выдержит критику; но простите, что невольно возвращаюсь на эту тему, когда наши публицисты, с притворно охранительным азартом, открыто именно проповедуют о вреде доктрин и теорий. Работая, в сущности для каких-то неясных мне личных целей, они внушают ложное учение в среде, и без того страдающей отсутствием не только науки, но и веры в нее, да еще осмеливаются в своей вздорной диалектике ссылаться на естествознание, зная, что и сами они его не знают и читатели их с ним мало знакомы, и видя, что оно-то именно сильно и движется быстро. Не раз поэтому вернусь еще к тому, как эта сила естествознания, тесно связанная с понятною всем силою заводского дела, берет свое начало именно от доктрин и теорий. Нельзя же оставить людей морочить других, да еще по отношению к тому, что считается более всего необходимым, не только в отношении к дальнейшему видимому развитию страны, но и по отношению к развитию самосознания, о котором толкуют так часто те самые, что ратуют против доктрин и теорий. Но подождем еще, время не ушло: действительность опыта и наблюдения сама должна показать, где устойчивость и охрана коренных начал: в классицизме ли и гонении доктрин и теорий, или в естествознании и в доктринах однообразных вечных законов развития всего в мире. Если опыт истории не дал ясно видеть, что за классицизм ратовали всегда, когда готовились разрушающие перевороты, а против теорий и доктрин, когда хотели заставить замолчать противников своих учений, не выдерживающих критики, то надобно или дать течь времени с его опытом, или подождать очевидных абсурдов, которые не преминут появиться у новых последователей классицизма, как было всегда. Придерживаясь способа последнего, я оттого и считаю необходимым выставить абсурд ссылки на естествознание тех, которые идут против доктрин и теорий; а подождавши немного увидим и еще худшие несообразности. Так подождем пока и обратимся к заводской деятельности, не минуя доктрин и теорий.
Все то тепло, которое потребляется на заводах для доведения взятых тел до температуры реакции, нужно считать уже затратою безвозвратною. Редко удается возвратить часть этого тепла при обратном процессе охлаждения; а в технических расчетах нет возможности принимать во внимание очень малые количества тепла, потому что добыча или возврат малого количества теплоты может обойтись работою и устройством приспособлений, дороже, чем новая трата топлива. Вообще технические расчеты надобно вести постоянно с переводом всякого рода затрат на денежный расход, потому что у завода эта цель преобладающая и задерживающая возможное развитие этих дел. Чтобы показать вам ясный, хотя и косвенный этому пример, достаточно указать на то, что множество технических производств имеют так называемые отбросы, т.е. совершенно пренебрегаемые в экономическом отношении результаты химических превращений, которые, однако, сами по себе иногда становятся со временем исходною точкою нового производства, весьма большой важности. Если непрерывность есть первый принцип заводского дела, то вторым должно считать, по моему мнению, отсутствие отбросов. Производство совершенствуется явно, когда оно, во-первых, становится непрерывно равномерным, во-вторых, когда оно не дает отбросов. По существу это понятно. Ведь завод превращает ненужное, непотребляемое - прямо в необходимое, полезное, потребное. Так, из песку, золы и извести делают стекло; из корней марены - красную краску; из весеннего сока сосны - аромат ванили, составляющий ванилин. Негодное превратить в годное - цель. А годное - ценно, поэтому и только поэтому происхождение ценностей есть ближайшая цель производств. Следовательно, не ценимое ныне, в отброс поступающее, может заводским манером получить цену. Но овчинка стоит выделки не всегда, не в каждом кожевенном заводе, а в том заводе, где есть клееварение из отбросов кож, никакая часть овчинки не уйдет от переделки в ценность, хотя уйдет иная от выделки. Так, при добыче светильного газа остается или получится деготь и аммиачные воды, которые сперва составляли прямой отброс производства, а ныне составляют исходную точку особых ветвей промышленности. Так, в содовом производстве долгое время, да и по сих пор еще, в отбросы входят вся та известь и вся та сера, которые приобретаются заводами. Они составляют целые горы около содовых заводов, образованные такими содовыми остатками, содержащими преимущественно сернистый кальций. Переработать их можно обратно в серу или на известь, но никто и не думает перерабатывать их на известь вследствие ее крайней дешевизны. Переработку же на серу производить не только возможно, но иногда даже и выгодно, хотя цена серы и дающего ее колчедана низка в большинстве мест, доступных торговле. Вот почему, избегая отбросов, ищут иных способов добычи соды из поваренной соли или, лучше, из ненужных никому соленых вод, той соды, пуд которой ценится рубля в полтора, потому что она нужна на многие другие производства. Черепкам горшков, лопнувших на гончарном заводе, и тем нашли ценное применение в виде так называемого шамота, входящего в состав новых глиняных изделий. По мере совершенствования всякой заводской отрасли она стремится более и более сократить или даже совершенно уничтожить отбросы.
Тепло, потраченное для нагревания до температуры реакции, в огромной массе случаев ныне еще вовсе не заботятся возвратить или применить, а потому оно составляет отброс, которым со временем, конечно, воспользуются, и если никогда не достигнут полноты возврата, то сократят даровую потерю и через то станут достигать экономии топлива. То тепло, которое действительно расходуется, например, при сухой перегонке дерева, идет, во-первых, на нагревание дерева и сосудов, в которых его перегоняют* до температуры разложения; во-вторых, на самый процесс разложения. Первое по существу все возвратимо; второе же - только отчасти, потому что некоторые продукты сухой перегонки дерева, охлажденные до начальной температуры дерева, остаются несгущенными, следовательно, часть тепла скрылась, превратившись в то внутреннее движение, которое свойственно газам. О возврате возможного не думают, да и не стоит еще думать, пока экономия в расходе не достигнута, потому что ценность продуктов еще высока. Подумайте только, что 100 пудов дерева дают около 5 пудов крепчайшей уксусной кислоты (надо, однако, хорошо работать, чтобы получить столько), а пуд ее стоит не менее 10 руб. Если вес 1 куб. сажени дерева принять за 250 пудов, то одной уксусной кислоты из него будет не меньше, как на 100 руб., а кубическая сажень дров стоит у нас местами менее десятка рублей. Очевидно, что здесь, да и во множестве других случаев, о возврате нескольких рублей на топливе не может быть и речи в заводах, заботиться приходится о другом.
* Расход на нагревание сосуда (и печей) исчезает, если устроится непрерывная гонка, за которую не раз принимались, но которая до сих пор не удается как следует, потому, мне кажется, что начинали без надлежащего рассмотрения всех условий дела. Если стану писать об этом предмете подробнее, как стоит того, ввиду громадной дешевизны дерева на нашем Севере, - то выскажу свое мнение о непрерывной сухой перегонке дерева.
Топливо, составляя вещество, в сущности, действует как сила, как магазин энергии, потребляемой на заводе. Веществам, как деньгам, ведут счет. Бухгалтерия необходима как сознание, как средство проверки действий. Силу, однако, можно учитывать как вещество, потому что не пропадает в сущности ни сила, ни материал, уж скорее деньги пропадут. А потому, проектируя завод, ведя его, сводя итоги прошлого, делая предположение на будущее, все время ведите счет с дебетом и кредитом не только деньгам, материалам производства, товарам и лицам, но и топливу. Единицу изберите любую: хоть вагоны каменного угля, хоть кубические сажени, хоть килограммы, пуды. А чтобы смысл был ясен - переводите на единицы тепла или калории. Столько-то кубиков или пудов такого-то топлива, стоят столько-то денег, стоят стольких-то калорий. Приход и расход будет ясен тогда и для топлива, как он ясен для кассы или для склада, или для покупателя. Только при этом не ограничивайтесь одною арифметикою дела.
Счет дебета и кредита вышел равный - это для бухгалтера довольно, для хозяина же мало: хозяину надо знать, согласуется ли расход топлива с действительною в нем потребностью. А чтобы это узнать, необходимо, кроме сведений о мере самой потребности, иметь ясное понятие о достоинствах топлива и о мере неизбежной его траты при потреблении, выражая как качество топлива, так и меру его траты в тех же единицах, в каких выражена потребность топлива, т.е. в калориях, отнесенных к пудам, тоннам, килограммам или другим весовым единицам. В следующих письмах я и предполагаю познакомить вас с необходимейшими данными, относящимися до этих предметов, чтобы вы могли стать хозяином этого предмета.
Источник: www.dugward.ru
Made on
Tilda