Mráz – tajemství a podstata chladu, část druhá

Add Comment

Většinou ho vnímáme spíše jako nepříjemný, ale i osvěžující pocit doprovázející náš každodenní život a to zejména v období kdy před ním není ve venkovním prostředí úniku. Ano jde o mráz, chlad, zimu a našli bychom řadu dalších pojmenování tohoto jevu, o kterém se však jen málokdo zamýšlíme. Co je jeho skutečnou podstatou? Jaká záhadná síla, energie či látka stojí za všezpomalujícím vlivem tohoto elementu? Tuto otázku si badatelé pokládají už od středověku a možná ještě déle.

Industriální historie výzkumu chladu

V předchozí části tohoto článku jsme skončili u informace o úsilí skotského fyzika Williama Thomsona získat pro sebe jeden z výtisků knihy – Úvahy o hybné síle ohně (1824), kterou pokládal za podstatnou pro své vlastní výzkumy. Tento skotský průkopník termodynamiky byl zaujat Carnotovými myšlenkami o pohybu tepla vytvářejícím ve stroji užitečnou práci.

Po návratu z Paříže, kde se snažil dopátrat jeho jediné knihy, ho však ještě více překvapila alternativní teorie, o které zaslechl a jejímž nositelem byl anglický fyzik a pivovarník James Prescott Joule. Z počátku bylo snahou tohoto známého vědce dokázat Carnotův částečný omyl v tom, že práci produkuje teplo jen svým pohybem, neboť dle něj se samo teplo mění na mechanickou práci. To byla v té době úplně nová, až bláznivá myšlenka. Dělal experimenty, při nichž měnil mechanický pohyb na teplo, tedy s něčím na podobném principu jako parní stroj, jen právě opačném. Pivovarníci měli tehdy jedny z nejpřesnějších teploměrů, takže i to mohlo přispět k jeho vůbec prvnímu přesvědčivému měření míry přeměny pohybu na teplo způsobené třením.

Tomu co objevil, byl velmi blízko ihrabě Rumford s pozorováním tepla při vrtání dělových hlavní.P. Joule však dokázal přeměnu přesně měřit adnes tuto sílu nazýváme „energií“, proto je po něm nazvána základní jednotka této fyzikální přeměny (Joule). W. Thomson, který se později proslaví jako lord Kelvin podpořil Joulovy objevy tím co dnes známe jako zákony termodynamiky. První zákon, který je prací Joula říká, že energii lze měnit z jedné formy na druhou, ale nelze ji vytvořit, nebo zničit. Druhý zákon, za nějž se nejvíce zasloužil později doplněný Carnot popisuje skutečnost, že teplo se pohybuje jen jedním směrem – od teplého ke studenému.

Po poznatcích o toku tepla bylo lidstvo už jen vlásek od realizace „chladících cyklů“ umožňujících umělé chlazení v praxi, jak je známe dnes. Vrátíme-li se skoro o sto let zpět – do doby, než se ve větší míře rozmohly první parní výrobníky ledu fungující na principech toku tepla za použití vlastností tekutého čpavku, jež pozoroval už Michael Faraday, byl „přírodní led“, ač to zní neuvěřitelně – jednou z nejžádanějších spotřebních komodit své doby.

Přínos chladu, využití a poznatky

Tím, kdo udělal z ještě přírodního ledu opravdový byznys až korporátních rozměrů, byl Američan Frederic Tudor (1783 -1864) přezdívaný též Bostonský „Ledový král“. Zpočátku ho prý s jeho bratrem znenadání napadlo zkusit vydělat nějaké peníze prodejem ledu z novoanglických rybníků tam kde si ho lidé žádají, ale nemají. Tento na první pohled bláznivý podnikatelský záměr, se však zanedlouho ukázal být zlatým dolem a poptávka neustále narůstala. Tudor musel přizpůsobit své záměry neustále se zvyšující poptávce, a tak nechal vyvinout specializované nástroje na těžbu ledu a zaměstnával čím dál víc lidí. Problematičtější to měl se zakázkami zpoza moře, jako byla Evropa, Indie a další exotické kolonie, protože mu nikdo nechtěl propůjčit svou loď na převážení ledu (vody) jako nákladu. Sehnal tedy investory, aby měl prostředky na koupi své vlastní první lodi, která dostala jméno Favorit. Postupně se jeho flotila rozrůstala, a i když během dopravy docházelo ke ztrátám asi 20% nákladu, tak byl zisk z jedné lodi dovezené do Karibiku až 6000 dolarů. Led vydržel v takovém množství pro svou nevídanou vlastnost zůstat v pevném stavu, protože množství energie potřebné k roztátí kusu ledu vcelku je srovnatelné s množstvím energie potřebné k ohřátí stejného objemu vody na teplotu asi 80 °C.

Zpět tedy k prvnímu využívání umělého chlazení, které postupně vytlačilo ledařský monopol z čela. V 80. letech 19. století měla už většina velkých amerických měst továrny na výrobny ledu v nichž se využívalo parních výrobníků na led. Taková jedna větší továrna dokázala vyprodukovat i 150 tun ledu denně. Ledem chlazené vagóny umožňovaly přepravu masa, zeleniny a ovoce napříč kontinentem. Díky dostupnosti stále rozmanitější škály potravin se z obyvatel měst stávali nejlépe živení lidé na světě, což je jak dobře víme dnes spíš naopak. Pro udržení čerstvosti potravin i v domácnosti se začalo využívat prvních chladniček, do kterých doručovali ledaři uměle vyrobený led každý týden. Nepřímo úměrně s příchodem elektrické chladničky využívající stejného principu (toku tepla), jako parní výrobníky ledu, však začalo ubývat i potřeby ledařů vyrábějících umělý led. To byl jeden ze spotřebičů, který velmi těšil dodavatele elektřiny, neboť spotřebovávali neustále. Dnes známe čtyři typy ledniček, podle principu na němž pracují a to: kompresorové, absorpční, adsorpční a na bázi Peltierova článku.

Přes nový úžas z technologického výdobytku by málokoho napadlo, že se relativně dlouhou dobu mrazila jen voda, zatímco potraviny byly jen chlazené. Důvodem bylo přesvědčení, že má na potraviny mráz velmi nepříznivé účinky a znehodnotí je. Clareance Birdseye, americký vynálezce a vědec byl tím mužem, který měl obavy z mražení jídla definitivně ukončit. V roce 1912 absolvoval expedici na Labrador a už první den klesla teplota 40°C pod bod mrazu. Od zdejších Inuitů se Birbseye v minulosti naučil chytat ryby pod ledem. Když rybu vytáhl z vody na mrazivý vzduch všiml si, že v tak nízké teplotě zmrzla téměř ihned. Následně jí uvařil a překvapilo ho, že chutnala skoro stejně jako čerstvá. Tomu nejdříve nerozuměl, protože věděl, že když rybu nechal zmrazit doma chutnala velmi zle. Když se vrátil z expedice začal více zkoumat v čem je rozdíl mezi rychlým a pomalým zmražením. Brzy na to přišel. Háček byl v tom, že při pomalém zmrazování rostly dlouhé a velké ledové krystaly v mezibuněčném prostoru, které narušily buněčnou bránu. Po následném rozmrazení se buňky zhroutily a všechna šťáva bohatá na chuť a živiny prostě odtekla. Naopak, když se zmrazí živá tkáň dostatečně rychle, tak se utvoří uvnitř buňky větší počet malých krystalků, které její strukturu tolik nepoškodí. Této rychlejší fázi zmrazování se říká „hluboké zmražení“. Čím rychleji, tím lépe.

Hned po chladničkách, kterou má dnes skoro každá domácnost, se můžeme nejčastěji setkat s dalším vynálezem využívajícím příznivé účinky chladu, a tím je klimatizace. Jejím otcem a stvořitelem se stal americký technik a vynálezce Willis Carrier, jenž řešil jako zaměstnanec firmy vyrábějící větráky problém jiné tiskařské společnosti Sackett-Wilhelm z newyorského Brooklynu. Barvy, které tiskárna používala na obálky svého časopisu se v letním červencovém měsíci rozmazávaly a špatně zasychaly. Regulace vlhkosti prostřednictvím regulace teploty, byl Carrierův průlomový nápad, a tak se na základě tohoto principu hnal vzduch kolem stočených trubek se studenou vodou, což bylo základem celého systému klimatizací. Postupně se stala klimatizace stále žádanější od továren, biografů po americký Kongres a Bílý dům. Svého velkého rozmachu se tento vynález však dočkal až začátkem 50. let minulého století. Bylo třeba se vypořádat s problematickými chladícími směsmi například na bázi propanu, které od roku 1928 začal nahrazovat dnes nemile známý freon (Thomas Midgley). Přesto se už od počátku stávala Carrier Corporation předákem ve svém oboru a je tomu tak až dodnes, jako jeden z největších výrobců klimatizací s ročními tržbami více jak 12 miliard USD a asi 50 000 zaměstnanci po celém světě.

Martin Rolinek
Vnímání je hlavním darem člověka. Nedejme si je vzít, ale pěstujme společně vědění, které nezná hranic.

Pridaj komentár

  & Časopis