Можно ли охладить предмет ниже температуры окружающего воздуха, не потратив ни ватта?

Можно — если направить его радиатор мимо атмосферы, прямо в космос.

Лёд при плюсовой температуре

В XVIII веке британский офицер Роберт Баркер описал в трудах Лондонского королевского общества то, что делали в Индии задолго до него.

На открытом поле выкапывали неглубокие ямы, застилали их соломой, ставили сверху плоские пористые сосуды и наливали воду тонким слоем. Утром в них находили лёд — при том, что температура воздуха ночью не опускалась до нуля.

Персы делали то же самое в пустыне, храня зимний и «ночной» лёд в яхчалах — куполообразных ледниках с толстыми стенами.

Никакого испарительного охлаждения тут недостаточно: вода замерзала и в неподвижном влажном воздухе. Работало другое, и объяснение появилось только с термодинамикой излучения.

Вода излучала тепло в ночное небо. И небо оказалось несравнимо более холодным стоком, чем воздух над ней.

Окно, которого могло не быть

Всякое тело излучает. Тело при комнатной температуре — около трёхсот кельвинов — излучает в инфракрасном диапазоне с максимумом примерно на десяти микрометрах.

Атмосфера для инфракрасного излучения в основном непрозрачна: водяной пар и углекислый газ поглощают его почти во всём диапазоне и переизлучают обратно вниз. Именно поэтому ночью не наступает космический холод.

Но в этой непрозрачности есть щель. В интервале примерно от 8 до 13 микрометров атмосфера прозрачна — это так называемое окно прозрачности. Излучение, попавшее в него, уходит в космос, где температура фонового излучения составляет около трёх кельвинов.

Теперь соедините два факта. Окно лежит на 8–13 микрометрах. Максимум излучения тел земной температуры — около десяти. Окно приходится ровно на то место, где предметы вокруг нас излучают сильнее всего.

З…

Когда необходимо доставить крупную ажурную конструкцию через малое отверстие (или в компактной транспортной упаковке) к месту ее работы или установки возникает противоречие – конструкция большая, а пройти должна через маленькое отверстие, или храниться в малом объеме при транспортировке!

Это противоречие разрешается во времени: во время транспортировки конструкция находится в компактном состоянии, а после доставки расправляется и приобретает рабочую форму.

Эту задачу успешно решают материалы с эффектом памяти формы, например нитенолы, с помощью следующего микростандарта.

МКС. Если изделие сложной или объёмной формы необходимо доставить к месту использования через отверстие, транспортный канал или ёмкость меньшего размера, то изделие изготавливают из материала с памятью формы, на время транспортировки придают ему компактную форму, а после доставки восстанавливают рабочую форму.

Пример 1. Саморасширяющийся сосудистый стент.
Для поддержания просвета суженного кровеносного сосуда в него устанавливают стент. Саморасширяющийся нитиноловый стент представляет собой сетчатый цилиндр, который сжимают и помещают внутрь тонкого катетера.
Врач проводит катетер по кровеносному сосуду к месту сужения и отводит защитную оболочку. Освободившись, стент благодаря упругости и памяти формы самостоятельно расширяется, прижимается к стенкам сосуда и поддерживает его просвет открытым.

Пример 2. Раскрытие антенн и солнечных панелей спутника
Во время запуска антенны и солнечные панели малого спутника находятся в сложенном состоянии и прижаты к его корпусу, иначе аппарат не поместится под обтекателем ракеты или в транспортно-пусковом контейнере.
После выхода на орбиту элементы из сплава с памятью формы освобождают и разворачивают сложенные конструкции. В результате антенны и солнечные панели при…

Что происходит с резинкой, когда её растягивают?

Она становится тоньше.

Растяните любой привычный материал — он сузится поперёк. Сожмите — раздастся вширь. Никому не приходило в голову, что материал может при растяжении толстеть.

Пена, вывернутая внутрь

В 1987 году Родерик Лейкс опубликовал в Science заметку с обескураживающе простым содержанием.

Он взял обычный пенополиуретан — тот, из которого делают губки и подушки, — сжал его сразу по трём осям, нагрел выше температуры размягчения и охладил в сжатом состоянии. Ячейки пены, прежде выпуклые, оказались вогнутыми внутрь: их рёбра сложились наподобие бабочки-галстука.

Полученный материал при растяжении расширялся поперёк.

Через несколько лет Кен Эванс предложил для таких материалов название — ауксетики, от греческого «увеличивающийся». Нашлись и природные примеры, которые всё это время были под рукой: минерал кристобалит, некоторые сухожилия, а по расчётам — большинство кубических металлов, если растягивать монокристалл вдоль подходящего направления.

Простейшая модель: вращающиеся квадраты

Понять механизм проще всего на игрушечной модели.

Вообразите жёсткие квадраты, соединённые между собой шарнирами по углам и уложенные в шахматном порядке — то повёрнутые вправо, то влево. В сложенном состоянии они плотно упакованы.

Потяните конструкцию за края. Квадраты не растягиваются — они поворачиваются вокруг шарниров. И, разворачиваясь, расталкивают соседей сразу в двух направлениях. Решётка раскрывается и по длине, и по ширине.

Второй классический механизм — вогнутая ячейка сотовой структуры. Обычные соты состоят из выпуклых шестиугольников: растянешь — стенки поворачиваются внутрь. Разверните боковые рёбра вовнутрь, сделав ячейку похожей на песочные часы, — и при растяжении рёбра начнут расходиться наружу.

Никакой экзотической…