1598005370-70491a7283ca3540dddce2de932120e0 (Нетрадиционные возобнавляемые источники энергии. А.М. Магомедов, 1996u), страница 7

в этих процессах движение не уничтожается, не создается "из ничего". Потери энергии В связи с практическим использованием энергии обычно говорят о потере энергии с точки зрения экономики, Однако такая потеря энергии не противоречит закону сохранения энергии. Энергия, потерянная для экономики, не превратилась в ничто: речь идет только о том, что часть энергии превратилась не в ту форму, которая нам в данном случае нужна.

Когда мы пускаем паровую машину, то делаем это с намерением превратить химическую энергию топлива (угля, нефти и т.д.) в механическую энергию, поскольку в данном случае она представляет для нас ценность. На практике, однако, в паровой машине наряду с механической энергией неизбежно возникает тепло, которое в данном случае можно считать потерянной энергией.

Конечно, в других случаях, например при отоплении, ценно именно тепло. Но не следует думать,что при этом в печах нет потери энергии. Только часть тепла, полученного из химической энергии топлива, достигает нашей комнаты или отопительного котла, большая же часть уходит в трубу, через стены комнаты, и следовательно, теряется.

Итак, потери энергии означают не сс исчезновение, а только превращения, которые не служат нашим целям и поэтому бесполезны. В этом смысле потери энергии подобны всем прочим потерям: потеря шляпы или карманного ножа не означает уничтожение этих предметов, другим людям они могут принести туже пользу. Коэффициент полезного действия процессов превращения энергии Эквивалентность различных видов энергии, постоянство количественных соотношений при их взаимных превращениях надежно подтверждаются тщательно проведенными научными исследованиями, Однако на практике очень трудно создать условия для полного превращения одного видазнеррии в другой, нужный для какой-либо конкретной цели.

В большинстве случаев образуются ненужные, для данного случая, а иногда и вредные формы энергии. Так, например, в устройствах, содержащих макроскопические движущиеся части, никак нельзя избегнуть тре- что для создания надежно работающих тепловых двигателей достаточно знания законов движения макроскопических тел, а также макроскопическнх свойств тепла. Для создания же гальванических элементов, не имеющих макроскопическн движущихся деталей, надежно и экономично работающих в промышленных масштабах, нужно глубоко изучить соответствующие законы движения молекул, атомов и злектронож Только в таком случае возможно создание большого количества дешевых гальванических элементов, надежно работающих в условиях производства. Из-за недостаточности знаний в этой области человечество из года в год несет потери энергии, размер которых даже не поддается оценке.

Поэтому высокоразвитые страны вкладывают средства в чрезвычайно дорогие исследования с целью восполнить этот пробел. Теоретически превращения энергии без промежуточной стадии тепла возможны с КПД, равным 100%. В настоящее время КПД таких превращений еще очень низок как вследствие слабого знания механизмов микропроцессов, происходящих при этих превращениях, так и из-за отсутствия соответствующих материалов для изготовления нужных устройств.

Таких материалов в природе не существует, поэтому их нужно создавать искусственно. Правда, в живых организмах процессы превращения энергии происходят с очень высоким КПД, но они идут с участием веществ, имеющих чрезвычайно сложную структуру. Эти химические соединения и законы их превращений не изучены нами настолько хорошо, чтобы применять нх для практического получения энергии вие живых организмов. Мы пока еще не можем синтезировать все сложные вещества живых организмов и тем более поставлять их для нужд производства.

5 4. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ПРИРОДНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ Мировое производство энергии стремительно растет. В !962 г. оно уже достигло примерно 33х!0м ккал. Большую часть этого количества человечество использует для механической работы и отопления. Непрерывно возрастает количество электрической энергии, включаемой в этот процесс в качестве посредника. Как уже говорилось, работу нельзя накапливать, таким образом, в природе не может быть "запаса работы". Нет на Земле также электрической энергии в форме, доступной для непосредственного макроскопического использования. Поэтому для покрытия энергетических потребностей общества мы вынуждены обратиться к другим источникам.

Поскольку энергию нельзя "создать" из ничего„мы вынуждены производить необходимые для иас виды энергии путем преобразования других форм, причем это превращение должно быть экономичным и возможным в широких производственных масштабах. К носителям таких видов энергии следует отнести в первую очередь уголь (каменный и бу- 30 рый)„а также нефть и природный газ, применяющийся в настоящее время в промышленности в качестве топлива для двигателей, производящих механическую работу или электрическую энергию.

Помимо указанных выше носителей энергии, в странах с подходящим рельефом местное™ довольно широко используется энергия воды (" белый уголь") и в меньшей мере ветра. В развитых странах применение мускульной энергии животных все больше и больше отходит на задний план. В настоящее время постоянно растет доля атомных электростанций в общем пронзводсэ'- ве электрической энергии. В связи со стремительным ростом потребности в энергии во всем мире предпринимаются попытки использовать в производственных целях новые источники энергии, например солнечное излучение. Предлагается, в частности, концентрировать солнечную энергво с помощью зеркал, а добытое таким образом тепло использовать для получения пара, который сможет приводить в движение турбины Исследования в области проводников еще не дали больших результатов. но в настоящее время они уже обеспечивают возможность изготовления терно- и фотоэлементов, прн помощи которых энергия теплового или светового излучения Солнца может быть превращена в электрическую энергию с КПД 10-13; ь Ученые занимаются также проблемой использования тепла Земли.

Температура внутри Земли'растет с глубиной, Бсли подвести тепло с больших глубин к поверхности земли, то можно понижая эту температуру частично превратить тепло в работу. На этом принципе уже построены геотермические электростанции. Однако на пути их более широкого распространены стоят еще не преодоленные технические трудности. Предпринимаются также попытки использовать энергию, соответствующую разности уровней поверхности воды во время прилива и отлива.

Все эти новые источники энергии, в настоящее время покрывают весьма малую часть мирового потребления 'энергии. Ныне потребность в энергии удовлетворяется в основном за счет угля, нефти и прородного газа; такое положение, очевидно, сохранится н в ближайшем будущем. В связи с этим несомненный интерес представляет вопрос о происхождении энергии, накопленной в этих природных источниках. Происхождение каменного угля Уголь (каменный и бурый), употребляемый как горючее или топливо, в большинстве случаев залегает в земле (частнчно на глубине многих сотен метров).

Только некоторые залежи бурого угля встречаштся на поверхности земли илн непосредственно вблизи поверхностных слоев. Добытый уголь, кроме углерода, содержит различное количество соединений (главным образом соединений углерода с кислородом и водоро- дом, и в меньшем количестве - с азотом, серой и другими элементами).

Основными химическими элементами, входящими в состав угля, являются углерод, кислород и водород. Бурые и каменные угли в большинстве своем имеют растительное происхождение и содержат в небольШайам,рнсэааннатянн шом количестве минеральные вещеряшвлайятнянм ' ства. Они образовались в теплом и ЯЩ ячнлн сыром климате в глубокой древно- ЯЯ ера» сти из сильно разросшихся растений, когда они после гибели погружались трМ- на дно водоемов и поэтому не подвергались тлению и горению, при которых содержащийся в растениях углерод большей частью превращается в углекислый газ идругиелетучие вещества.

В процессах разложе- $ ния этих растений (главным образом под воздействием микроорганизмов) из них высвобождаются соединения, 3 богатые водородом и кислородом, а М содержание углерода растет - обра- т зуется торф. Торф затем покрывает- а ся другими отложениями (песком, глиной) н в результате геологических движений опускается в глубь земли, гле под давлением и при высокой температуре процесс торфообразования переходит в процесс угле- образования (повышение содержания углерода).

В ходе связанной с этим процессом миграции элементов содержание водорода и кислорода продолжает уменьшаться, а содержа- ~900 сйлй ИМИ Маг ние углерода - расти; в результате из торфа получаются бурый уголь, карис. 2. Прнмерное раснределевне мнрооо- (,ю „н,н менный уголь н, наконец, антрацит. через теплоту егоровна угля с теплотаор- Бурые угли образуются н течение 40- ноя сносаяноюью т ннад/г) сю раалноньен 60 миллионов лет, а возраст каменанлам эвергоносвтслея ного угля составляет по крайней мере 200-300 миллионов лет. Степень окаменения угля (обогащения углеродом) зависит, однако, не столько 'от возраста, сколько от других факторов, прежде всего от температуры и давления.

Происхождение нефти н природного газа Нефть и природный газ состоят главным образом из углеводородов (соединеннй углерода и водорода), а также в небольшом количестве из других элементов (серы, азота, кислорода и т.д.). Нефть содержит 82-87 % углерода и 11-14 % водорода. По вопросу происхождения нефти существуют различные точки зрения. Наиболее признанной является теория, согласно которой газ и нефть состоят из органических веществ, главным образом животного происхождения (некоторые ученые полагают, что нефть и газ во многих случаях образовались в глубинах земли в результате действия воды на карбиды металлов).

Живые организмы„погибшие н опустившиеся на морское дно, попадают в такие условия, где они не моГут ни распадаться в результате окисления, ни уничтожаться микроорганизмами, а вследствие отсутствия контакта с воздухом образуют илистые осадки. В результате геологических движений эти осадки проникают на большие глубины. Там под влиянием давления и высокой температуры, а возможно, и под воздействием микроорганизмов в течение миллионов лет проходит процесс сухой возгонки, при котором содержащийся в осадках углерод в большей своей части переходит в углеводородные соединения, в то время как большая часть кислорода и других элементов мигрирует.