1598005370-70491a7283ca3540dddce2de932120e0 (Нетрадиционные возобнавляемые источники энергии. А.М. Магомедов, 1996u), страница 9

При изменении условий может произойти дальнейшее высвобождение потенциальной энергии. Например, есяи на полу окажется дыра, то шар упадет на этаж ниже, если и здесь будет дыра, то он упадет еще ниже и т.д. Он может достичь таким образом первого этажа, при этом потенциальная энергия шара переходит в другие виды. Стабильность шара даже на первом этаже ие абсолютна. Прн соответствующих условиях он может упасть в подвал или достичь дна глубокой шахты и т,д. Аналогичная картина наблюдается при превращениях природных энергоносителей„содержащих углерод.

В углеродных соединениях органического происхождения накоплено много химической энергии. В ходе химических превращений эта энергия может частично высвобождаться и, будучи преобразованной в другие виды, использоваться. Сами по себе происходят только такйе химические превращения, которые связаны с уменьшением свободной энергии, и только онн могут быть использованы для получения энергии. Содержание энергии в веществах, образовавшихся в процессе превращения, меньше, чем в исходном веществе, как раз на количество освободившейся энергии. Химические превращения в зависимости от условий происходят быстро нлн медленно (иногда даже миллионы лет) и идут до тех пор, пока не образуются продукты, энергия которых при данных условиях уже не может уменьшаться (такие продукты будут стабильны).

Если окисление углеродных соединений происходит при наличии достаточного количества воздуха, то возникают соединения, все более богатые кислородом, пока, наконец, углерод ие предстанет в форме углекислого газа, а водород - в форме воды. Эти соединения не могут далее окисляться, н нз них прн обычных условиях не высвобождается химическая энергия. СОз и Н20 в естественных условиях представляют собой стабильное состояние углерода и водорода.

Таким образом, газ и водазто самые стабильные конечные продукты, которые могут' быть превращены в другие вещества толысо с помощью дополнительной энергии иного происхождения (например солнечной нли электрической). Аккумуляция солнечной энергии Отдельные, периоды круговорота углерода в природе (образование энергетически богатых углеродных соединений из углекислого газа и воды и их последующий распад на те же соединения) имеют продолжительность от нескольких месяцев до нескольких столетий. Если же обычные условия меняются (как это произошло, например, 'при 'образовании нефти, газа и угля), процессы превращения могут протекать исключительно медленно, в течение миллионов лет.

В земной коре без доступа воздуха углеводороды и уголь относительно стабильны, н часть химической энергии в них еще сохранилась в неизменном виде: они как бы законсервировали солнечную энергию. Здесь очевидна'аналогия с рассмотренным выше примером с шаром. При изменении условий (извлечении нефти, угля или газа на поверхность земли и их использовании) стабильность состояния этих веществ нарушается:'при сгорании онн соединяются с кислородом, образуя углекислый газ и воду. На этом круговорот углерода н водорода, нормальный ход которого по геологическим причинам задержался на миллионы лет, быстро заканчивается. При сжигании освобождается энергия солнечного излучения, которую растения долгое время хранили в себе. Таким образом, нефть, природный газ и каменный уголь - это законсервированная энергия, являющаяся частью когда-то поглащенной солнечной энергии. 38 Происхождение энергии воды и ветра Известно, что гидростанции потребляют ту потенциальную энергию воды в реках и водопадах, которая освобождается благодаря естественному перепаду высот.

Но вода в своем вечном круговороте попадает на возвышенные участки земли в результате испарения морей, рек и озер, которое происходит в первую очередь под действием солнечного излучения. Пар, превращаясь в капли воды, собирается в облака илн тучи, откуда вода в виде дождя нли снега попадает обратно на землю, .в том числе н на возвышенности. Скапливающаяся здесь вода обладает большим запасом потенциальной энергии, которая затем прн помощи турбин, приведенных в действие естественными илн искусственно созданными водопадами,.может быть превращена в электрическую энергию нли механическую работу. Таким образом, большая часть энергии, полученной на гидростанциях, также обязана своим происхождением солнечному излучению.

Только незначительная часть энергии, потребляемой при испарении различных, водоемов,- это тепло Земли, которое в свою очередь.освобождается в результате происходящих внутри Земли процессов. радиоактивного распада. Энергия. ветра также в значитып ной степени обязана своим происхождением Солнцу: разница в нагреве отдельных областей земной поверхности вызывает атмесферные течения (т.е. ветер).

Хорошо ли используется солнечнаа эпергняу Как мы уже убедилнсь, большая часть нашей потребности в энергии покрывается за счет солнечной энергии. Но к сожалению, живая природа использует эту солнечную энергию недостаточно эффективно. Солнце излучает ежегодно огромное количество энергии, равноеЗх10" ккал, из нее Земли достигает около 1О" ккал, Примерно бОЧЬ энергии поглощается воздухом (2,5;4 ес превращается в энергию ветра); 25,5% достигает водной поверхности, но из этого количества только 0,04'А передается воде; очень незначительную часть потребляют водные растения; 14,5'А энергии солнечного излучения достигает суши н только 0,12 5ъ ее благодаря растениям превращается в химическую энергию.

"Неиспользованная" энергия солнечного излучения Земли переходит обратно в мировое пространство. Земля отдает больше энергии, чем получает от Солнца, так как она излучает еще н энергию, освобождакицуюся в результате радиоактивных процессов, происходящих в ее недрах. Таким образом, растительный и животный мнр, включая человека, использует совершенно ничтожную долю солнечной энергии„попадающей на Землю. Задача будущего - найти и разработать средства и методы, которые помогуг человеку более полно использовать эту энергию.

39 Глубокое проникновение в тайны природы, по-видимому, поможет открыть принципиально новые возможности в этой области. Один из методов более эффективного использования солнечной энергии, требующий дальнейшей теоретической разработки;это интенсификация сельского хозяйства за счет лучшей обработки почвы и внесения искусственных удобрений, а также культивирования таких растений, которые более рационально используют эту энергию. Другой метод- создание термо- и фотоэлементов, где происходит непосредственное превращение солнечной энергии в электрическую.

Запасы природных источников энергии Углерод(как энергоноситель) распределяется на Земле следующим образом: в атмосфере его содержится 640 млрд.т в виде углекислого газа, при этом около 150 млрд.т ежегодно потребляются растениями в процессе фотосинтеза; в растительных организмах'запасено 500 млрд.т„а в животных - 5 млрд.т углерода. Большая часть углерода, содержащегося в живых организмах, после окисления снова поступает в атмосферу в виде углекислого газа. Углерод, не участвующий в окислительных процессах, накоплен в недрах земли в виде торфа (-1000 млрд.т), угля (-10000 млрд.т), нефти-(-20 млрд.т).

Образование нефти, газа и угла - процесс, длившийся много миллионов лет а специфических условиях, которых иет в настоящее время, поэтому в ближайшем будущем нельзя рассчитывать на появление новых месторождений. Из запасов угля, составляющих около 10000 млрд.т, человечество иа сегодняшний день использовало приблизительно бО-70 млрд.т. И настоящее время ежегодная потребность составляет больше 2 млрд.т'. Это незначительный расход по сравнению С'имеющимися запасами.

Такое же положение и с нефтью. Кроме того, благодаря применению новейших методов геологоразведки открываются новые месторождения, однако все они не неисчерпаемы и распоряжаться ими следует разумно, Нужно также учесть, что нефть, природный газ и уголь являются не только источниками энергии, но и важнейшим сырьем для химической промышленности. Из них получают исходные продукты для предприятия органической химии, они служат сырьем для производства искусственных удобрений и взрывчатых веществ, поскольку водород, необходимый для получения аммиака ХНз, основного исходного продукта этих отраслей промышленности, экономичнее всего получать из нефти или газа. Поэтому важнейшей задачей научных и прикладных исследований является разработка новых методов получения энергии', что позволит передать нефть н газ химической промышленности. Итак, почти во всех природных источниках энергии в основном за- 40 пасена энергия Солнца.

Можно сказать, что в настоящее время каждая электростанция или двигатель питаются фактически ею. Исключением являются атомные электростанции, однако в общем производстве электроэнергии они пока играют ничтожную роль. Но и атомная энергия косвенным образом связана с солнечным излучением, так как образование урана, как и других химических элементов, связано с Солнцем, с возникновением Солнечной системы. 8 5. СОЛНЦЕ КАК ВАЖНЕЙШИЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ Поскольку энергия всех практически используемых энергоносителей происходит от Солнца, то естественно возникает вопрос о происхождении энергии самого Солнца. Ранние представления 'о происхождении солнечной энергии Проблема происхождения солнечного света занимала людей еще с давних пор.

В древности думали, что Солнце - это нечто, подобное мощному горящему факелу. Однако уже в первой половине Х1Х столетия было доказано, что в таком случае продолжительносяь существования Солнца не превышала бы 6000-8000 лет. Из геологических и палеонтологических исследований известно, что по крайней мере за последние 3-4 млрдлет интенсивность солнечного излучения изменилась весьма незначительно.