1598005370-70491a7283ca3540dddce2de932120e0 (811201), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Огонь давал человеку тепло, помогал улучшать пищу н отпугивать диких зверей. Однако использовать огонь для получения механической работы наши предки еще не умели. Известно, что уже во 2 веке до нашей эры Герон в Александрин открыл способ превращения тепла с помощью пара в кинетическую энергию вращающегося тела (в сущности, он открыл паровую турбину), но в течение двух тысячелетий никто не пытался использовать это явление для получения работы. Такое пренебрежение к неживым источникам энергии объясняется не только относительно низкимн потребностями тогдашнего общества, но и дешевизной рабочей силы, легкостью ее эксплуатации - не было нужды в изобретении сложных орудий для замены этой силы. Только с развитием капиталистического способа производства потребности в энергии настолько возросли, что не могли уже полностью удовлетворяться за счет эксплуатации существовавших в то время источников энергии.
Примерно 200 лет назад был открыт пар как носитель энергии. Во второй половине ХУ2П века в Англии, в то время наиболее развитой индустриальной стране, была сконструирована паровая машина, которая начала применяться в широких масштабах н обеспечила невероятно высокий, невиданный до тех пор темп промышленного развития. Поэтому ХИ век, а также начало ХХ, по праву считают веком пара. На исходе прошлого столетия у паровой машины появились конкуренты - двигатели внутреннего сгорания (бензиновые и дизельные).
Преимущества двигателей внутреннего сгорания особенно велики для машин малой н средней мощности; для очень больших мощностей все же выгоднее паровая машина. 24 Уже в конце Х1Х века наряду с паром получила распространение электрическая энергия, а в первые десятилетия ХХ она заняла ведущее место, Мы можем с полным правом сказать, что живем в век электричества.
Правда, большую часть электрической энергии еще и сегодня получают с помощью паровых машин, но производство ее сосредоточено преимущественно на огромных тепловых электростанциях. Мощные паровые турбины электростанций гораздо рентабельнее малых паровых машин.Электрические моторы и двигатели внутреннего сгорания все больше вытесняют паровую машину как силовую установку. Электромоторы имеют высокий КПД, работают без отходов н бесшумно, электроэнергия может передаваться по проводам на многие тысячи километров от источника. Наряду с тепловыми электростанциями растет значение гидроэлектростанций, где, генераторы электрического тока приводятся в движение не паровыми, а гидротурбннами.
Однако прн строительстве современных гидроэлектростанций необходимо сооружать водяные плотины и производить другие дополнительные работы, и в большинстве своем они требуют больших капиталовложений, чем тепловые электростанции.Все же производство электроэнергии на гидростанциях обходится дешевле бла, годаря использованию энергии воды, поставляемой самой природой, но распространение нх ограничено в связи с тем, что экономичны онн только там, где достаточно воды н благоприятен рельеф местности. Топливо же для котлов тепловых электростанций(уголь, нефть нли газ) необходимо добывать из недр Земли весьма трудоемким путем и доставлять к месту потребления.
Энергетические источники будущего Наряду с тепловыми электростанциями, использующими химическую энергию, источниками которой являются уголь, нефть и газ, начинает завоевывать признание атомная энергия, носителем которой в настоящее время практически прежде всего является уран. Первая атомная электростанция, давшая промышленный ток„была построена в 1954 г. в СССР, а в 1959 г, со стапелей был спущен атомоход "Ленин". С тех пор построено много более мощных атомных электростанций.
Запасы урана достаточно валики, он дешев для транспортировки, отдаленность мест его добычи не имеет экономического значения, Если в будущем удастся осуществить управляемую термоядерную реакцию, т.е, синтез ядер гелия из водорода, то топливо (водород, получаемый из воды) для производства электроэнергии мы будем иметь практически в неограниченном количестве. В настоящее время электроэнергия в большинстве случаев получается с помощью механических устройств, отдельные части которых движутся со значительным, трением.
На электростанциях химическая энергия превращается в тепло путем окисления топлива, а атомная в ядерных ре- 25 акторах - в результате ядерных превращений. Покрученный при помощи этого тепла пар приводит в движение турбины генераторов тока. Это в общем не выгодно, и не только потому„что значительное количество энергии из-за трения частей машин превращается в тепло (при этом часть полезной мощности пропадает), ио главным образом вследствие того,. что тепло, являющееся здесь промежуточным продуктом превращения энергии, может переходить в другие, нужные виды энергии лишь с очень низким коэффициентом полезного действия. Поэтому целесообразнее превращать энергию, заключенную в энергоносителях, в электрическую, минуя стадию тепла, поскольку электрическая энергия может быть принципиально полностью, а практически с хорошим КЛД переведена в работу.
Здесь открываются большие воэможности, практическое осуществление которых - задача ближайшего будущего. Одна из этих возможностей заключается в том, что в некоторых химических соединениях под воздействием света может возникать до некоторой степени направленное движение электронов, т.е.
начинает течь ток. Это так называемый фотоэлектрический эффект, который используется в фотоэлементах. Здесь можно говорить о превращении световой энергии в электрическую без выделения сколько-нибудь значительного количества тепла. Принципиально световое излучение Солнца можно таким образом превращать в электрическую энергию без потерь. На практике из-эа технического несовершенства фотоэлементы работают пока с КПД, ие превышающим 10-12 '/., следовательно, превращают в электрическую энергию только 10-12 '4 падающего на них излучения, На пути широкого внедрения фотоэлементов в технику имеются и другие препятствия, однако в особых условиях (напрнмер в приборах, установленных в отдаленных пунктах, на космических кораблях н т.д.) онн незаменимы.
В гальванических элементах возможно почти полное превращение химической энергии в электрическую, минуя стадию тепла. На обычных электростанциях потери полезной работы возникают не только в связи с тем, что при превращении энергии она вначале переходит в тепло, но также из-за трения и износа твердых частей машины. Поэтому предпочтительнее такие машины, которые не имеют твердых движущихся частей. Теоретически, а в какой-то мере и практически такое устройство можно выполнить при помощи термоэлементов, состоящих из двух различных спаянных между собой металлов или полупроводников, где тепло непосредственно превращается в электрический ток. Магнитогидродинамическне генераторы также не содержат твердых двнжущихся частей, электрический ток возникает здесь в сильно нагретом ионизированном газе, пропущенном через магнитное лоле.
Однако эти установки вследствие их технического несовершенств» пока еще не могут обеспечить производство электроэнергии в широких масштабах. 26 б З. КОЭффИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДКНСТВНВ ПРОЦЕССОВ ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ Законы сохранения и превращения энергии Тысячелетний опыт науки и техники, бесчисленные эксперименты привели нас к выводу, что энергия не может ни возникнуть нз ничего, ни исчезнуть. Мечта многих изобретателей о машине, которая производила бы механическую работу, не питаясь от внешнего энергетического источника (перпетуум мобиле), так и осталась мечтой. Этого факта было достаточно для того, чтобы сформулировать один нз основных законов природы, так называемый закон сохранения энергии.
Закон сохранения энергии во многих случаях противоречит нашим непосредственным восприятиям. Часто кажется, что энергия будто бы пропадает, Подмастерье кидает каменщику кирпич вверх: кинетическая энергия кирпича исчезла, поскольку наверху он уже находится в состоянии покоя. Поезд затормозил, Его кинетическая энергия исчезла. Батарея нашего карманного фонаря истощилась - большая часть ее химической энергии исчезла. Можно привести еще бесчисленное количество примеров. На каждом шагу наблюдаются явления исчезновения энергии. Однако при ближайшем рассмотрении этого вопроса можно убедиться, что при исчезновении одного вида энергии всегда одновременно возникает по меньшей мере один новый вид энергии; в большинстве случаев возникает несколько новых видов энергии, Таким образом, энергия не исчезла, а превратилась в один или несколько других видов энергии.
Кинетическая энергия кирпича в основном перешла в потенциальную и в меньшей степени - в звуковую и тепловую; кинетическая энергия затормозившего поезда - в тепловую1 химическая энергия, содержащаяся в батарее карманного фонаря, при его работе превращается в световую и тепловую энергии; в радиоприемнике электрическая энергия - в звуковую, тепловую н световую энергии, Переход одного вида энергии в другой может совершаться различными способами. Если не принимать во внимание технических несовершенств, то можно сказать, что из определенного количества энергии одного вида всегда возникает (в случае полного превращения) вполне определенное количество другого вида энергии независимо от того, каким способом и с помощью какого устройства совершено это превращение.
Так например, из 1кГм механической работы всегда возникает 2,34 кал и нз 1 кВтч электрической энергии - всегда 860 ккал тепла (если прн этом не возникают другие формы энергии). Когда в процессе превращения образуются несколько видов энергии, нужно учитывать сумму энергий всех видов, выраженных в одинаковых единицах. Исходя из этого, сделаем вывод, что закон превращения энергии является составной частью закона сохранения энергии.
Так как энергия есть мера движения тела и составляющих его атомов и молекул, 'закон сохранения энергии может быть выражен так: движение сохраняется и не может быть остановлено, оно есть важнейшее свойство материи. Из закона превращения энергии видно, что существует много видов движения, например механическое, тепловое, электрическое и т.д., 'которые могут быть превращены друг в друга, и всегда строго соблюдается принцип "эквивалентности", т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
