С ПОМОЩЬЮ ЧЕГО ДОБЫВАЛИ ОГОНЬ?

Не один раз ученым-археологам приходилось ломать голову при раскопках стоянок древних людей. Например, находили палочку с обожженным концом. Одни говорят — это пытались в костре заострить копье или стрелу, другие утверждают — так получали огонь.

Сходятся спорщики на том, что человек стал самостоятельно добывать огонь около 100 тысяч лет назад. Именно самостоятельно, потому что в природе огонь возникал постоянно, скажем, при лесных пожарах. Но у такого огня не погреешься, не приспособишь его для своих потребностей. Научившись получать огонь по своему желанию, человек смог развести костер, приготовить пищу, обогреться, защитить свое жилье от хищников.

Способ добычи огня был до крайности примитивен: палочку терли о дощечку. Позже наловчились вращать палочку руками или тетивой лука. В углублениях образовывались нагретые опилки. Подкладывая сухой мох, раздували тлевшие опилки и получали пламя.

Каким бы простым ни казался нам этот способ, овладение огнем было величайшим достижением. Опираясь на современные знания, отметим для себя, что таким образом люди всего лишь "выпускали на волю" скрытую, накопленную в дереве энергию.

Со временем человек обнаружил, что горят также уголь, нефть и газ. Откуда же берется эта скрытая энергия?

Активно поглощая листьями солнечную энергию, дерево словно откладывает ее про запас в корнях, стволе, ветках. Именно она и высвобождается при горении.

А горючие полезные ископаемые — это преобразованные останки животного и растительного мира доисторического периода, сохранившие поглощенную миллионы лет назад энергию Солнца. Представьте, вы сидите у горящего камина и в пляшущих на углях язычках пламени видите отсвет солнца, под которым грелись динозавры.

Но почему бы не использовать солнечную энергию напрямую, не вырубая леса и не занимаясь трудоемкой добычей полезных ископаемых? О такой возможности люди мечтали давно, по крайней мере с тех пор, как появились зеркала. Когда же научились изготовлять линзы, то были попытки сконцентрировать рассеянную в пространстве солнечную энергию; например, этим занимался французский ученый XVIII века Лавуазье. Но большего эффекта, чем просто что-нибудь поджечь, не добивались. Получать энергию с помощью обычного горения топлива было выгоднее. Выгоднее, да не совсем...

КАК ВЕРТИТ КОЛЕСА ВОДА?

Проходили тысячелетия, а "запрячь" огонь, заставить его работать человек так и не сумел. Тогда мысли его обратились к движущейся воде.

Когда и где завертелось первое водяное колесо? Его запустили, видимо, и в Древней Индии, и на Ближнем Востоке, и в Древнем Риме. Где бы то ни было, а такие колеса издавна стали служить человеку для вращения жерновов в мельницах, приведения в действие рудобитных машин, позже — для откачки воды из шахт и рудников.

Вода крутила и вертикально поставленные колеса, и расположенные горизонтально. Эффективность их действия была небольшой, но несравнимой с тем, на что были способны люди или животные. Например, на реке Сене во Франции в 1682 году была возведена крупнейшая по тем временам установка. Состояла она из 13 колес диаметром по 8 метров и обеспечивала работу более 200 насосов. Те могли подавать воду на высоту свыше 160 метров и приводили в действие фонтаны в дворцовых парках.

Это говорило о гигантской мощи текущей воды. Но по-настоящему овладеть ею люди смогли лишь в XX веке. Наверняка вы видели изображения огромных плотин, перегородивших великие реки — такие, как Волга, Енисей, Нил. Плотина нужна для создания напора воды. Падая с большой высоты — на горных реках это десятки метров, — вода вращает уже не громоздкие деревянные колеса, а валы турбин, соединенные с генераторами электрического тока. Гидроэлектростанции (ГЭС) внесли немалый вклад в производство дешевой энергии. Однако говорить об их безоблачных перспективах трудно.

Дело в том, что необходимые для них водохранилища выводят из оборота огромные полезные территории. Затопляются поля и леса, подтапливаются прибрежные районы, на дне водоемов скапливается несметное количество вредных осадков. Рыба не может приспособиться к жизни в практически непроточных реках, нарушается экологическое равновесие.

Недавно началось строительство огромной плотины на китайской реке Янцзы. Она будет в два километра шириной и в 100 метров высотой, мощность ее превзойдет каждую из ГЭС, возведенных в мире. Но вот плата за энергию — из бассейна реки надо переселить свыше миллиона человек, многие города просто исчезнут с лица Земли.

Ученые не исключают, что в следующем, XXI веке, когда иные источники станут производить достаточно энергии, многие плотины придется разобрать и водохранилища спустить, вернув реки в естественные русла. Задача благородная, но каков объем работ! И что же заменит нынешние гидроэлектростанции? Ответ на этот вопрос ищут все энергетики.

ВО ЧТО ПЕРЕХОДИТ ЭНЕРГИЯ ТОПЛИВА?

С изобретением паровой машины, а позже и турбины, люди смогли наконец заставить выделяемое при сгорании тепло вращать и двигать различные механизмы. Это были и лопатки турбин, и колеса на транспорте, и валы генераторов тока. Беда в том, что невозможно всю выделяемую при сгорании топлива энергию эффективно использовать — превращать в полезную для нас работу. При этом до невероятных размеров возрастают масштабы загрязнения среды, в том числе и теплового.

Не раз казалось, что время пара закончилось. Так и произошло с паровым двигателем на транспорте.

При производстве же электроэнергии выяснилось, что пар отнюдь еще не сказал своего последнего слова. В Америке, в штате Калифорния, действует опытная тепловая электростанция, на которой удалось добиться подъема коэффициента полезного действия на целых 25 процентов! Это было поразительно, поскольку в предшествующие годы уже никакими усовершенствованиями не могли поднять этот показатель тепловых машин выше, чем на полпроцента.

Тем не менее даже при таком улучшении работы теплоэлектростанций там происходит сжигание угля, нефти, мазута и газа, а мы уже знаем, насколько это загрязняет атмосферу.

Давайте еще раз взглянем на цепочку превращений энергии в этом случае. Скрытая внутри топлива энергия высвобождается в виде тепла. Вода нагревается и преобразуется в пар. Горячий пар под давлением подается на лопатки турбины и вращает ее. Турбина крутит вал генератора, который позволяет получить уже электрическую энергию. Сколько переходов, сколько на каждом шагу потерь, рассеяния энергии!

Давно уже задумывались ученые о том, нельзя ли совершить непосредственный переход от химической, внутренней энергии топлива к электрической. Такой процесс был найден и получил название холодного горения. Теоретически его эффективность очень велика — до 90 процентов! При этом топливные элементы — так именуется новый источник энергии — намного компактнее и значительно меньше загрязняют атмосферу.

Поистине "мал золотник, да дорог". Уж очень непросто запустить в этих элементах нужные химические реакции. Сегодня ученые и изобретатели заняты разработкой их промышленного варианта, и в будущем, без сомнения, холодное горение еще серьезно нам послужит.

Вернуться в раздел: Энциклопедия Науки и техники

Обсудить эту статью на нашем форуме >>>

§ НАУЧНАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ. ПОЗНАНИЯ ПО ВСЕМ ОБЛАСТЯМ НАУКИ И ТЕХНИКИ

Ключевые слова этой страницы: научная, энциклопедия, познания, всем, областям, науки, техники.

Скачать zip-архив: Научная Энциклопедия. Познания по всем областям Науки и техники - zip. Скачать mp3: Научная Энциклопедия. Познания по всем областям Науки и техники - mp3.