Невозобновляющихся энергоресурсах.

Началась в XVIII-XIX в. Формально продолжается до сих пор. Главным источником энергии в промышленно развитых странах становится химическая энергия, выделяющаяся при сгорании органических ископаемых: каменного угля, нефти, природного газа и т.п., а основной движущей силой — энергия пара или газов, возникающая в тепловых двигателях.

Впервые в эту эпоху расходуемые энергоресурсы в природе не вос­станавливаются — человечество, по выражению Р. Клаузиуса, «про­матывает наследство», доставшееся ему как результат процессов, про­текавших на Земле миллионы лет и имевших своим первоисточником энергию Солнца. Происходит все более заметное загрязнение окружа­ющей среды продуктами сгорания и отходами производства. Возни­кает проблема создания безотходных процессов и целых производств.

Очень долгое время считалось и доказывалось, что на рубеже XX-XXI вв. наступит эпоха ядерной теплоэнергетики на невозобновляе­мых энергоресурсах. Но синдром Чернобыля, возникший после круп­ной аварии на одной из АЭС Украины 26 апреля 1986 г., резко за­медлил темпы развития этого вида энергетики.

Относительно остро встает вопрос создания альтернативной энер­гетики на возобновляемых энергоресурсах. Пока этого не случилось, несмотря на заметный прогресс в освоении возобновляемых источ­ников энергии.

Эпоха ограничений. В наше время на каждом шагу приходится сталкиваться с различными противоречиями. Почти ежедневно чи­таем о нехватке топлива или дефицитного сырья и одновременно о том, что имеющихся запасах угля и ядерного горючего хватит для обеспечения энергоснабжения мира на сотни лет, хотя расширение масштабов их использования может вызвать серьезные последствия для окружающей среды. Говорят, что необоснованные решения, при­нимаемые правительствами разных стран, являются причиной пе­ребоев в снабжении населения других стран топливом и что рост цен на топливо приведет к росту его дефицита. Говорят также, что государственное регулирование охраны воздушного и водного бас­сейнов влияет на рост цен на энергию, но что без этого состояние здоровья людей существенно ухудшилось бы. Жизнь, кажется, дей­ствительно становится все сложнее.

Неожиданно мы осознали, что живем в «эпоху ограничений», что земные ресурсы ограничены и что Земля — это «космический ко­рабль», призванный обеспечить всеми необходимыми жизненными ресурсами население Земли на вечные времена. Вместе с этим осозна­нием приходят сомнения относительно традиционных представлений об экономическом росте и потреблении и обеспокоенность относительно технологического развития, и стремление к освоению эколо­гически чистых источников энергии. Широкое обсуждение средства­ми массовой информации «альтернативных путей» развития энерге­тики привело к лучшему пониманию влияния жизни общества на окружающую среду.

Одним из результатов новой ступени общественного понимания проблемы явилось возникновение скоординированной государствен­ной политики в области энергетики и охраны окружающей среды. Ответственным руководителям приходится принимать трудные, иног­да вызывающие протест у части населения решения.

Одним из препятствий в осуществлении решений такого характе­ра является почти очевидное отсутствие достаточного понимания у многих людей физических принципов, лежащих в основе процессов производства и преобразования энергии. Во многих книгах, журна­лах и статьях содержится различная информация об энергетических ресурсах, влиянии их использования на окружающую среду, альтер­нативных технологиях, энергосбережении и других вопросах. Даже ученым, не говоря уж о простых людях, трудно получить, обобщить и сопоставить данные, необходимые для принятия рациональных решений. Остро встает вопрос создания альтернативной энергии на возобновляющихся энергоресурсах при одновременном переходе к эпохе сбалансированной энергетики. Если такое состоится, челове­чество сумеет жить в состоянии динамического равновесия, потреб­ляя столько энергии, сколько можно получить при использовании во­зобновляющихся энергоресурсов (солнечного излучения, движения воды, ветра и т.п.), возможно, и энергии термоядерных топлив. В со­ответствии с вырабатываемой энергией и производимым с ее помо­щью продовольствием будет регламентироваться население Земли, обеспечением его бытовой, производственной, культурной и другой техникой. Окружающая среда также должна быть приведена в состо­яние динамического равновесия, то есть будет полностью восстанав­ливаться, и наступит эпоха сбалансированной энергетики. Но пока это все больше фантастика, чем объективная реальность. Об этом сви­детельствуют материалы XV конгресса Мирового энергетического совета, состоявшегося в 1992 г. Основные выводы этого конгресса:

• органические топлива останутся основой энергообеспечения; их абсолютное потребление возрастет при любых реалистических сце­нариях. Не просматривается ни одного нового источника энергии, по крайней мере, на ближайшие 30 лет;

• в этих условиях первоочередной задачей мирового сообщества является повышение эффективности использования природных энер­гетических ресурсов, без чего невозможно будет в перспективе решать глобальные проблемы обеспечения устойчивого энергоснабжения и охраны окружающей среды.

То есть в обозримом будущем на состояние динамического рав­новесия между промышленным производством и окружающей сре­дой можно надеяться только через энергосбережение, рациональное ресурсопользование.

Приведем ниже хронологию событий, происшедших в период эпо­хи химической теплоэнергетики и в начавшуюся, по мнению ряда исследователей и политиков, эпоху ограничений энергетических воз­можностей.

Хронология событий эпохи химической теплоэнергетики.

Тысячелетиями люди пользовались тем, что теперь называется «энергия», не задумываясь над сущностью происходящего или сводя все к действию сверхъестественных сил. В течение этого периода та­кие понятия, как энергия, работа, импульс, количество движения, собственно сила и другие, обозначались чаще всего одним термином «сила». Источники всех этих сил рассматривались, как правило, в рамках соответствующих религиозных представлений.

Так было даже тогда, когда человек научился использовать энер­гию ветра и движущейся в реках воды.

Появились реальные тепловые двигатели в виде паровых машин и другие изобретения. Изложим краткую хронологию событий тех лет.

Папен (Papin) Дени (1647-1714), французский физик, один из изоб­ретателей теплового двигателя. С 1675 г. работал в Лондоне (в 1688-1707 в Германии). Изобрел паровой котел с предохранительным кла­паном (1680), несколько машин для подъема воды. В 1690 г. правильно описал замкнутый термодинамический цикл паро-атмосферного па­рового двигателя, но создать работоспособный двигатель не смог.

Ползунов Иван Иванович, сын солдата Екатеринбургской горной роты, родился в 1728 г. (по другим источникам — в 1730 г.). Его по праву называют первым российским теплотехником.

В первой половине XVIII в. в России, так же как и в других стра­нах, широко применялся универсальный двигатель — водяное коле­со.

На протяжении долгих лет, до появления теплового двигателя, именно водяное колесо использовалось для привода механизмов, позволяющих преобразовывать вращательное движение в возврат­но-поступательное и наоборот, связывать два периодически действу­ющих агрегата для непрерывной их работы.

Но постепенно становилось все более очевидным, что растущее производство в России нуждается в более мощном двигателе, не за­висящем от местных условий: водяное колесо, как известно, работает только при наличии расхода воды и перепада высот. Это хорошо понимали передовые люди своего времени, и один из них — механик Ползунов — попытался изменить ситуацию. В докладной записке к проекту теплового двигателя он писал, что наличие руды и леса в одном и том же месте не позволяет организовывать «горный промы­сел», т.к. «...редко угодные к заводам при самих рудниках, купно с лесами, места встречаются... чего для, обычно в Российском государ­стве почти все заводы на реках построены».

В 1742 г., по окончании арифметического отделения Горной шко­лы, И.И. Ползунов был назначен на должность «механического уче­ника» Екатеринбургского завода. Здесь он впервые познакомился с основными типами горнозаводских машин и устройством водяных колес.

В 1748 г. Иван Ползунов переводится на Колывано-Воскресенс-кие заводы на Алтае. Работая в Барнауле шихтмейстером, он по кни­ге Шлаттера изучает конструкцию паровой машины Ньюкомена. В 1763 г. Ползунов представляет проект «огнедействующей» машины, в которой был впервые использован принцип сдваивания цилиндров, что обеспечивало равномерный ход машины. В рабочих цилиндрах двигались поршни, соединенные между собой цепью, перекинутой через зубчатое колесо. Автоматическое парораспределение, впервые примененное Ползуновым, позволяло подавать пар от котла к нуж­ному поршню. В то же время в другом поршне происходила конден­сация пара за счет впрыска воды, что и обеспечивало перемещение поршней в цилиндрах. Для подвода в цилиндры пара и охлаждаю­щей воды, а также для удаления конденсата из цилиндров имелось автоматически действующее клапанное устройство, механизм кото­рого состоял из двух зубчатых колес, соединенных цепью, и зубчато­го сегмента, регулирующего действие кранов посредством тяг.

С позиций сегодняшнего дня механизм представляется достаточ­но простым, но не следует забывать, что во времена Ползунова еще не существовало теории тепловых процессов, отсутствовала надежная экспериментальная база и необходимые теоретические исследо­вания.

Правда, незадолго до указанного времени, в 1745 г., М. В. Ломо­носов в работе «Размышления о причине теплоты и холода» верно определил природу тепловых явлений и опроверг ложную теорию «теплорода». В те же годы Ломоносов заложил основы кинетической теории и, применяя закон сохранения движения к тепловым явлени­ям, объяснил процесс теплообмена. Развивая теорию теплоты, Ми­хаил Васильевич пришел к утверждению закона сохранения материи и движения.

И все же работы Ломоносова, касающиеся сущности теплоты и ее распространения, не могли дать конкретных указаний для практики создания тепловых двигателей. По существу, практика шла впереди теории, в связи с чем И. И. Ползунов писал: «Теория, а особливо в воздушных и огненных делах, бывает многим слабее практики, пото­му как сила воздушного знания поныне не далеко найдена и при том еще будучи великой тьмой закрыта».

И в этих условиях именно практика решила сложную проблему превращения теплоты в механическую работу, опираясь на весьма неполные знания в области теоретической теплотехники.

После длительной борьбы Ползунову удалось склонить на свою сторону администрацию завода, и ему разрешили приступить к пост­ройке машины. Несмотря на косность чиновников и недостаток ква­лифицированных помощников, в конце 1765 г. Ползунов завершил монтаж своего уникального парового двигателя, который решено было использовать в качестве привода к воздуходувной установке

рудоплавильной печи.

В мае 1766 г., за несколько дней до пуска машины, Иван Ползу­нов, подорвавший здоровье на тяжелых работах, скончался в возрас­те 38 лет. А установка Ползунова при первом же пуске проработала непрерывно 43 дня. За этот период она не только окупила себя, но и принесла около 12 тыс. рублей дохода. Но, несмотря на такой успех, испорченная неумелым вмешательством машина была выведена из строя и постепенно забыта. А 18 лет спустя универсальный паровой двигатель был создан англичанином Джеймсом Уаттом. Этот двига­тель получил всеобщее признание.

Следует отметить, что в 1769 г. французский инженер Кюньо по­строил трехколесную механическую повозку, снабженную котлом и двухцилиндровой паровой машиной.

Паровая машина Уатта. Впервые патент на универсальную паро­вую машину в 1784 г. получил английский изобретатель Джеймс Уатт. Как и Ползунов, Уатт не имел специального образования. Он рабо­тал мастером-инструментальщиком при университете в Глазго (Шот­ландия). Путь к всемирной славе начался с обычной рутинной рабо­ты. Ему поручили отремонтировать модель машины Ньюкомена. Работа не ладилась до тех пор, пока Уатт не понял, что виновата не модель, а принципы, на которых она была построена.

После долгих раздумий Уатт пришел к идее, которая на многие годы определила путь развития паровых машин. Основная часть его машины — чугунный цилиндр, в котором ходит поршень. Рядом с цилиндром расположен парораспределительный механизм — золот­никовая коробка, сообщающаяся с паровым котлом. Кроме котла коробка соединена еще с конденсатором и с цилиндром посредством двух окон. В коробке находится золотник — стержень с двумя клапа­нами, ведающий переменной передачей пара то с одной, то с другой стороны поршня. Разность давлений в правой и левой частях приво­дит в движение поршень. Для повышения КПД машины Уатт приме­нил конденсатор, в котором пар превращается в воду.

Давление в конденсаторе падало ниже атмосферного, что значительно увеличи­вало разность давлений, действующих на поршень. Вода из конден­сатора направлялась обратно в котел, что позволяло создать замк­нутую систему. Паровая машина Уатта сыграла исключительную роль в прогрессе мировой промышленности и транспорта. А главное ее достоинство состоит в том, что в ней был впервые использован ряд технических решений, которые не забыты до сих пор (конденсатор, золотниковая решетка и др.).

В 1774 г. Пристли и Шесле определили горение как результат со­единения веществ с кислородом.

XVIII — XIX вв. Фултон (Fulton) Роберт (1765-1815), американс­кий изобретатель. Построил (1807) первый в мире колесный пароход «Клермонт». Причем на его пароходе был использован водотрубный котел. А для первых паровозов да и впоследствии использовались дымогарные котлы, в которых дымовые газы проходили внутри тру­бок.

Стефенсон (Stephenson) Джорж (1781-1848), английский изобре­татель, положивший начало паровому железнодорожному транспор­ту. С 1814 г. строил паровозы, создал первые практически пригод­ные модели, в том числе «Ракету» (1829).

Черепановы: отец, Ефим Алексеевич (1774-1842), и сын, Мирон Ефимович (1803-1849), русские изобретатели, крепостные заводчи­ков Демидовых. Построили первый в России паровоз (1833-1834) и железную дорогу длиной 3,5 км.

После появления паровых машин с КПД до 10-15%, где теплота от сжигаемого топлива превращалась в механическую работу порш­ня (под давлением пара), кроме многозначного понятия «сила» стала рассматриваться отдельно «движущая сила огня», «живая сила». Пос­ледней начали оценивать интенсивность движения тел в виде произ­ведения массы тела т на квадрат скорости ω его движения mω².

XIX век

1807 г. Одним из первых термин «энергия» применительно к жи­вой силе стал использовать английский ученый Т. Юнг.

1808 г. Английский химик Г. Дэви впервые получил из навоза хо­рошо известный сейчас всем горючий газ метан и углекислоту. На фоне выдающихся открытий того времени лабораторный опыт Дэви выглядел более чем скромно, и вряд ли кто-нибудь, даже сам ученый, мог предположить, что в конце XX в. биохимики и микробиологи, вооруженные самыми современными приборами, будут в мельчай­ших подробностях изучать этот процесс, математики моделировать его с помощью ЭВМ, а инженеры — конструировать специальные двигатели, работающие на биогазе.

Хотя первый в мире аппарат по переработке навоза в биогаз был создан в 1895 г. в Англии, долгое время считалось, что биогазовая энергетика — удел слаборазвитых стран, где ее развитию способству­ют и дефицит топливных ресурсов, и жаркий климат.

Действительно, на сегодняшний день основное количество биога­зовых установок (БГУ) сосредоточено в Индии, Китае, Бангладеш, Пакистане, Таиланде, Новой Зеландии. Только в Индии ежегодно вводят в эксплуатацию 5-6 тыс. БГУ.

Специалисты Бангладеш утверждают, что навоза от четырех коров вполне достаточно, чтобы дать энергию средней сельской семье — и для отопления, и для хозяйственных нужд. В Китае работают более 7 млн. мелких БГУ, которые вырабатывают топливо для местных элек­тростанций, а также несколько крупных, обеспечивающих работу ТЭЦ.

Без каких-либо преувеличений можно считать, что в 1808 г., а за­тем в 1895-м г. английские ученые и специалисты подарили миру одну из самых универсальных энергосберегающих технологий, которая получила мировое признание, но в России до сих пор эта технология не используется в необходимых масштабах.

1824 г. С. Карно предсказал рабочий цикл другой тепловой ма­шины — поршневого двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Этот цикл соответствовал четырем ходам поршня: 1 — всасывание возду­ха; 2 — сжатие его, в конце которого подается и сгорает топливо; 3 — рабочий ход — расширение газообразных продуктов сгорания; 4 — выпуск их. Забегая вперед, отметим, что изобретатели не сразу осу­ществили этот цикл — в их машинах вначале отсутствовал ход сжа­тия, вследствие чего КПД первых ДВС был невысок (до 10-15%). С введением хода сжатия КПД возрос до 25-40%, значительно превы­сив КПД паровых машин (до 10-15%).

Дату опубликования указанной работы С. Карно называют так­же днем рождения термодинамики.

1829 г. Г. Кориолис уточняет выражение живой силы, поделив ее пополам – тω²/ 2. Позже энергию движущей системы, например кам­ня или газа, стали называть кинетической, а энергию системы, приве­денной в «напряженное» состояние, которое позволяет получить дви­жение — камень поднят над землей и т. п. — потенциальной.

1830 -1840 гг. Появились определения «механическая энергия», «химическая энергия» и др.

1834 г. Опубликовано сочинение «О движущей силе теплоты» член-корреспондента Петербургской Академии наук Б. Клапейрона, в ко­тором он «перевел» труд С. Карно (1824 г.) на математический язык, вскрыв его великое содержание. Он впервые стал применять графи­ческий метод теоретического исследования работы тепловых машин.

1847 г. Получил обоснование закон сохранения количества энергии при взаимопревращениях ее видов в изолированных системах — все­общий закон природы (первый закон термодинамики).

Осознается решающая роль энергии в жизни и прогрессе челове­чества. Энергия получает титул «царицы мира».

1850 г. «Царствование его величества пара, перевернувшего мир в прошлом столетии, окончилось; на его месте станет неизмеримо более революционная сила — электрическая искра» (из разговора К. Маркса с К. Либкнехтом).

1852 г. Английский ученый Кельвин создал первый тепловой на­сос. Он назвал это устройство «умножителем тепла». Тепловой насос — это устройство, в котором тепло передается от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой. Несмотря на то, что тепло­вые насосы были изобретены 150 лет назад, принцип их действия у многих вызывает недоверие и по сей день. Действительно, не так-то просто поверить в то, что наружный воздух с минусовой температу­рой может быть источником тепла для обогрева помещения зимой! И тем не менее, это вполне доказанный факт. Бытовые кондиционе­ры, которые, по существу, являются тепловыми насосами, зимой ра­ботают именно по такому принципу. С помощью теплонасосной ус­тановки можно, затратив 1 кВт ч, получить 2, 3, 4 и более кВт ч. Невероятно? Но ничего противоестественного, идущего вразрез с законами термодинамики и тем более с законом сохранения энер­гии здесь нет.

Термодинамически тепловой насос идентичен холодильнику. Но только холодильник производит холод, а тепловой насос — тепло. При этом количество тепловой энергии, производимой тепловым насосом, всегда больше энергии, затраченной на работу агрегата, за счет добавочного тепла от низкотемпературного источника.

Так уж случилось, что Англия в XIX в. подарила миру еще одну энергосберегающую технологию — тепловой насос (умножитель теп­ла), которая у нас в России используется достаточно ограниченно. Объективная причина этому — более суровые климатические усло­вия, чем во всех остальных странах мира.

1853 г. Английский ученый В. Томсон (лорд Кельвин) предложил первое строгое определение энергии: энергия материальной системы в определенном состоянии есть измеренная в единицах механической ра­боты сумма всех действий, которые производятся вне системы, когда она любым способом переходит из этого состояния в произвольно выб­ранное нулевое состояние.

1865 г. Впервые сформулировано определение «тени» энергии — энтропии — меры рассеяния энергии. Слово «энтропия» предложил немецкий ученый Р. Клаузиус.

Изменение энергии системы определяется только разностью ее зна­чений в начальном и конечном состоянии перехода, в противном слу­чае система стала бы источником энергии «из ничего», что проти­воречит закону сохранения энергии. Поэтому энергию и подобные ей в указанном отношении величины называют «функциями состо­яния».

Энтропия тоже есть функция состояния системы, но количество тепла Q = TΔS, выражающее «потерю» энергии, зависит от характеpa совершающегося процесса, поскольку от него зависит количество тепла, рассеивающееся вследствие прямой теплоотдачи системы в окружающую среду и выделяющееся и рассеивающееся вследствие трения. Поэтому-то и действительная работа тоже зависит от ха­рактера процесса и никогда не бывает равна максимальной, то есть изменению энергии системы.

Поскольку опыт свидетельствует, что все процессы в реальных условиях сопровождаются трением и теплообменом, энтропия сис­тем всегда возрастает при условии их полной изоляции (то есть без подвода энергии извне и утечек ее). В противном случае энтропия системы может возрастать и убывать уже под действием внешних сил. Это и дало возможность Р. Клаузиусу, В. Томсону и другим исследо­вателям сформулировать новый закон — закон возрастания энтро­пии (ставший позже вторым началом, или законом, термодинамики): какие бы изменения ни происходили в реальных изолированных систе­мах, они всегда ведут к увеличению энтропии.

1872 г. Больцман Л. выявил связь между энтропией S и термоди­намической вероятностью А состояния систем в виде:

S=KlnA,

где k = 1,380 • 10^-23 Дж/к (К — градус в абсолютной шкале температур Кельвина) — постоянная Больцмана.

Поскольку беспорядок всегда вероятнее, чем относительный по­рядок — энтропия увеличивается и становится максимальной, когда для данной системы в данных условиях наступает максимальный бес­порядок (например, сгорели дрова в печке, разбилась тарелка и т. д.).

1878 г. «До сих пор неизмеримая сила, достигающая ежедневно Земли в виде лучеиспускаемой солнечной теплоты, почти нигде не имела промышленного применения. На Всемирной промышленной выставке впервые был выставлен аппарат-рефлектор, концентриро­вавший солнечные лучи, которые падали уже в таком виде на сосуд с водой, очень скоро приходившей в кипение. В последнее время эти солнечные машины нашли применение в земледелии». Это сообще­ние российский журнал «Техника» напечатал в 1883 г. Как видим, применением солнечной энергии люди интересовались еще в позап­рошлом веке.

Солнечная паровая электростанция, основной частью которой было большое зеркало, фокусирующее солнечные лучи на специаль­ный котел, демонстрировалась в Париже на Всемирной промышленной выставке 1878 г. Такие же установки были построены в 1901 г. в США (штат Калифорния) и в 1913 г. в Египте.

1880 г. Начало развития теории энергоэнтропийной картины жизни в работах С. А. Подолинского.

С. А. Подолинский (1850-1891), украинский марксист, получив­ший физико-математическое образование в Киевском университете и медицинское — во Вроцловском. Известно, что он в 1872 г. встре­чался с К. Марксом.

В русском журнале «Слово» (1880, № 4-5) была опубликована работа С. А. Подолинского «Труд человека и его отношение к рас­пределению энергии». В ней он утверждал, что в растениях соверша­ется работа по «подъему» части солнечной энергии с низшей ступени на высшую, а вся механическая работа в организме животных имеет своим началом энергию, «сбереженную растениями в пище в виде хи­мической энергии». Причем он отмечал, что только часть этой энер­гии может быть превращена во внешнюю работу в процессе труда.

Он считал, что организмы выживают в борьбе с неорганической при­родой, если у них запас «превратимой энергии» больше, чем в неорга­нических веществах вокруг.

С.А. Подолинский сумел в основном правильно сформулировать главные принципы и закономерности и прийти к удивительно совре­менно звучащему выводу: «усовершенствование» человеческой жизни должно заключаться главным образом в количественном увеличении энергетического бюджета каждого человека, а не только в качествен­ном превращении низшей энергии в высшую, так как последнее воз­можно только в очень ограниченной степени, значительно меньшей, чем количественное накопление. Поэтому только общество, стремя­щееся к быстрому накоплению энергии, может быстро идти вперед. Застой в данном случае почти равносилен рассеянию накопленной энергии, так как общественная жизнь без развития теряет всякую цен­ность и всякий смысл. На этом основании С.А. Подольский считал и произвольное ограничение населения Земли равноценным рассеянию энергии — росту энтропии.

Используя в своих работах труды К. Маркса, Подолинский вмес­те с тем высказывает свои соображения о роли двигателя как одного из трех элементов любой машины (двигатель + передаточный меха­низм + рабочая машина) в социально-экономическом прогрессе че­ловечества. «Очень может быть, — писал он, — что Маркс прав и что промышленная революция XVIII в. была совершена изобретением инструментов для рабочих машин, а не применением пара, как обыкно­венно думают, но в таком случае это чисто случайный факт и про­изошел оттого, что ко времени применения пара эти инструменты рабочих машин еще не были изобретены. Если бы они уже существо­вали в то время, то все-таки применение пара произвело бы немалый переворот в промышленности». В подтверждение своего мнения он приводил слова Маркса: «Если мы всмотримся поближе в рабочую машину, то мы откроем в ней, хотя нередко в очень измененной фор­ме, те же самые аппараты и инструменты, которыми работают ремес­ленник или мануфактурный работник; но только они являются те­перь не инструментами человека, а инструментами механизма или механическими инструментами. Итак, —резюмирует Подолинский,— рабочей машине мы можем приписать только сбережение энергии при работе, в том же смысле, как мы его приписываем нашим простей­шим орудиям вроде ножа, топора, веретена и т.п.».

Иными словами, с технической точки зрения машина-двигатель, выполняющая функции человека-двигателя, по существу, тоже представляет собой «рабочую машину», которая с помощью «ору­дий труда — водяных колес, ветряных крыльев, поршней, турбин­ных дисков и т.д. — преобразует энергию природных источников в упорядоченную полезную энергию — работу инструментальных ма­шин. Ведь если бы и при К. Марксе рабочий выполнял, как в древно­сти, и функции двигателя, то применение паровой машины увеличи­ло бы армию безработных еще в большей степени, чем передача технологических, инструментальных функций человека машинам.

Ф. Энгельс высоко оценил статью С. А. Подолинского и в письме К. Марксу специально подчеркнул, что его действительное открытие состоит в том, что человеческий труд в состоянии удержать на повер­хности земли и заставить действовать солнечную энергию более про­должительное время, чем это было бы без него».

Но основной итог здесь, пожалуй, в том, что на основании своих рассуждений С. А. Подолинский приходит к заключению, что «с уве­личением потребностей... идет увеличение производительности са­мого труда, т. е. благодаря различным усовершенствованиям мень­шее количество превратимой энергии человеческого труда способно превращать большие количества низшей энергии в высшие формы, чем это делалось прежде». Иными словами, в ходе исторического раз­вития возрастают возможности людей совершать все большую рабо­ту при все меньших затратах физического труда. Эта особенность представляет собой закон роста производительности тру да. Здесь он является частным случаем общего принципа.

Таким образом, труд есть управление энергетическими потоками окружающей человека природной среды, причем источником энергии для этого служит сама природа.

Шитье одежды и постройку жилищ Подолинский тоже считал по­лезным трудом, потому что их конечная цель та же самая — сберечь часть превратимой энергии, накопленной в человеческом теле, защи­щая его от холода, ветра, дождя и т.д. При этом он подчеркивал, что одежда и жилище точно так же ведут к сбережению и наивыгоднейше­му распределению энергии в теле человека, как, например, обучение ведет к наивыгоднейшему потреблению энергии во время работы.

Вместе с тем С. А. Подолинский не упускает из виду, что такой, казалось бы, самый энергетически выгодный труд, как добыча угля и торфа, позволявший получить в те времена в 20 раз больше энергии, чем затрачивалось, лишь относительно выгоден. «Не следует забы­вать, — писал он, — что каменный уголь есть запас солнечной энер­гии, собранный за громадный период времени, и что, потребляя его в большом количестве, мы вводим в наш бюджет случайно собравши­еся доходы прежних лет, а расчет ведем так, как будто мы действи­тельно сводим концы с концами. Если бы мы посредством того тру­да, который идет на добывание каменного угля, умели фиксировать ежегодно такое количество солнечной энергии на земной поверхнос­ти, которое равняется энергии добытого угля, тогда действительно весь этот труд мог бы считаться полезным».

Высказав эти чрезвычайно современные (сейчас, спустя 120 лет!) соображения, С. А. Подолинский отмечал, что потребность в камен­ном угле так неизбежна, запасы его еще так велики и возможность новых изобретений (позволяющих использовать другие источники энергии) до их истощения так вероятна, что люди не могут поступать иначе, как до сего времени поступали, т. е. стараясь, по возможности, увеличить добыванием угля свой запас «превратимой энергии».

И здесь же он рассматривает возможности практического ис­пользования солнечной энергии в виде сконцентрированного зерка­лами тепла: солнечный насос Соломона де Ко, испытанный в Англии в 1616 г.; солнечную паровую машину-двигатель А. Мушо, построен­ную во Франции в 1861 г, и показанную на Всемирной выставке в Париже в 1878 г.; воздушный поршневой солнечный двигатель швед­ского инженера (переселившегося в Америку) Эриксена и т.д.

Подолинский считал, что и умственный труд, и труд в области искусства может в определенных условиях способствовать накопле­нию энергии. Интеллектуальные решения, способствующие рацио­нализации человеческой деятельности в различных областях, музы­ка, поэзия, живопись и т.д., вызывая прилив психической энергии, благородных чувств, взлет творческой мысли, тоже преобразуются в дальнейшем в новые запасы энергии.

Он отмечал также, что человеческая деятельность, противополож­ная труду, например войны, есть расхищение энергии, т. е. увеличе­ние количества энергии, рассеиваемой в пространстве.

1886 г. Л. Больцман в докладе о втором законе говорил, что все­общая борьба за существование живых существ — это борьба за энер­гию, которую можно использовать при переходе энергии от Солнца к Земле.

1892 г. Дизель Рудольф получил патент на четырехтактный дви­гатель внутреннего сгорания. Началось все с того, что Р. Дизель хо­тел повысить КПД паровой машины, который был в то время около 10%. В результате появился совсем другой двигатель. В его цилиндре сжималась не горючая смесь, а чистый воздух. И только к концу сжа­тия, когда температура достигала 600-650°С, в цилиндр под боль­шим давлением впрыскивалось жидкое топливо. Оно воспламенялось, а газы, расширяясь, перемещали поршень. За счет этого Р. Дизелю удалось значительно повысить КПД двигателя. Система зажигания оказалась вообще не нужной, а работать данный двигатель мог на от­носительно дешевом топливе. Первый двигатель Р. Дизеля начал эксп­луатироваться в 1897 г. и продолжает служить человечеству до сих пор. А появление его вызвано было сильным желанием конкретного чело­века повысить эффективность использования энергии топлива.