Енергія - з чого все почалося

Сьогодні нам може здаватися, що розвиток і вдосконалення людини відбувався неймовірно поволі. Йому в буквальному розумінні слова доводилося чекати милостей від природи. Він був практично беззахисний перед холодом, йому невпинно загрожували дикі звіри, його життя постійно висіло на волоску. Але поступово людина розвинулася настільки, що зумів знайти зброю, яка у поєднанні із здатністю мислити і творити остаточно прославило його над всім живим оточенням. Спочатку вогонь здобували випадково - наприклад, з дерев, що горять, в які ударила блискавка, потім стали здобувати свідомо: за рахунок тертя один об одного двох відповідних шматків дерева чоловік вперше запалив вогонь 80-150 тисяч років назад.

Після цього люди вже не відмовлялися від можливості використовувати вогонь в боротьбі проти суворих холодів і хижих звірів, для приготування здобутої їжі. Скільки спритності, наполегливість, досвіду та і просто везіння це вимагало! Уявимо собі людину, оточену незайманою природою, - без споруд, які б його захищали, без знання хоч би елементарних фізичних законів, із запасом слів, що не перевищує декількох десятків. До цього відкриття людина йшла дуже довго і розповсюджувалося Воно повільно, але ознаменувало собою один з найважливіших переломних етапів в історії цивілізації.

Впродовж сторіч ступінь використання нових джерел енергії - домашніх тварин, вітру і води - залишалася дуже низькою. Головним же джерелом енергії, за допомогою якої людина будувала житло, обробляла поля, “подорожувала”, захищалася і нападала, служила сила його власних рук і ніг. І так тривало приблизно до середини нашого тисячоліття. Правда, вже в 1470 р. був спущений на воду перший великий чотирьохщогловий корабель; близько 1500 р. геніальний Леонардо да Вінчі запропонував не тільки вельми дотепну модель ткацького верстата, але і проект споруди машини, що літає. Йому ж належать багато інших, для того часу просто фантастичні ідеї і задуми, здійснення яких повинне було сприяти розширенню знань і продуктивних сил. Але справжній перелом в технічній думці людства наступив порівняно недавно, небагато чим більше трьох сторіч тому.

Одним з перших гігантів на шляху наукового прогресу людства, поза сумнівом, був І. Ньютон. Цей видатний англійський природодослідник все своє довге життя і неабиякий талант присвятив павуку: фізиці, астрономії і математиці. Він сформулював основні закони класичної механіки, розробив теорію тяжіння, заклав основи гідродинаміки і акустики, значною мірою сприяв розвитку оптики, разом з Лейбніцем створив початки теорії числення нескінченно малих і теорії симетричних функцій. Фізику XVIII і XIX сторіч по праву називають ньютонівською. Праці Ньютона багато в чому допомогли помножити силу людських мязів і творчі можливості людського мозку.

Промислова революція - так ми часто називаємо цю епоху великих відкриттів - істотно змінила перебіг життя на наший планеті. Одним з її наслідків було остаточне падіння феодалізму, який вже не міг пристосуватися до розвитку нових продуктивних сил, і зміцнення капіталістичних виробничих відносин.

Потім відбулося безліч відкриттів, повязаних з магнітними властивостями електричного струму. Французький фізик Андре Ампер став основоположником нової науки - вчення про електромагнетизм. Звідси залишався один крок до створення електродвигуна. Цей вирішальний крок допомогли зробити великий англійський фізик і хімік, колишній учень палітурника Майкл Фарадей, німецький фізик, що жив і працював в Росії. Герман Якобі і багато інших відомих і невідомих механіків, фізики і хіміки. Перші електродвигуни працювали від вдосконалених елементів вольтів. Вони володіли малою потужністю і поступово були витіснені двигунами змінного струму. Для цього потрібно було створити нові джерела такого струму - генератори, а потім турбіни, щоб приводити їх в рух.

Шлях до загальної електрифікації проходив через безліч крупних і дрібних відкриттів і винаходів. Але це був логічний і цілеспрямований шлях. Електричну енергію легко можна передавати на великі відстані і безпосередньо використовувати для найрізноманітніших цілей. Всі колишні машини і механізми вимагали “палива”, тобто джерела енергії, безпосередньо на місці: парова машина не в змозі працювати без достатньої кількості палива, вітряний млин - без вітру, водяний млин - без потоку води. А електричний двигун працює і за сотні кілометрів від джерела споживаної ним енергії.

Скільки людям потрібно енергії

Народження енергетики відбулося декілька мільйонів років тому, коли люди навчилися використовувати вогонь. Вогонь давав їм тепло і світло, був джерелом натхнення і оптимізму, зброєю проти ворогів і диких звірів, лікувальним засобом, помічником в землеробстві, консервантом продуктів, технологічним засобом і т.д.

Впродовж багатьох років вогонь підтримувався шляхом спалювання рослинних енергоносіїв (деревини, чагарників, очерету, трави, сухих водоростей і т.п.), а потім була виявлена можливість використовувати для підтримки вогню викопні речовини: камяне вугілля, нафта, сланці, торф.

Прийшов час пояснити, що ж таке енергія, тобто величина, вимірювана кілоджоулями. Відома і інша фізична величина - робота, що має ту ж розмірність, що і енергія.

Виявляється, питання має принципове значення. Енергія - слово грецьке, таке, що означає в перекладі діяльність.. Терміном "енергія" позначають єдину скалярну міру різних форм руху матерії. Енергію можна отримати при згоранні 1кг вугілля або 1кг нафти, які називаються енергоносіями. Закони фізики затверджують: та робота, яку можна отримати в реальних машинах і використовувати на наші потреби, буде завжди менше енергії в енергоносії. Енергія - це, по суті справи, енергетичний потенціал (або просто потенціал), а робота - це та частина потенціалу, яка дає корисний ефект. До цих пір за традицією ще застосовують поняття потенційної і кінетичної енергії, хоча насправді із-за величезної різноманітності видів енергії було б доцільно користуватися єдиним терміном - енергія. Таким чином, робота здійснюється в процесі перетворення одних видів енергії в інших і характеризує корисну її частину, отриману в процесі такого перетворення. Розсіяна в процесі здійснення роботи енергія незмінно перетворюється на тепло, яке повідомляється навколишньому простору. Оскільки процеси перетворення одних видів енергії в інших нескінченні, будь-яка робота врешті-решт переходить в тепло, тобто знецінюється. Це означає, що чим більше людство здобуває вугілля, нафти і інших енергоресурсів, тим більше воно зрештою нагріває навколишнє середовище.

Прогноз зростання потреби в енергії найчастіше повязують із зростанням чисельності населення Землі.

Світ наповнений енергією, яка може бути використана для здійснення роботи різного характеру. Енергія може знаходитися і знаходиться в людях і тваринах, в каменях і рослинах, у викопному паливі, деревах і повітрі, в річках і озерах, а ми, у свою чергу, розглянемо способи витягання цієї енергії і її перетворення.