Слово "энергия" с греческого означает действие, деятельность. Согласно современным представлениям энергия - это общая количественная мера различных форм движения материи. Имеются качественно разные физические формы движения материи, которые способны превращаться одна в другую в строго определенных отношениях (установлено в середине ХХ века), что и позволило ввести понятие энергии как общей меры движения материи.

Важность понятия энергии определяется тем, что она подчиняется закону сохранения. Представление об энергии помогает понять невозможность создания вечного двигателя. Работа может совершаться только в результате определенных изменений окружающих тел или систем (горения топлива, падения воды).

Способность тела при переходе его из одного состояния в другое совершать определенную работу (работоспособность) и была названа энергией.

Виды энергии: механическая, тепловая, химическая, электромагнитная, гравитационная, ядерная.

Энергия характеризует способность совершать работу, а работа производится при действии на объект физической силы. Работа - энергия в действии.

Сейчас как никогда остро встал вопрос: что ждет человечество - энергетический голод или энергетическое изобилие. Не сходят со страниц газет и журналов статьи об энергетическом кризисе.

Ученые и изобретатели с давних пор разрабатывают многочисленные способы производства энергии, в первую очередь электрической. Казалось бы, просто нужно строить больше и больше электростанций и энергии будет столько, сколько понадобится. Но такое "очевидное" решение таит в себе немало подводных камней.

Неумолимые законы природы утверждают, что получить энергию, пригодную для использования, можно только за счет ее преобразования из других форм. Вечные двигатели к сожалению невозможны. А сегодня 4 из 5 произведенных киловатт электроэнергии получаются при сжигании топлива или использовании запасенной в нем химической энергии, преобразовании ее в электрическую на тепловых станциях.

Возросшие цены на нефть, быстрое развитие атомной энергетики, возрастание требований к защите окружающей среды потребовали нового подхода к энергетике. Хотя в основе энергетики ближайшего будущего по прежнему останется теплоэнергетика на невозобновляемых ресурсах, структура ее изменится. Сократится использование нефти, возрастет производство энергии на атомных станциях, начнется использование нетронутых запасов дешевых углей, широко будет применяться природный газ.

К сожалению, запасы нефти, угля, газа не бесконечны, а многие страны живут лишь сегодняшним днем, хищническим образом разграбляя земные богатства, и не задумываются над тем, что через несколько десятков лет эти запасы иссякнут. Что же произойдет тогда?

Повышение цен на нефть, необходимую также и транспорту, и химии, заставит задуматься о других видах топлива. А пока ученые занимаются поисками новых нетрадиционных источников, которые могут взять на себя хотя бы часть забот по снабжению энергией населения.

Нетрадиционные источники энергии.

Гелиоэнергетика - солнечная энергетика, развивается быстрыми темпами и в разных направлениях. Солнечные устройства служат для отопления и вентиляции зданий, опреснения воды, производства электроэнергии. Также появились транспортные средства с "солнечным приводом". Уже в течение 3 лет немецкий поселок Францхютте полностью питается энергией от гелиоэнергетической установки из 840 плоских солнечных батарей общей площадью 360 кв. м. Мощность каждой батареи 50 Вт. Ночью и в пасмурную погоду ток обеспечивает батарея свинцовых аккумуляторов, заряженных в те часы, когда солнца в избытке.

Швейцарские ученые запатентовали прозрачные солнечные батареи, которые можно вставлять в оконные рамы вместо стекла. Между двумя слоями стекла, покрытого тончайшей пленкой двуокиси титана со столь же тонким слоем светочувствительного пигмента, находится слой электролита с содержанием йода. Свет, попадая на пигмент, выбивает из него электроны, которые через электролит попадают на слой двуокиси титана. Все слои такой солнечной батареи настолько тонки, что прозрачность стекла практически не уменьшается.

В последнее время интерес к проблеме использования солнечной энергии резко возрос. Потенциальные возможности солнечной энергетики чрезвычайно велики. Использование всего лишь 0,0125% количества энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики.

Препятствием реализации солнечных ресурсов является низкая интенсивность солнечного излучения. Поэтому коллекторы нужно размещать на громадных территориях, что также влечет за собой значительные материальные затраты.

Простейший коллектор солнечного излучения - зачерненный алюминиевый лист, внутри которого находятся трубы с циркулирующей жидкостью. Нагретая за счет солнечной энергии, поглощенной коллектором, жидкость поступает для непосредственного использования. На изготовление коллекторов идет довольно много алюминия.

Солнечная энергетика относится к наиболее материалоемким видам производства энергии и обходится намного дороже, чем получаемая традиционными способами.

Энергия ветра.

Наиболее широкое распространение получили ветряные мельницы в Голландии. Многолопастный ветряк с ветроколесом диаметром до 9 м может вырабатывать до 3 кВт электроэнергии при скорости ветра около 25 км\ч.

Энергия движущихся воздушных масс огромна. Ветры, дующие на просторах нашей страны, могли бы легко удовлетворить все ее потребности в электроэнергии. Климатические условия позволяют развивать ветроэнергетику на огромной территории.

В наши дни ветроустановки вырабатывают лишь небольшую часть производимой энергии. Сейчас созданы высокопроизводительные установки, позволяющие вырабатывать электроэнергию даже при очень слабом ветре.

К созданию ветроколеса - сердца любой ветроэнергетической установки - привлекаются специалисты-самолетостроители, умеющие выбрать наиболее целесообразный профиль лопасти.

Геотермальные источники энергии.

Уже давно работают электростанции, использующие горячие подземные источники. Подземные воды, как "живая кровь" планеты, переносят природное тепло Земли на поверхность. Обладая большой подвижностью и высокой теплоемкостью, они играют роль аккумулятора и теплоносителя. Они либо накапливаются в водоносных горизонтах, либо выходят на поверхность земли теплыми или горячими источниками, а иногда вырываются в виде пароводяных смесей. Это гейзеры и фумаролы. Гейзеры, например "Старый служака" каждые 53-70 минут выбрасывают струю воды (более 90С) на высоту 30-45.

Использовать воду с tниже 100С для энергетики считается экономически невыгодным, но она вполне пригодна для теплофикации.

Главное достоинство тепла, получаемого из недр - экологическая чистота и возобновимость. Конечно, неконтролируемый забор может привести к истощению источников, для этого разработана методика замкнутой системы, по которой остывшая или обычная холодная вода возвращается в высокотемпературный пласт. По одной скважине закачивают холодную, по другой - получают уже горячую воду. Создается надежная, практически "вечная" замкнутая циркуляция.

Огромный резерв экологически чистой тепловой энергии нашей страны может заменить до полутораста млн тонн органического топлива.

Энергия Мирового океана.

Запасы энергии в Мировом океане колоссальны. Наиболее очевидным способом использования океанской энергии представляется постройка приливных электростанций (мощностью 240 тыс. - 6 млн. кВтч). Неожиданной возможностью океанской энергетики оказалось выращивание с плотов в океане быстрорастущих гигантских водорослей, легко перерабатываемых в метан для энергетической замены природного газа. Для полного обеспечения энергией каждого человека достаточно 1 га плантаций таких водорослей. Большое внимание привлекает "океанотермическая энерговерсия" (ОТЭК) - получение электроэнергии за счет разности температур между поверхностными и засасываемыми насосом глубинными океанскими водами, например, при использовании в замкнутом цикле турбины таких легкоиспаряющихся жидкостей, как пропан, фреон или аммоний.

Немало инженерного искусства вложено в макеты генераторов электроэнергии, работающих за счет морского волнения. Предполагается, что некоторые из установок могут быть реализованы и стать рентабельными уже в ближайшем будущем. Вполне вероятно, что существенные сдвиги в океансокй энергетике должны произойти в ближайшие десятилетия.

Океан наполнен внеземной энергией, которая поступает в него из космоса. Энергия Солнца нагревает океан, он накапливает тепловую энергию, приводит в движение течения, которые меняют свое направление под действием вращения Земли. Из космоса же поступает энергия солнечного и лунного притяжения. Она является движущей силой системы Земля-Луна и вызывает приливы и отливы.

глава 1 ФИЛОСОФСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ЭНЕРГИИ В СОВРЕМЕННОЙ НАУКЕ.

глава 2 ПОНЯТИЕ ЭНЕРГИИ В АНТИЧНОСТИ И

СРЕДНЕВЕКОВОЙ ФИЛОСОФИИ.

2.1. Семантика понятия «evgpysia».

2.2. Энергия в системе категорий Аристотеля.

2.3. Развитие представлений об энергии в учении исихазма.

глава з КОСМИЧЕСКОЕ, ПЛАНЕТАРНОЕ,

ЧЕЛОВЕЧЕСКОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ЭНЕРГИИ.

3.1. Принцип субстанциальности в энергетизме Оствальда.

3.2. Энергетические аспекты в учении о ноосфере.юо

глава 4 УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ В ИСТОРИЧЕСКОМ РАЗВИТИИ ЧЕЛОВЕЧЕСКОЙ МЫСЛИ.

Введение диссертации2001 год, автореферат по философии, Узкова, Екатерина Семеновна

Актуальность темы исследования. Стремительные изменения, происходящие в настоящее время в различных областях научной, общественной и культурной жизни, требуют переоценки сложившихся взглядов на мир и роли философского знания в этой системе взглядов. В связи с величайшими научными открытиями и техническими изобретениями категория «энергия» в современную эпоху получает новое толкование и широко используется в научной литературе, при этом многие дисциплины: физика, химия, биология, психология, социология и др. используют это понятие в качестве ключевого концепта в ракурсе своей дисциплинарной специфики. Переосмысление и переоткрытие категории энергии, ведущее к возрастанию её места и роли, происходит и в современной философии. Путь интегративного определения этой категории в философии ещё не пройден. Он требует отказа от многих догм и стереотипов мышления. Возможны различные подходы к этой проблеме, углубляющие понимание этой сложнейшей категории, которая, как показала история философии, играла существенную роль в формировании собственно философского мировоззрения.

В работе предпринята попытка выявить роль категории энергии в формировании научно-философской картины мира. В интересах корректности текста диссертационной работы необходимо уточнение термина «научно-философская картина мира». Возможно, что этот термин вызывает желание представить её в виде огромного полотна, на котором художник-учёный нарисовал каждую вещь на своём месте, объединив детали общим сюжетом, или киноленту, проекция которой даёт не просто представление о движении, но об историческом развитии сюжета от начала к финалу. Отнюдь нет.

Речь идёт о результате, отражающем способность человека задуматься об уст

I/ V . U роистве мира. В представлении о звездах и планетах, их связи со своей жизнью, состоящей из повседневных забот, в представлении об устройстве бескрайних просторов, которые называют теперь Вселенной, человек ищет смысл своего существования и его духовное развитие во многом определяется этими представлениями. Знания людей обо всём, что их окружает, концентрируются и обобщаются наукой. Она, в основном, определяет наши представления о мире и о действующих в нём законах, и совместно с философским знанием принципов развития даёт представление об единстве Вселенной и её составных частей, выстраивает цельную концепцию развития природы.

По мере накопления знаний меняется и научная картина мира. Со временем первоначальный примитивизм такой картины сменялся всё более сложной моделью и этот процесс, видимо, никогда не завершится. Вернадский писал: «Мы переживаем коренную ломку научного мировоззрения, происходящую в течении жизни ныне живущих поколений, переживаем создание огромных новых областей знания, расширяющее научно охватываемый космос конца прошлого века, и в его пространстве, и в его времени, до неузнаваемости, переживаем изменение научной методики, идущее с быстротой, какую мы напрасно стали бы искать в сохранившихся летописях и в записях мировой науки»1.

Итак, под научно-философской картиной мира в данной работе будет пониматься совокупность представлений о мире и происходящих в нём процессов на основе достигнутого уровня научного знания, степени его обобщения.

На современном этапе развития, когда единое знание ещё раздроблено на отдельные научные дисциплины, процесс ломки старого научного мировоззрения предстаёт как серия научных революций, совершающихся в каждой из таких дисциплин. Поэтому имеет место чувственно-пространственная картина мира, духовно-культурная, метафизическая, физическая, биологическая и т. д. картины мира.

На рубеже XIX-XX веков началась революция в физике, вызванная новыми знаниями о строении вещества, необычными с точки зрения классической физики законами микромира, новыми представлениями о свойствах пространства и времени и многим другим, что составило содержание современной физики. Внедрение новых идей и представлений в науку и в сознание людей не закончилось и сегодня. Но революция в физике - лишь звено в преобразовании единого знания.

В начале 20-х годов произошли революционные изменения в космологических воззрениях. Открытие расширения Вселенной, конечного времени её существования и историчности развития вызвало необходимость замены казалось бы незыблимой модели стационарной Вселенной моделью развивающейся Вселен

1 Вернадский В.И. Размышления натуралиста. М. 1977. кн. 2. С. 31. ной. Изменилось понимание наукой окружающего нас мира и нашего места в нём, а такие перемены имеют далеко идущие последствия.

В начале 30-х годов появились признаки наступления новых времён и в науках о Земле - геологии, геофизике, физике атмосферы, физике океанов и других. Кульминация решительного обновления научных представлений о Земле и её оболочках, включая внешнюю подвижную оболочку, называемую биосферой, наступила совсем недавно, в 60-х - 70-х годах. Новые данные о динамике развития недр планеты, её суши, гидросферы и атмосферы сформировали представления о нашей планете как о целостной системе, естественном теле, в своём развитии следующем как законам «внешней среды» - Космоса и Солнечной системы, так и своим внутренним, автономным законам.

Наконец, в последние десятилетия проявились революционные перемены в биологических науках. Они вызваны, с одной стороны, фундаментальными открытиями в области генетики, молекулярной биологии, новым пониманием законов развития организмов и их сообществ, а также сознанием того, что жизнь на Земле предстаёт, по словам Вернадского, как геологическое явление, тесно связанное с общим процессом развития планеты. В свою очередь, жизнь на Земле включена в системный объект, называемый биосферой.

Новая научная картина мира и вытекающие из неё представления о развитии природы вообще и нашего планетного мира вместе с жизнью и человеком в частности, складывается под влиянием всех перечисленных дисциплин, но особая роль принадлежит здесь понятию энергии, заявившему себя в последнее время во многих дисциплинах как фундаментальная онтологическая категория. В диссертации исследуется, как происходило развитие и наполнение новым содержанием категории энергии через историю разработки научных и философских концепций, через историю раскрытия качественных и атрибутивных аспектов энергии, как категории современной научно-философской онтологии. В работе проводится определение перспектив, потенциала, глубины содержания этой категории через выявление целостности, взаимодополнительности и многогранности этих качеств. При этом исследование выходит за рамки истории европейской научной мысли и включает в область исследования древнекитайскую философию, как пример доказательства универсальности категории энергии в мировой философии.

Избранный в ходе работы путь исследования - обращение к древнегреческой и древнекитайской философии, - отвечает классическому способу вхождения в проблему через возврат к истоку, к своему архетипу.

В истоке гносеологической разработки темы лежит метод актуализации изначального семантического потенциала категории «энергия», который был заложен в неё Аристотелем. Показывается перспективность этого метода для переосмысления содержания базовых философских и научных понятий, раскрытия их места и роли в научно-философской картине мира.

Степень разработанности проблемы. В современных философских трудах нет систематизированных и целостных представлений о категории энергии, хотя некоторые авторы в своих работах обращались к отдельным вопросам рассматриваемой темы. Необходимо определить, какой линии в исследовании категории «энергия» следует придерживаться и какого рода интерпретации этого понятия можно принять за наиболее адекватные.

Формирование целостного представления об энергии проходит ряд этапов в своём развитии. В качестве основных в работе выделяются и исследуются следующие этапы: 1) Античная эпоха в лице Аристотеля дала название этой категории, статус и место в научном аппарате философии. 2) Развиваемое в раннехристианской философии понимание энергии характеризовало самые тонкие слои духовной жизни человека и человечества в целом, формировало мировоззрение, ориентированное на идеал духовного и психического совершенствования человека. 3) В XVII-XIX века через закон сохранения энергии, открытие новых её видов, была раскрыта многоплановая значимость энергии в научно-технической области. 4) Современные разработки в области науки и философии ставят нас перед необходимостью обращения к древнему представлению об энергии, которое построено на интуиции целостного восприятия мира. Древнекитайская эпоха создала об энергии масштабное в гносеологическом, онтологическом и антропологическом аспекте представление, которое явилось отражением философского поиска универсального энергетического и движущего начала всех явлений.

По указанным узловым моментам разрабатываемой темы можно выделить тематические блоки работ, на которые опирался автор в своём исследовании:

1). Спектр представлений об энергии в естественнонаучных дисциплинах широко изучался в работах Овчинникова Н.Ф., Омельяновского М.Э., Мелюхина С.Т., Кравец Т.П., Панибратова В.Н., Пригожина И., Стенгерс И., Гейзенберга В., Кобозева Н.И., Джеммер М.

2). Введение понятия энергия в научный аппарат философии был рассмотрен в трудах Аристотеля, Лосева А.Ф., Асмуса В.Ф., Чанышева А.Н., Васильевой Т.В., Ахутина А.В., Литвиновой Е.О. Анализ трансформации аристотелевского представления об энергии в категорию силы в схоластике проводился Адо П, Гайденко П.П.

3). Недостаточная философская разработанность категории энергии, слабо выраженный категориальный статус, приводят к необходимости обращения к разработкам этой категории в раннехристианской философии Иоанна Дамаски-на, Василия Великого, Григория Нисского, Григория Паламы, произведения которых исследовались Кривошеиным В., Лосским Н.О., Флоровским Г.В., Зень-ковским В.В., Экономцевым И., Хоружим С.С.

4). Критике механистического представления об энергии, доказательству необходимости нового представления о ней, на котором базировалась энергетическая картина мира, посвятил свои многочисленные разработки В. Оствальд. В критике энергетизма были учтены работы Ульянова В.И., Лопатина Л.М., Кас-сирера Э., Родного Н.И., Соловьёва Ю.И.

5). Философская разработка и обоснование ноосферно-мировоззренчеких аспектов категории энергии рассмотрены в трудах Вернадского В.И., Тейяра де Шардена, а также в работах современных учёных Тимофеева-Ресовского Н.В., Тюрюканова А.Н., Фёдорова В.М., Кузнецова П.Г., Смирнова Г.С., Кузнецова М.А.

6). Интерпретация древнекитайского иероглифа Ци и использование его трактовок в описании картины мира изложена в собрании текстов древнекитайской философии на русском языке, в частности, в текстах Лао-цзы и Чжуан-цзы. Космогоническая концепция, центральным местом которой является категория Ци, рассмотрена в работах Фэн Ю-Лань, отечественных синологов Лукьянова А.Е.,

Кобзева А.И., Маслова, Бурова В.Г., Торчинова Е.А. Практическое приложение к учению о Ци изучалось Вейсинь У., Гаваа Лувсана, Куприенко В.Н. Сопоставление принципов и категорий в философии Востока и Запада, в частности «Ци» и «энергии», рассматривалось в трудах Ф. Капра и Григорьевой Т.П, Титаренко М.Л., Феоктистова В.Ф., Лю Шусяня, Лукьянова А.Е., Сухарчук Г.Д.

Цель диссертационного исследования. Провести всестороннее исследование различных философских подходов к трактовке категории энергия с целью обогащения её содержания, адекватного новым научным представлениям.

Задачи диссертационного исследования:

1. Показать, что при описании некоторых физических процессов, определённых в современной науке как «энергетические», в традиционном понимании энергии выявился целый ряд трудностей философского плана.

2. Провести анализ семантики понятия энергия на различных этапах развития философской мысли.

3. Наметить возможные пути разработки нового понимания категории энергии, адекватного современным научным представлениям, с учётом целостности, дополнительности и системности свойств этой категории, которые обнаруживаются при обращении к её изначальному философскому смыслу и современным ноосферным концепциям.

4. Доказать универсальность энергетических представлений в истории развития науки и философии через обоснование возможности установления изоморфного тождества категории «энергия» и представления о «Ци» в древнекитайской традиции.

Проблема диссератационного исследования. Каким образом можно расширить и углубить понимание категории энергия, чтобы оно отражало расширяющееся представление о ней в современной научно-философской картине мира?

Объектом настоящего исследования является категория энергия во всём многообразии её трактовок в философском, религиозном, научном и т. д. контексте.

Предметом исследования является возможность изменения классического представления об энергии с учётом требований современной науки.

Методологической основой диссертации служит концептуально-теоретический базис различных подходов и принципов отечественной и зарубежной философской мысли, открывающих возможность для всестороннего исследования категории «энергия». Среди них можно выделить следующие методологические принципы: историзм, целостность, дополнительность и системность в которых проявляется единство общенаучных и философских методов формирования мировоззрения. В анализе мировоззренческих концепций используется метод сопоставления, метод аналогий; наибольший интерес для настоящего исследования представляет историко-генетический подход, согласно которому изменение представления об энергии отражает смену научных парадигм; для решения поставленной проблемы используется методический приём возврата к истоку рассматриваемого понятия.

Практическая значимость полученных результатов. Материалы проведённого исследования могут быть использованы для дальнейшего изучения философских вопросов естествознания, при подготовке спецкурсов, лекций, семинаров по онтологии, теории познания, дисциплин, образованных на стыке гуманитарных и естественных наук.

Апробация полученных результатов. Диссертация была обсуждена и рекомендована к защите на кафедре онтологии и теории познания философского факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова. t

Основные положения диссертации отражены в опубликованных статьях, доложены и обсуждены на следующиех Всероссийских и международных научно-практических конференциях:

1. Ноосферная идея и будущее России (Иваново, 1998).

2. Фундаментальные проблемы антропологии и социальной философии (Пермь, 1998).

3. Социально-философские аспекты ноосферной динамики России (Иваново, 2000).

4. Научное и вненаучное знание: конфронтация или сотрудничество? (Санкт-Петербург, 2001).

Структура диссертации определена целью исследования и её основными задачами. Текст диссертации состоит из введения, основной части, состоящей из 4 глав, заключения, списка литературы (147 наименований на русском, немецком и китайском языках) и приложения к диссертационной работе.

Заключение научной работыдиссертация на тему "Категория "Энергия" и ее современное понимание в научно-философской картине мира"

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследования, определённые в начале работы теоретическими предпосылками, подтвердили, что знания об энергии, рассматриваемые в физике, философии и теологии, перекликаются гармоничным образом. Важно осознать, насколько эти разработки дополняют и взаимообогащают друг друга, что будет весьма полезным для проработки современной научно-философской картины мира. На языке энергетики, соединение знаний означает единое, согласное действие обеих энергий, взаимную со-действенность, «со-энергетичность», соработничество.

Категория энергии обнаружила редкостную, почти уникальную способность играть ведущую роль в самых различных мировоззренческих концепциях. В современной научной мысли происходит утверждение и закрепление понятия энергии в качестве ключевого концепта, вполне совершившегося уже в дисциплинах физического цикла и всё более распространяющееся в науках о человеке. Ряд известных науке энергий постоянно дополняется: тепловая, солнечная, электрическая, механическая, приливов, атомная, психическая и т. д.

Но определение энергии в классической науке, как способности производить работу, не может быть удовлетворительным, например, при использовании в квантовой теории, описании оператора Гамильтона, неравновесных термодинамических процессах, теории вакуума и т. д. Следствием этого является необходимость переосмысления и «переоткрытия» категории энергии, что является несомненным вкладом в формирование онтологических и гносеологических основ современных философских концепций. Исследования в этой области приводят к актуализации всего семантического потенциала аристотелевского представления об энергии.

Аристотелева трактовка пон-ятия «энергейя», развитая в «Метафизике» и отчасти в «Риторике», является прочной основой всех истолкований этого понятия. Наряду с понятием энтелехии оно ставилось Аристотелем в противоположность понятиям потенции, возможности и характеризовало актуальность, действительность, реальную осуществлённость предмета. Но если энтелехия понималась скорее как результат, завершённость и данность осуществлённости, как осуществлённость достигнутая, то энергия - более как сам процесс, движение к осуществлённости, как осуществлённость достигаемая - не столько актуалыюсть, сколько актуализация. Поэтому она сближалась Аристотелем с понятием движения, и допустимо её рассматривать как категорию, до известной степени промежуточную между потенцией (чистой возможностью) и энтелехией (чистой осуществлённостью), хотя и более близкую к последней.

В определении энергии как категории можно выделить следующие моменты:

Энергия предваряет («первее» и «достойнее») потенцию, движение, материю;

Энергия есть способ жизни (проявления) растительного, животного челове-чекого и космического миров.

Движение-жизнь, используя заложенную в ней потенцию, энергией обретает форму (для человека - это его физическое тело, для «фюсис» - это космос), но в своём дальнейшем развитии энергия преобразуется в энтелехию, некий смысл, цель этого движения.

Для человека двигателем такого движения, движущим как цель, является его разумная душа. Для «фюсис» - это Перводвигатель. Таким образом, всё сущее, реализованное в мире, не останавливая поступательного движения развития, стремится к своей полной осуществлённости, энтелехии, Перводви-гателю, который движет, как целевая причина.

Перво двигатель в концепции Аристотеля это: а) общекосмическая энергия, которая обладает причинно-целевой направленностью и облекает потенции (возможности) умного мира в формы; б) трансформатор и генератор всех энергетических потоков, разнообразие которых даёт разнообразие реальных форм; в) источник и одновременно цель всех энергетических потоков, которая даёт циклическую завершённость динамически устроенного космоса.

Подробное рассмотрение вопроса о введения категории «энергия» в древнегреческий философский словарь, её включение в общее представление о «фюсис», является основанием утверждать, что философская семантика понятия энергия в настоящее время не соответствует первоначальной семантике этого понятия и имеет место некорректность его использования в корпусе философии и науке вообще. Именно правильное прочтение аристотелевской энергейи даёт возможность для приближения к пониманию дальнейшего развития энергетических концепций в философии, теологии, биологии, физике, социологии.

В средние века в связи с утверждением патристики и возникновением схоластики эволюционное развитие аристотелевского понятия энергия привело к некоторому гносеологическому дуализму. Во-первых, понятие энергия получило широкое и наиболее приближённое к аристотелевским дефинициям применение в раннехристианской философии, внеся новые аспекты в понимание человека и космоса, широко использовало и особым образом развило телеологию Аристотеля. Во-вторых, понятие энергии, изначальный смысл которого был трансформирован в схоластике, и заимствован из философии представителями зарождающейся в те времена классической науки. Аристотелевская «энергейя» была отделена от своего архетипа и стала представлять собой лишь одну из множества функций этого понятия, сведя целое на уровень части, средства, утрачивая изначальную полноту.

В теоретических положениях исихазма используется аристотелева трактовка понятия энергии, как промежуточного звена между потенцией и энтелехией, но несколько более смещает смысл энергии в сторону от энтелехии к потенции, усиливая элемент недовершённости, имеющейся в семантике этого понятия. Если у Аристотеля энергия - движение, то в православии это скорей - начальный толчок, начаток, почин движения, но всё же актуально свершившийся, произведённый, в отличие от потенции, остающейся только чистой возможностью движения. Энергия в исихазме это: а) актуальный почин движения; б) действенный импульс, в) порыв, устремление, вселение, действование.

Принадлежащие разным планам бытия, энергии образуют общую энергийную стихию, находясь между собой в сообразовании, согласовании, сотрудничестве, именуемом в православиисинергией.

Человек играет важнейшую роль в процессе синергии божественного и человеческого. Воля человека определяет, быть ли заложенной в человека потенции реализованной до энтелехии. Свобода выбора человека есть свобода его онтологического самоопределения.

В концепции энергетизма обнаруживается попытка возврата к аристотелевскому мировоззрению т. к.: а) энергия означает не что иное, как способность вызывать изменения, без которых эти тела перестали бы быть физическими явлениями; б) энергия является выражением количественных отношений между явлениями природы; в) энергия может ввести порядок между всеми явлениями природы; г) открывается общая логическая возможность преобразовать природу с помощью понятия энергия в целостную систему, дающую тенденцию к аристотелевскому восприятию «фюсис».

Рассмотрение энергетической концепции Оствальда с теоретико-познавательной точки зрения, дающее по Кассиреру восприятие энергии, как принципа, приводит к созданию высшего общего понятия о мере всех вещей, в отличие от традиционного подхода, опирающегося на метод абстрагирования, который приводит к субстанциалистскому пониманию энергии.

Между тем, рассматриваемая как принцип, она означает лишь чистое отношение взаимной зависимости, мысленную точку зрения, с которой все явления становятся измеримыми, и, несмотря на все свои чувственные различия, входят в один и тот же алгоритм рассмотрения.

По мнению Кассирера основная теоретико-познавательная идея энергетизма ведёт не к понятию о пространстве, как это делает догматический материализм, а к понятию о числе, ряде, системе отношений, которая может быть положена в основу измерения. «Всё, что можно сказать о ней с научной точки зрения, сводится к количественным отношениям эквивалентности, существующим между различными областями физики.

Энергия не есть некоторое вещественное нечто наряду с уже известными физическими содержаниями, как свет и теплота, электричество и магнетизм. Она означает лишь объективно закономерную корреляцию, в которой стоять друг к другу все эти содержания. Её настоящий смысл и функция заключается в уравнениях, которые с помощью её можно установить между различными группами процессов».334

Ноосферные концепции Тейяра де Шардена и Вернадского В.И. дают принципиально новое освещение проблематике изучения энергии.

Развитием мира по Тейяру, движет прежде всего энергия в общепринятом её понимании, которую он называет тангенциальной. Эта энергия связывает данный элемент со всеми другими элементами того же порядка, т. е. той же сложности и той же «внутренней сосредоточенности». Она энтропинизируется, т. е. мо

334 Кассирер Э. Познание и действительность. СПб., 1912. С. 251. жет теряться в виде теплоты. Существование второго вида энергии - радиальной, противодействует наступлению тепловой смерти Вселенной. Радиальная энергия влечёт элементы «в направлении всё более сложного и внутренне сосредоточенного состояния».

Тангенциальная энергия - это энергия, обычно принимаемая наукой, и она соответствует движениям в пределах одного витка «вздымающейся спирали» или по Тейяру движениям по поверхности сферы. Радиальная энергия ведёт к переходу на новые витки спирали или к расширению сферы, к повышению уровня организации. Радиусами каждый элемент данной сферы (уровня организации) связан с центром её и всех сфер, с «солнцем бытия», с мистической точкой «Альфа», которая диаметрально противоположна удалённой наружу от поверхности сферы точке «Омега».

Вернадский В.И., учитывая, что запасы энергии, находящиеся в распоряжении разума, неистощимы: силы приливов и морских волн, радиоактивная, атомная энергия, теплота солнца могут дать нужную силу в любом количестве, а наши знания об энергии, доступной человечеству, можно сказать, зачаточны, предлагает следующие пути человека к своей геологичности: а) захват человеком «техникой своей жизни» всё новых форм энергии (от мускульной до атомной), ибо именно этим путём на протяжении истории он овладел планетой, не только в веществе, но и в её энергии; б) создание науки и логико-методологического аппарата мысли. Это движение человеческого разума к статусу космической силы основывается, по мнению Вернадского, не только в науке, но и в духовной сфере.

Исследованием установлено, что комплексному представлению о Ци китайской философии и категории энергия в аристотелевском смысле. Основанием этого утверждения является трактовка Ци как: а) единой духовно-материальной энергетической субстанции, пронизывающей «Поднебесную»; б) волевого начала, само являющееся движущим началом; в) наполнителя на трёх онтологических уровнях тела космоса, тела человека и сердца человека; г) причиной того, благодаря чему происходит мировой круговорот, один цикл развития сменяется другим на новом эволюционном витке; д) основой для самовыражения, проявления, реализации возможностей «Единого».

Древнекитайское учение о ЦИ и учение об аристотелевской энергейи объединяет следующее:

Оба учения сосредоточены не на единичном, а на целостности, всеобщности, комплексности;

Концентрацией внимания в трактовке Ци не на состоянии покоя, а на процессе течения Ци (движении энергейи у Аристотеля);

Взгляд на вещи и явления, как на нечто непрерывно перетекающее из одного состояния в другое;

Отсутствует интерес к различным формам и путям движения вещей, внимание сосредоточено на тенденциях движения и развития идей, суждений главным образом по аналогии;

Оба учения телеологичны: категории ЦИ и ЭНЕРГЕЙЯ являются той общекосмической силой, благодаря причинно-целевой направленности которой, динамически устроенный космос имеет циклическую завершённость и в своём эволюционном развитии стремится к своей полной осуществлённости, к своему «лучшему» пределу.

Проведённое исследование представляет первичный подход к указанной проблематике. Важным выводом можно считать получение нового (как давно забытого старого) представления об энергии, переход от энергии как способности совершать работу, к энергии, как философской категории, являющейся системообразующей и основополагающей в современных концепциях естественных и гуманитарных наук. Научное знание далеко от выдумки. Оно исходит из опыта. Опыт - гарант и критерий того, что речь идёт об аналогии понятий, определённой форме связи чувственного и мыслимого. Китайцы не разделяли рациональное и ирррациональное (иня-ян), не одно и тоже, а две стороны единого познания, дополняющие одна другую. Действующее ян - логика, недейст-вущене инь - интуиция, но всё взаимопереходит. Ян - прямая, центростремительная сила, которая впоследствии названа у Шардена радиальными энергиями, инь - круг, обволакивающая, названная Шарденом тангенциальными энергиями.

Такого рода параллель между различными философскими школами естественна и очевидна, ибо обе произошли от пристального наблюдения человека, сознания и действия. Очевидно также, что этот факт выражает собой неизбежность совпадения открытий в науке о человеке - открытий, опережающих даже и сегодняшнюю философию и психологию, которые до сих пор не выработали видения и языка, столь прямо отражающих подвижную множественность здешней реальности, как энергийное видение европейской и древнекитайской философии. И наконец, очевидно, что подобные совпадения - собственно совпадения в констатации философско-психологических фактов - ещё не несут в себе никакого религиозного содержания. Напротив, один и тот же фундаментальный факт плюралистической энергийности человека и его мира открывается в двух традициях, движимым противоположным религиозным побуждением, и служит далее базой противоположных антропологических стратегий. Мудрость древнекитайских философов подсказывает, что человек, отдельно взятый, и человечество в целом стоит перед необходимостью осмысления целого спектра проблем взаимоотношения с организованным Макрокосмом, формирования целостного мировоззрения и его духовно-нравственных ориентиров.

Следует отметить, что гносеологические исследования понятия энергия неизбежно оказываются так или иначе связанными со многими философскими направлениями и учениями, многими классическими проблемами философии. При этом философский горизонт раздвигается от философии как науки до философии как трансцендирующего постижения объектов. И в этом многоспектральном ряду изучения понятия энергия, её свойств и функций каждое исследование занимает достойную нишу.

Как и древние мыслители, современные физики выходят за пределы чисто научных задач, ищут и находят общие закономерности, которым подвержены со-циоприродные процессы, элементы макро и микромира. Гармонично перекликаются идеи Тейяра де Шардена, Вернадского, Тимофеева-Ресовского и Оствальда, Пригожина, Курдюмова, Кобозева. В корне меняется отношение к миру через переосмысление Ничто, Вакуума, которые начинают воспринимать не как отсутствие чего бы то ни было, а как непроявленное состояние мира (в духе восточного небытия), и от уровня человеческого сознания зависит то, что будет вызвано из небытия. В этом процессе категория энергии играет первостепенную роль, перспективы её исследований в философии весьма велики и представляют большой интерес в прикладном значении.

Вспомним слова Гумбольдта: «Где достигается вершина и глубина исследования, прекращается механическое и логическое действие рассудка.и наступает

335 процесс внутреннего восприятия и творчества» . Вновь явленная структура действительности предполагает соответствующую методику познания, о которой Вернадский говорил: «Научная творческая мысль выходит за пределы логики (включая логику и диалектику в разных её пониманиях). Личность опирается в своих научных достижениях на явления, логикой не охватываемые. В этом основном явлении в истории научной мысли мы входим в область явлений, ещё наукой не захваченную, но мы не можем не считаться с ней, мы должны усилить

336 к ней наше научное внимание»

Западная мысль через современные открытия физики, через учение о ноосфере только в XX веке подходит к постижению мудрости античной и древнекитайской философии. В наши дни становится яснее, чем это было прежде, что идеи сохранения культурно-цивилизационной идентичности в процессах модернизации и наследования содержания культуры прошлых веков не утратили своего практического и теоретического значения. Путь к истине лежит через взаимо-обогащающий диалог разных идей и школ. Этому отвечает принцип признания многообразия путей видения мира, многообразие культур.

335 Григорьева Т.П. Дао и логос. М., 1992. С. 328.

336 Вернадский В.И. Филосовские мысли натуралиста. М., 1988. С. 29-30.

Список научной литературыУзкова, Екатерина Семеновна, диссертация по теме "Онтология и теория познания"

1. Адо П. Что такое античная философия. М., 1999.

2. Алексеев П.В., Панин А.В. Философия. М., 1998.

3. Антология даосской философии. М., 1994.

4. Антология мировой философии. М., 1970.

5. Аристотель. Метафизика. // Сочинения в четырёх томах. М., 1975-1984. Т.1. М.,1975

6. Аристотель. О душе. // Сочинения в четырёх томах. М., 1975-1984. // Т.1 М., 1975.

8. Аристотель. Физика. // Сочинения в четырёх томах. М., 1975-1984. // Т.З. М., 1981.

9. Арнольд В.И. Теория катастроф. М., 1990.

10. Архимандрит Алипий (Кастальский-Бороздин), архимандтир Исайя (Белов). Догматическое богословие. Курс лекций. Свято-Троицкая Сергеева Лавра, 1998.

11. Асмус В.Ф. Античная философия. М., 1999.

12. Ахутин А.В. Понятие «природа» в античности и в Новое время. М., 1988.

13. Болотов В.В. Собрание церковно-исторических трудов. Т. 1. М., 1999.

14. Брокгауз Ф.А., Ефрон И.А. Энциклопедический словарь. Т. 80. СПб., 1904.

15. Буров В.Г. Мировоззрение китайского мыслителя XVII в. Вань Чуань Ша-ня. М., 1976.

16. Вариационные принципы механики / Под ред. Полака Л.С. М., 1959.

17. Васильева Т. Афинская школа философии. М., 1985.

18. Вейсинь У. Энергия ци и способы её регулирования. СПб, 1994.

19. Вернадский В.И. Биогеохимические очерки. Проблемы биогеохимии. М., 1980.

20. Вернадский В.И. Живое вещество. М., 1978.

21. Вернадский В.И. Размышления натуралиста. М., 1977.

22. Вернадский В.И. Философские мысли натуралиста. М., 1988.

23. Волков Г.В. Энергия связи микро- и макрообъектов Вселенной. Самара, 1997.

24. Востоков В. Тайны тибетской медицины. М., СПб., 2000.

25. Гайденко В.П. Западноевропейская наука в средние века. М., 1989.

26. Гайденко П.П. Эволюция понятия науки (XVII XVIII вв.). М.,1987.

27. Гайденко П.П. Эволюция понятия науки: становление и развитие первых научных программ. М., 1980.

28. Гейзенберг В. Философские проблемы атомной физики. 1953

29. Гельфер Я.М. Законы сохранения. М., 1967.

30. Герцен А.И. Письма об изучении природы. М., 1946.

31. Григорьева Т.П. Дао и логос. Встреча культур. М., 1992.

32. Григорьева Т.П. Человек и мир в системе традиционных китайских учений.// Проблема человека в традиционных китайских учениях. М., 1983.

33. Григорьева Т.П. Синергетика // Вопросы философии. 1997. № 3.

34. Горохова Е.Г. Универсализм раннего даосизма // Дао и даосизм в Китае. М., 1982.

35. Гуло Д.Д. Из истории учения о движении энергии // История и методология естественных наук. Выпуск 2. М., 1963.

36. Дамаскин И. Диалектика или философские главы. Еклессия Пресс. М. 1999.

37. Дамаскин И. Точное изложение православной веры. // Полное собрание творений св. Иоанна Дамаскина. СПб., 1913.

38. Джеммер М. Эволюция понятий квантовой механики. М., 1985.

39. Древнекитайская философия. Собрание текстов. В 2 т. М., 1972.

40. Древнекитайская философия: эпоха Хань. М.,1990.

41. Дриш Г. Витализм. Его история и система. М., 1915.

42. Зеньковский В.В. Основы христаинской философии. М., 1996.

43. Знание за пределами науки. // Под редакцией И.Т. Касавина. М., 1996.

44. Казначеев В.П. Учение Вернадского о биосфере и ноосфере. Новосибирск, 1989.

45. Карно С. Размышления о движущей силе огня. М. 1923.

48. Кассирер Э. Познание и действительность. СПб., 1912.

49. Кемпфер Ф. Путь в современную физику. М., 1972.

50. Китайско-русский словарь / Под ред. М.И. Ошанина. М., 1952.

51. Китайская философия и современная цивилизация. Сборник статей. М., 1997.

52. Китайская философия. Энциклопедический словарь. М., 1994.

53. Кобзев А.И. Учение Ван Ян Мина и классическая китайская философия. М., 1983.

54. Кобозев Н.И. Избранные труды. В 2 т. М., 1978.

55. Конфуцианство в Китае. Проблемы теории и практики. М., 1982.

56. Кравец Т.П. От Ньютона до Вавилова. Л., 1967.

57. Кравец Т.П. Эволюция учения об энергии (1897-1947).// Успехи физических наук. 1948. Т. 36. Вып. 3.

58. Краткая философская энциклопедия. М., 1994.

59. Кривошеин В. Аскетическое и богословское учение св. Григория Паламы. Нижний Новгород, 1996.

60. Кривошеин В. Богословские труды. Нижний Новгород, 1996.

61. Кузнецов Б.Г. Принципы классической физики. М.,1958.

62. Куприенко В. Фэншуй. Акупунктура Земли. СПб., 1999.

63. Куракина О.Д. Идеи синергетики, синергии в ноосферном научном мировоззрении // Формирование научного мировоззрения студентов в ВУЗе. М., 1989.

64. Лагранж Ж.А. Сборник статей к 200-летию со дня рождения. 1937.

65. Ленин В.И. Материализм и эмпириокритицизм // Ленин В.И. Собр. Соч. Т. 18. М., 1961.

66. Лисевич И.С. Литературная мысль Китая на рубеже древности и средних веков. М., 1979.

67. Литвинова Е.О. Аристотель. Его жизнь, научная и философская деятельность. СПб. 1892.

68. Лопатин Л.М. Аксиомы философии. М., 1996.

69. Лосев А.Ф. Бытие. Имя. Космос. М., 1993.

70. Лосев А.Ф. История античной философии. М., 1998.

71. Лосев А.Ф. Форма. Стиль. Выражение. М., 1995.

72. Лосский Вл. Очерк мистического богословия Восточной Церкви. // Богословские труды. Сборник восьмой, посвященный Владимиру Лосскому. М., 1972.

73. Лосский Вл. Догматическое богословие.// Богословские труды. Сборник восьмой, посвященный Владимиру Лосскому. М., 1972.

74. Лувсан Г. Традиционные и современные аспекты восточной рефлексотерапии. М., 1992.

75. Лукьянов А.Е. Истоки дао. М., 1992.

76. Лукьянов А.Е. Начало древнекитайской философии. М., 1994.

77. Лукьянов А.Е. Становление философии на востоке. М., 1992.

78. Любшцев А.А. Линии Демокрита и Платона в истории культуры. СПб., 2000.s

79. Любищев А.А. Наука и религия. СПб., 2000.

81. Мельникова Е.А. Образ мира. М., 1998.

82. Мелюхин С.Т. Философские проблемы естествознания. М., 1985.

83. Мелюхин С. Т. О диалектике развития неорганической природы. М.,1960.

84. Новейший философский словарь / Под ред. Грицанова А.А. Минск, 1999.

85. Овчинников Н.Ф. Понятие массы и энергии в их историческом развитии и философском значении. М., 1957.

86. Овчинников Н.Ф. Принципы сохранения. М., 1966.

87. Омельяновский М.Э. Диалектика в современной физике. М., 1973.

88. Омельяновский М.Э. Философские вопросы квантовой механики. М., 1956.

89. Оствальд В. Великий эликсир. Введение в науку. М., 1923.

90. Оствальд В. Колесо жизни. М., 1912.

91. Оствальд В. Мельница жизни. М., 1926.

92. Оствальд В. Насущная потребность. М., 1912.

93. Оствальд В. Натурфилософия. М., 1904.

94. Оствальд В. Несостоятельность научного материализма и его устранение. СПб., 1896.

95. Оствальд В. Энергетический императив. СПб., 1913.

96. Оствальд В. Энергия и её превращения. СПб., 1890.

97. Оствальд В. Философия природы. СПб., 1903.

98. Панин Д.М. Теория густот. М., 1993.

99. Погребысский И.Б. От Лагранжа к Эйнштейну. М., 1966.

100. ПолакЛ. Вариационные принципы механики. М., 1959.

101. Полак Л.С., Михайлов А.С. Саморганизация в неравновесных физико-химических системах. М., 1983.

102. Поликарпов B.C. История религий. Лекции и хрестоматия. М., 1997.

103. Попов П.С. Первый китайский философ Мэн-цзы. СПб., 1904.

104. Пригожин И. Введение в термодинамику необратимых процессов. М., 1960.

105. Пригожин И. Время, хаос, квант. М., 1999.

106. Пригожин И. От существующего к возникающему. М., 1985.

107. Пригожин И. Стенгерс И. Порядок из хаоса. М., 1986.

108. Пуанкаре А. О науке. М., 1990

109. Пучков В.В. Движение // Человек. 1999. № 5.

110. Разумовский О.С. Вариационные принципы в естествознании и категория цели // Принципы детерминизма. Саратов, 1983.

111. Разумовский О.С. Современный детерминизм и вариационные принципы в физике. М., 1975.

112. Рассел Б. Мудрость Запада. М., 1998.

113. Ровинский Р.Е. Развивающаяся Вселенная. М., 1995.

114. Родный Н.И. Соловьёв Ю.И. Вильгельм Оствальд. М., 1969.

115. Русская философия. Словарь. М., 1995.

116. Русский космизм. М., 1993.

117. Серебровская К. Сущность жизни. М., 1994.

118. Сирин Е. Уроки о покаянии. Добротолюбие. Т. 2. Свято-Троицкая Сергиева Лавра, 1992.

119. Словарь античности. М., 1998.

120. Словарь древнекитайских иероглифов.

121. Содди Ф. Материя и энергия. М.-Л., 1913.

122. Соколов В.В. Европейская философия XV-XVII веков. М., 1996.

123. Табеева Д.М. Руководство по рефлексотерапии. М., 1980.

124. Тауберт А.В. Китайский классический массаж. СПб., 2000.

125. Тейяр де Шарден П. Феномен человека. М., 1987.

126. Титаренко M.J1. Китайская философия и будущее китайской цивилизации // Китайская философия и современная цивилизация. М., 1997.

127. Томпсон P.JI. Механистическая и немеханистическая наука. М., 1998.

128. Торчинов Е.А. Даосизм, дао-дэ цзин. СПб., 1999.

129. Тюрюканов А.Н., Фёдоров В.М. Н.В. Тимофеев-Ресовский: биосферные раздумья. М., 1996.

130. Учение В.И. Вернадского о переходе биосферы в нооосферу. Его философское и общенаучное значение. М., 1989.

131. Философско-религиозные истоки науки / Под. ред Гайденко П.П. М., 1997.

132. Фомин Ю.А. Энциклопедия аномальных явлений. М., 1993.

133. Фэн Ю-Лань. Краткая история китайской философии. СПб., 1998.

134. ХакенГ. Синергетика. М., 1985.

135. Хоружий С. К феноменологии аскезы. М., 1998.

136. Хоружий С. Остаром и новом. СПб., 2000.

137. Хоружий С.С. Диптих безмолвия. М., 1991.

138. Хоружий С.С. Исихазм и история // Человек. 1991. № 5.

139. Христианство. Словарь / Под ред. Л.Н. Митрохина. М., 1994.

140. Чанышев А.Н. Аристотель. М., 1981.

141. Чанышев А.Н. Философия древнего мира М., 1999.

142. Чжунъин Чэн. Теория конфуцианского «я» // Китайская философия и современная цивилизация. Сборник статей. М.,1997.

143. Чивиков Е.П. Философия силы. М., 1993.

144. Литература на китайском языке:144. И-Цзин. Аньси. 1998.

145. Чжунхуа гу ханьюй цзыдянь. Шанхай, 1997.

146. Литература н немецком языке

148. Ostwald W. Energetische Grundlagen der Kulturwissenschaft. Lpz., 1909.

Движения, наблюдаемые в макромире, качественно различаются. В зависимости от вида движущегося объекта их можно подразделить на механические, электромагнитные и внутренние.

Механическим называют движение ограниченного количества макроскопических тел.

Электромагнитное движение — это движение световых частиц — фотонов. В макромире мы воспринимаем, как правило, коллективные движения фотонов, представляющие собою электромагнитные волны . Примером электромагнитного движения может служить распространение радиоволны.

Внутренним считают беспорядочное движение молекул, составляющих макроскопическое тело. Внутреннее движение проявляет себя в макромире в виде тепла .

Эти движения могут превращаться друг в друга. Электрический генератор преобразует механическое движение в электромагнитное, а электродвигатель производит обратное преобразование. Когда электрический ток протекает по проводнику, электромагнитное движение превращается во внутреннее. Мы ощущаем его в виде тепла. Химические источники тока превращают внутреннее движение в электрическое. Процессы трения приводят к преобразованию механического движения во внутреннее. И, наконец, многочисленное семейство тепловых двигателей было создано для преобразования внутреннего движения в механическое.

Для измерения различного рода движений человечеством были придуманы всевозможные меры. Для измерения количества механического движения используется величина, равная произведению массы движущегося тела на его скорость. Использовать эту величину для измерения электромагнитного движения невозможно, так как непонятно, что считать массой. Поэтому для электрического движения придумали специальные величины, например, силу электрического тока. Мера механического движения не подходит и для измерения количества внутреннего движения, потому что невозможно однозначно определить, куда направлена скорость беспорядочного движения молекул. Поэтому количество тепла измерялось в специальных единицах — калориях.

Взаимное преобразование движений требует умения определять количество движения, переходящего из одного вида в другой. Для этого приходится сравнивать количества разнородных движений. Необходима общая мера, пригодная для измерения движений разного вида.

С похожей проблемой человечество столкнулось, пытаясь в процессе обмена сравнивать различные товары. Для такого сравнения были придуманы деньги как мера, позволяющая сравнивать товары в процессе их обмена. Деньги служат универсальным товарным эквивалентом.

В решении научных задач значительную роль играет концепция аналогии . Аналогия позволяет переносить в другую научную отрасль метод решения известной задачи. Метод аналогий обладает большой силой, так как позволяет значительно сократить время, затрачиваемое на решение задачи. Однако он таит в себе и многочисленные опасности. Аналогия может оказаться формальной, внешней. Решение “по аналогии” в таком случае окажется ошибочным.

Впрочем, даже формальные аналогии иногда дают удовлетворительные результаты. Так, при изучении магнитных явлений на них, используя внешнюю аналогию, перенесли методы электростатики. Так появилась теория магнитных зарядов. Аналогия оказалась несостоятельной. Согласно современным представлениям магнитных зарядов не существует. Однако формальные выводы, основанные на представлении о магнитных зарядах, подтверждались экспериментом. Впоследствии они получили надлежащую интерпретацию в классической теории электромагнитного поля.

Подобно тому, как это делалось в экономике, физики использовали идею универсального эквивалента для сравнения различных видов движения. Универсальная мера, позволяющая сравнивать различные движения, получила название энергии .

В какой-то мере энергия аналогична деньгам. Так же как не существует “денег вообще”, а существуют конкретные виды денег, так не существует и “энергии вообще”. Применительно к движениям, явно проявляющим себя в макромире, определены три вида энергии: полная механическая, электромагнитная и внутренняя. Каждый из них служит для определения количества движения соответствующего вида. Существенно то, что эти разновидности одной и той же характеристики движения, имеют одну и ту же единицу измерения. Благодаря этому они могут использоваться при оценке количества движения, испытавшего превращение.

Подобно тому, как это принято в бухгалтерских расчетах, при описании перехода движения из одного вида в другой используют уравнения энергетического баланса. В основу этих уравнений положено представление о неуничтожимости движения, сформулированное в виде закона сохранения энергии. Как видите, иногда естественные науки заимствуют концепции, принадлежащие экономике, и делают это довольно успешно.

Необходимо понимать, что энергия, будучи количественной мерой движения, не имеет самостоятельного существования. Расхожие выражения типа: “передача энергии”, “у него отобрали всю его энергию”, строго говоря, не верны. Передается, распространяется, отбирается движение . Энергия как атрибут движения, его количественная мера служит только для сравнения движений разных видов. В этом отношении она напоминает другие количественные меры, например: протяженность, которая не существует без материальных тел, или массу, являющуюся характеристикой инертных или тяготеющих тел и без них не существующую. Представление об энергии как самостоятельно существующей бесконечно тонкой неосязаемой субстанции, способной тем не менее производить работу, по-видимому, является пережитком парадигмы невесомых.

Ситуация с энергией напоминает хорошо известный в экономике товарно-денежный фетишизм, когда представление о товарном обмене заменяется представлением об обмене денежном. Следовало бы говорить об источниках движения и энергии, которой они обладают. Однако словосочетание “источники энергии” настолько укрепилось в текущей парадигме, что мы будем использовать его с учетом всего вышесказанного.

Источники энергии

Источники движения на нашей планете или на современном жаргоне “источники” энергии можно подразделить на внешние и внутренние. К внутренним источникам относится собственное тепло Земли и естественная радиоактивность составляющих ее полезных ископаемых. Радиоактивные элементы земной коры используются в качестве топлива для ядерных электростанций.

Земля — разогретая планета. Доля земного тепла в энергетическом балансе планеты весьма значительна. Оно незаметно пронизывает всю нашу жизнь. В технике земное тепло практически не используется. Исключение составляет несколько геотермальных электростанций и курортов с горячими подземными источниками.

Внешние источники энергии имеют космическое происхождение и представляют собой разнообразные космические тела. Вклад удаленных звезд и большинства планет в земную энергетику исчезающе мал. Более существенным является влияние нашего ближайшего спутника — Луны. Лунное тяготение возмущает жидкие и газообразные оболочки Земли, придавая им форму в несколько утрированном виде изображенную на рис. 6.1.

Деформация этих оболочек, перемещаясь вместе с Луной, обходит земной шар примерно за сутки. В результате в течение суток в данном месте земной поверхности возникают две приливные волны. Атмосферные приливы практически неощутимы и обнаруживаются только из космоса. Водные приливы хорошо известны и используются в немногочисленных приливных электростанциях. Приливные волны возникают также в жидком ядре Земли. Однако их размах ограничивается жесткостью земной коры. Тем не менее это явление создает так называемые сухопутные приливы, поднимающие поверхность Земли на несколько сантиметров.

Такая деформация требует от земной коры некоторой подвижности. По данным современной геологии эта подвижность обеспечивается за счет существования тектонических плит , покрывающих всю поверхность Земли. Между тектоническими плитами находятся тектонические разломы. Плавающие на расплавленном ядре тектонические плиты могут незначительно смещаться друг относительно друга, позволяя приливной волне беспрепятственно обегать земной шар. В случае, когда подвижность одной из плит по каким-либо причинам ограничивается, может наступить землетрясение. Дополнительную подвижность земной коре сообщают жидкие и газообразные полезные ископаемые. В связи с этим интересно бы выявить, как все возрастающая добыча полезных ископаемых влияет на подвижность земной коры и статистику землетрясений. Сухопутные приливы в земной энергетике не используются.

По данным современной науки основным источником движения на нашей планете является Солнце. Энергия, которая приходит к нам от Солнца, поистине огромна. Она используется человечеством как непосредственно, так и опосредованно.

Вы непосредственно используете солнечную энергию, согреваясь на солнцепеке. Прямое использование солнечной энергии обеспечивают также солнечные батареи. К сожалению, использование солнечных батарей на сегодня ограничивается их высокой себестоимостью. Однако не исключено, что в будущем ситуация может измениться в лучшую сторону.

Значительная часть солнечной энергии уходит на разогрев атмосферы. Солнечные лучи нагревают разные участки атмосферы по-разному. Поэтому Солнце является основным источником разнообразных атмосферных явлений. Оно же вызывает круговорот воды в природе. Водяные колеса и ветряные двигатели таким образом используют энергию движений, создаваемых Солнцем. Это традиционные способы опосредованного использования солнечной энергии.

Значительная часть энергии солнечного излучения поглощается живыми организмами. При этом происходят многочисленные фотохимические реакции . Важнейшей из них является реакция фотосинтеза, благодаря которой растения связывают находящуюся в воздухе углекислоту и наращивают свою живую массу. Растения в буквальном смысле строят свое тело из воздуха и солнечных лучей.

Роль фотосинтеза в жизни растения впервые подробно исследовал выдающийся отечественный биолог К. А. Тимирязев. Именно он путем прямых экспериментов показал увеличение массы растения за счет фотосинтеза. Возможно, вам покажется это странным, но молодой побег растет и утолщается, начинаясь с вершинки, а не от корня. Если плотно перевязать молодое растение, то ниже повязки его толщина останется практически неизменной, в то время как верхняя будет утолщаться постепенно “наплывая” на повязку.

Накопленная растениями биомасса вовлекается во множество пищевых цепочек, давая жизнь животным и человеку. Кроме того, она может вступать в реакцию окисления, выделяя запасенное солнечное тепло и углекислоту. Сидя у костра или затопленной печки, мы в конечном итоге греемся запасенным солнечным теплом. К сожалению, процесс накопления энергии в биомассе весьма длителен, а ее высвобождение при химических реакциях, например горении, весьма непродолжителен. Отапливая жилой дом дровами, можно сжечь 60-70-летнюю сосну в течение нескольких дней. Поэтому полученное в результате фотосинтеза топливо следует считать слабо восполнимым ресурсом.

Созданное в XX в. общество потребления привело к неоправданно высоким расходам энергии. Покрыть их за счет поступления энергии от Солнца и других природных источников не удалось. Поэтому человечество начало интенсивный поиск дополнительных источников энергии. Они были обнаружены в рамках другой материальной системы — микромира. На сегодня значительная часть электроэнергии получается на электростанциях, извлекающих энергию атомного ядра. Получаемая на ядерных станциях энергия лежит вне энергетических цепочек, существующих в макромире, что обусловливает значительные экологические проблемы, присущие этому виду энергетики.

Деградация энергии

Движения, которые можно охарактеризовать равными количествами энергии, вообще говоря, различаются по своей полезности. Традиционно наиболее полезным считается механическое движение. При отсутствии сил трения оно может быть полностью использовано в виде механической работы. Практически целиком в механическую работу превращается электромагнитная энергия. В то же время внутреннее движение, проявляющееся в виде тепла, использовать гораздо сложнее. Принципиальной особенностью внутреннего движения является то, что его энергия не может быть полностью использована в виде работы. В этом смысл утверждения, известного в физике под именем “второе начало термодинамики”.

В природе всегда существуют силы трения. Они превращают высококачественные виды движения во внутреннее. Так, в механике трение систематически уменьшает количество механического движения, превращая его энергию во внутреннюю. Аналогично в случае движений электромагнитной природы сопротивление проводников и рассеяние, и поглощение электромагнитных волн неуклонно снижают количество электромагнитного движения, превращая его во внутреннее. Осуществить обратное превращение в полном объеме принципиально невозможно.

Для обозначения процесса необратимого перехода высококачественных видов энергии во внутреннюю в начале XX столетия был придуман термин “деградация” полезной энергии. Осознание качественного различия движений с непохожей физической природой потребовало его количественной оценки. С этой целью физикой была создана новая характеристика движения, получившая название “энтропия”.

Накопление и передача энергии

Собственно говоря, и в этом разделе речь идет о накоплении и передаче движения, ибо энергия самостоятельного существования не имеет. Всюду в дальнейшем говоря “энергия”, мы будем подразумевать движение, обладающее данной энергией.

Полная механическая энергия, как известно, бывает двух типов: кинетическая, или энергия существующего движения и потенциальная — энергия движения, которое может возникнуть при определенных условиях. Запасти потенциальную энергию можно, поднимая вверх массивное тело, например, гирю настенных часов, или деформируя упругое тело, скажем, пружину тех же часов.

Запасти кинетическую энергию несколько сложнее, обычно накопляют энергию вращения, используя для этого массивные колеса — маховики. Маховиками снабжают большинство используемых на практике механизмов. На пороховых заводах использовали любопытные устройства — инерционные кары. Основу такого кара составлял тяжелый маховик, имеющий привод на колеса. Маховик предварительно раскручивали при помощи стационарного дизельного двигателя, после чего кар мог перемещаться по цехам с взрывоопасной продукцией и перевозить грузы в течение почти часа.

Для накопления электричества служат разнообразные конденсаторы и катушки индуктивности, запасающие электроэнергию в виде электромагнитного поля. Комбинированным способом накопления электричества является преобразование электрической энергии в энергию химического взаимодействия с последующим обратным преобразованием. По этому принципу работают аккумуляторы электричества, по сути своей представляющие восстановимые химические источники электрического тока.

Внутренняя энергия чаще всего запасается в топливе. Из топлива она освобождается при помощи различного рода реакций. Чаще всего это химические реакции, например интенсивная реакция окисления, известная в обиходе как горение. На протяжении тысячелетий для получения внутренней энергии человечество сжигало топливо. В прошедшем веке люди научились получать внутреннюю энергию при помощи ядерных реакций деления и синтеза. Вы должны понимать, что при всем своеобразии этих реакций их конечным результатом является получение большого количества внутренней энергии.

Способы передачи различных видов движения также хорошо изучены. Механическое движение передается при помощи различных трансмиссий. Примером может служить распространенная автомобильная трансмиссия, позволяющая передавать вращательное движение от автомобильного двигателя к колесам.

Для передачи внутреннего движения (теплопередачи) требуется теплоноситель. В качестве теплоносителя чаще всего используют воду и водяной пар. Именно такой теплоноситель передает тепло от котельной в вашу квартиру. Кроме того, перемещение тепла часто заменяют перемещением топлива с последующей выработкой тепла на месте. Это позволяет избежать теплопотерь в окружающую среду. Следует заметить, что теплопередача и выработка тепла всегда связана с его рассеянием в окружающую среду. Наблюдавшийся в течение прошедшего столетия стремительный рост производства привел к значительным тепловым загрязнениям атмосферы, которые грозят стать необратимыми. Это одна из неотложных проблем, стоящих перед человечеством.

Наиболее удобным для передачи оказалось электрическое движение. Электричество можно передавать как в виде электрического тока, по проводам, так и в беспроводной форме электромагнитных волн.

Мощность N, передаваемая по проводам, может быть определена как произведение силы тока I в проводнике на напряжение U на его концах

Для передачи максимального количества энергии в единицу времени требуется увеличить это произведение. Это можно сделать, увеличивая силу тока через проводник или напряжение. Сила тока, протекающего через проводник, связана с электрическим напряжением на его концах законом Ома

где R — электрическое сопротивление проводника. Очевидно, что увеличить силу тока при данном напряжении можно, уменьшая сопротивление проводника.

На сегодняшний день существенно уменьшить сопротивление проводника возможно. Для этого следует увеличить его поперечное сечение. Такой путь кажется неприемлемым, так как для увеличения передаваемых мощностей он потребовал бы значительного увеличения затрат на материал проводов. Провода большого сечения было бы сложно протягивать и изолировать. Стоимость линий электропередач и без того немалая в этом случае многократно бы возросла.

Поэтому современные линии электропередач делают высоковольтными. Это позволяет снизить материалоемкость электроэнергетики. Однако повышение передаваемого напряжения до нескольких тысяч вольт ставит задачу обратного преобразования его к напряжению, безопасному для потребителя. Для этого в электроэнергетике используется разветвленная сеть трансформаторных подстанций.

Трансформаторы преобразуют только переменный ток. Поэтому по высоковольтным линиям электропередач протекает переменный ток. Провода таких линий работают как огромные антенны, излучая электромагнитные волны. Энергия этих волн теряется безвозвратно, усугубляя и без того нелегкую экологическую обстановку планеты электромагнитными загрязнениями.

Облегчить ситуацию могло бы сравнительно недавно открытое явление сверхпроводимости. Суть этого явления сводится к тому, что при определенных условиях электрическое сопротивление проводника может упасть до нуля. К сожалению, наблюдать явление сверхпроводимости возможно только при температурах, близких к абсолютному нулю. На сегодня такие температуры достижимы только в лабораторных условиях. Полагаю, что в свете сказанного вам понятны усилия, направляемые учеными на поиск так называемой высокотемпературной сверхпроводимости, которая позволила бы получать эффект сверхпроводимости при температурах, близких к комнатной.

ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ

Современное представление об энергии 2

Преобразование и потребление энергии 6

Эффективность производства и потребления энергии 10

Тепловые электростанции 13

Повышение эффективности энергосистем 15

Гидроисточники и геотермальные источники энергии 20

Гелиоэнергетика 28

Энергия ветра 32

Атомная энергетика 36

Особенности развития отечественной энергетики 45

Энергии Мирового океана 48

Энергетика будущего 52

Список использованной литературы 54

Современное представление об энергии

Естественно научное понимание энергии

Слово «энергия» в переводе с греческого означает действие, деятельность. Согласно современным представлениям энергия – это общая количественная мера различных форм движения материи. Существуют качественно разные физические формы движения материи, способные взаимно превращаться. В середине XX в. было установлено важное свойство материи: все ее формы движения превращаются друг в друга в строго определенных отношениях. Именно такое свойство и позволило ввести понятие энергии как общей меры движения материи.

Превращение энергии подчиняется фундаментальному закону сохранения, из которого следует невозможность создания вечного двигателя. В большинстве случаев полезная работа совершается только в результате определенных изменений состояния окружающих тел или систем (горения топлива, падения воды и т. п.). Работоспособность тела, т. е. способность его совершать определенную работу при переходе из одного состояния в другое, определяется энергией. Различным формам физического движения соответствуют различные виды энергии: механическая, тепловая, химическая, электромагнитная, гравитационная, ядерная и т. д. Однако способность движения материи к взаимным превращениям придает данным видам энергии условный характер. Движение – неотъемлемое свойство материи, поэтому все виды энергии всегда локализованы в определенных материальных объектах.

Энергия характеризует способность материальных объектов совершать работу, а работа производится при действии на объект физической силы. Значит, работа – это энергия в действии. Движется автомобиль, скользят санки по склону горы, набегающая волна приподнимает плот и т. д. – все это примеры совершаемой работы, энергии в действии.

Уровень развития современного общества во многом определяется производством и потреблением энергии. Благодаря потреблению энергии движется транспорт, улетают в космос ракеты, готовится пища, обогреваются жилища и приводятся в действие кондиционеры, освещаются улицы и т. д. Можно сказать: окружающий нас мир заполнен энергией, которая может быть использована для совершения различных видов работы. Энергией обладают люди и животные, камни и растения, ископаемое топливо и деревья, реки и озера, Мировой океан и т. п.

Энергия - источник благосостояния

В последнее время как никогда, обсуждается вопрос: что ждет человечество – энергетический голод или энергетическое изобилие? На страницах газет и журналов все чаще появляются статьи об энергетическом кризисе. Стремление обладать источником энергии (обычно нефти) приводит к возникновению войн. Газетными сенсациями стали сообщения о запуске новых энергетических установок и новые изобретения в области энергетики. Предлагаются гигантские энергетические программы, рассчитанные на привлечение огромных материальных ресурсов.

Если в конце XIX века самая распространенная сейчас энергия – электрическая – играла вспомогательную и незначительную роль, то уже в 1930 г. во всем мире было произведено около 300 млрд кВт. ч электроэнергии. Вполне реален прогноз, согласно которому в 2002 г. будет произведено 30 тыс. млрд кВт·ч! Гигантские цифры, небывалые темпы роста! И все равно энергии мало, потребности в ней растут быстро.

Развитие экономики, уровень материального благосостояния, людей находится в прямой зависимости от количества потребляемой энергии. Многие виды трудовой деятельности основаны на потреблении энергии. Для добычи руды, выплавки из нее металла, для строительства дома и т. д., нужна энергия. Потребности людей постоянно растут, потребителей энергии становится все больше – все это приводит к необходимости увеличения объемов производимой энергии.

Природные энергоресурсы могут быть одним из основных источников процветания жизни. В качестве примера можно назвать нефть, добываемую в Арабских Эмиратах. Эту когда-то отсталую страну нефтяные энергоресурсы вывели на современный уровень развития. Построены большие города, по внешнему облику и инфраструктуре очень похожие на многие города такой развитой страны, как США. Проезжая, например по городу Абу-Даби – столице Арабских Эмиратов, утопающей в ковровой зелени и многокрасочных цветах, – трудно поверить, что этот город, как и многие другие города Эмиратов, вырос на пустынной земле, сквозь песчаную толщу которой с большим трудом пробивается верблюжья колючка. Такие города – эдемские уголки Арабских Эмиратов – выросли очень быстро, за каких-то двадцать-тридцать лет. Было бы ошибочно думать, что только благодаря нефти – основному источнику энергии – можно преобразовать пустынную землю. Продуманное государственное управление вместе с хорошо отлаженной системой образования, включающей религиозное воспитание, играют при этом не менее важную роль в развитии Арабских Эмиратов.

Из фундаментального закона природы следует, что пригодную для потребления энергию можно получить из других форм энергии в результате их преобразования. Вечные двигатели, якобы производящие энергию и ниоткуда ее не берущие, к сожалению, невозможны. А структура мирового энергохозяйства к сегодняшнему дню сложилась таким образом, что четыре из каждых пяти произведенных киловатт электроэнергии получаются в принципе тем же способом, которым пользовался первобытный человек для согревания, т. е. при сжигании топлива или при использовании запасенной в нем химической энергии, преобразовании ее в электрическую на тепловых электростанциях. Конечно, способы сжигания топлива стали намного сложнее и совершеннее. Новые факторы – возросшие цены на нефть, быстрое развитие атомной энергетики , возрастание требований к защите окружающей среды – потребовали нового подхода к энергетике.

В основе энергетики ближайшего будущего по-прежнему останется теплоэнергетика на невозобновляемых ресурсах. Однако структура ее изменится. Сократится потребление нефти. Существенно возрастет производство электроэнергии на атомных электростанциях . Начнется разработка пока еще не тронутых гигантских запасов дешевого угля, например, в Кузнецком, Канско-Ачинском, Экибастузском бассейнах. Будет широко применяться природный газ, запасы которого в нашей стране сравнительно велики.

К сожалению, запасы нефти, газа, угля отнюдь небезграничны. В естественных условиях они формировались миллионы лет, а будут израсходованы за сотни лет. Сегодня в мире стали всерьез задумываться над тем, как не допустить хищнического разграбления земных богатств. Лишь при экономном, рачительном потреблении природных ресурсов их может хватить на века. К сожалению, многие страны живут сегодняшним днем, добывая в большом количестве подаренные им природой богатства. Многие из таких стран, особенно в районе Персидского залива, буквально купаются в золоте, не задумываясь над тем, что через несколько десятков лет земные запасы иссякнут. Что же произойдет тогда – а это рано или поздно случится, – когда месторождения нефти и газа будут исчерпаны? При этом следует иметь в виду, что и нефть, и газ потребляет не только энергетика, но и транспорт, и химическая промышленность . Ответ очевиден – поиск новых источников энергии. Ученые, инженеры еще с давних времен занимаются поиском новых, нетрадиционных источников, которые могли бы обеспечить человечество энергией. Возможны разные пути решения данной проблемы. Самый очевидный путь – использование вечных, возобновляемых источников энергии – энергии текущей воды и ветра, океанских приливов и отливов, тепла земных недр, Солнца. Можно назвать еще один заманчивый путь – управляемый термоядерный синтез, над освоением которого усердно работают ученые многих стран.

Преобразование и потребление энергии

Способы преобразования энергии

Можно назвать три основных способа преобразования энергии. Первый из них заключается в получении тепловой энергии при сжигании топлива (ископаемого или растительного происхождения) и потреблении ее для непосредственного обогревания жилых домов, школ, предприятий и т. п. Второй способ – преобразование заключенной в топливе тепловой энергии в механическую работу, например, при использовании продуктов перегонки нефти для обеспечения движения различного оборудования, автомобилей, тракторов, поездов, самолетов и т. д. Третий способ – преобразование тепла, высвобождающегося при сгорании топлива или деления ядер, в электрическую энергию с последующим ее потреблением либо для производства тепла, либо для выполнения механической работы.

Электроэнергия получается и при преобразовании энергии падающей воды. Электроэнергия таким образом играет роль своеобразного посредника между источниками энергии и ее потребителями (рис. 9.1). Как посредник на рынке ведет к повышению цен, так и потребление энергии в форме электричества приводит к росту цен из-за потерь при преобразовании одного вида энергии в другой. В то же время преобразование различных форм энергии в электрическую удобно, практично, а иногда это единственно возможный путь реального потребления энергии. В ряде случаев просто невозможно эффективно использовать энергию, не превратив ее в электрическую. До открытия электричества энергия падающей воды (гидроэнергия) применялась для обеспечения движения механических устройств: прядильных машин, мельниц, лесопилок и т. д. После преобразования гидроэнергии в электрическую сфера применения значительно расширялась, стало возможным ее потребление на значительных расстояниях от источника. Энергию деления ядер урана, например, невозможно непосредственно использовать без превращения ее в электрическую.

Ископаемые виды топлива, в отличие от гидроисточников, долгое время применялись лишь для отопления и освещения, а не для работы различных механизмов. Дрова и уголь, а нередко и высушенный торф сжигались для обогрева жилых домов, общественных и промышленных зданий. Уголь, кроме того, применялся и применяется для выплавки металла. Угольное масло, полученное путем перегонки угля, заливалось в лампы. Только после изобретения паровой машины в XVIII в. был по-настоящему раскрыт потенциал данного ископаемого топлива, ставшего источником не только тепла и света, но и движения различных механизмов и машин. Появились паровозы, пароходы с паровыми двигателями, работавшие на угле. В начале XX в. уголь начали сжигать в топках котлов электростанций для производства электроэнергии.

В настоящее время ископаемое топливо играет исключительно важную роль. Оно дает тепло и свет, является одним из основных источников электроэнергии и механической энергии для обеспечения огромного парка многочисленных машин и различных видов транспорта. Не следует забывать, что ископаемое органическое сырье в огромных количествах потребляется химической промышленностью для производства большого многообразия полезной и ценной продукции.

Химические процессы и преобразование энергии

Еще в недалеком прошлом во многих странах основным источником энергии был каменный уголь. Однако с течением времени добыча нефти возрастала, и к середине XX в. потребление нефти и угля сравнялось. Трехкратное увеличение населения в XX в. сопровождалось приблизительно десятикратным увеличением потребления всех видов энергии.

Химические процессы – сжигание нефти, природного газа и угля – обеспечивают производство значительной доли энергии во всем мире. При преобразовании световой и тепловой энергии в электрическую химические процессы также неизбежны. Химические технологии лежат в основе создания высококачественных теплоносителей и термостойких материалов для современных энергетических установок. Все это означает, что прогресс в развитии энергетики во многом зависит от достижений современной химии.

Первой энергетической установкой промышленного масштаба была паровая машина, созданная во второй половине XVIII в. английским изобретателем Джеймсом Уаттом (1736–1819). Тепловая энергия в ней превращалась в механическую работу. С паровой машиной долгое время конкурировало водяное колесо. Гораздо позднее – к середине XIX в. – была создана гальваническая батарея – первый источник электрического тока. В поисках более эффективных источников тока для телеграфной связи в 1866 г. немецкий электрик Вернер Сименс (1816–1892) изобрел динамомашину – генератор тока, ставший отправной точкой для новых исследований и разработок многочисленных источников электрического тока. Электроэнергия в те времена производилась в небольших количествах и была слишком дорогой. Так, например, алюминий и магний, полученные электрохимическим путем в середине XIX в., стоили дороже золота и платины. С модернизацией генератора электрического тока энергия постепенно дешевела, что способствовало бурному развитию химической промышленности.

При превращении электрической энергии в тепловую была достигнута температура примерно 3500° С. Такую высокую температуру не удавалось получить ранее никакими другими способами. Только с применением электроэнергии были реализованы методы восстановления металлов и выплавлены в чистом виде многие металлы, а также синтезированы не существующие в природных условиях соединения металлов с углеродом – карбиды. На химических заводах, кроме того, стало возможным осуществлять электрохимическое разложение вещества в крупных промышленных масштабах. Так открывались новые пути развития разных отраслей химической промышленности, производящей многообразные синтетические неорганические вещества.

В настоящее время химическая промышленность – одна из самых энергоемких отраслей. Количество энергии, необходимое для промышленного производства различной продукции, зависит от ее вида, что наглядно представлено на рис. 9.2, где даны энергозатраты Q, выраженные в тоннах природной нефти на 1 т продукта. Например, для производства 1 т карбида кальция или хлора требуется не менее 3500 кВт электроэнергии. Расход электроэнергии на производство алюминия и магния равен 14–18 кВт на 1 т. В общих затратах на производство многих видов промышленной продукции на долю электроэнергии приходится 18–25%. Для карбида кальция затраты на электроэнергию составляют почти половину его себестоимости, для поливинилхлорида и полиэтилена – 35–50%, для ацетальдегида – даже 45–70%. С каждой тонной азотного удобрения в землю «закапывается» почтикВт энергии.

Быстрое развитие химической промышленности и материального производства вообще требует не только роста выработки электроэнергии, но все в большей степени ее рационального потребления.

Эффективность производства и потребления энергии

Долгое время невысокая эффективность преобразования тепловой энергии в полезную работу связывалась с несовершенством самого механизма преобразования. С развитием термодинамики стало ясно, что существует ограничение полного преобразования всей тепловой энергии в полезную работу. Такое ограничение следует из фундаментальных законов термодинамики и обусловливается необратимостью тепловых процессов. К настоящему времени значительная часть всевозможных усовершенствований, направленных на повышение эффективности производства электроэнергии с использованием пара, в основном уже осуществлена. Если КПД первых паровых машин составлял 2–5%, то КПД современных энергетических систем – тепловых элетростанций, работающих на том или ином виде топлива и вырабатывающих пар для последующего преобразования его энергии посредством турбогенератора в электрическую, – достигает около 40%. Атомные электростанции также вырабатывают пар, подаваемый в турбогенераторы. КПД их не превышает 32%, а это означает, что только 32% тепловой энергии, выделяющейся при делении урана, преобразуется в электрическую.

Производство электрической энергии даже с применением современных энергетических систем сопровождается большими потерями тепла. Особенно велики потери тепла, когда электрическая энергия снова преобразуется в тепло либо другие виды энергии на месте потребления. Существенными потерями сопровождается и передача электроэнергии, особенно на большие расстояния. В последние десятилетия интенсивно ведутся работы по синтезу электропроводящих материалов проводников для передачи электроэнергии с минимальными потерями. Уже синтезированы высокотемпературные сверхпроводящие материалы. Однако для передачи электроэнергии нужны такие проводники, сверхпроводящее свойство которых проявлялось бы не при низких, а при обычных температурах.

К большим потерям приводит и потребление электроэнергии в химической промышленности. Например, энергетический КПД для процесса синтеза аммиака составляет 25–42%, хотя потребление энергии для такого процесса за последние 50–60 лет уменьшилось более чем на 50%. Для обычных способов получения винилхлорида он равен 12%, а для его синтеза из NO – всего лишь 5–6,5%. В большинстве случаев высокотемпературные процессы сопровождаются потерями энергии до 60–70%. Потери энергии в химическом производстве обусловливаются вполне объяснимыми объективными факторами, связанными с уровнем развития не только химических технологий, но и естествознания в целом. Однако есть и субъективные причины. Одна из них – очень часто разрабатываются методы превращения веществ с высоким процентом выхода конечной продукции без учета энергетической эффективности технологических процессов. В данной связи многие технологические процессы имеют сравнительно высокий процент выхода конечной продукции, но низкий энергетический КПД.

Повышение энергетического КПД процессов и аппаратов – одна из важнейших задач совершенствования химической технологии. Возможны разные способы ее решения – улучшение условий химических реакций, уменьшение числа стадий технологического процесса, осуществление реакций при невысоких, т. е. обычных температурах и давлениях, приближение химических процессов к биологическим и, наконец, разработка новых технологических приемов.

Проблема энергосбережения охватывает не только химические процессы, но и весь технологический цикл производства конечного продукта , включающий весьма важные стадии – добычу и первичную переработку природного сырья.

Новые методы, модифицированные установки и аппараты, новейшие технологии позволяют постепенно решать проблему энергосбережения. Конечно, на всех действующих предприятиях всеми возможными мерами необходимо сокращать бесполезное рассеяние энергии. Такие меры известны: это оптимизация производственных процессов, утилизация рассеянного тепла, улучшение изоляции и герметичности, оптимизация процессов испарения и конденсации и т. д. Сохранение энергетических ресурсов – неотъемлемая и значимая задача всех отраслей материального производства.

Тепловые электростанции

Существенная доля электроэнергии производится на тепловых электростанциях, на которых ископаемое топливо используется для получения тепла и пара, подаваемого на турбогенераторы, вырабатывающие электроэнергию. Топливом служит уголь, нефть или природный газ, а на атомных станциях – ядерное горючее, выделяющее тепло при делении ядер.

Принципы работы различных тепловых станций во многом совпадают и отличаются способом получения тепла от первичного источника – органического либо ядерного топлива. В результате сжигания топлива или ядерных реакций выделяется тепло, используемое для нагревания воды и получения пара (рис. 9.3). Полученный пар с высокими температурой и давлением подается на турбину, вращающую якорь генератора электрического тока. Отработанный пар с пониженными температурой и давлением, покидая турбину, направляется в конденсатор, через который пропускается охлаждающая вода для превращения пара в воду. В процессе конденсации пара охлаждающая вода нагревается, эта вода сбрасывается в водоем , откуда она забиралась, либо пропускается через градирни для охлаждения и повторного использования в конденсаторе. Вода, образовавшаяся из сконденсированного пара, возвращается в котел, и описанный выше цикл повторяется.

На современной топливной станции с КПД около 40%, работающей на угле, на каждую единицу произведенной электрической энергии теряется 1,5, а на атомной станции 2,33 единицы тепла. Тепловые сбросы на атомных электростанциях передаются в основном воде, охлаждающей конденсаторы. На электростанциях на органическом топливе охлаждающей воде передается около 75% тепловых отходов, а остальное неиспользованное тепло отводится через дымовые трубы.

Громадное количество производимой электрической энергии неизбежно влечет за собой сброс чрезвычайно больших объемов тепловых отходов в окружающую среду: реки, водоемы и атмосферу. Сбрасываемое тепло приводит к тепловым загрязнениям окружающей среды . Тепловое загрязнение (преимущественно воды) сопровождает процесс охлаждения открытого типа, при котором охлаждающая вода поступает из внешнего резервуара (бассейна реки, водоема) и затем в нагретом состоянии после использования для конденсации пара возвращается опять в тот же резервуар, откуда она забиралась. Охлаждение другого типа – с замкнутым циклом, когда тепло, получаемое охлаждающей водой, рассеивается в атмосфере при помощи градирен (башен, в которых вода охлаждается путем разбрызгивания и испарения) – приводит к тепловому загрязнению в основном атмосферы. Результаты исследований показывают, что тепловое загрязнение и воды, и атмосферы нарушает жизнедеятельность экосистем. Кроме того, тепловые электростанции – источник колоссального количества углекислого газа, двуокиси серы и других газов, загрязняющих атмосферу. Все это означает, что производство энергии на тепловых станциях – не самый лучший и эффективный способ производства энергии. В этой связи продолжается поиск более эффективных источников энергии.

Повышение эффективности энергосистем

Способы повышения эффективности производства энергии

Известно несколько способов повышения эффективности производства электроэнергии: создание тепловых электростанций с утилизацией тепловых отходов, применение комбинированного способа производства электроэнергии, создание магнитогидродинамических установок (МГД-генераторов), разработка энергосистем с прямым преобразованием энергии.

На тепловых электростанциях с утилизацией тепловых отходов тепло, полученное при сжигании топлива или цепной реакции деления и не способное превратиться в электрическую энергию, используется для обогревания жилых домов, общественных и промышленных зданий и т. п. Такие станции производят и электроэнергию, и тепло.

При комбинированном способе получения электрод-энергии обычная тепловая система дополняется газовой турбиной (рис. 9.4). Газовая турбина широко применяется в двигателях реактивных самолетов. На электростанциях она вращается не паром, а потоком газов – продуктов сгорания керосина или природного газа. Газовая турбина вращает якорь электрогенератора, вырабатывающего электрический ток. При этом в электричество преобразуется около 25% тепловой энергии, образующейся при сжигании горючего. Горючие газы, покидающие газовую турбину, нагревают паровые котлы, и полученный пар подается на паровую турбину.

Одно из усовершенствований тепловых электростанций заключается в том, что образующиеся при сгорании топлива горячие газы используются в МГД-генераторах. В горячие газы добавляется металлический калий, который легко ионизируется с образованием заряженных частиц. Поток горячего газа с заряженными частицами, представляющий собой низкотемпературную плазму, направляется в специальный канал, окруженный катушками с током, создающими магнитное поле. При движении и перераспределении заряженных частиц в магнитном поле возникает электрический ток, снимаемый электродами, расположенными вдоль канала. После выхода из канала горячие газы служат для получения пара, направляемого в турбину, соединенную с генератором, дающим электрический ток. В МГД-генераторе энергия электропроводящей низкотемпературной плазмы напрямую преобразуется в электрическую. Предполагается, что комбинация МГД-генератора с обычной теплоэлектрической системой позволяет получить КПД до 65%. Работы по практическому применению МГД-генераторов ведутся с конца 50-х гг. XX в. Однако пока достигнут КПД не выше 40%, поэтому они не нашли широкого промышленного применения.

Проблемы прямого преобразования энергии

Прямое преобразование химической энергии в механическую, происходит, например, при мышечной деятельности живых существ. Подобное превращение удалось испытать в лабораторных условиях: синтезирована пластмассовая пленка, которая под влиянием щелочей растягивается вдвое и увеличивается в объеме в 8 раз, а под действием соляной кислоты сокращается. В результате такой деформации пленка может совершать полезную механическую работу. Для возбуждения процессов сжатия и расширения в лабораторных моделях применялись коллогенные белковые волокна в сочетании с растворами солей различных концентраций.

Прямое преобразование химической энергии в электромагнитную происходит в созданных сравнительно недавно химических лазерах, в которых атомы возбуждаются за счет энергии химических реакций. Однако КПД такого преобразования очень низок. Приведенные способы прямого преобразования энергии не являются примером промышленного производства энергии.

Производство электроэнергии на тепловых станциях осуществляется по классической схеме: химическая энергия топлива –> тепловая энергия –> механическая энергия –> электроэнергия. При прямом преобразовании химической энергии в электрическую повышается КПД и экономятся материалы. Поэтому по мере истощения ископаемых энергоресурсов и ужесточения требований к экологической чистоте энергетических установок и транспорта, как одного из основных потребителей энергоресурсов вклад химических источников электроэнергии с прямым преобразованием в общие ресурсы энергии с течением времени будет возрастать. Предполагается, что производство автомобилей с электрохимическими источниками энергии существенно возрастет уже в ближайшем столетии (рис.9.5).

Примеры широко применяемых устройств прямым преобразованием энергии известны давно. Это и батареи для карманного фонарика, и различного рода аккумуляторы. В предложенных сравнительно недавно топливных элементах также происходит прямое преобразование химической энергии в электрическую. Принцип их действия аналогичен принципу действия электрохимических элементов. Однако электроды топливных элементов служат катализаторами и не принимают непосредственного участия в выработке электроэнергии. Например, в водородкислородном топливном элементе топливо окисляется на аноде , высвобождая электроны (рис. 9.6). В результате между анодом и катодом возникает разность потенциалов. Анод изготовли-вается из пористого никелькерамического сплава с включением никелевых частиц, а катод – из того же сплава с включениями частиц серебра. Из 1 кг водорода в водородкислородном элементе можно получить энергии в 10 раз больше, чем при сгорании 1 кг бензина в двигателе внутреннего сгорания. В таком элементе образуется вода, а не вредные выхлопные газы. Почему же они широко не внедряются и не приходят на смену бензиновым двигателям? Ответ на данный вопрос включает пока нерешенные проблемы, связанные с ценой и надежностью. Во-первых, водород должен быть дороже бензина не более чем в 10 раз, чтобы успешно с ним конкурировать. Во-вторых, несмотря на оригинальные предложения по накоплению водорода в некоторых гидридах металлов, проблема его безопасного хранения и транспортировки требует дальнейших технических совершенствований.

И все же в последние годы автомобилю с электрическим двигателем, т. е. электромобилю уделяется все больше внимания. Не так давно германская фирма BMW продемонстрировала новый электромобиль на основе серно-натриевого аккумулятора. Он набирает за 20 с скорость 96 км/ч, и пробег между подзарядками составляет 270 км. Однако рабочая температура серно-натриевого аккумулятора сравнительно высокая – около 350° С, что делает его взрыво - и пожароопасным.

Практический интерес представляют топливно-гальванические элементы, особенно воздушно-алюминиевые, в которых катодом служит пористая угольно-графитовая пластина с поступающим в него кислородом воздуха, анодом – пластина из алюминиевого сплава, а электролитом, к примеру, – водный раствор поваренной соли. Электрический подзаряд такому элементу не нужен, энергию он вырабатывает сам в процессе окисления (электрохимического сжигания) металла. Идет такой процесс окисления с КПД около 80%, и сгоревший при комнатной температуре 1 кг алюминия способен выделить примерно столько энергии, сколько даст 1 кг каменного угля, сгорая на воздухе при очень высокой температуре. Достоинств у таких источников энергии много: и простота конструкции, и полная безопасность эксплуатации, и хорошие удельные энергетические характеристики. А недостаток, в основном, один – дороговизна анодного материала, которая определяется главным образом большой энергоемкостью его процесса производства. Такой недостаток можно свести к минимуму при внедрении, например, новой технологии получения алюминия, (см. рис. 9.7). При промышленном освоении такой технологии алюминий и его сплавы станут намного дешевле.

Сравнительно недавно разработаны литий-йодные батареи с прямым преобразованием химической энергии в электрическую. В обычных батареях, в которых преобразуется энергия химического процесса взаимодействия цинка и оксида ртути, используется водный электролит. Литий-йодные батареи работают на твердом йодном электролите, что позволяет при минимальных их размерах батареи получить сравнительно большую емкость и увеличить срок их службы. Такие батареи применяются в электрокардиостимуляторах, обеспечивающих нормальный ритм работы сердца. Срок их службы в несколько раз больше, чем обычных батареек, и составляет до 10 лет, а это означает, что данные батареи позволяют сократить число хирургических операций для вживления электрокардиостимулятора.

При разработке новых модификаций преобразователей химической энергии в электрическую уделяется большое внимание повышению их мощности при снижении себестоимости вырабатываемой ими электроэнергии.

Гидроисточники и геотермальные источники энергии

В последнее время возрастает интерес к неорганическим источникам энергии, т. е. источникам, в которых не принимает участие химический процесс – горение. К ним относятся гидроисточники (гидроэлектростанции, гидроаккумулирующие электростанции, приливные электростанции), геотермальные источники, гелиоисточники, ветроустановки и атомные электростанции.

Гидроэлектростанции

Принцип работы гидроэлектростанций основан на преобразовании потенциальной энергии падающей воды в кинетическую энергию вращения турбины, связанной с генератором, преобразующим кинетическую энергию в электрическую. Первые гидроэлектростанции относились к проточному типу, при котором вода реки не подпруживалась, а просто пропускалась через турбину. Для них требуется большой перепад уровней реки, например как на Ниагарском водопаде , где и была построена первая гидроэлектростанция подобного типа. На современных гидроэлектростанций возводятся громадные плотины для увеличения объема воды, равномерно пропускаемой через турбины (см. рис. 9.8). Плотина не только создает вместилище для накопления воды, но и повышает ее уровень. При этом увеличивается потенциальная энергия воды, что приводит к возрастанию кинетической энергии вращения турбины и в конечном результате – к увеличению вырабатываемой электроэнергии. Вода из водохранилища по напорному трубопроводу направляется на горизонтально вращающиеся лопости турбины, соединенной с генератором. Обычно на гидроэлектростанции используется много турбогенераторных агрегатов. КПД гидроэлектростанций составляет 60–70%, т. е. 60–70% энергии падающей воды преобразуется в электрическую энергию.

Сооружение гидроэлектростанций обходится дорого, и они требуют эксплуатационных расходов, но зато работают на «бесплатном топливе». Первоисточником гидроэнергии служит Солнце, испаряющее воду из океанов, морей, озер и рек. Водяной пар конденсируется в виде осадков, выпадающих в возвышенных местах, с которых конденсированная вода стекает вниз в моря. Гидроэлектростанции встают на пути стока и преобразуют энергию движущейся воды в электрическую.

Однако гидроэлектростанции не совсем уж безвредны для окружающей среды. Плотины и водохранилища выводят из сельскохозяйственного оборота затопленные земли. Их площадь чрезвычайно велика особенно на равнинных реках: естественный перепад уровней воды в них небольшой. Громадные площади водохранилищ способствуют образованию необычно большого количество паров воды в атмосфере, что неизбежно приводит к нарушению естественных погодных условий. Плотины отрицательно влияют на качество воды, накапливаемой в водохранилищах. В зависимости от сезона накопленная вода может содержать мало растворенного кислорода и оказаться неблагоприятной средой для рыб и других живых организмов. Кроме того, спускаемая вода разрушает русло реки. В то же время гидроэлектростанции, построенные на реках с естественным перепадом уровня воды – на реках с водопадами, горных реках, – наносят гораздо меньший ущерб окружающей среде.

Гидроаккумулирующие электростанции

Они служат для аккумулирования избыточной энергии, вырабатываемой не относящимися к гидроисточникам электростанциями, когда потребление электроэнергии падает, например, ночью. При аккумулировании вода перекачивается из нижнего водоема в верхний (рис. 9.9). При этом поступающая извне электрическая энергия преобразуется в потенциальную энергию воды в верхнем водоеме. В часы пиковой нагрузки в электросети вода из верхнего водоема через гидроагрегаты перетекает в нижний, и запасенная потенциальная энергия воды преобразуется в электрическую. Эффективность гидроаккумулирующих электростанций не очень высокая: только примерно две трети энергии, потраченной на накачку воды, возвращается обратно в электросеть. Строительство таких станций требует больших капиталовложений , поэтому они не получили широкого распространения. Обсуждаются идеи гидроаккумулирования энергии с использованием подземных водоемов естественного происхождения.

Приливные электростанции

Морские приливы, долгое время оставаясь загадкой, приводили к мысли, что их громадную энергию можно использовать. Морские приливы – это периодические колебания уровня, обусловленные силами притяжения Луны и Солнца вместе с центробежными силами, вызванными вращением системы Земля – Луна и Земля – Солнце. Самая большая из таких сил – лунная – определяет в основном характер морских приливов. Обычно прилив и отлив бывают два раза в сутки. Максимальное поднятие воды называется полной водой, минимальное – малой водой. Величина полной воды в открытом океане около 1 м, у берегов – до 18 м (залив Фанди в Атлантическом океане).

Приливные электростанции преобразуют энергию морских приливов в электрическую. Одна из разновидностей устройств приливных электростанций состоит из плотины с встроенными в придонной ее части турбогенераторами. Подобная приливная электростанция с таким устройством сооружена в 1967 г, на реке Ране во Франции, где полная вода достигает около 13м. При открытых донных затворах плотины уровень полной воды по обе стороны плотины одинаков. В начале отлива поток воды, обращенный к суше пропускается через турбогенераторы, вырабатывающие электроэнергию. При малой воде затворы закрываются до тех пор, пока разница уровней не станет достаточной для эффективной работы турбогенераторов. Затем поток полной воды пропускается через турбогенераторы в направлении к суше. Данный цикл потом повторяется, и энергия таким образом вырабатывается при отливе и приливе.

Построенные приливные электростанции во Франции, России, Китае доказывают, что приливную электроэнергию можно производить в промышленных масштабах. Выработка энергии на них не требует никакого топлива, и себестоимость энергии сравнительно низка. Однако стоимость строительства приливных электростанций относительно высока: она примерно в 2,5 раза больше стоимости сооружения гидроэлектростанции той же мощности. Одно из главных преимуществ приливных электростанций заключается в том, что они наносят минимальный ущерб окружающей среде.

Геотермальные источники энергии

С давних пор люди знают о стихийных проявлениях гигантской энергии, таящейся в недрах земного шара. Память человечества хранит предания о катастрофических извержениях вулканов, унесших миллионы человеческих жизней, неузнаваемо изменивших облик многих мест на Земле. Мощность извержения даже сравнительно небольшого вулкана колоссальна, она многократно превышает мощность самых крупных энергетических установок, созданных руками человека. Правда, о непосредственном использовании энергии вулканических извержений говорить не приходится, нет пока у людей возможностей обуздать такую непокорную стихию, да и, к счастью, извержения происходят не везде и не так уж часто. Но все же – это проявления неисчерпаемой энергии, таящейся в земных недрах, крохотная доля которой находит выход через огнедышащие жерла вулканов.

Маленькая европейская страна Исландия (в переводе – «страна льда») полностью обеспечивает себя помидорами, яблоками и даже бананами! Многочисленные исландские теплицы получают энергию от Земли – других местных источников энергии в Исландии практически нет. Эта страна очень богата горячими источниками и знаменитыми гейзерами – фонтанами горячей воды, вырывающейся из-под земли. И хотя не исландцам принадлежит приоритет в использовании тепла подземных источников (еще древние римляне к знаменитым баням – термам Каракаллы– подвели воду из-под земли), жители этой маленькой северной страны эксплуатируют подземную котельную очень интенсивно.

Но не только для отопления черпают люди энергию из глубин земли. Уже давно работают электростанции, использующие горячие подземные источники. Первая такая электростанция, совсем еще маломощная, была построена в 1904 г. в небольшом итальянском городке Лардерелло, названном так в честь французского инженера Лардерелли, который в 1827 г. составил проект использования многочисленных в этом районе горячих источников. Постепенно мощность электростанции росла, в строй вступали все новые агрегаты, использовались новые источники горячей воды и в наши дни мощность станции достигла уже внушительной величины – 360 тыс. кВт. В Новой Зеландии существует такая электростанция в районе Вайракеи, ее мощность 160 тыс. кВт. В 120 км от Сан-Франциско в США производит электроэнергию геотермальная станция мощностью 500 тыс. кВт.

Подземные воды, как «живая кровь» планеты, переносят природное тепло Земли на поверхность. Обладая большой подвижностью и высокой теплоемкостью, они играют роль аккумулятора и теплоносителя. Они либо накапливаются в водоносных горизонтах, либо выходят на поверхность земли теплыми или горячими источниками, а иногда вырываются в виде пароводяных смесей. Это гейзеры и фумаролы (специалисты их называют парогидротермами). Выходы парогидротерм – очень эффектное зрелище: с шипением и свистом струи пара или перегретой воды вырываются из-под земли и вздымаются вверх. Так, гейзер «Старый служака» в Йеллоустонском парке регулярно, через каждые 53– 70 минут выбрасывает струю горячей (более 90° С) воды на высоту 30–45 м. А самый крупный гейзер в камчатской Долине гейзеров – «Великан» – выдает струю горячей воды на 30–35 м вверх, а столб пара вздымается намного выше – до 300–400 м.

Парогидротермальные месторождения известны в Исландии, Гренландии, Новой Зеландии, Индонезии, Японии, США, Чили, Сальвадоре и других странах. Тепло подземных вод широко используется в Италии, где уже с начала века работают геотермические станции. Наиболее крупные месторождения – в Тоскане и в районе Неаполя , где скважины выводят пароводяную смесь с температурой 200– 245° С.

В Исландии, которую называют страной вулканов и гейзеров, около 7 тыс. горячих источников. Их общая мощность более 1 млн ккал/с. Рейкьявик (столица Исландии), расположенный вблизи Северного полярного круга, полностью теплофицирован за счет термальных вод. Воды горячих источников здесь используются не только для отопления, но и для городских теплиц и оранжерей, в которых выращивают цветы, овощи и даже цитрусовые.

В нашей стране горячими источниками особенно богаты Камчатка и Курильские острова – районы современного вулканизма. Источники, фонтанирующие паром и кипятком, известны в этих краях давно (некоторые из них описаны еще в 40-х годах XVIII в. С. Крашенинниковым), однако разведочное бурение началось там лишь в 1958г. В районе реки Паратунки была сооружена первая в нашей стране геотермальная электростанция, а с 1967 г. на Паужетских термальных источниках в 200 км от Петропавловска-Камчатского действует гелиотермальная электростанция мощностью 15 тыс. кВт.

Использовать воду с температурой ниже 100°С для энергетики считается экономически невыгодным, но она вполне пригодна для теплофикации: отопления домов, обогрева теплиц, для бань, бассейнов. Сотни городов и населенных пунктов России, Украины, Средней Азии, Закавказья перешли на такое естественное теплоснабжение . Это чрезвычайно выгодно экономически. Но главное достоинство тепла, получаемого из недр, – экологическая чистота и возобновимость. Разумеется, неконтролируемый забор теплой воды может рано или поздно привести к истощению источников. Чтобы этого не случилось, разработана методика замкнутой системы, по которой остывшая или обычная холодная вода возвращается в высокотемпературный пласт. По одной скважине закачивают холодную, а по другой получают уже горячую воду. Создается надежная, практически «вечная» замкнутая циркуляция. Подземная котельная такого типа создана, например, в Грозном.

По весьма приближенным оценкам, прогнозные запасы термальных вод (от 50 до 250° С) нашей страны составляют не менее 20 млн. м3 воды в сутки. Этот огромный резерв экологически чистой тепловой энергии может заменить до 150 млн т органического топлива. Одна из самых мощных скважин в Дагестане (в селе Берикей) дает огромный приток горячей воды, используемой для обогрева. В год эта скважина выносит с водой 330 т йода и 450 т брома (это примерно 3% мирового производства брома). В нашей стране практически весь бром и большую часть йода добывают из подземных вод, не зря их называют промышленными подземными водами.

Гелиоэнергетика

Солнце обладает колоссальным запасом энергии. Земля получает лишь небольшую долю солнечной энергии, равную 2·1017 Вт, и ее вполне достаточно для обеспечения большого многообразия форм жизни и биосферных процессов на Земле.

Предполагается, что широкое применение солнечной энергией начнется после воспроизведения природного процесса – фотосинтеза. В лабораторных условиях вне растительной клетки уже осуществлена первая фаза данного процесса – произведено фотохимическое разложение воды на элементы. Образующийся водород – превосходный энергоноситель: из известных нерадиоактивных веществ он обладает самой высокой плотностью энергии – 33 кВт/кг (плотность энергии углерода равна всего 9,1 кВт/кг). В процессе фотосинтеза, в зеленых растениях из энергетически бедных соединений – углекислого газа и воды – образуется более сложный по структуре и богатый энергией крахмал, из которого синтезируются жиры, белки, целлюлоза и другие органические компоненты. Как следует из периодической печати, несколько необычный способ использования солнечной энергии предложили японские ученые. Смесь, состоящую из размолотого магнетита и угольного порошка, они подвергли облучению концентрированным солнечным светом и нагрели ее до 1200° С. В результате химической реакции образовались водород и угарный газ. Из данных газов можно синтезировать, например, метиловый спирт, который может служить превосходным горючим для автомобилей. КПД такого процесса достигает 47,6%.

В последние десятилетия гелиоэнергетика – солнечная энергетика, во всем мире развивается быстрыми темпами и в самых разных направлениях. Гелиоэнергетические программы разрабатываются более чем в 70 странах – от северной Скандинавии до выжженных пустынь Африки. Солнечные устройства служат для отопления и вентиляции зданий, опреснения воды, производства электроэнергии. Используются такие устройства в различных технологических процессах. Появились транспортные средства с «солнечным приводом»: гелиовелосипеды, гелиомопеды, моторные лодки, яхты, солнцелеты и дирижабли с солнечными панелями. Солнцемобили, сравнивавшиеся вчера с забавным автоаттракционом, сегодня пересекают страны и континенты со скоростью, почти не уступающей скорости обычных автомобилей. Уже в течение трех лет немецкий поселок Франитцхютте, расположенный на окраине Баварского леса, полностью питается энергией от гелиоэнергетической установки из 840 плоских солнечных батарей общей площадью 360 м2. Мощность каждой батареи – 50 Вт. Ночью и в пасмурную погоду ток обеспечивает батарея свинцовых аккумуляторов, заряженных в те часы, когда солнца в избытке.

Самая крупная гелиоэлектростанция мира начала работать в Швейцарии. Площадь ее солнечных батарей – 4500 м2, при полном освещении мощность электростанции достигает 500 кВт. Этого хватает на поселок из двухсот одноквартирных коттеджей. В Штутгартском университете (Германия) сконструирован самолет, мотор которого питается энергией солнечных батарей, расположенных на его крыльях с размахом 25 м. С грузом до 90 кг он взлетает со взлетной площадки, покрытой травой, и развивает скорость до 120 км/ч. Швейцарские ученые запатентовали прозрачные солнечные батареи, которые можно вставлять в оконные рамы вместо стекла. Между двумя слоями стекла, покрытого тончайшей пленкой двуокиси титана со столь же тонким слоем светочувствительного пигмента, находится слой электролита с содержанием йода. Свет, падая на пигмент, выбивает из него электроны, которые через электролит попадают на слой двуокиси титана. Все слои такой солнечной батареи настолько тонки, что прозрачность стекла практически не уменьшается. Такие стекла дешевле, чем кремниевые солнечные панели.

Быстрое развитие гелиоэнергетики в Швейцарии стало возможным благодаря снижению стоимости фотоэлектрических преобразователей в расчете на 1 ватт установленной мощности с 1000 в 1970 г. до 5–8 долл. в 1990 г. и повышению их КПД с 5–6 до 20–30%. В ближайшее время предлагается уменьшить стоимость солнечного ватта на 50%, что позволит гелиоустановкам вполне конкурировать с другими автономными источниками энергии, например, с дизельными электростанциями. Одним из мировых лидеров практического использования гелиоэнергетики стала Швейцария: более 700 гелиоустановок на кремниевых фотопреобразователях мощностью от 1 кВт до 1 МВт и солнечных коллекторных устройств для получения солнечной энергии. Гелиоэлектрическая программа Швейцарии внесет заметный вклад в решение экологических проблем и в энергетическую независимость страны, импортирующей сегодня более 80% энергии из-за рубежа.

Гелиоустановку на кремниевых фотопреобразователях чаще всего мощностью 2–3 кВт нередко монтируют на крышах и фасадах зданий (20–30 м2). Такая установка вырабатывает в год в среднем 3000 кВт·ч электроэнергии, что достаточно для обеспечения бытовых нужд, а иногда и зарядки бортовых аккумуляторов электромобиля. Дневной избыток энергии в летнюю пору направляют в электрическую сеть общего пользования. Зимой энергия может быть бесплатно возвращена владельцу гелиоустановки. Крупные фирмы монтируют на крышах производственных корпусов гелиостанции мощностью до 300 кВт. Однако такая станция может покрыть потребности предприятия в энергии лишь на 55–70%. В районах альпийского высокогорья, где нерентабельно прокладывать линии электропередач, строятся автономные гелиоустановки с аккумуляторами-накопителями энергии.

По опыту эксплуатации и согласно некоторым расчетам Солнце в состоянии обеспечить энергопотребности по меньшей мере всех жилых зданий в стране. Гелиоустановки, располагаясь на крышах и стенах зданий, на шумозащитных ограждениях автодорог, на транспортных и промышленных сооружениях не требуют для размещения дорогостоящей сельскохозяйственной или городской территории.

Автономная солнечная установка у поселка Гримзель дает электроэнергию для круглосуточного освещения автодорожного тоннеля. Вблизи города Шур солнечные панели, смонтированные на 700-метровом участке шумозащитного ограждения, ежегодно дают 100 кВт электроэнергии. Солнечные панели мощностью 320 кВт, установленные на крыше производственного корпуса, почти полностью покрывают технологические потребности предприятия в тепле и электроэнергии. КПД кремниевых фотопреобразователей при сильном нагреве заметно снижается, и поэтому под солнечными панелями проложены вентиляционные трубопроводы для прокачки наружного воздуха. Нагретый воздух работает как теплоноситель коллекторных устройств. Один из крупных разделов гелиоэлектрической программы Швейцарии – развитие транспортных средств, использующих солнечную энергию, ибо автотранспорт потребляет около четверти энергетических ресурсов, необходимых стране. Ежегодно в Швейцарии проводится международное ралли солнцемобилей.

В последнее время интерес к проблеме использования солнечной энергии резко возрос. Потенциальные возможности энергетики, основанной на использовании непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно велики. Заметим, что использование всего лишь 0,0125% количества энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики. К сожалению, вряд ли когда-нибудь эти огромные потенциальные ресурсы удастся реализовать в больших масштабах. Одно из наиболее серьезных препятствий такой реализации – низкая интенсивность солнечного излучения. Даже при наилучших атмосферных условиях (южные широты, чистое небо) плотность потока солнечного излучения относительно невелика. Поэтому, чтобы коллекторы солнечного излучения «собирали» энергию, необходимую хотя бы для частичного удовлетворения потребностей населения, нужно разместить их на громадной территории.

Необходимость использовать коллекторы огромных размеров, кроме того, влечет за собой значительные материальные затраты. Простейший коллектор солнечного излучения представляет собой зачерненный металлический (как правило, алюминиевый) лист, внутри которого располагаются трубы с циркулирующей в них жидкостью. Нагретая за счет солнечной энергии, поглощенной коллектором, жидкость поступает для непосредственного использования. Согласно расчетам на изготовление коллекторов солнечного излучения идет довольно много алюминия.

Солнечная энергетика относится к наиболее материалоемким видам производства энергии. Крупномасштабное использование солнечной энергии влечет за собой гигантское увеличение потребности в материалах, а следовательно, и в трудовых ресурсах для добычи сырья, его обогащения, получения материалов, изготовления гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их перевозки.

Пока еще электрическая энергия, рожденная солнечными лучами, обходится намного дороже, чем получаемая традиционными способами. Ученые надеются, что эксперименты, проводимые на опытных установках и станциях, помогут решить не только технические, но и экономические проблемы широкого применения гелиоэнергии.

Энергия ветра

Ветер служит человеку с древних времен. Первобытные люди поднимали паруса над неустойчивым челноком, выдолбленным из бревна. Преобладающие западные ветры несли испанскую армаду к открытиям и победам. Пассаты надували паруса больших клиперов, помогли открыть Индию и Китай и наладить торговлю с Западом. Древние персы заставили ветер размалывать зерно. Наиболее широкое распространение ветряные мельницы (рис. 9.10) получили в Голландии. Некоторым из них уже более 500 лет, и они находятся в рабочем состоянии. Было время, когда вода и ветер служили едва ли не основными источниками энергии. Еще в 1910 г. в России насчитывалось примерно миллион ветряных мельниц и приблизительно столько же водяных. А сегодня всю эту энергетику с легкой руки называют нетрадиционной.

В 50-х годах XIX в. в США был изобретен многолопастный ветряк, который получил широкое распространение. С помощью подобных ветряков вначале поднималась вода из колодцев и заполнялись водой паровые котлы. Позднее ветряки стали использовать для получения электроэнергии. Многолопастный ветряк с ветроколесом диаметром до 9 м может вырабатывать до 3 кВт электроэнергии при скорости ветре около 25 км/ч. В 30-х годах XX в. на территории США было сооружено около 6 млн многолопастных ветроустановок. Во многих сельских районах до строительства крупных электростанций основным поставщиком электроэнергии были различные ветроустановки.

Энергия движущихся воздушных масс огромна. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры – от легкого ветерка, несущего желанную прохладу в летний зной, до могучих ураганов, наносящих неисчислимый урон и разрушения. Всегда неспокоен воздушный океан, на дне которого мы живем. Ветры, дующие на просторах нашей страны, могли бы легко удовлетворить все ее потребности в электроэнергии! Климатические условия позволяют развивать ветроэнергетику на огромной территории от наших западных границ до берегов Енисея. Особенно богаты энергией ветра северные районы страны вдоль побережья Северного Ледовитого океана.

В наши дни ветроустановки вырабатывают лишь небольшую часть производимой электроэнергии во всем мире. Техника XX в. открыла совершенно новые возможности для электроэнергетики . Созданы высокопроизводительные установки, способные вырабатывать электроэнергию даже при очень слабом ветре. Предлагается множество проектов ветроагрегатов, несравненно более совершенных, чем старые ветряные мельницы. В новых проектах используются самые последние достижения многих отраслей естествознания. К созданию совершенной конструкций ветроколеса – сердца любой ветроэнергетической установки – привлекаются специалисты-самолетостроители, умеющие выбрать наиболее целесообразный профиль лопасти и исследовать его в аэродинамической трубе. Усилиями ученых и инженеров созданы разнообразные конструкции современных ветровых установок.

Можно привести примеры необычного использования энергии. Один из американских изобретателей, наблюдая за тем, как пролетающие по шоссе автомобили вздымают по обочинам тучи пыли и гонят вдоль дороги легкий мусор, пришел к мысли, что можно использовать энергию ветра, возникающего от движения транспорта. Он предложил встроить в бетонный разделительный барьер, идущий по середине самых оживленных автомагистралей, ветряные турбины с вертикальной осью, что позволит улавливать энергию от автомобилей, несущихся в обоих направлениях. Выработанная энергия должна либо поступать в общую сеть, либо запасаться в аккумуляторах и использоваться для освещения дороги по ночам. Измерения на обочине оживленного шоссе показали, что искусственный ветер дует около 18 ч в сутки со средней скоростью 4,5–5,5 м/с. Это больше, чем в районе крупных ветровых электростанций, работающих в Калифорнии. Сейчас исследователи продолжают измерения на разных дорогах и собираются приступить к испытаниям разных типов ветряных турбин. Еще один пример. На западном побережье Дании, у городка Райсбю, построена электростанция из 40 ветродвигателей. Общая мощность ее составляет 24 МВт. Ветродвигатели оборудуются электронными регуляторами немецкой фирмы «Сименс», в которых впервые применены полупроводниковые тиристоры . Это позволило отказаться от громоздких конденсаторов и дросселей. Система регулировки обеспечивает ровную отдачу мощности независимо от скорости ветра.

Каждый источник энергии должен работать там, где дает наибольшую отдачу, максимальную выгоду. На севере у нас огромные труднодоступные территории. Вырабатывать здесь энергию очень сложно, и цена ее более высокая, чем в центре страны. Здесь то и могут найти применение ветроустановки. Скорость ветра на побережье морей и океанов составляет в среднем за год более 6 м/с. При работе ветроустановки мощностью в 1 МВт в течение шести месяцев потребитель энергии может получить около 2,5 млн кВт, что вполне достаточно для обеспечения теплом и светом поселка в 150 жилых домов.

Современная ветроустановка мощностью в 1 МВт состоит из ветроколеса диаметром 48 м, установленного на стальной конической башне высотой 40 м, на которой смонтированы агрегат для передачи мощности от ветроколеса к генератору, система управления и тормозной механизм. Ветроустановка полностью автоматизирована: сама «ловит ветер» и проверяет перед запуском состояние всех узлов и агрегатов. При скорости ветра 3,5–4 м/с развивается мощность 40–50 кВт, а при скорости 13,5 м/с – 1000 кВт. Срок службы установки – 20–25 лет. Стоит она примерно 1 млн долл.

К 1998 г. насчитывалось в России около полутора десятков крупных и примерно 100 мелких ветроустановок, в то время как за рубежом их общее число составило более 130 тысяч. Сегодня почти все развитые страны строят ветроустановки. В строительстве ветроустановок лидирует маленькая страна Дания. Около двух десятилетий назад именно она дала толчок развитию современной ветроэнергетики. В этой стране работают более четырех тысяч самых эффективных установок с лучшими показателями в мире. Датчане построили заводы по производству ветроустановок в Индии, Китае и США. Производятся ветроустановки и в России. По своим техническим показателям они не уступают зарубежным аналогам.

Ветроустановки порождают вибрации и шум, неблаготворно влияющие на живые организмы. Поэтому их строят обычно вдали от населенных пунктов. Металлические лопасти могут создавать помехи для радио- и телепередач. Но все же в целом ветроэнергетику принято считать экологически безопасной.

Многие страны активно развивают ветроэнергетику. Например, Германия по выработке ветроэнергии в последние годы приблизилась к США, а по числу фирм, производящих ветроустановки догнала Данию. Немецкие ветроустановки наполняют рынок Бразилии, Мексики, Китая и других стран.

Атомная энергетика

Развитие атомной энергетики

Сегодня примерно 17% мирового производства электроэнергии приходится на атомные электростанции (АЭС). В некоторых странах ее доля значительно больше. Например, в Швеции она составляет около половины всей электроэнергии, во Франции – около трех четвертей. Недавно согласно принятой в Китае программе вклад энергии атомных электростанций предусмотрено увеличить в пять – шесть раз. Заметную, хотя пока не определяющую, роль АЭС играют в США и России.

Более сорока лет назад, когда дала ток первая атомная станция в мало кому известном в то время городке Обнинске, многим казалось, что атомная энергетика – вполне безопасная и экологически чистая. Авария на одной из американской АЭС, а затем катастрофа в Чернобыле показали, что на самом деле атомная энергетика сопряжена с большой опасностью. Люди напуганы. Общественное сопротивление сегодня таково, что строительство новых АЭС в большинстве стран практически остановлено. Исключение составляют лишь восточно-азиатские страны – Япония, Корея, Китай, где атомная энергетика продолжает развиваться.

Специалисты, хорошо знающие сильные и слабые стороны реакторов, смотрят на атомную опасность более спокойно. Накопленный опыт и новые технологии позволяют строить реакторы, вероятность выхода которых из-под контроля хотя и не равна нулю, но крайне мала. На современных атомных предприятиях обеспечен строжайший контроль радиации в помещениях и в каналах реакторов: сменные комбинезоны, специальная обувь, автоматические детекторы излучений, которые ни за что не откроют шлюзовые двери, если на вас есть хотя бы небольшие следы радиоактивной «грязи». Например, на атомной электростанции в Швеции, где чистейшие пластиковые полы и непрерывная очистка воздуха в просторных помещениях, казалось бы, исключают даже мысль о сколь-нибудь заметном радиоактивном заражении.

Атомной энергетике предшествовали испытания ядерного оружия. На земле и в атмосфере проводились испытания ядерных и термоядерных бомб, взрывы которых ужасали мир. В то же время инженеры разрабатывали и ядерные реакторы , предназначенные для получения электрической энергии. Приоритет получили военное направление – производство реакторов для кораблей военно-морского флота. Военным ведомствам особенно перспективным представлялось использование реакторов на подводных лодках: такие суда имели бы практически неограниченный радиус действия и могли бы годами находиться под водой. Американцы сосредоточили свои усилия на создании корпусных водо-водяных реакторов, в которых замедлителем нейтронов, и теплоносителем служила обычная («легкая») вода и которые обладали большой мощностью на единицу массы энергетической установки. Были сооружены полномасштабные наземные прототипы транспортных реакторов, на которых проверялись все конструктивные решения и отрабатывались системы управления и безопасности. В середине 50-х годов XX в. первая подводная лодка с атомным двигателем «Наутилиус» прошла под льдами Ледовитого океана.

Аналогичные работы велись и в нашей стране, только наряду с водо-водяными реакторами разрабатывался канальный графитовый реактор (в нем теплоносителем тоже служила вода, а замедлителем – графит). Однако по сравнению с водо-водяным реактором у графитового мала удельная мощность. В то же время такой реактор обладал важным преимуществом – уже имелся значительный опыт сооружения и эксплуатации промышленных графитовых реакторов, отличающихся от транспортных установок главным образом давлением и температурой охлаждающей воды. А наличие опыта означало экономию времени и средств на опытно-конструкторские работы. При создании наземного прототипа графитового реактора для транспортных установок стала очевидной его бесперспективность. И тогда было решено использовать его для атомной энергетики. Реактор AM, а точнее, его турбогенератор мощностью 5000 кВт 27 июня 1954 г. подключили к электрической сети, и весь мир узнал, что в СССР пущена первая в мире АЭС – атомная электростанция.

Наряду с канальными графитовыми реакторами в нашей стране, как и в США, с середины 50-х XX в. годов развивалось направление, основанное на использовании водо-водяных энергетических реакторов (ВВЭР). Их характерная особенность – огромный корпус диаметром 4,5 м и высотой 11м, рассчитанный на высокое давление – до 160 атм. Производство и транспортировка таких корпусов к площадке АЭС – чрезвычайно сложная задача. Американские фирмы, приступив к развитию атомной энергетики на базе реакторов PWR, возвели на берегах рек заводы для производства реакторных корпусов, построили баржи для их перевозки к месту строительства АЭС и краны грузоподъемностью в 1000 т. Этот продуманный подход позволил США не только удовлетворить собственные потребности, но и захватить в 70-х годах внешний рынок по производству атомной энергии. СССР не мог столь широко и быстро развивать промышленную базу для АЭС с реакторами ВВЭР, В начале лишь один Ижорский завод мог изготавливать по одному корпусу реактора в год. Пуск Аттоммаша состоялся только в конце 70-х годов.

Реактор РБМК (реактор большой мощности, канальный), в котором вода, охлаждающая тепловыделяющие элементы, находится в состоянии кипения, появился как очередной этап последовательного развития канальных графитовых реакторов: промышленный графитовый реактор, реактор первой в мире АЭС, реакторы Белоярской АЭС. Ленинградская АЭС на РБМК проявила свой норов. Несмотря на наличие традиционной автоматической системы регулирования, оператор должен был по мере выгорания топлива все чаще и чаще вмешиваться в управление реактором (до 200 раз в смену). Это было связано с возникновением или усилением в процессе эксплуатации реактора положительных обратных связей, приводящих к развитию неустойчивости с периодом в 10 минут. Для нормального стабильного функционирования какого-либо устройства с положительной обратной связью необходима надежная система автоматического регулирования. Однако всегда существует опасность аварии из-за отказа подобной системы. С проблемой неустойчивости столкнулись и в Канаде, когда пустили в 1971 г. канальный реактор с тяжелой водой в качестве замедлителей нейтронов и кипящей легкой водой в качестве теплоносителя. Канадские специалисты решили не испытывать судьбу и закрыли установку. Сравнительно быстро была разработана новая, приспособленная к РБМК, система автоматического регулирования. Ее внедрение обеспечило приемлемую устойчивость реактора. В СССР развернулось серийное строительство АЭС с реакторами РБМК (нигде в мире подобные установки не использовались).

Несмотря на внедрение новой системы регулирования, страшная угроза осталась. Для реактора РБМК характерны два крайних состояния: в одном из них каналы реактора заполнены кипящей водой, а в другом – паром. Коэффициент размножения нейтронов при заполнении кипящей водой больше, чем при заполнении паром. При таком условии возникает положительная обратная связь, при которой рост мощности вызывает появление дополнительного количества пара в каналах, что в свою очередь приводит к увеличению коэффициента размножения нейтронов, и следовательно, к дальнейшему росту мощности. Это известно давно, еще со времен проектирования РБМК. Однако только после Чернобыльской катастрофы в результате тщательного анализа выяснилось, что возможен разгон реактора на мгновенных нейтронах. В 1 час 23 мин 26 апреля 1986 г произошел взрыв реактора 4-го блока Чернобыльской АЭС. Ее последствия ужасны.

Так нужно ли развивать атомную энергетику? Выработка энергии на АЭС и ACT (атомных станциях теплоснабжения) – это наиболее экологически чистый способ производства энергии. Энергия ветра, Солнца, подземного тепла и т. д. не может сразу и быстро заменить атомную энергию. Согласно прогнозу в США в начале XXI в. на все подобные способы производства энергии будет приходиться не более 10% вырабатываемой во всем мире энергии.

Спасти нашу планету от загрязнения миллионами тонн углекислого газа, окиси азота и серы, которые постоянно выбрасываются ТЭЦ, работающими на угле, мазуте, перестать сжигать в огромных количествах кислород, можно лишь с помощью атомной энергетики. Но только при выполнении одного условия: «Чернобыль» не должен повториться. Для этого необходимо создать абсолютно надежный энергетический реактор. Но в природе не бывает ничего абсолютно надежного, все процессы, не противоречащие законам природы, происходят с большей или меньшей вероятностью. И противники атомной энергетики рассуждают примерно так: авария маловероятна, но нет никаких гарантий, что она не случится сегодня или завтра. Задумываясь над этим, нужно учесть следующее. Во-первых, взрыв реактора РБМК в том состоянии, в котором он эксплуатировался до аварии, отнюдь не маловероятное событие. Во-вторых, при таком подходе мы все должны жить в постоянном страхе, что Земля не сегодня - завтра столкнется с крупным астероидом – вероятность такого события ведь тоже не равна нулю. Думается, можно считать абсолютно безопасным реактор, для которого вероятность крупной аварии достаточно мала.

В СССР накоплен многолетний опыт сооружения и эксплуатации АЭС с реакторами ВВЭР (аналогичными американским PWR), на базе которых может быть в относительно короткие сроки создан в большей степени безопасный энергетический реактор. Такой, что в случае аварийной ситуации все радиоактивные осколки деления ядер урана должны остаться в пределах защитной оболочки.

Развитые страны с большой численностью населения в обозримом будущем не смогут из-за приближающейся экологической катастрофы обойтись без атомной энергетики даже при некоторых запасах обычных видов топлива. Режим экономии энергии может лишь на некоторое время отодвинуть проблему, но не решить ее. Кроме того, многие специалисты считают, что в наших условиях даже временного эффекта добиться не удастся: эффективность предприятий по энергоснабжению зависит от уровня развития экономики. Даже США потребовалось 20–25 лет со дня внедрения в промышленность энергоемких производств.

Вынужденная пауза, возникшая в развитии атомной энергетики, должна быть использована для разработки достаточно безопасного энергетического реактора на базе реактора ВВЭР, а также для разработки альтернативных энергетических реакторов, безопасность которых должна находиться на том же уровне, а экономическая эффективность значительно выше. Целесообразно построить демонстрационную АЭС с подземным размещением реактора ВВЭР в наиболее удобном месте, чтобы проверить ее экономическую эффективность и безопасность.

В последнее время предлагаются различные конструктивные решения атомных станций. В частности, компактную АЭС разработали специалисты Санкт-Петербургского морского бюро машиностроения «Малахит». Предлагаемая станция предназначается для Калининградской области , где проблема энергоресурсов стоит достаточно остро. Разработчики предусмотрели использование в АЭС жидкометаллического теплоносителя (сплава свинца с висмутом) и исключают возможность возникновения на ней радиационно-опасных аварий, в том числе при любых внешних воздействиях. Станция отличается экологической чистотой и экономической эффективностью. Все ее основное оборудование предполагается разместить глубоко под землей – в проложенном среди скальных пород туннеле диаметром в 20 м. Это дает возможность свести к минимуму число наземных сооружений и площадь отчуждаемых земель. Структура проектируемой АЭС – модульная, что тоже очень существенно. Проектная мощность Калининградской АЭС – 220 МВт, но может быть по мере необходимости уменьшена или увеличена в несколько раз при помощи изменения числа модулей.

Ядерное топливо

Цепная реакция деления ядер сопровождается выделением огромного количества энергии. Так, при делении тяжелого ядра на два осколка освобождается энергия, равная примерно 1,1 МэВ на один нуклон. Расчеты показывают, что 1 кг урана выделяет в миллионы раз больше энергии, чем 1 кг каменного угля. Следовательно, ядерное топливо – чрезвычайно энергоемкий источник энергии. В то же время ядерный топливный цикл – сложнейший технологический процесс (рис. 9.11).

В отличие от утлеродосодержащих носителей энергии, применяемых и в то же время и как сырье для химической промышленности, ядерное топливо представляет практический интерес преимущественно для производства электрической и тепловой энергии. Огромные возможности для развития атомной энергетики открываются с созданием реакторов-размножителей на быстрых нейтронах (бридеров), в которых выработка энергии сопровождается производством вторичного горючего – плутония, что позволит кардинально решить проблему обеспечения ядерным топливом. Как показывают оценки, 1 т гранита содержит примерно 3 г урана-238 и 12 г тория-232 (именно они используются в качестве сырья в бридерах). При потреблении энергии МВт (на два порядка выше, чем сейчас) запаса урана и тория в граните хватит на 109 лет. Первый опытно-промышленный реактор на быстрых нейтронах мощностью до 350 МВт построен в г. Шевченко на берегу Каспийского моря. Он производит электроэнергию и опресняет морскую воду, обеспечивая пресной водой город и прилегающие район нефтедобычи с численностью населения около 150000 человек.

Колоссальной энергией обладает термоядерный синтез. При термоядерном синтезе выделяемая энергия на один нуклон значительно больше, чем в реакции деления тяжелых ядер. При делении ядра урана 238 высвобождается энергия около 0,84 МэВ на один нуклон, а при термоядерном синтезе дейтерия и трития – примерно 3,5 МэВ. Термоядерные реакции дают наибольший выход энергии на единицу массы «горючего», чем любые другие превращения. Например, по энергетической емкости количество дейтерия в стакане простой воды эквивалентно приблизительно 60 л бензина. В этой связи весьма заманчива перспектива осуществления управляемого термоядерного синтеза.

Трудность практической реализации управляемого термоядерного синтеза заключается в том, что он возможен только при очень высокой температуре – 107–108 К. При такой сверхвысокой температуре любое синтезируемое вещество находится в плазменном состоянии, и возникает техническая проблема удержания горячей плазмы в ограниченном объеме.

Впервые искусственная термоядерная реакция осуществлена в СССР в 1953 г., а затем через полгода в США в виде взрыва водородной (термоядерной) бомбы, представляющего неуправляемую реакцию синтеза. Взрывчатое вещество в водородной бомбе представляет собой смесь дейтерия и трития. Запалом в ней служит обычная атомная бомба, при взрыве которой возникает сверхвысокая температура, необходимая для синтеза легких ядер.

Над решением проблемы управляемого термоядерного синтеза усердно работают ученые многих стран в течение нескольких последних десятилетий. Один из путей решения данной проблемы – это удержание горячей плазмы в ограниченном объеме сильными магнитными полями. Для этого создаются сложнейшие в техническом исполнении термоядерные реакторы. Один из первых таких реакторов – Токамак-10– был собран в 1975г. в Институте атомной энергии им. .

Управляемый термоядерный синтез открывает человечеству доступ к неисчерпаемой кладовой ядерной энергии, заключенной в легких элементах. Извлечение энергии возможно из дейтерия, содержащегося в обычной воде. Расчеты показывают, что количество дейтерия в Мировом океане составляет примерно 4·1013 т, что соответствует энергетическому запасу 1017 МВт·год, который можно считать практически неограниченным. Остается только надеяться, что проблема управляемого термоядерного синтеза в недалеком будущем будет успешно решена.

Особенности развития отечественной энергетики

Желая непременно оказаться «впереди планеты всей», в бывшем СССР особое внимание уделяли гигантским электростанциям. Непрерывное строительство в 1960–1985 гг. в Сибири гигантских ГЭС при почти полном прекращении строительства конденсационных тепловых станций привело к уродливой структуре мощностей. Удельный вес ГЭС превышает 50%, а по отношению к годовому максимуму нагрузок – 75%. В итоге половина их мощности (до 10 млн кВт) никогда не используется: зимой из-за недостатка водных ресурсов, а летом из-за снижения потребности в энергии. Обычно в незасушливые годы, сбрасывается большой объем воды мимо недогруженных турбин. При этом не следует забывать о затопленных пойменных лугах, погубленной рыбе, исчезнувших селениях. Наглядный пример: за 5 лет с 1984 по 1988 г. было сброшено воды в объеме, эквивалентном 40 млрд кВт · часов. Иная, но столь же печальная картина наблюдается в маловодные годы. В 1982г., например, в конце многолетнего засушливого периода ГЭС Сибири обеспечили лишь 37,5% суммарной мощности вместо обычных 50%, и хотя тепловые станции работали с предельным напряжением, дело дошло до того, что пришлось останавливать ряд предприятий, в том числе алюминиевые заводы.

География европейской части страны не позволяет сооружать гигантские ГЭС, поэтому упор делался на тепловые станции и атомные электростанции (АЭС). К сожалению, в нашей стране был взят курс на строительство тепловых электростанций (ТЭС) со сверхкритическими параметрами пара. А такие ТЭС не обладают маневренностью и, значит, не в состоянии обеспечить нужный график электрических нагрузок. А поскольку электричество на складе не сохранишь и его нужно вырабатывать в тот самый момент, когда в нем возникает потребность, то появляются нелепые противопотоки энергии. Ежегодно около 5 млрд кВт. часов перебрасывается с северо-запада через центр страны на Урал, в Казахстан и Сибирь, где своя электроэнергия обходится в 2,5–3 раза дешевле, а оттуда, напротив, транспортируется в европейскую часть топливо для ее производства.

Идеология «великих строек», поддерживаемая решениями ЦК КПСС, распространилась и на другие энергетические объекты. В 70-е годы были созданы проекты сверхмощных энергетических комплексов государственных районных электростанций (ГРЭС) Канско-Ачинского (КАТЭК) и Экибастузского. По директивам партии и правительства к 1990 г. там должны были работать по четыре ГРЭС общей мощностью соответственно в 25 и 16 млн кВт. Но такая задача оказалась нереальной: в 1992 г. на КАТЭКе работало только 2 энергоблока общей мощностью 1,6 млн кВт, на Экибастузе – блок ГРЭС мощностью 4 млн кВт и блок на второй ГРЭС мощностью 500 тыс. кВт. Ориентация на такие сверхкрупные комплексы привела к прекращению строительства рассредоточенных ГЭС средней и слабой мощности. В результате ввод мощности на тепловых электростанциях, который в послевоенные годы быстро возрос до 40 млн кВт (8 млн кВт в год), в 9-й, 10-й и 11-й пятилетках резко упал до 22 млн кВт.

С определенным перекосом работали научно-исследовательские ведомственные и академические институты, огромные средства тратились без объективного обсуждения и анализа, возникли монопольно владеющие отраслью научно-партийные номенклатуры. В итоге тепловые электростанции (70% суммарной мощности всех электростанций) по своим технико-экономическим и экологическим показателям резко отстают от современного уровня, почти половина их требует замены или модернизации в связи с физическим износом . Некоторые атомные электростанции не отвечают международным стандартам безопасности и надежности.

Централизация отечественного теплоснабжения достигла гипертрофированных масштабов, не имеющих аналогов в мировой практике: мощности ТЭЦ превысили миллион киловатт, а диаметры теплопроводов остались прежними. Общая протяженность магистральной теплосети России превзошла 15400 км, причем состояние ее антикоррозийной защиты и теплоизоляции как правило, неудовлетворительно, чем объясняются непродолжительный срок службы трубопроводов, частые аварии и большие потери тепла.

В 1986–1990 гг. произошло дальнейшее падение прироста мощности тепловых электростанций до 15,3 млн кВт, т. е. до уровня пятой пятилетки, который был достигнут более 30 лет назад. Снизился и суммарный ввод мощностей до 27,5 млн кВт против 48,4 в предыдущей пятилетке, что явилось следствием приостановления строительства атомных станций после Чернобыльской катастрофы. Кстати, вводы мощности на ТЭС в Соединенных Штатах превышали вводы в СССР в те же годы более, чем в 2 раза.

Приведенные факты означают, что отечественная энергетика находится в кризисном состоянии, выход из которого возможен только при правильном, научно обоснованном стратегическом направлении ее развития.

Значение топливно-энергетического комплекса ощутилось в последнее время с особенной остротой. Стоило только поднять цены на энергоносители, как сразу вздорожали хлеб и транспорт, отопление квартир и металл, уборка улиц и обеды в столовой. Не так-то просто найти занятие или товар, которые не нуждались бы в энергии. А ведь нашим отечественным потребителям нефть, газ и уголь, не говоря об электричестве, отпускались по ценам, не идущим ни в какое сравнение с ценами на мировом рынке.

Дешевая энергия (точнее, искусственно заниженная цена на нее) сделала экономически невыгодными практически все энергосберегающие технологии. Нужно переходить на новые экономические технологии в промышленных масштабах, заменять изношенное оборудование более совершенным, применять высокоэффективные теплоизоляционные материалы и т. д. Другими словами, прежде чем сэкономить, необходимо крупно потратиться. Какое же предприятие пойдет на все эти хлопоты без крайней необходимости, без материальной заинтересованности? В результате к концу 80-х годов энергоемкость нашей экономики вдвое превысила этот показатель в ведущих западноевропейских странах. Да и сегодня треть первичных энергоресурсов можно было бы сократить или продать при рачительном их потреблении. Только в результате проведения последовательной энергосберегающей политики возможен переход к контролируемому энергетическому рынку. В ближайшее время в этой связи придется не столько строить, сколько реконструировать. На следующем этапе будет решаться задача технической и структурной перестройки топливно-энергетического комплекса, коренного повышения его экономической эффективности. Наряду с этим следует обратить особое внимание на разработку , с внедрением которых будет решен сразу целый комплекс многих проблем.

Энергии Мирового океана

Известно, что запасы энергии в Мировом океане колоссальны. Так, тепловая (внутренняя) энергия, соответствующая перегреву поверхностных вод океана по сравнению с донными, скажем, на 20° С, равна примерно 10 Дж. Кинетическая энергия океанских течений оценивается величиной порядка 1018 Дж. Однако пока используется лишь ничтожно малая доля этой энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений. Энергетика Мирового океана до сих пор кажется малоперспективной.

Происходит весьма быстрое истощение запасов ископаемого топлива (прежде всего нефти и газа), использование которою к тому же связано с существенным загрязнением окружающей среды (включая тепловое «загрязнение» и грозящее нежелательными климатическими последствиями повышение концентрации атмосферной углекислоты). Кроме того, ограниченность запасов урана (энергетическое использование которых к тому же порождает опасные радиоактивные отходы) и неопределенность как сроков, так и экологических последствий промышленного использования термоядерной энергии заставляют ученых и инженеров уделять все большее внимание поискам безвредных источников энергии не только перепадов уровня воды в реках, солнечного тепла, ветра, но и энергии Мирового океана.

Неожиданной возможностью энергетики Мирового океана оказалось выращивание с плотов в океане быстрорастущих гигантских водорослей , легко перерабатываемых в метан для энергетической замены природного газа. По имеющимся оценкам, для полного обеспечения энергией каждого человека-потребителя достаточно одного гектара плантаций таких водорослей. Большое внимание привлекает «океанотермическая энергоконверсия», т. е. получение электроэнергии за счет разности температур между поверхностными и засасываемыми насосом глубинными океанскими водами, например, при использовании в замкнутом цикле турбины таких легкоиспаряющихся жидкостей, как пропан, фреон или аммоний . В какой-то мере аналогичными, но пока, вероятно, более далекими представляются перспективы получения электроэнергии за счет различия между соленой и пресной водой, например морской и речной. Уже немало инженерного искусства вложено в макеты генераторов электроэнергии, работающих за счет морского волнения, причем обсуждаются перспективы электростанций с мощностями на многие тысячи киловатт. Еще больше сулят гигантские турбины на таких интенсивных и стабильных океанских течениях, как Гольфстрим.

Предполагается, что некоторые из преложенных океанских энергетических установок могут быть реализованы и стать рентабельными уже в ближайшем будущем. Вместе с тем следует ожидать, что творческий энтузиазм, искусство и изобретательность научно-инженерных работников способны улучшить существующие и создать новые перспективные разработки для промышленного использования энергетических ресурсов Мирового океана. Вполне вероятно, что при современных темпах научно-технического прогресса существенные сдвиги в океанской энергетике должны произойти в ближайшие десятилетия. Океан наполнен внеземной энергией, которая поступает в него из космоса. Она доступна и безопасна, не загрязняет окружающую среду, неиссякаема и свободна. Из космоса поступает энергия Солнца. Она нагревает воздух и образует ветры, вызывающие волны. Солнечная энергия нагревает океан, накапливающий тепловую энергию, и приводящий в движение течения, которые в то же время меняют свое направление под действием вращения Земли. Солнечное и лунное притяжения вызывают приливы и отливы. Океан – это не плоское, безжизненное водное пространство, а огромный источник энергии. В нем плещут волны, рождаются приливы и отливы, возникают течения и т. д.

Бакены и маяки, использующие энергию волн, уже усеяли прибрежные воды Японии. Сегодня вряд ли существует прибрежный район, где не было бы своего собственного изобретателя, работающего над созданием устройства, использующего энергию волн. Начиная с 1966 г. два французских города полностью удовлетворяют свои потребности в электроэнергии за счет энергии приливов и отливов.

Группа океанологов обратила внимание на то, что Гольфстрим несет свои воды вблизи берегов Флориды со скоростью 5 миль в час. Идея использовать этот поток теплой воды была весьма заманчивой. Возможно ли это? Смогут ли гигантские турбины и подводные пропеллеры, напоминающие ветряные мельницы, генерировать электричество, извлекая энергию из течений и волн? «Смогут» – таково мнение специалистов. В предложенном проекте нет ничего такого, что превышало бы возможности современной инженерной и технологической мысли. Предсказывают даже, что электричество, полученное при использовании энергии Гольфстрима, может стать конкурентоспособным уже в ближайшем будущем.

Океан – замечательная среда для поддержания жизни, в состав которой входят питательные вещества, соли и другие минералы. В такой среде растворенный в воде кислород питает всех морских животных от амебы до акулы. Растворенный углекислый газ точно так же поддерживает жизнь всех морских растений от одноклеточных диатомовых водорослей до достигающих высоты 200–300 футов (60–90 м) бурых водорослей. Морскому биологу нужно сделать лишь шаг вперед, чтобы перейти от восприятия океана как природной системы поддержания жизни к попытке начать на научной основе извлекать из этой системы энергию. При поддержке военно-морского флота США в середине 70-х годов XX в. группа специалистов в области исследования океана, морских инженеров и водолазов создала первую в мире океанскую энергетическую ферму на глубине 40 футов (12 м) под залитой солнцем гладью Тихого океана вблизи города Сан-Клемент. Ферма была небольшая. По сути своей это был лишь эксперимент. На ферме выращивались гигантские калифорнийские бурые водоросли. По мнению специалистов, до 50% массы таких водорослей может быть превращено в топливо – природный газ метан. Океанские фермы будущего, выращивающие бурые водоросли на площади примерно акров га), смогут давать энергию, которой хватит, чтобы полностью удовлетворить потребности американского города с населением вчеловек.

В океане растворено огромное количество солей. Может ли соленость быть использована как источник энергии? Может. Большая концентрация соли в океане навела ряд исследователей океанографического института в Калифорнии на мысль о создании установки для получения большого количества энергии. Такую установку можно сконструировать в виде батареи, в которой осуществлялась бы реакция между соленой и несоленой водой.

В наши дни, когда возросла необходимость в новых видах топлива, океанографы, химики, физики, инженеры и технологи обращают все большее внимание на океан как на потенциальный источник энергии.

Энергетика будущего

За время существования нашей цивилизации много раз происходила смена традиционных источников энергии на новые, более совершенные. И не потому, что старый источник был исчерпан. Солнце светило и обогревало человека всегда, и тем не менее однажды люди приручили огонь, начали жечь древесину. Затем древесина уступила место каменному углю. Запасы древесины казались безграничными, но паровые машины требовали более калорийного «корма». Но и это был лишь этап. Уголь вскоре уступает свое лидерство на энергетическом рынке нефти. И вот новый виток: в наши дни ведущими видами топлива пока остаются нефть и газ. Но за каждым новым кубометром газа или тонной нефти нужно идти все дальше на север или восток, зарываться все глубже в землю. В этой связи нефть и газ будут с каждым годом стоить все дороже.

Замена? Нужен новый лидер энергетики. Им, несомненно, станут ядерные источники. Запасы урана в сравнении с запасами угля вроде бы не столь уж и велики. Но зато на единицу массы уран содержит в себе энергии в миллионы раз больше, чем уголь. А итог таков: при получении электроэнергии на АЭС нужно затратить намного меньше средств и труда, чем при извлечении энергии из угля. И ядерное горючее приходит на смену нефти и углю... Всегда было так: следующий источник энергии был более мощным.

В погоне за избытком энергии человек все глубже погружаются в стихийный мир природных явлений и до какой-то поры не очень задумывался о последствиях своих дел и поступков. Однако времена меняются. Сейчас, на рубеже тысячелетий начинается новый, этап земной энергетики. Появилась энергетика «щадящая», построенная так, чтобы человек не рубил сук, на котором сидит, заботился об охране уже сильно поврежденной биосферы. Несомненно, в будущем одновременно с интенсивным развитием энергетики получит широкие права гражданства и экстенсивное направление: рассредоточенные источники энергии не слишком большой мощности, но зато с высоким кпд, экологически чистые, удобные в обращении. Яркий пример тому – быстрый старт электрохимической энергетики, которую, видимо, дополнит энергетика солнечная.

Энергетика очень быстро аккумулирует, ассимилирует , вбирает в себя все самые новейшие идеи, изобретения, достижения естествознания. Это и понятно: энергетика связана буквально со всем, и все тянутся к энергетике, зависят от нее. Энергохимия, водородная энергетика, космические электростанции, энергия, запечатанная в антивеществе, кварках, «черных дырах», вакууме , – это всего лишь наиболее яркие вехи, штрихи, отдельные черточки того сценария, который пишется на наших глазах и который можно назвать завтрашним днем энергетики.

Список использованной литературы

1. Алексеев. Учебные пособия для 9, 10–11 классов. – СПб.: СМИО ПРЕСС, 1999.

2. Биологический энциклопедический словарь. – М.: Сов. энциклопедия, 1986.

3. Биология, в 3 т., Грин Н, Стаут У., Тейлор Д., М. 1996

4. Быков словарь. –Алма-Ата: Наука, 1988.

5. Вронский экология. Учебное пособие. – Ростов-на-Дону: Феникс, 1996.

6. Вронский. Словарь-справочник. – М.: Зевс, 1997.

7. Дедю энциклопедический словарь. – Кишинев, 1989.

8. , Сидорин. Учебник для 9-го класса общеобразовательных учебных заведений. – М.: Дрофа, 1995.

9. Наука об окружающей среде, в 2 т. Небел Б., М. 1993

10. Одум Ю. Экология. Тт. 1–2. – М.: Мир, 1986.

11. Реймерс. Словарь-справочник. – М.: Мысль, 1990.

12. Современная западная философия, словарь, М. 1991

13. Тогда придёт электронный джентльмен, Чирков Ю., М. 1990

14. Фарб П. Популярная экология. – М.: Мир, 1971.

15. Философский словарь, М. 1991

16. , Былова. – М.: Просвещение, 1988.

Энергия - всеобъемлющее понятие, поскольку она присутствует повсюду. При упоминании этого слова обычному человеку, скорее всего, придет на ум электроэнергия, используемая повсеместно для освещения помещений, работы бытовой и компьютерной техники. Между тем, в науке рассматриваются разные формы .

Инструкция

Энергия в науке - это физическая величина, мера разных форм движения и взаимодействия форм материй, их перехода из одних форм в другие. В зависимости от формы движения материи различают такие формы энергии, как механическая, электромагнитная, химическая, внутренняя, ядерная и т.д. Но это деление во многом условно. В физике использование понятия энергии считается целесообразным тогда, когда величина сохраняется при движении, т.е. рассматриваемая система должна быть однородной во времени.

Тепловая энергия представляет собой энергию хаотического движения молекул. В другие виды энергии она превращается с потерями. Электромагнитная - энергия, заключенная в магнитном поле (ее также в зависимости от ситуации делят на электрическую и магнитную). Под гравитационной понимается потенциальная энергия системы частиц (или тел), тяготеющих друг к другу. Ядерная (или атомная) энергия содержится в атомных ядрах и выделяется при ядерных реакциях. Эта энергия применяется в атомных электрических станциях для получения тепла (которое используется для обеспечения отопления и электроэнергии), а также в разрушительном ядерном оружии и водородных бомбах. В термодинамике (раздел физики) существует понятие внутренней энергии - суммы энергий тепловых движений молекулы и молекулярных взаимодействий. Это далеко не весь список форм энергии.

С понятием энергии связана теория относительности Эйнштейна, согласно которой есть связь между энергией и массой. Она выражена в формуле E = mc2: энергия системы (E) равна ее массе (m), умноженной на скорость света в квадрате (c2). Под массой принято понимать массу тела в состоянии покоя, а под энергией - внутреннюю энергию системы.

Существует закон сохранения энергии. Он заключается в том, что энергия не происходит ниоткуда и не исчезает в никуда. Она лишь переходит из одной формы в другую.

Все интересное

Джоуль – одна из единиц измерения, входящая в Международную систему единиц. В джоулях измеряется не одна физическая величина, а целых три – энергия, работа и количество теплоты. Введение новой единицы измерения, получившей наименование джоуль,…

Механическая энергия является суммой энергии в системе или любой группе объектов, которые взаимодействуют на основе механических принципов. Это включает в себя как кинетический, так и потенциальный вид энергии. Гравитация, как правило, является…

Законы сохранения в механике формулируются для замкнутых систем, которые еще часто называют изолированными. В них на тела не действуют внешние силы, другими словами, отсутствует взаимодействие со средой. Закон сохранения импульсаИмпульсом называют…

Внутренняя энергия тела – это часть полной его энергии, обусловленная лишь внутренними процессами и взаимодействиями между частицами вещества. Она складывается из потенциальной и кинетической энергии частиц. Внутренняя энергия телаВнутренняя…

Полная механическая энергия тела – это сумма потенциальной и кинетической энергий, которые свойственны любому физическому телу в каждый момент времени. Их соотношение может изменяться, но сумма двух этих видов энергии всегда остается постоянной. …

Кинетическая и потенциальная энергии являются характеристиками взаимодействия и движения тел, а также их способности совершать изменения во внешней среде. Кинетическая энергия может определяться для одного тела относительно другого, в то время как…

Ученые, мистики, просто думающие люди полагают, что все в мире – это энергия. Атомы, молекулы – все движется, меняется, преобразуется, становится другим и возвращается к первоначальному состоянию. И все это благодаря тому потенциалу, что заложен в…

Кинетическая энергия - основа всего движения в природе. С кинетической энергией летят пули, бегут спортсмены и движутся планеты. Чем же этот тип энергии отличается от остальных и как изменяется? Инструкция 1Кинетической энергией обладают…

Энергия – физическое понятие, сопровождающее любое движение или деятельность. Этот параметр в условно замкнутой системе является неизменной величиной независимо от происходящих в ней взаимодействий между телами. Инструкция 1Любое движение или…

Чтобы определить полную энергию движения физического тела или взаимодействия элементов механической системы, нужно сложить величины кинетической и потенциальной энергии. Согласно закону сохранения эта сумма не изменяется. Инструкция 1Энергия –…

В одном и том же теле энергия может храниться одновременно в нескольких формах. Форма всех его энергий, выраженных во всех формах, называется полной энергией. Некоторые процессы протекают таким образом, что в их ходе полная энергия тела почти не…

В любом веществе содержится некоторое количество тепла. Это тепло называют энтальпией. Энтальпия есть величина, характеризующая энергию системы. В физике и химии она показывает теплоту реакции. Она является альтернативой внутренней энергии, и эту…