В. А. Кириллин
Энергетика сегодня и завтра
Москва
Педагогика, 1983
Кириллин В. А.
Энергетика сегодня и завтра. — М.: Педагогика, 1983. —
(Библиотечка Детской энциклопедии «Ученые — школьнику»).
В книге известного советского ученого академика В. А. Кириллина в популярной форме рассказывается о масштабах и темпах развития энергетики XX в, об энергетических ресурсах нашей страны, транспортировке и аккумулировании электроэнергии Большое внимание уделяется энергетике будущего
Для школьников среднего и старшего возраста.
Энергетика сегодня. Немного истории.
Чем более развитым становится человеческое общество, тем все больше его потребность в энергии.
В очень далекие от нас времена человек начал применять топливо в основном растительного происхождения (дрова, камыш и т. п.) в целях получения тепла — для отопления, приготовления пищи и нагревания воды, обжига изделий из глины, позже для получения и обработки металла и т. д. Создание водяных и ветряных двигателей дало возможность ему повысить мощность для получения механической энергии. Крупнейшим событием было изобретение в середине XVIII в. паровой машины. Это позволило в больших по тому времени масштабах получать механическую энергию из тепловой энергии, образующейся в результате сжигания топлива. Вторая половина XVIII в.— время непрерывного совершенствования паровой машины и ее широкого использования. Переход от мануфактурного ручного производства к машинному, известный под названием промышленного переворота, произошел с помощью паровой машины. Она находила все большее применение как на фабриках, так и на транспорте. К концу XIX в. мощность всех паровых машин достигает 120 млн. лошадиных сил (88,2 млн. кВт).
Потребность в двигателях очень высокой мощности привела к созданию и использованию в XX в. паровых турбин. Во второй половине XIX в. начал применяться двигатель (поршневой) внутреннего сгорания, в котором сгорание топлива происходит внутри двигателя, в цилиндре. Этот двигатель благодаря небольшому весу и малым габаритам стал заменять паровую машину на транспорте. Поршневая паровая машина имела очень большое значение в развитии цивилизации.
Следующим большим шагом в развитии техники явилось открытие и широкое применение электричества. На протяжении нескольких веков постепенно открывались электрические явления и делались попытки их обобщения, создавалась общая теория электричества. К ним можно отнести электризацию тел при трении (начало XVII в.); электрические заряды, их взаимодействие (XVIII в.); явления атмосферного электричества (вторая половина XVIII в.); химические источники электричества, электрический ток (конец XVIII в.); установление взаимосвязи между электрическими и магнитными явлениями; электромагнитная индукция; электрическое и магнитное поля; электромагнитная природа света; элементарный электрический заряд — электрон (XIX в.).
Что же такое электричество? Общепринятого ответа нет. Мы приведем определение, данное известным советским ученым С. М. Рытовым: электричество — электрические заряды и связанные с ними электромагнитные поля. Здесь названы два основных понятия, из которых и складывается представление об электричестве: заряды и электромагнитное поле.
Электрические заряды могут быть микроскопическими и макроскопическими. Микроскопические (элементарные) заряды присущи элементарным частицам материи, в частности отрицательный элементарный заряд — электрону, положительный — протону. Заметим, что само название «электрон» было дано в 1891 г. английским ученым Д. Стони именно элементарному электрическому заряду.
Теперь, как известно, это название носит отрицательно заряженная элементарная частица. Макроскопические заряды могут носить такие тела, размеры, массы и другие характеристики которых можно непосредственно измерить, т. е. тела, состоящие из огромного числа элементарных частиц, принадлежащие, как говорят в физике, к макромиру.
Открытие электрических зарядов, развитие электрического эксперимента, появление в дальнейшем химических источников тока (гальванических элементов) привели к возникновению понятий электрического потенциала и электрического тока — длительного движения электрических зарядов по проводникам.
Физическое поле, одним из видов которого является электромагнитное поле, представляет собой одно из фундаментальных понятий современного естествознания. Физическое поле есть не что иное, как особая форма существования материи. К такому выводу пришла наука после долгих дискуссий, длившихся на протяжении более трех столетий, со времен Р. Декарта и И. Ньютона.
Электромагнитное поле, основные представления о котором были созданы в XIX в. М. Фарадеем и Д. Максвеллом (хотя они оба предполагали существование мирового эфира), по современным взглядам, обладает, как и отдельные частицы и механические системы, энергией, количеством движения (импульсом), моментом количества движения. Поле может обмениваться с частицами и макроскопическими телами энергией, количеством движения и моментом количества движения. В этом случае законы сохранения этих величин действуют для всей замкнутой системы, состоящей из поля, частиц и макроскопических тел.
Электромагнитное поле может с конечной скоростью распространяться в пространстве. Это явление именуется электромагнитными волнами. Как известно, свет представляет собой не что иное, как электромагнитные волны длиной 0,1—1 мкм.
Начало широкого применения электричества в технике можно, пожалуй, отнести к середине XIX в. После открытия электромагнитной индукции начали создаваться электродвигатели и генераторы тока, основанные на превращении механической энергии в электрическую, а также усовершенствованная телеграфная аппаратура, осветительные приборы, аппаратура для электролиза и многое другое.
