Сучасні технології і виробництво
Грецьке слово "енергеа" означає "діяльність". Фізики називали спочатку енергією здатність різних предметів здійснювати роботу. Говорили, наприклад, про потенційної енергії піднятого вгору молота: падаючи на ковадло, молот плющить метал - енергія перетворюється в роботу. Чим вище піднято молот, ніж він важче, тим більше його потенційна енергія і тим більше буде робота.
Але після того як була всім нащадкам доведено, що рух матерії перетворюється з одного виду в інший (рух падаючого молота перетворюється, наприклад, в тепло: нагріваються і розплющений шматок металу, і сам молот), енергією стали називати загальну міру різних форм руху матерії: і великих тіл, і атомів, і електромагнітних хвиль, і всякого роду фізичних полів. Стало можливо вимірювати різні за зовнішніми ознаками руху одним загальним "масштабом" .- Вчені знайшли точні співвідношення, за яким одні види руху (види енергії, як кажуть для зручності) переходять в інші. Так був сформульований закон збереження і перетворення енергії (див. Т. 3 ДЕ, ст. "Механіка").
Відповідно різноманіттю форм руху матерії існують різні види енергії: механічна (енергія механічного руху), теплова (енергія хаотичного руху великої кількості частинок - молекул, атомів і іонів), електромагнітна (енергія електромагнітного поля), ядерна, або атомна (енергія, пов'язана з взаємодією ядерних частинок), гравітаційна (енергія гравітаційного поля - поля тяжіння) і ін. і подібно до того як з 7 нот утворюється все різноманіття музики, так з різних форм енергії утворюється все велике разноо разіе процесів, що вирують у Всесвіті.
Однак, щоб існуюча у Всесвіті енергія стала корисною людині, стала його помічником в роботі, він повинен був навчитися "приручати" її: перетворювати один вид енергії в інший, передавати на далекі відстані і використовувати. Ця галузь людської діяльності називається енергетикою. Оволодіти енергією можна тільки за допомогою будь-яких пристроїв і машин. Тому вся історія технічного прогресу - це історія винаходу і створення цих пристроїв і машину
Поступово людина зуміла опанувати енергією вітру, водяного потоку, органічного палива: дров, вугілля, нафти, природного газу. Він починає освоювати ядерну енергію, енергію Сонця і внутрішнього тепла Землі. Він навчився користуватися енергією гравітаційного поля Землі, а останнім часом починає використовувати для польоту космічних станцій поля тяжіння Місяця, планет Сонячної системи і самого Сонця.
Але, мабуть, найголовніше досягнення людини - і найважливіша частина енергетики - освоєння електричного струму. Цей вид енергії має надзвичайно важливою властивістю: його відносно легко отримувати з інших видів енергії, передавати на далекі відстані, дробити на більш дрібні "порції", ці "порції" складати або перетворювати в інші різновиди енергії: механічну, теплову, світлову і ін. електроенергія допомогла людині опанувати іншими видами енергії, наприклад ядерної. Ось чому, розповідаючи про джерела енергії та їх використання, ми неминуче будемо приходити до розповіді про те, як з їх-допомогою добувати електрику.
Однак перш за все доведеться згадати ще про одне, найбільш стародавній джерелі енергії: про м'язи самої людини і м'язах тварин, яких він приручив і примусив працювати на себе.
Тисячоліттями м'язи людини були тим єдиним "двигуном", на який він міг розраховувати. Лише в бронзовому столітті, т. Е. Приблизно з кінця IV тисячоліття до н. е. людина почала приручати тварин і використовувати їх в домашньому господарстві. До XVII ст. м'язова сила людей і тварин залишалася основним двигуном.
Тварини працювали на оранці, молотити, їх запрягали у вози, змушували носити в'юки з вантажем, вони приводили в рух водопідіймальні колеса і млинові жорна. Коні дуже широко використовувалися в сільському господарстві навіть в першій половині нашого століття! Та й зараз кінь часом буває незамінна: адже вона здатна пройти там, де не пройде ніякий автомобіль, ніякої трактор.
М'язова сила людини особливо широко використовувалася в гребному флоті. Легкі човники були відомі людям ще в кам'яному столітті, а в епоху перших рабовласницьких держав існували вже многовесельной кораблі.
На суші рабів змушували крутити величезні колеса - Топчак. Раби входили в них і йшли там по сходах, обертаючи своєю вагою топчак, зовсім так, як білка колесо. У Стародавньому Єгипті Топчак з'єднувалися з водопідйомними колесами, які доставляли воду з Нілу на поля. Топчак протрималися аж до кінця XIX ст. І зараз ще існують і гребні шлюпки, і ручні лебідки. Вони все ще потрібні, без них іноді не обійтися. А в якості аварійних джерел енергії використовують електрогенератори, які обертають ногами.
Вітер в упряжці
Вітрила.
Вітряні млини.
вітряні двигуни
Вітрильні суду були відомі вже в III тисячолітті до н. е. в Давньому Єгипті, Китаї, Фінікії. Великі вітрильники (крім навчальних судів) зникли тільки на початку XX ст. коли рушійною силою кораблів стали гребний гвинт і парова машина. Тепер під вітрилами ходять лише невеликі судна: спортивні, навчальні. Однак в останні роки починають висувати проекти вітрильників великого тоннажу з новими типами вітрил. Ці вітрила будуть ставити за допомогою автоматів, не витрачаючи ніяких зусиль. Нові вітрильники можуть виявитися досить вигідними судами на лініях, що з'єднують континенти і проходять в зоні пасатів, т. Е. Вітрів постійного напряму (вони дмуть в смузі, що відстоїть на 25-30 ° від екватора).
Вітряки використовували з незапам'ятних часів в Стародавньому Єгипті та Китаї. У пониззі Нілу до сих пір збереглися залишки кам'яних млинів II-I ст. до н. е. Це були так звані .барабанние млини. Колесо з широкими лопастями, паралельними осі, встановлювалося в ящику - барабані так, що половина колеса була в ньому, а половина виступала назовні. Вітер тиснув на лопаті і обертав колесо, а від нього жорно.
У VIII-IX ст. крильчасті млини з'явилися в Європі і на Русі. Млини мололи зерно, качали воду, а також приводили в рух верстати.
Приблизно за 3000 років до н. е. на Середземному морі з'явилися вітрила. На малюнку корабель XVI-XVII ст.
Сучасний вітряної двигун успадкував від млинів вітряне колесо.
Від млинів ведуть свій родовід і сучасні вітряні двигуни.
Дармова і невичерпна енергія вітру, що дме над територією нашої країни, оцінюється в 10 ТВт - це потужність 1300 таких гігантських електростанцій, як найбільша в світі Красноярська ГЕС!
Однак розподілена ця енергія дуже нерівномірно. Крім того, вона дуже непостійна навіть там, де її багато: раптовий штиль змінюється лютої бурею, та й звичайний вітер весь час змінює швидкість. Але незважаючи на це, від вітродвигунів ніхто не збирається відмовлятися.
Основна частина вітродвигуна - це пропелер, який називають ветроколесом. У швидкохідних двигунів в колесі менше 4 лопатей, у двигунів середньої швидкохідності - від 4 до 8, а вітродвигуни з числом лопатей більше 8 - тихохідні.
Колеса вітродвигунів встановлюють на високих вежах. Позаду колеса на довгій штанзі прикріплюють хвостову пластину - флюгер, який встановлює колесо проти вітру. Цій же меті служить також і невеликий вітрячок - віндроза. Як тільки вітер змінює напрямок, віндроза починає обертатися і через шестерну передачу повертає ветроколесо до тих пір, поки воно не стане перпендикулярно до вітру. Тоді віндроза сама собою зупиняється.
Частота обертання вітроколеса залежить не від діаметра колеса, а від числа лопатей і від швидкості вітру; коли швидкість вітру зростає всього в 2 рази, частота обертання збільшується в 8 разів.
Потужність вітродвигуна залежить від розмірів колеса. Наприклад, радянський двигун Д-18 з колесом діаметром 18 м при швидкості вітру 8 м / с розвиває потужність 27 кВт, а потужність двигуна Д-30 (з колесом діаметром 30 м) при тій же швидкості вітру становить 77 кВт.
Найчастіше вітродвигун з'єднують з електрогенератором - створюють спеціальні станції. Першу таку електростанцію в СРСР спорудили в 1930 р в місті Курську за проектом винахідника А. Г. Уфімцева і професора В. П. Вєтчинкіна. Її потужність була всього 8 кВт. У 1931 р поблизу Севастополя побудували станцію потужністю 100 кВт, а в 50-х роках в Казахстані - станцію потужністю 400 кВт (12 вітроагрегатів, по 34 кВт кожний). Вітроелектростанції споруджені і в інших країнах.
Електрогенератор зазвичай ставлять відразу ж за колесом вітродвигуна, а іноді на землі і в цьому випадку роблять до нього механічну передачу за допомогою довгого валу. Останнім часом створені вітродвигуни з пневматичної передачею. Лопаті вітродвигуна порожнисті і з'єднані трубопроводом з повітряною турбіною, встановленої на землі. Коли ветроколесо обертається, повітря з лопатей з великою швидкістю викидається назовні, в трубопроводі створюється потужний потік повітря, що обертає турбіну, і вона обертає електрогенератор.
Щоб виробляти електроенергію в штиль або тоді, коли вітер слабкий, поруч з ветроелектроетанціей встановлюють дизельний енергоагрегат, а малопотужні станції постачають батареями електричних акумуляторів.
Існують вітродвигуни, призначені не для вироблення електроенергії, а, наприклад, для підйому води з колодязів. Такі вітродвигуни встановлені в Поволжі, а також Казахстані, Узбекистані та інших республіках, де вони працюють 250-300 днів на рік.
У світі зараз діє більше 600 тис. Різних вітроустановок. Найбільше (близько 250 тис.) Їх в Австралії, на овечих пасовищах, де з їх допомогою качають воду з колодязів.
В енергетиці нашої країни роль вітряків незначна: це лише допоміжні двигуни.