Для багатьох з нас, тотожність "Речовина = Енергія" не вимагає доказів. Тоді навіщо на це витрачати свій час? Але Ви не праві. Ми повинні розуміти, що людина, не дивлячись на всі його здатності, що не володар світу, а, поки, така ж комашка як все нас оточують і які населяють Землю. З тією лише різницею, що людина на крок вище свого оточення і ще має здатність досліджувати і вивчати навколишній світ, пов'язувати причини і слідства і робити далекосяжні висновки.
Мірило рівня цивілізації, є рівень оволодіння енергією речовини. Я хочу сказати шлях який можливо належить пройти людству в тисячі разів довше того який пройдено.
Зараз, в енергетичному балансі Землі, людство використовує малу частку енергії, в основному що отримується за рахунок окислення палива, коли носієм енергії від генераторів до споживачів (перетворювачів) є розігрітий теплоносій. А вже його енергія переробляється в електричну енергію. На кожному етапі відбуваються втрати енергії, які виражаються в коефіцієнті корисної дії (ККД). У кращому випадку до кінцевого споживача доходить менше 30%, а в гіршому трохи більше 3% - витягнутої енергії.
Звичайно існує і ядерна енергетика, де не енергія окислення, а енергія атомного ядра (що виділяється при його розподілі) перетворюється в теплову з її подальшим перетворенням в електричну.
Ви звернули увагу - поки ми не вміємо отримувати в необхідних кількостях енергію без нагріву рідкого теплоносія. Хоча на кожному проміжному етапі передачі енергії відбуваються її втрати.
Найменші втрати має пряме перетворення енергії в електричну. Але такі енергетичні установки поки знаходяться в стадії експериментів.
Що є джерелом енергії зараз?
Зараз ми здебільшого спалюємо вуглеводні.
Будь то спалювання нафти, вугілля, газу або банальних дров.
Теплова енергія виділяється в процесі окислення вуглецю (С) киснем повітря (О2). ККД цього процесу (частка використання енергії) до 40%.
Паливні елементи, які безпосередньо перетворюють хімічну енергію палива а електричну енергію, має ККД до 70%.
Джерела енергії, де енергія ядерного розпаду (в ядерному реакторі) нагріває воду або інший теплоносій і вже за допомогою отриманої перегрітої рідини або пари, турбіни і генератора перетворюється в електричну енергію, причому ККД парогазового циклу близько 60%.
Використовуваний в енергетиці вуглець може бути в складі різних речовин. Це і різні газові суміші і гази. вугілля, рідкі вуглеводні, дрова і навіть торф, який ми встигли призабути.
Кількість енергії яку можна отримати при спалювання палива визначається його питомою теплотою згоряння.
В першому приближенні:
Де: Q - отримана від спалювання, m - маса спаленого палива, q уд - питома теплота згоряння при відомій температурі горіння.
Цю енергію можна отримати незалежно від способу її отримання, від спалювання в топці печі або котла до двигуна внутрішнього згоряння.
Результуюча енергія такої установки, буде нижче, з урахуванням ККД.
Зверніть увагу на порядок величини енергії одержуваної при спалюванні органічного палива!
Уран, це паливо ядерного реактора, для якого відомі:
- енергія отримується то за такими операціями розподіляється ядер в реакторі,
- енергія виділяється при його згорянні (окисленні киснем повітря).
U (Уран)
горіння (окислення) в повітрі
Порівняння значень наведених в таб. 2 наочно бачимо суттєву різницю, сім порядків. Такою сумою раз енергія ділення ядра більше хімічної енергії. Це показує, що використання того що у нас під руками - містять вуглеводні палива, це другий рівень у розвитку цивілізації, якщо вважати першим - просте використання вогню.
Кожен попередній етап розвитку суспільства і його енергетичних можливостей дозволяє накопичити знання і ресурси для наступного кроку.
Але використання енергії розщеплення ядра це ще не наступний крок, а тільки замах до використання енергетичних можливостей укладених в ядрі.
Енергія укладена в речовині.
В ядрі полягає величезна енергія, яка багаторазово вище енергії ділення ядра.
Спробуємо порівняти енергію яка зараз навколо нас і принципово можлива до її використання в далекому майбутньому. Це цікаво і важливо тим, що дозволяє оцінити порядок енергетичних можливостей нашої та інших цивілізацій. Що в свою чергу дозволяє оцінити енергетичні можливості підкорення простору-часу.
Ось ця таблиця:
енергія виділяється
при окисленні
У першому рядку таблиці 3, для порівняння, показана енергетичний вихід при спалюванні вуглецю і енергія яку потенційно можна отримати від ділення ядра вуглецю (якби це було можливо) і енергія міститься в ядрі вуглецю. Останнє значення в рядку це кількість енергії, яку можна потенційно отримати з вуглецю при розбиранні його на елементарні частинки, або іншими словами міститься в ядрі вуглецю.
Щодо наступного рядка таблиці можна говорити з більшою визначеністю.
Хімічне окислення (згоряння) 1 кг урану виділяє енергію 5 * 10 6 Дж, в ядерній реакції поділу ядра урану при розподілі 1 кг виділяється (2,3 * 10 7 кВт · год) 8,28 * 10 13 Дж, а остання не перевищує 0, 0083% від енергії міститься в ядрі атома урану.
- 1 кг урану, що ділиться в ядерному реакторі, досить для опалення та харчування електроенергією Російського міста з понад 70 тис. Населенням протягом року,
- загальна енергія укладена в 1 кг урану більше в 10 5 разів.
Кількість енергії в атомному ядрі.
Як відомо, Світ - динамічний.
Це означає, що в навколишньому світі немає нерухомих (статичних) тел.
Це відноситься до космічних тіл і тіл поменше - молекулам, атомам і їх елементів (електрони, нуклони), і так далі.
Виходячи з цього стає зрозумілішою формула, відома нам з описує енергію покоїться тіла:
Фізика каже - це енергія укладена в спочиваючому тілі, це енергія укладена в масі m або внутрішня енергія в масі m.
Виходячи з наведеної вище формули, можна сказати, що маса речовини є мірило енергії.
Висновок.
Весь розвиток будь-якої цивілізації прямо пов'язане з її володінням енергією.
Енергія для людини це не тільки можливість приготувати їжу, енергія це здатність пересуватися в просторі, існувати в середовищі де без неї існування людини неможливо.
Енергія, в кінці кінців це можливість пізнавати речовина, час і простір.
За рівнем володіння енергією цивілізації можна розподілити за рівнями:
Перший - володіння енергією вогню.
Другий - володіння енергією одержуваної від хімічної реакції окислення.
Третій - володіння енергією розщеплення і синтезу ядра природних матеріалів, що розщеплюються.
Четвертий - володіння енергією керованого розщеплення ядра будь-якої речовини.
П'ятий - володіння енергією укладеної в елементарних частинках.
Запаси енергії в речовині величезні.
Але для її вилучення та застосування необхідно не тільки оволодіння достатнім рівнем знання, необхідний і достатній для запуску більш ефективного процесу енергетичний ресурс. Подібно до того як для того щоб запалити багаття необхідна сірник, для того щоб запустити ядерний реактор необхідно затратити початкову енергію для отримання збагаченого урану і запустити обладнання щоб забезпечити роботу реактора.
Тому в розвитку науки і енергетики неможливий будь-якої стрибок через кілька щаблів, не пройшовши свій шлях не можна рухатися далі.
Але дорогу здолає той, хто йде, головне щоб у нього вистачило розуму не обірвати свій рух далі.
З викладеного бачимо:
- людство поки стоїть на початку свого шляху оволодіння енергією - знанням.
- енергетичні можливості цивілізацій потенційно величезні, і обмежені лише рівнем їх розвитку.