Усилия в направлении получения большей энергии из угля — Электрическая передача — Газовый двигатель (двигатель внутреннего сгорания) — Низкотемпературный угольный аккумулятор Я помню. что в свое время считал выработку электричества путем сжигания угля в батарее (аккумуляторе) величайшим достижением на пути продвижения цивилизации вперед, и я удивлен тем, насколько длительное изучение этих вопросов изменило мои взгляды. Теперь мне кажется, что сжигание угля, пусть даже и эффективное, в батарее — это временная фаза в эволюции в направлении чего-то более совершенного. Ведь производя электричество таким способом, мы уничтожаем сырье, а это процесс варварский. Нам следует научиться получать необходимую нам энергию без расходования материала. Но я далек от того, чтобы недооценивать значение такого эффективного метода сжигания топлива. В настоящее время максимум энергии получается из угля, и, либо напрямую, либо через его продукты, он значительно увеличивает человеческую энергию. К сожалению, во всех применяемых ныне процессах большая доля энергии угля бесполезно рассеивается. Самые лучшие паровые двигатели используют только малую часть суммарной энергии. Даже в газовых двигателях, в которых (особенно в последних) достигаются лучшие результаты, все же продолжается варварское расходование материала. В наших системах электрического освещения мы едва ли используем одну треть от одного процента, а при освещении газом — и того меньшую часть суммарной энергии угля. Взвешивая разнообразные использования угля по всему миру, мы приходим к выводу, что мы используем не. более двух процентов его энергии, имеющейся теоретически в наличии. Человек, который остановит это бессмысленное расточительство, станет великим благодетелем человечества, хотя решение, которое он предложит, не может быть долговременным, поскольку оно в конечном счете приведет к истощению запасов материала. Усилия, направленные на получение большей энергии из угля, делаются сейчас в основном в двух направлениях: путем производства электричества и путем получения газа для энергетических целей. По двум этим направлениям уже достигнут заметный успех. Создание системы передачи электроэнергии переменным током открыло эру экономии энергии, получаемой человеком из угля. Очевидно, что вся электроэнергия, получаемая с водопада, сохраняющая так много топлива, — это чистый выигрыш для человечества. Выигрыш этот еще более эффективен тем, что он обеспечивается за счет малого расходования человеческих усилий и поскольку этот самый совершенный из всех известных методов получения энергии от солнца во многих отношениях содействует развитию цивилизации. Но электричество дает нам возможность получить из угля значительно больше энергии, чем это осуществлялось старыми способами. Вместо того чтобы перевозить уголь в отдаленные места потребления, мы сжигаем его рядом с шахтой, развиваем электричество в динамо-машинах и передаем ток в отдаленные места, таким образом добиваясь значительной экономии. Вместо того чтобы приводить в движение машинное оборудование на фабрике старым, неэкономным способом при помощи ремней и трансмиссионной передачи, мы вырабатываем электричество с помощью энергии пара и приводим в движение электрические двигатели. Таким способом нередко можно получить в два или три раза более эффективную движущую силу, наряду с другими, не менее важными преимуществами. В этой сфере деятельности, как и при передаче энергии на большие расстояния, именно система переменного тока с ее простым оборудованием способствует осуществлению промышленной революции. Но не везде чувствуется этот прогресс. Например, пароходы и поезда приводятся в движение непосредственным применением силы пара для вращения валов и осей. Значительно, больший процент тепловой энергии топлива мог бы быть превращен в движущую силу, если использовать вместо привычных судовых двигателей динамо-машины, приводимые в движение специально сконструированными паровыми и газовыми двигателями под высоким давлением и используя электричество, вырабатываемое для поступательного движения вперед. Трудно понять, почему такой простой и очевидный факт не получает должного внимания у инженеров. В океанских судах такое усовершенствование было бы особенно желательно, поскольку было бы покончено с шумом, и можно было бы повысить скорость и грузоподъемность лайнеров. В настоящее время больше энергии получается из угля при помощи самого последнего, усовершенствованного газового двигателя, экономичность которого в среднем в два раза лучше, чем самого лучшего парового двигателя. Вводу в действие газового двигателя во многом помогла важность самой газовой промышленности. С возрастанием использования электрического света все больше и больше газа используется для энергетических целей. Во многих случаях газ вырабатывается близко от угольной шахты и переправляется в удаленные места потребления, при этом достигается значительная экономия как в стоимости транспортировки, так и в использовании энергии топлива. При существующем положении дел в механике и электрике наиболее рациональный способ извлечения энергии из угля — это вырабатывать газ близко от зон скопления угля и использовать его либо на месте, либо где-нибудь еще для выработки электричества для промышленного использования в динамо-машинах, приводимых в движение газовыми двигателями. Коммерческий успех такого завода во многом зависит от создания газовых двигателей огромной номинальной мощности, которое, судя по значительной активности в этой области, не за горами. Вместо непосредственного расходования угля из него должен вырабатываться газ, и он должен сжигаться для экономии энергии. Но все эти усовершенствования не могут быть более чем промежуточными ступенями на пути к чему-то более совершенному, поскольку в конце концов мы должны добиться успеха в получении электричества из угля более прямым способом, не вызывая огромных убытков его тепловой энергии. Можно ли уголь окислять холодным процессом, все еще остается вопросом. Его соединения с кислородом всегда выделяют тепло, и вопрос о том, может ли быть энергия от соединения углерода с другим элементом прямо превращена в электрическую энергию, вызывает бурные споры. При определенных условиях азотная кислота будет сжигать углерод, вырабатывая электрический ток, но раствор не остается холодным. Предлагались другие методы окисления угля, но они не являются эффективными. Я тоже потерпел полную неудачу, но, может быть, не совсем полную, поскольку я был одним из тех, кто «усовершенствовал» низкотемпературный угольный аккумулятор. Эту проблему под силу решить только химику. Она не для физика, который определяет все свои результаты заранее, так что, когда проводится эксперимент, он этот эксперимент) не может провалиться. Химия, хотя и позитивная наука, не допускает решения такими методами, которые годятся при рассмотрении многих физических проблем. Результат, скорее всего, будет получен через тщательное, терпеливое испытание, а не через дедукцию или расчет. Однако скоро наступят времена, когда химик сможет придерживаться четкого, заранее запланированного хода действий, и когда процесс нахождения желаемых результатов будет исключительно конструктивным. Низкотемпературный угольный аккумулятор даст огромный импульс развитию электричества; он очень скоро приведет к созданию настоящей летательной машины и ускорит знакомство с автомобилем. Но эти и другие задачи будут лучше решаться, и при этом более научным способом, при помощи аккумулятора, сберегающего свет. Энергия из окружающей среды — Ветряная мельница и двигатель, использующий солнечную энергию — Энергия земного тепла — Электричество из натуральных источников Помимо топлива, в изобилии имеется материал, из которого мы можем извлекать энергию. Например, огромное количество энергии заключено в известняке, и машины могут приводиться в движение за счет высвобождения угольной кислоты из серной кислоты или иным способом. Я однажды создал такой двигатель, и он работал удовлетворительно. Но какими, бы ни были источники первичной энергии в будущем, мы должны, чтобы быть разумными, получать ее (энергию] без затрат какого-либо материала. Я пришел к такому выводу очень давно. Добиться такого результата возможно двумя путями: либо обратиться к использованию солнечной энергии, накопленной в окружающей среде, либо переправлять солнечную энергию в отдаленные места из какого-то определенного места, где эта энергия доступна без затрат материала. В то время я сразу же отверг последний метод как совершенно невыполнимый и обратился к выяснению возможностей первого метода. Трудно поверить, но тем не менее это факт, что с незапамятных времен человек имеет в своем распоряжении сказочно хорошую машину, которая научила его использовать энергию окружающей среды. Этой машиной является ветряная мельница. В противовес широко распространенному мнению, мощность, получаемая от ветра, может быть очень значительной. Много лет своей жизни провел обманутый изобретатель, пытаясь «использовать приливы и отливы», а некоторые даже предлагали сжимать воздух силой прилива или силой волны для получения энергии, никогда не понимая знаков, которые подавала им старая ветряная мельница на холме, когда она печально махала им руками и старалась их остановить. Фактом является то, что волновой или приливный двигатель, как правило, имеют мало шансов соперничать с ветряной мельницей, которая является лучшей машиной по сравнению с упомянутыми двигателями и позволяет очень просто получать значительно большее количество энергии. В старые времена сила ветра имела бесценное значение для человека, поскольку ничто, кроме этого, не давало ему возможности переплыть море, и даже сейчас это очень важная движущая сила при перемещениях и транспортировке. Но существуют значительные ограничения в этом очень простом способе использования солнечной энергии. Оборудование большое, а энергия поступает скачкообразно, что неизбежно влечет за собой необходимость накопителя энергии и удорожание предприятия. Значительно лучшим способом получения энергии было бы воспользоваться солнечными лучами, которые непрерывно колотят по земле и дают нам энергию на максимальном уровне в более чем четыре миллиона лошадиных сил на квадратную милю. Хотя средняя энергия, приходящаяся на единицу площади, в любом месте в течение года составляет лишь небольшую долю от этого количества, все же можно было бы открыть неиссякаемый источник энергии, если придумать какой-нибудь эффективный метод использования энергии лучей. Единственным разумным способом, известным мне в то время, когда я начал изучать этот вопрос, было использование теплового или термодинамического двигателя, приводимого в движение летучей жидкостью, испаряемой в бойлере посредством тепла лучей. Но более тщательные исследования этого метода и расчеты показали, что вопреки очевидно огромному количеству энергии, получаемому из солнечных лучей, лишь малая доля этой энергии могла использоваться таким способом. Более того, энергия, получаемая за счет солнечной радиации, является периодичной, и поэтому существуют те же ограничения, которые имеют место при использовании ветряной мельницы. После долгого периода изучения этой проблемы, принимая во внимание необходимость наличия бойлера большого объема, низкую эффективность теплового двигателя, дополнительную цену хранения энергии и другие недостатки, я пришел к выводу, что «солнечный двигатель» не может успешно эксплуатироваться в промышленном масштабе. Другим способом получения энергии из окружающей среды без потребления какого-либо материала является использование тепла, держащегося в земле, воде или воздухе для приведения в движение двигателя. Хорошо известно, что внутренние части земли очень горячие; как показывают исследования, температура растет пропорционально приближению к центру со скоростью примерно 10 С на каждые сто футов глубины. Трудности погружения валов и размещения бойлеров на глубину, скажем, в двенадцать тысяч футов, что соответствует возрастанию температуры до 120°С, не являются непреодолимыми, и мы, конечно, можем воспользоваться возможностью таким образом получить внутреннее тепло земли. На самом деле нам не придется вообще опускаться ни на какую глубину, чтобы добыть энергию из накопленного землей тепла. Поверхностные слои земли и атмосферные слои, расположенные рядом, имеют температуру достаточно высокую, чтобы выпарить какие-нибудь очень летучие вещества, которые мы можем использовать в наших бойлерах вместо воды. Нет сомнения в том, что какое-нибудь судно в океане может передвигаться при помощи двигателя, приводимого в движение такой летучей жидкостью, при этом не будет использоваться никакая другая энергия, кроме тепла, извлеченного из воды. Но энергия, получаемая таким способом, без дальнейшего наращивания будет очень мала. Электричество, получаемое из естественных источников, — это еще один источник энергии, который можно сделать доступным. Разряды молний содержат огромное количество электрической энергии, которую мы могли бы использовать, преобразуя ее и накапливая. Несколько лет назад я объявил о методе электрического преобразования, который может помочь осуществить первую часть этого задания, но накопить энергию разрядов молний будет трудно. Кроме того, общеизвестно, что электрические токи непрерывно циркулируют через землю и что существует разность электрических потенциалов между землей и любым атмосферным слоем, причем эта разность потенциалов меняется в зависимости от высоты. В связи с этим в своих недавних экспериментах я обнаружил два новых, важных факта. Один из этих фактов заключается в том, что электрический ток вырабатывается в проводе, находящемся от земли на значительной высоте за счет осевого и, вероятно, поступательного движения земли. Однако никакой ощутимый ток не будет течь непрерывно по проводу, пока электричество не сможет просочиться в воздух (не будет обнаружено в воздухе). Его утечке в значительной степени способствует наличие на поднятом конце провода клеммы с очень большой поверхностью и с большим количеством острых наконечников. Таким образом, мы можем непрерывно получать электрическую энергию, просто поддерживая провод на высоте, но, к сожалению, количество электричества, получаемое этим способом, мало. Второй факт, который я установил, заключается в том, что верхние слои атмосферы постоянно обмениваются электричеством с землей. Так, по крайней мере, я истолковал свои наблюдения, из которых видно, что земля с ее расположенными рядом непроводящей и внешней проводящей оболочками представляет собой сильно заряженный электрический конденсатор, содержащий, по всей вероятности, огромное количество электрической энергии, которую можно направить на пользу человека, если было бы возможно добраться с проводом до значительных высот. Вероятно, а может быть, и возможно, что со временем обнаружатся другие источники энергии, о которых мы пока еще ничего не знаем. Мы даже, может быть, найдем способы использовать силы, такие как магнетизм и гравитация, для приведения в движение механизмов без применения других средств. Такие замыслы, хотя и весьма неправдоподобные, не являются невозможными. Следующий пример лучше всего проиллюстрирует, что мы можем надеяться достичь и чего мы никогда не достигнем. Представьте себе диск, сделанный из какого-то однородного материала, точно пригнанный и смонтированный для вращения в свободных от трения подшипниках на горизонтальном валу над землей. Этот диск, будучи совершенно уравновешенным, будет находиться в состоянии покоя в любом положении. Теперь возможно, что мы узнаем, как заставить такой диск постоянно вращаться и выполнять работу силы гравитации без каких-либо дальнейших усилий с нашей стороны; но совершенно невозможно, чтобы диск вращался и выполнял работу без какой-либо силы извне. Если бы диск мог так работать, это было бы то, что ученые называют «perpetuum mobile», т.е. машина, создающая свою собственную движущую силу. Чтобы заставить диск вращаться под действием гравитации, нам нужно изобрести экран против(?) этой силы. При помощи такого экрана мы не дали бы этой силе действовать на одной половине диска, и тогда последовало бы вращение последнего. По крайней мере, мы не можем отрицать такую возможность, пока мы точно не узнаем природу силы гравитации. Представьте, что эта сила в результате перемещения (движения) была бы сравнима с силой потока воздуха, проходящего сверху по направлению к центру земли. Влияние такого потока на обе половинки диска было бы одинаковым, и последний не вращался бы обычным способом; но если одна половинка защищена пластиной, тормозящей движение, тогда диск будет вращаться.. | |
| Просмотров: 2705 | | |