Превращение энергии и использование машин

Уже более двухсот лет человек широко использует всевозможные машины и механизмы. Они приводят­ся в движение двигателями, ко­торые, в свою очередь, получа­ют энергию от какого-либо источ­ника.

С точки зрения механики исполь­зование машин сводится к тому, что с их помощью какие-то силы совер­шают механическую работу.

Но совершать работу можно только за счет какой-то энергии при ее превращениях.

В наше время главные виды энергии, за счет которых совер­шается работа,— это энергия, осво­бождающаяся при сгорании топлива (угля, нефти, газа), энергия падаю­щей воды и так называемая ядерная энергия. Но ни один из этих видов энергии не подается непосредственно к машинам.

На пути к машинам, в которых совершается работа, энергия пре­терпевает превращения из одной формы в другую. Так, например, потенциальная энергия взаимодей­ствия частиц горючего и кислорода сначала преобразуется во внутрен­нюю энергию частиц, образующихся при сгорании. Эта энергия передает­ся водяному пару и через него паровой турбине, приводящей в движение электрический генератор. В нем механическая энергия вра­щения преобразуется в энергию электрического тока. Затем энергия передается по проводам к электри­ческим двигателям, установленным на бесчисленных станках и других устройствах. В них электрическая энергия снова преобразуется в механическую и с помощью различ­ных передаточных механизмов, на­пример рычагов, винтов, блоков, подается к станкам и другим машинам.

Мы привели здесь некоторые превращения, которые испытывает энергия «по дороге» от тепловой электростанции к машине. К этому следует добавить, что само топливо появилось на Земле в результате сложной цепи превращения энергии, цепи, начало которой — энергия, из­лучаемая Солнцем — источником жизни на нашей планете.

Для нас здесь важно то, что все эти превращения подчиняются уже известному нам закону сохра­нения энергии. Из него следует, что при любых превращениях нельзя получить энергии одного вида боль­ше, чем затрачено другого вида. Точно так же ни в одном двигателе нельзя получить больше механиче­ской работы, чем затрачено энергии. Наоборот, в реальных двигателях часть энергии неизбежно теряется из-за сил трения. Теряется в том смысле, что часть энергии из-за отрицательной работы сил трения преобразуется во внутреннюю энер­гию, что приводит к нагреванию двигателя. Трение существует и в машине, так что и в ней некоторая часть энергии «теряется».

О «вечных двигателях».

До того, как был открыт закон сохранения энергии, в течение столетий упорно делались попытки создать такую машину, которая позволила бы со­вершать больше работы, чем тра­тится энергии. Она даже заранее получила название «вечный двига­тель» (perpetuum mobile). Но такая машина никогда не была создана, и создана она быть не может.

На рисунке 145 показана схема одного из бесчисленных проектов «вечного двигателя». Машина со­стоит из двух колес (шкивов), помещенных в верхней и нижней частях башни, наполненной водой. Через шкивы переброшен бесконеч­ный канат с прикрепленными к нему легкими ящиками. Из рисунка видно, что в каждый момент времени часть ящиков погружена в воду, в то время как остальные нахо­дятся в воздухе. Автор проекта уверял, что правые на рисунке ящики, всплывая под действием архимедовой силы, заставят вра­щаться колеса. На смену всплы­вающим ящикам в воду будут входить другие, поддерживая «веч­ное» движение. Вращающиеся ко­леса могли бы приводить в движение, например, электрические генераторы, давая таким образом «бесплатную» энергию в неограниченном количе­стве, поскольку устройство действует «вечно».

В действительности такой дви­гатель работать не может. Ведь если одни ящики всплывают, то другие, наоборот, входят в воду. А эти входящие в воду ящики движутся против архимедовой силы. К тому же входят они в воду внизу, где на них действует сила давления всего столба воды, которая еще больше, чем архимедова сила.

Подобные ошибки легко найти в любом проекте «вечного двига­теля». Попытки создать такое устрой­ство обречены на неудачу. Закон сохранения энергии запрещает полу­чение работы большей, чем затра­ченная энергия.

Задача техники не в том, чтобы попытаться обойти закон сохранения энергии, а в том, чтобы уменьшать потери энергии в различных маши­нах, двигателях, генераторах.

Дата добавления: 2014-01-14