Джерела енергії - історія і сучасність

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ

РОСТОВСЬКІЙ ОБЛАСТІ

Державна освітня установа

СЕРЕДНЬОГО ОСВІТИ "Новочеркаська Механіко-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ КОЛЕДЖ ІМ. А.Д. ЦЮРУПИ"

РЕФЕРАТ

на тему:

ДЖЕРЕЛА ЕНЕРГІЇ - ІСТОРІЯ І СУЧАСНІСТЬ

виконав

Студент 1 курсу гр ЕМ-1-1

Метою цієї роботи є вивчення всіх джерел енергії, якими користувався людина протягом свого історичного розвитку - від Кам'яного віку до двадцятого.

З розвитком людської цивілізації удосконалювалися і джерела енергії, що застосовуються людиною. У Кам'яному столітті такими були вогонь і цибулю, а в ХХ столітті з'явилися атомний реактор, установки керованого термоядерного синтезу, магнітогідродинамічний генератор.

Створення нових джерел енергії (і вдосконалення старих) йшло складними шляхами. У Стародавньому світі це відбувалося або за рахунок старань небагатьох геніальних людей, або в результаті спостережень багатьох поколінь. В середні віки діяльність багатьох людей була спрямована по хибному шляху. Цим шляхом був пошук "perpetuummobile" - вічного руху, що свідчить про сильному занепаді науки. У той період людської історії, званий Новим часом, джерела енергії створювалися людьми, більш обізнаними в науці і техніці, ніж ті, хто будував "вічний" двигун і шукав "філософський камінь". У ХХ столітті роботу над новими джерелами енергії вели цілі науково-дослідні інститути і виробничі об'єднання.

Автор вважає, що його робота зможе переконати читачів у тому, що не тільки рівень розвитку людської цивілізації впливає на застосовувані нею джерела енергії, а й самі джерела енергії можуть змінити хід людської історії. У роботі ці джерела енергії будуть мною особливо відзначені.

Автор думає, що його робота зуміє зацікавити велику кількість людей і може бути використана в якості інформаційного посібника з обраної автором теми.

зміст

анотація

Вступ

1. Джерела енергії стародавнього світу

1.1 Вогонь і способи його добування

1.2 Застосування енергії волокон, дерева, сухожиль (цибуля, метальні машини античності)

1.3 Водяне колесо

1.4 Парова турбіна Герона - цікава іграшка Стародавнього світу

1.5 Енергія хімічних сполук (енергія пороху)

2. Від раннього середньовіччя до ХХ століття

2.1 "Perpetuummobile" - нездійсненна щогла середньовіччя

2.2 Від водяного колеса до гідротурбіни

2.3 Теплові двигуни

2.3.1 Теорія теплових двигунів

2.4 Парові двигуни

2.4.1 Модель Папена

2.4.2 Паровий насос Севері

2.4.3 Парова машина Ньюкомена

2.4.4 Парова машина Ползунова

2.4.5 Парова машина Уатта

2.4.6 Парова турбіна

2.5 Двигуни внутрішнього згоряння

2.5.1 Цикл Карно

2.5.2 "Ідеальний двигун" Рудольфа Дизеля

2.5.3 Газова турбіна

2.5.4 Реактивні двигуни

3. Електрика

3.1 Електрогенератор

3.2 Електродвигун

3.3 Хімічні джерела струму

3.4 Акумулятор

4. ХХ століття

4.1 Атомна енергія

4.2 Атомний реактор

4.3 Атомна зброя

4.4 Енергія термоядерного синтезу

4.4.1 Установки керованого термоядерного синтезу (КТС)

4.4.2 мюонів каталіз

4.4.3 термоядерної зброї

4.5 МГД - генератор

висновок

Список використаної літератури

Метою моєї роботи за обраною темою є вивчення всіх джерел енергії, які застосовувались в той чи інший період людської історії.

Основним завданням при проведенні роботи була переробка великого обсягу інформації, отриманих мною з різних джерел: науково-популярних статей, книг, енциклопедій (список використаних джерел інформації наведено в кінці роботи), і об'єднання цієї інформації в єдине ціле. Я вважаю, що це завдання було вирішено, і підсумком вирішення цього завдання є ця робота.

Я вважаю, що моя робота дуже актуальна в даний момент часу, коли добігають кінця паливні ресурси нашої планети. За допомогою моєї роботи можна проаналізувати, які енергоресурси використовувало людство на будь-якому етапі свого розвитку, і з цього зробити висновок, які джерела енергії є найбільш перспективними. Перспективністю зараз я вважаю не дешевизну самого джерела енергії (двигуна, генератора), а доступність і великі запаси палива для цього джерела енергії. Такими зараз є установки керованого термоядерного синтезу (КТС), водяні турбіни, багато так звані альтернативні джерела енергії. До них можна віднести і атомні реактори на швидких нейтронах. Хоча паливо для них виходить дорогим способом, проте ці реактори можуть самі виробляти паливо для своєї роботи.

Своє дослідження я побудував таким чином: я розподілив всі джерела енергії в хронологічному порядку, згрупувавши їх в три великих тимчасових періоди: Стародавній світ, від Середньовіччя до ХХ століття, ХХ століття. Такий поділ відображено в змісті моєї роботи. Після цього я склав опис кожного джерела енергії, додавши також значення цього джерела в історії людства, а для деяких (альтернативні джерела енергії, гідротурбіни, установки УТС і ін.) - і перспективи їх розвитку.

На цьому я закінчую це своєрідне передмову і приступаю до подання самої роботи.

Людство з самого своєї появи користується джерелами енергії. Спочатку вони були досить примітивними. Такими були, наприклад, вогонь або цибулю. Але з ходом розвитку людської цивілізації ускладнювалися і джерела енергії, які він використовував, а також відкривалися або винаходили нові джерела. І ось, в ХХ столітті, людина навчилася використовувати енергію атомного ядра і термоядерного синтезу, побудував МГД [1] - генератор.

Відкриття нових джерел енергії йшло складними шляхами. На початковому етапі розвитку человечеств відкриття чого - або нового відбувалося або завдяки щасливому випадку, або завдяки геніальному вченому (як, наприклад, Герон або Архімед), або це відкриття відбувалося протягом значного періоду часу (пошук способів добування вогню).

В середні віки, під час занепаду науки, відкриття відбувалися лише завдяки небагатьом дійсно освіченим людям (а не алхіміків і іншим псевдовчених), але через величезну влади християнської церкви їм, в кращому випадку, доводилося відмовлятися від своїх переконань, в гіршому - вони потрапляли на вогнище інквізиції. Такі "наукові вишукування", як пошук "perpetuummobile", свідчать про сильний занепад багатьох наук, про незнання основних законів природи.

У той період світової історії, званий Ренесансом, а також в більш пізній час (період Нової історії), багато людей впритул почали займатися наукою і технікою, в тому числі - будівництвом різних машин. З цього часу і почався пошук універсального двигуна, здатного замінити вже використовуються (водяне колесо). Цей пошук йшов з перемінним успіхом і вівся абсолютно різними людьми. Ці винахідники (як і їх винаходи) були різні; багато з них стали винахідниками завдяки великим ученим або через те, що їх просто зацікавила важлива і цікава проблема - споруда двигунів. Наприклад, винахідник парового котла і конструктор перших моделей двигуна внутрішнього згоряння і парової машини Дені Папен був свого часу лікарем, але захопився цією областю техніки лише завдяки зустрічам з Християном Гюйгенсом. Винахідник чотиритактного ДВС [2] Август Отто колись був конторщиком, прикажчиком, бухгалтером. Така нудна і безперспективне життя змусила його шукати новий шлях до успіху - і він зайнявся будівництвом нового двигуна.

З плином часу двигуни (і інші джерела енергії) перестали бути потворними, примітивними і, як часто бувало, непрацездатними конструкціями механіків-самоучок. У цій області техніки все сильніше і сильніше почала проявляти себе наука, і нові двигуни конструювалися на основі вже вивчених принципів і складних математичних розрахунків (дизель-мотор, парова турбіна).

У ХХ столітті ця область техніки (споруда двигунів та інших джерел енергії) перестала існувати окремо від науки. Стали мати місце такі випадки, коли між відкриттям нових властивостей будь-якого матеріалу і будівництвом джерела енергії, що використовує ці властивості, проходило дуже мало часу (наприклад: відкриття радіоактивності і споруда ядерного реактора).

Конструюванням нових джерел енергії тепер займалися не окремі видатні особистості, а цілі групи вчених, дослідні інститути, конструкторські бюро та виробничі об'єднання.

Саме вони створили такі складні і оригінальні конструкції, як ТОКАМАК, МГД - генератор, установки лазерного термоядерного синтезу, багато так звані альтернативні джерела енергії.

Ми живемо на порозі того часу, коли багато енергетичні ресурси (нафта, природний газ, кам'яне вугілля) будуть на грані вичерпання. Здавалося б, нас чекає "енергетичний голод". Але завдяки наполегливим працям учених скоро ми будемо забезпечені дешевою енергією на тисячі років вперед. Я говорю про будівництво перших промислових установок, які здійснюють керований термоядерний синтез, а слідом за ними - і будівництві ТЯЕС - термоядерних електростанцій. Паливо для цих установок знаходиться практично всюди, а на планеті запаси цього палива величезні. Пуск цих установок уже близький.

В очікуванні вищезгаданого пуску автор реферату пропонує Вам огляд і опис (конструкція, принцип дії) всіх (або майже всіх) джерел енергії, які коли-небудь були відкриті, побудовані і застосовані людиною. Огляд йде в хронологічному порядку, а джерела енергії згруповані за принципом їх належності до тієї чи іншої галузі фізики (термодинаміка, електрика, ядерна фізика). Окрему главу займають "вічні двигуни", які, хоча і не відносяться до обраної автором теми, згадані тут заради ознайомлення. У рефераті є глави, в яких вміщено описи машин, які, по суті, не виробляють енергію з чого-небудь, а тільки перетворять її. Такими машинами є електрогенератор і електродвигун. Вони поміщені в даний реферат тому, що без них неможливо уявити сучасну промисловість і побут людини. Ці конструкції зіграли в історії людини не менш важливу роль, ніж, свого часу, винахід Уатт парової машини, яка здійснила промисловий переворот, і створення досконалого ДВС.

Отже, огляд починається з вогню, яким користувалися наші далекі предки, і закінчується описом установок керованого термоядерного синтезу, якими будуть користуватися наші нащадки.

Люди рано відкрили корисні властивості вогню - його здатність висвітлювати і зігрівати, змінювати на краще рослинну і тваринну їжу. Невідомо, хто і коли зумів подолати тваринний страх перед вогнем і приніс його в своє житло.

Першим джерелом вогню для людини був "дикий вогонь", що виникав від удару блискавки або лави вулкана.

З того моменту, як людина навчилася користуватися вогнем, він став основою його господарства і постійним супутником. У стародавні часи вогонь був незамінним джерелом тепла, світла, засобом для приготування їжі, знаряддям полювання.

Однак і подальші завоювання культури і технології (кераміка, металургія, сталеваріння, теплові двигуни і т.п.) зобов'язані комплексному використанню вогню і вивчення його властивостей.

Довгі тисячоліття людина підтримував вогонь в своєму житлі, так як він ще не вмів його добувати.

Відкриття способів добування вогню сталося не відразу, а в ході спостережень багатьох поколінь. Можливо, що відкриття цих способів сталося, як це часто буває, випадково.

Однією з таких випадків була сверловка деревини. Старовинні люди користувався або кам'яними (кремінними) свердлами, або свердлами з більш твердих порід дерева. Під час цієї операції відбувалося нагрівання деревини і в сприятливих умовах могло статися займання. Звернувши на це увагу, люди стали широко користуватися тертям для добування вогню. Найпростіший спосіб полягав у тому, що бралися дві палички, в одній з яких робили лунку. Ця паличка поміщали на землю і притискали. Другу вставляли в лунку і починали швидко обертати, в той же час з силою давлячи на паличку. Процес цей був досить довгий і стомлюючий, тому людина намагалася його прискорити: використовував смолистую деревину, додавав в лунку легкозагорающіеся матеріали (суху траву), використовував цибулю для обертання.

Людина і зараз так чи інакше використовує тертя для добування вогню (сірники та ін).

Іншим способом було добування вогню за допомогою іскри. Можливо, людина придумав цей спосіб, коли, блукаючи в темряві, він випадково зачепився за камені, що лежать у нього під ногами, ті вдарилися, висікли іскру, а та потрапила в суху траву або листя. Цей спосіб вимагав від людини терпіння і успішності, так як іскру можна було або висікти відразу, або її могло не бути зовсім. Для більшої успішності цього способу людина також застосовував різні удосконалення: вибирав, узгоджуючи зі своїм досвідом, тільки певні камені, покривав їх сіркою.

Об'єднання цих двох способів знайшло застосування в крем'яних запальничках.

Давайте спробуємо визначити, яку енергію витрачав людина при добуванні вогню за допомогою тертя.

З другого закону Ньютона:

F _тр = k (mg + F),

де k - коефіцієнт тертя, F- сила, з якою тисне людина.

Нехай А = Q, тоді А = cm '(t _воспл. - t _0), де с - теплоємність дерева, m' - маса нагрівається частини.

У свою чергу, А = 3,14RNF _тр, де R- радіус обертається частини, N- число обертів.

Тоді 3,14RNk (mg + F) = cm '(t _воспл. - t _0). В даному рівнянні всі величини можуть бути визначені, крім N. Підставляючи відомі величини, можна визначити це число оборотів, і, хоча б приблизно, припустити, скільки часу доводилося витрачати людині при добуванні вогню цим способом.

Лук був одним з перших винаходів людини розумної. Ця зброя створено так давно, що не відома дата винаходу і ім'я винахідника. Можливо, ідея винаходу виникла при згинанні пружних гілок дерев, але слід зазначити, що цибуля не був винаходом однієї людини, а, швидше за все, був результатом спостережень декількох поколінь.

Лук дозволяв перетворити потенційну енергію тятиви в кінетичну енергію стріли таким чином, що стріла, випущена з лука, летіла набагато далі, ніж стріла, кинута рукою людини (взагалі, стріла з'явилася раніше лука і застосовувалася як метальна зброя).

Луку було знайдено й інше застосування. Є свідчення, що з його допомогою наводився примітивний свердлильний механізм стародавньої людини; є зображення давньоєгипетського токарного верстата, в якому обробляється деталь наводилася в обертання за допомогою лука.

Метальні якості цибулі залежали від властивостей тятиви і самого лука (пружності і міцності). Чим краще були вище ці властивості, тим краще був лук. У більш пізньому часу стали з'являтися так звані складні луки, які посилювалися різними накладками з кістки або рогу.

Метальних машин античності, які використовували силу пружності волокон, сухожиль і дерева, було створено досить багато, але жодне з них не збереглося в цілості й схоронності. Ці машини поділялися на два різновиди: для метання стріл "прямою наводкою", які виглядали як луки, забезпечені механізмами для натягування і спуску тятиви. До них ставилися всілякі конструкції станкових арбалетів та баллист (грец. "Балло" - кидаю). Другий різновидом були машини, метали снаряди по навісній траєкторії - катапульти і камнемёти.

Особливого розвитку метальні машини, а особливо станкові арбалети, досягли в Стародавньому Китаї. За допомогою цієї зброї китайці оборонялися від кочівників і зуміли стримати перший натиск монгольських завойовників. Саме з цієї зброї металися перші начинені порохом снаряди.

Є свідчення, що до створення перших в історії метальних машин доклав руку сам Архімед.

На малюнках представлена ​​залежність дальності і висоти польоту стріли від її маси, пружності тятиви і цибулі (опір повітря в цьому випадку мало і тому не враховується).

В історії людства водяні двигуни завжди грали особливу роль. Протягом багатьох століть водяні машини були головним джерелом енергії на виробництві. Потім розвиток теплових (а пізніше - електричних) двигунів сильно звузило сферу їх застосування. Однак всюди, де були дешеві гідроресурси (струмок з швидкою течією, водоспад або порожиста річка), водяний двигун міг виявитися кращим всіх інших, оскільки був дуже простий за своєю конструкцією, не вимагав палива і мав порівняно високий ККД. Після того як у першій половині XIX століття була винайдена водяна турбіна з дуже високим ККД, гідроенергетика пережила як би друге народження. З початком електрифікації по всьому світу розгорнулося будівництво ГЕС, на яких електрогенератори отримували свій привід від гідротурбін різних конструкцій. Про електрогенераторах і гідротурбінах розповідь буде трохи пізніше, а зараз буде розповідь про водяному колесі.

Перші водяні колеса з'явилися ще в давнину. За конструкцією вони ділилися на два основних види (див. Нижче): ніжнебойние (подлівние) і верхнебойние (наливні). Ніжнебойние водяні колеса були найбільш простим типом водяного двигуна. Вони не вимагали для себе будівництва складних гідротехнічних споруд, але в той же час мали найнижчий ККД, так як їх робота грунтувалася на досить невигідному принципі: підтікаюча під колесо вода вдаряла в лопатки, змушуючи їх обертатися. Робота верхнебойних коліс грунтувалася на використанні ваги падаючої води.

ККД верхнебойного водяного колеса досягав 75%, який був найвищим з усіх створених тоді двигунів. Цей своєрідний рекорд був побитий з появою гідротурбін різних конструкцій.

ККД среднебойного колеса дорівнював 65%, ніжнебойного - ще менше.

Незважаючи на відносно високий ККД, водяні колеса були малопотужними двигунами. Зазвичай їх потужність дорівнювала 5 - 6 к.с.. Для отримання великих потужностей будувалися колеса величезних розмірів, що було пов'язано з новими труднощами: така "махіна" була важка, громіздка, її було важко запустити.

Ніжнебойное і верхнебойное водяні колеса відрізнялися за властивостями: при рівній потужності Перша мала велику швидкість обертання, ніж друге.

З появою такої теплової машини, як машина Уатта, водяні двигуни стали забуватися. Друге відродження водяного двигуна, але вже в іншому вигляді, почалося з винаходом в 1750 році угорцем Сегнерово, який працював в Геттінгенському університеті зовсім нового типу водяного двигуна.

На малюнку зліва представлено верхнебойное водяне колесо, праворуч - ніжнебойное.

Винахід грецького механіка і вченого Герона Олександрійського (II століття до нашої ери). YOе робота заснована на принципі реактивного руху: пар з котла надходив по трубці в кулю, укріплений на горизонтальній осі; витікаючи потім з колінчасто-вигнутих трубок, пар штовхав ці трубки в зворотному напрямку, і куля починав обертатися.

На жаль, героновой парова турбіна в давнину залишалася тільки цікавою іграшкою, так як дешевизна праці рабів нікого не спонукала до практичного використання машин. Але сам принцип не був покинутий технікою: в наш час він застосовується в пристрої реактивних двигунів.

Вельми оригінальна знахідка геніального механіка!

"Одну частину вугілля, одну частину сірки і шість частин селітри дрібно потовкти й розвести лляним або лавровим маслом, потім покласти в трубу і запалити. Все летить зараз же в бажаному напрямку і все знищує своїм полум'ям ..." - так писав 1220 року візантійський автор Марк Грек в своєму трактаті "Книга вогнів для спалювання ворогів". З поширенням пороху в Європі пов'язано багато імен: це і вищезгаданий Марк Грек, і чернець Роджер Бекон, і чернець Бертольд Шварц. Але порох був винайдений, хоча ні, навіть не винайдений, а майже що випадково відкритий китайським алхіміком Сунь Симяо в VII століття н.е., про що було написано їм у трактаті "Данина цзин". Спочатку порох застосовувався в якості запального кошти, швидше за все з - за того, що виготовлений з неочищених компонентів порох не давав сильного вибухового ефекту. Але через деякий час стали застосовуватися розривні снаряди, звані китайцями "Вогняний яструб", "Чорний дракон" та інші. Секрет виготовлення пороху йшов до Європи по довгому ланцюжку: від китайців до монголам, потім до арабів, потім до візантійцям, а потім вже до європейців. Саме європейці навчилися використовувати порох належним чином: через появу пороху в Європі переворот стався не тільки у військовій справі, а й у влаштуванні європейського суспільства: феодальний лад був змінений буржуазним.

Що ж дозволяло пороху при горінні виділяти енергію, здатну метати кулі і ядра, ті, в свою чергу, могли пробивати лицарські лати і стіни замків? Для цього доведеться зробити невеличкий відступ і звернутися до хімії: реакція, яка відбувається при горінні пороху, описується приблизно наступним рівнянням:

2KNO ₃ + 3C + S = K ₂ S + 3CO ₂ + N _2,

де K ₂ S- твердий залишок горіння, а СО ₂ і N ₂ - гази. Як видно з рівняння, горіння відбувалося без використання кисню повітря, тому, одного разу почавшись, воно з незвичайною швидкістю починає поширюватися і всередині суміші, і по її поверхні. Утворені при горінні нагріті бистрорасшіряющіеся гази поширюються на всі боки змітають все на своєму шляху, тому реакція набувала вибуховий характер. Однак і при такому складі в гази зверталося тільки 40% всієї суміші, а решту становили тверді продукти горіння, осідають у вигляді кіптяви або диму.

Після поширення пороху в Європі він став виготовлятися в найвіддаленіших її куточках і застосовуватися у всіх арміях Європейських країн. Незважаючи на деякі недоліки в застосуванні пороху (дим і кіптява, а також дорожнеча калійної селітри), ця суміш протягом 6-ти століть була єдиною вибуховою речовиною, використовуваним людиною.

Для того, щоб речовина (або суміш) вважалася вибухової, воно повинно мати двома властивостями: воно повинно дуже швидко згоряти; при горінні має виділятися велику кількість газів, що мають високу температуру і тиск. Саме цими властивостями володів чорний порох.

З розвитком органічної хімії в XIX столітті з'являються нові речовини, які володіли цими властивостями.Але, як виявилося, вони були в багато разів могутніше пороху.

У 1846 році були винайдені два потужних вибухових речовини: мирний і побожний німецький бюргер Християн Шенбейн винайшов піроксилін (тринитроцеллюлоза), італієць з Турина Асканія Собреро створив нітрогліцерин (складний ефір гліцерину і азотної кислоти). Вперше за тисячу років людство отримало нові вибухові речовини. Але це було тільки початком шляху: і піроксилін, і нітрогліцерин були вельми примхливими і небезпечними продуктами. Варто було пройти ще довгий шлях, на якому були і жахливі пожежі і вибухи, і загибель людей (серед яких був і брат винахідника динаміту Еміль Нобель).

Деякі небезпечні вибухові речовини до того, як стало відомо про це їх властивості, використовувалися в абсолютно мирних цілях. Наприклад, тринітрофенол (потужніший за тротил!), Використовувався в якості жовтого барвника. Про його справжні властивості дізналися тоді, коли в Парижі вибухом цієї, здавалося б, нешкідливою "фарби" була повністю знищена текстильна фабрика.

Участь у винаході нових вибухових речовин, зокрема порохів, взяв участь і великий російський учений Д.І. Менделєєв. Він також запропонував кілька удосконалень в промисловому виробництві пороху, таких, як наприклад, зневоднення пороху етиловим спиртом замість сушінні. Але ... російське уряд вважав за краще закуповувати порох в Німеччині, а з початком Першої світової війни - в Америці, причому той же самий менделеевский порох, патент на який був проданий.

В цілому, значення пороху в історії людства вельми значно. Шкода тільки, що людина використовувала його найчастіше для знищення собі подібних, а не в мирних цілях (будівництво, видобуток корисних копалин і інші).

Створенням "вічних двигунів", тобто пристроїв, які могли б виробляти роботу тільки за рахунок себе, в темні часи Середньовіччя займалося не менше число людей, ніж число алхіміків, які шукали "філософський камінь".

Всі ці горе - винахідники, які шукали "perpetuum mobile" ділилися на дві категорії: фанатики - самоучки, витрачали всі свої кошти на створення все нових і нових, але непрацюючих моделей "вічного двигуна". Другою категорією були лжеізобретателі, які наживалися на тому, що простим людям був невідомий один з головних законів фізики - закон збереження енергії. Справи цих "винахідників" були більш успішні.

Про "вічних двигунах" знали багато великих людей, тобто робота над ними велася таємно від інших і не приймалася церквою як єресь. Згадки про такі мрійників є в творах Пушкіна (Бертольд з "Сцени з лицарських часів") та у М.Є. Салтикова-Щедріна ( "міщанин презентують" з повісті "Сучасна ідилія"). Найбільш був відомий такий "винахідник" (шахрай!), Як Орфіерус, двигун якого бажав придбати ласий до "хитрих махина" Петро I за суму в 100000 рублів - величезні на ті часи гроші. Але секрет "Колеса Орфіеруса" - так називався двигун - був розкритий, і виявилося, що він приводився в рух аж ніяк не вічними братом і служницею "винахідника". Сам він, викритий, не здавався до самої своєї смерті і твердив, що "весь світ наповнений злими людьми, яким вірити вельми неможливо".

За часів Петра I славився і інший "вічний двигун" - нікого Гертнера, про який писав Шумахер - посланник царя, що зв'язувався з Орфіерусом. Цілком мав рацію Шумахер, коли повідомляв Петру, що французькі та англійські вчені "ні в що шанують всі оні Перпетуї мобілес і кажуть, що оне проти принципу математичних".

На винахід Сегнерово звернули увагу вчені та інженери багатьох країн. Першим відгукнувся на новинку великий математик Ейлер, який присвятив дослідженню цього приладу кілька своїх робіт. Перш за все, він вказав на недоліки в конструкції Сегнерово, зазначивши при цьому, що при усуненні їх ідея нового двигуна отримає більш повне втілення.

У 1832 році французький інженер Фурнейрон, користуючись розрахунками Ейлера, побудував першу гідротурбіну, ще далеко недосконалу.

У 1837 році уральський майстер Ігнатій Сафонов побудував на Алапаєвськом заводі першу в Росії гідротурбіну, що мала ККД, рівний 53% - менше, ніж у водяного колеса. Але вже через два роки той же майстер побудував і встановив на Ірбітський заводі нову турбіну, що мала 70% -ний ККД.

Незабаром Фурнейрон побудував турбіну, що мала 80% ККД. Ця турбіна мала конструкцію, представлену на верхньому малюнку. Вона представляла собою два вкладених один в одного кільця: зовнішнє, нерухоме, було напрямних апаратом (рекомендована Ейлером і вперше застосована професором Бюрденом до водяного колеса в 1827 році деталь); внутрішнім колесом була сама турбіна. Турбіна працювала, використовуючи реактивний принцип, тобто, по суті, являло собою удосконалене колесо Сегнерово: вода, що потрапила в турбіну, обертала її не тільки за рахунок своєї кінетичної енергії, але, збільшивши свою швидкість через спеціальної конструкції лопаток, при витіканні як б відштовхувалася від турбіни, повідомляючи їй додаткову енергію. Головними її відмінностями від водяного колеса були постійне, безперервне рух води і відсутність витрат енергії на подолання опору струменя води. Турбіни цієї конструкції виявилися зручні там, де напір води невеликий, але є можливість створити перепад в 10 - 15 м. Конструкція цієї турбіни представлена ​​на нижньому лівому малюнку.

Велике поширення отримав один з типів реактивної турбіни - пропелерні, що мали ККД до 94% (найбільш вдалі конструкції).

З'явився й інший тип турбін - струменеві (на нижньому правому малюнку). Першу струминну турбіну, що мала промислове значення, сконструював в 1884 році американський інженер Пельтон. Його турбіна використовувала активний принцип і мала ККД, рівний 85%. Турбіна представляла собою колесо на горизонтальній осі, до якого підведені сопла. Ця турбіна була зручна там, де є можливість створити сильний напір води, при якому колесо турбіни могло робити до 1000 оборотів в хвилину.

Після того, як в 80-ті роки XIX століття була розроблена система передачі електроенергії на великі відстані, почалася нова епоха в історії водяних двигунів. У поєднанні з електрогенератором турбіна стала тим могутнім інструментом, за допомогою якого людина підпорядкував собі силу, приховану в річках і водоспадах.

Історія теплових двигунів має більш глибоке коріння, ніж багато хто думає. Крім вищезгаданої турбіни Герона є свідчення, що до створення теплових машин доклали руку такі великі вчені, як Архімед, який придумав досить оригінальну парову гармату, іменовану як "Архітроніто" ( "Найсильніша грім"), і Леонардо да Вінчі, від якого залишилося два ескізу примітивного парового двигуна. Є згадки про якийсь Джіованні Бранка, 1629 року що опублікував свій винахід: "штовханину для виготовлення порошку надзвичайним двигуном". Цим двигуном була парова турбіна!

Тепловими двигунами називають машини, в яких відбувається перетворення теплоти, отриманої при згорянні палива, в механічну роботу. Речовина, яка провадить роботу в теплових машинах, називають робочим тілом або робочою речовиною. У парових машинах робочим тілом є водяна пара, в двигунах внутрішнього згоряння - газ. Теплові машини можуть бути влаштовані по-різному, але всі вони володіють загальною властивістю - періодичністю дії, або циклічністю, в результаті чого робоче тіло повертається в початковий стан.

Цикли основних сучасних теплових двигунів показані на малюнку. Корисна робота, здійснена цими двигунами, чисельно дорівнює площі фігур, обмежених графіками теплових процесів, що відбуваються з робочим тілом.

ККД будь-якого (в тому числі і теплового) двигуна не може бути дорівнює 100%. Для теплових двигунів ця неможливість визначається з II закону термодинаміки: не існує такого термодинамічної процесу, єдиним результатом якого було б перетворення деякої кількості теплоти в роботу. Робота А в теплових машинах дорівнює різниці теплоти, отриманої від нагрівача, і теплоти, відданої охолоджувача, яким найчастіше є або атмосфера, або спеціальний пристрій.

Французький лікар Дені Папен, зустрівшись з найбільшим вченим того часу - Християном Гюйгенсом, після довгих і захоплюючих бесід з ним був так сильно зацікавлений завданнями, що стоять перед інженерами, що вирішив змінити медицині і присвятити себе техніці. Він вибрав для себе саму важливу і цікаву на той час область техніки - дослідження властивостей пара і створення теплового двигуна.

У 1680 році Папен винайшов паровий котел. Але, створивши котел, він не відразу знайшов спосіб його застосування, а навіть відійшов від використання пара - його поглинула ідея створення машини, в якій працювали б атмосферний тиск і газ, що виділявся при згорянні пороху. Ця конструкція і принцип дії показані на верхньому малюнку. Але цього першому двигуну внутрішнього згоряння не судилося жити - від неї відмовився сам винахідник, переконавшись, що корисна робота, що здійснюються нею, невелика.

І тоді Папен повернувся до пару. Свою першу парову машину він побудував, використовуючи той же принцип, тільки замінив порох на воду. І, здавалося б, винахідник домігся свого - його парова машина працювала. Але уявивши, скільки мороки було б з нею, а в результаті - один робочий хід в хвилину і потужність менше 1 к.с., Папен відмовився і від неї.

Не пощастило знайти застосування машин Папена, але інше його винахід - паровий котел - було відправною точкою для інших конструкцій, більш-менш вдалих. Папен також був першопрохідцем в області конструювання ДВС, що також є його заслугою.

Винайдено англійським гірничим інженером Томасом Севері.

Призначався для відкачування води з шахт. Цей насос мав малу потужність і ККД.

Через гострої потреби в універсальному двигуні були спроби поєднати цей насос і водяне колесо для отримання обертового руху: насос качає воду з нижнього у верхній бак, з якого вода ллється на водяне колесо і повертається в нижній бак.

Робота насоса відбувалася так: пар в насосному резервуарі охолоджувався впущених через кран водою, створюючи в ньому (в резервуарі) тиск нижче атмосферного, через що відбувалося всмоктування води з шахти; після цього в резервуар подавалася пара, який і витісняв всмоктатися воду; потім описаний цикл повторювався. Клапани забезпечували роботу насоса: вони не допускали попадання пара в шахту, потрапляння води в резервуар тоді, коли цього не було потрібно, не допускали зворотний стік води в шахту.

Про це насосі знав російський цар Петро I, який хотів застосувати його при будівництві каналів в Петербурзі, але був розчарований його малою потужністю і наказав поставити насос в Літньому саду для забезпечення водою фонтанів.

Була створена в 1711 році англійським винахідником - ковальським майстром Томасом Ньюкоменом.

Принципове пристрій зображено на малюнку.

Машина управлялася вручну, лише в 1718 році Бейтон придумав механізм, що забезпечує машині самостійність.

Машина мала ККД, рівний 1%, і тому знайшла застосування тільки на вугільних шахтах, де було дешеве паливо.

Застосовувалася для приводу водяного насоса, що відкачує воду з шахт.

Принцип дії машини був нескладний: тиск пара, впускається в циліндр, піднімало поршень вгору. Коли він досягав певної точки, в циліндр подавалася холодна вода, через що пара конденсувався, і тиск різко падав - поршень починав рухатися вниз під дією атмосферного тиску.

Виходячи з описаного принципу дії, машину Ньюкомена правильніше називати пароатмосферной, так як атмосферний тиск відіграє не меншу, ніж пар, роль.

Парова машина російського механіка І.І. Ползунова була побудована за 20 років до створення Уаттом своєї машини, в 1766 році на Алтаї. Повзунів був високо освіченою людиною для свого стану, мав уявлення про машинах Севері і Ньюкомена. Перед конструюванням машини механік виконав велику роботу - не тільки розрахунки, а й подолання чиновницької тяганини. І тільки пообіцявши велику вигоду від використання своєї "огнедействующей" машини, Ползунов зміг її побудувати. Але ... важка хвороба - туберкульоз - погубила не тільки винахідника, але і його винахід. Після смерті Ползунова машина пропрацювала 43 діб, не тільки окупила сама себе, але і принесла велику економію заводу. Машина встала з-за поломки парового котла, зробленого з міді (для проби), а не з чавуну. Незабаром вона була розібрана "за непотрібністю". Схематична конструкція машини показана на малюнку. У ній було два циліндра, поршні якого були з'єднані таким чином, що, коли один з них опускався, то інший в цей час піднімався. За допомогою механізмів машина працювала самостійно, потрібно лише підкидати паливо в топку котла. У машині використовувалося не тільки атмосферний тиск, а й тиск пара. Конструкція Ползунова була машиною безперервної дії. Механік також знав, як можна перетворити зворотно-поступальний рух її в обертальний, якщо це буде потрібно, хоча 90% механізмів заводу, на якому стояла машина, вимагали саме зворотно-поступального приводу (повітродувні хутра, насоси та ін.). В цілому, машина Ползунова була першим в світі універсальним тепловим двигуном. Незважаючи на сумну долю як машини, так і її винахідника, ми не повинні забувати, хто першим винайшов цей так необхідний для промисловості того часу двигун - видатний уральський механік, солдатський син Іван Іванович Повзунів.

Більш вдалим в конструюванні, а також визнання універсального двигуна був англійський механік Джеймс Уатт.

Уатт був механіком, працював в майстернях університету міста Глазго. Одного разу він отримав завдання - полагодити наявну при університеті машину Ньюкомена. Уатт виконав завдання, а сам зробив собі модель машини і почав з нею експериментувати. Після кількох дослідів механік виявив її основні недоліки, і вирішив побудувати свій тепловий двигун, який був від них вільний.

Маючи не тільки матеріальну, а й наукову підтримку, Уатт взявся до роботи.

Перш за все, Уатт відмовився від конденсації пари в самому циліндрі - на це витрачалася додаткова енергія. Для конденсації він сконструював окремий прилад, в якому під час роботи машини створювалося розрядження, що приводився в дію самої машиною.

Після кількох більш-менш вдалих проектів Уатт сконструював дійсно універсальний теплової двигун, пристрій якого показано на малюнку (для наочності опора балансира розгорнута на 180 градусів). Машина мала циліндр подвійної дії: в той час, як у верхній його частині відбувалося розширення пара, пара з нижньої частини випускався в конденсатор, і навпаки. Для впуску - випуску пари то з нижньої, то з верхньої частини циліндра Уатт застосував золотник, що був своєрідним краном і грав не менш важливу роль, ніж поршень або циліндр ( "Мал" золотник ", а ціна велика!"). Точна підгонка всіх деталей мала дуже важливе значення, так як без цього машина не стала б працювати, але для промислово розвиненою Англії досягнення точно не було важким питанням. Уатт застосував у своїй машині ще одне корисне пристосування - регулятор подачі пари, який змушував працювати машину з постійним числом обертів вала. Саме Уатт ввів поняття "кінська сила". Двигун Уатта виявився не тільки універсальним, але і потужним і компактним, що дозволяло його ставити не тільки на заводи, а й на засоби пересування.

Парова машина Уатта зіграла значну роль в історії людства, тому що вона зуміла зробити промисловий переворот, тобто перехід від ручного виробництва до машинного.

Історія промислової парової турбіни почалася з винаходу шведським інженером Карлом - Густавом - Патріком де Лавалем ... сепаратора для молока. Сконструйований апарат вимагав для себе приводу з великим числом оборотів. Винахідник знав, що ні парова машина, ні ДВС того часу не могли розвинути необхідну кількість обертів. Але він також знав про турбіні Герона, і застосував його винахід для свого сепаратора: через дві вигнуті трубки виходила пара, і вони починали рухатися, обертаючи всю конструкцію.

Незабаром Лаваль відійшов від реактивного принципу, і побудував турбіну по активному. Робоче колесо цієї турбіни мало по колу безліч лопаток. До лопаток примикала 4 сопла, з яких зі швидкістю понад 1 км / с виходив пар, передаючи свою кінетичну енергію турбіні, змушуючи її обертатися з величезною швидкістю. Ця турбіна мала потужність 5 к.с. і розвивала 30000 оборотів в хвилину, що робило її непридатною для приводу робочих машин (верстатів та ін). Але після наполегливої ​​роботи Лаваль став будувати турбіни потужністю 500 к.с. при 10000 обертів на хвилину; щоб ще знизити число оборотів, Лаваль застосовував редуктор.

Але і після появи цих турбін новий двигун не міг конкурувати з паровою машиною: одноступенева турбіна Лаваля з редуктором була дорога, громіздка і мала не дуже високий ККД.

Значно більших успіхів в конструюванні парових турбін домоглися винахідники інших країн.

Основною помилкою Лаваля було застосування тільки одного ступеня, що і викликало зазначені недоліки. Французький інженер Огюст Рато запропонував активну турбіну з декількома ступенями, розраховану на 1000 к.с.. Головним нововведенням було те, що Рато змусив пар розширяться поступово, для чого в перегородках між колесами турбіни були виконані сопла, причому в першій перегородці сопла менше широкі, ніж у другій, а ті, в свою чергу, менш широкі, ніж в третин і так далі, що дозволяло використовувати всю кінетичну енергію пара, так як він розширювався і втрачав тиск поступово, збільшуючи свою швидкість.

Активну турбіну кілька іншої конструкції побудував американський інженер Чарльз Кертіс. Він запропонував на одному робочому колесі поміщати кілька рядів лопаток, між якими конструктор розташував нерухомі, пов'язані зі стінками корпусу турбіни напрямні канали. Таким чином, струмінь пара зустрічається з першим рядом лопаток, але не встигнувши передати всю енергію колесу і значно знизити свою швидкість, струмінь потрапляє в нерухомі канали, які спрямовують пар на другий ряд робочих лопаток. Віддавши частину енергії першому ряду, іншу частину струмінь пара віддає другому і так далі. В результаті пар передає турбіні Кертіса ту ж енергію, що і турбіні з одним рядом лопаток, але при меншій швидкості обертання. Ця турбіна має один недолік - низький ККД.

Чи не був забутий і реактивний принцип. Англієць Чарльз Парсон увійшов в історію техніки як творець промислової турбіни реактивного типу. Свою першу турбіну, використовуючи реактивний принцип, Парсон побудував в 1884 - 1885 роках. У цій конструкції використовувався і активний принцип. Це була багатоступенева турбіна. Пар в цій турбіні, проходячи між нерухомими лопатками направляючого апарату, що утворюють конічний сопло, прагне розширитися, збільшуючи свою швидкість. Але, крім розширення в напрямних апаратах, Парсон ввів розширення і в каналах лопаток робочого колеса, отже, проходячи по робочим лопаток, пар продовжує розширюватися. Таким чином, уздовж лопаток пар рухається в кінці з більшою швидкістю, ніж на початку. Коли пар залишає робочі лопатки з підвищеною швидкістю, він як би додатково відштовхується від їх увігнутих поверхонь, створюючи реактивну дію на робочі лопатки, що повідомляє їм додаткову швидкість, а, отже, і додаткову енергію.

Історія ДВС почалася, як уже було сказано, з порохової моделі Папена, але бурхливий розвиток і конструювання цього типу теплових двигунів почалося в XIX столітті.

Все почалося з відкриття в 1799 році Філіпом Лебоном светильного газу. Він же висловив ідею про створення двигуна, який працював на цьому газі. Але в 1804 році Лебон загинув, не встигнувши втілити в життя свою ідею. Честь створення газового ДВС належить бельгійця Жану Етьєну Ленуару, який він побудував в 1860 році. По пристрою і зовнішнім виглядом двигун нагадував парову машину. Його ККД ледь досягав 4%, він споживав гігантські кількості мастила і газу, але все ж був дешевше парової машини. Розбагатівши, Ленуар перестав працювати над двигуном, внаслідок чого той був витіснений іншими моделями двигунів - вже на рідкому паливі.

Перший двигун внутрішнього згоряння запропонував німецький винахідник Август Отто. Спочатку він працював над газовим двигуном, але більший комерційний успіх йому приніс двигун на рідкому паливі з чотиритактним робочим циклом. Під час першого такту відбувалося всмоктування горючої суміші, під час другого - стиснення, під час третього горюча суміш підпалювалася і відбувалося розширення утворилися газів, четвертим тактом був випуск відпрацьованих газів. Пристрій і принцип роботи цього двигуна показані на правому малюнку. Дуже важливе значення мав такт стиснення, якого не було в двигуні Ленуара. Завдяки щасливому випадку Отто зрозумів, що, чим сильніше стиснута горюча суміш перед підпалом, тим більшу роботу можуть зробити утворилися гази.

Незабаром виявилося, що чотиритактний цикл був запропонований набагато раніше французом Бо де Роша, і монополія Отто на чотиритактний робочий цикл була знята.

У 1878 році англієць Дуглас Клерк запропонував ДВС з двотактним циклом (на лівому малюнку). Під час першого такту відбувалося стиснення горючої суміші, під час другого - робочий хід, а в проміжку між 2 і 1 тактами відбувалася продування і заповнення циліндра робочою сумішшю.

В цілому, двотактний двигун виявився потужнішим і простіше по пристрою, ніж чотиритактний, але ... він був не економічний - частина палива відлітала в трубу в прямому сенсі. Двотактний цикл знайшов застосування в дизель - моторах і в двигунах малої потужності.

Конструкція і принцип дії 4-хтактного двигуна зображені на лівому малюнку, 2-хтактного - на лівому.

Чи знав паризький книговидавець Башелье, що віддрукувавши і виставивши у вітрині свого магазину в 1824 році тоненьку брошурку, що їй судилося покласти початок новій науці і розбурхати уми багатьох вчених і інженерів того часу. Назва книги дивувало і спантеличувало: "Роздуми про рушійну силу вогню і про машини, здатні розвивати цю силу". Автором її був молодий інженер Саді Карно.

У своїй книги Карно викладав принципи, за якими міг би працювати ідеальна теплова машина, вказуючи також на недоліки існуючих теплових двигунів.Графіки, що описують роботу цієї ідеальної машини, показані на малюнку. Графіком 1-2 є ізотермічне розширення, графіком 2-3 - адіабатичне розширення, графіком 3-4 - ізотермічний стиск, графіком 4-1 - адіабатичне стиснення. Механічна робота, що здійснюються робочим тілом, чисельно дорівнює площі фігури, обмеженої кривими 1-2-3 і віссю абсцис, а площа фігури, укладеної між кривими 1-4-3 і віссю абсцис чисельно дорівнює роботі, витраченої на стиснення газу. Була виведена формула ККД для цього циклу: ККД дорівнює різниці одиниці і відносини температур охолоджувача і нагрівача. Він не залежить від виду робочого тіла (газ або пар), а є тільки функцією від температури. ККД буде тим вище, чим вище температура нагрівача і чим нижче - охолоджувача. ККД циклу Карно найвищий з ККД всіх теплових двигунів. Цикл Карно не суперечив основним законам термодинаміки, однак, практично він був неможливий, так як ізотермічний процес є ідеальним, практично неможливим.

Отже, поклавши початок новій науці - термодинаміки, Карно продовжив свої роботи в цій галузі. Але подальша доля його була трагічна: в 1832 році, повний енергії і творчих сил, Сади Карно помер через важку хворобу - холери. Всі папери і праці хворого були спалені, крім деяких уривчастих записів.

У 1893 році на весь світ прогриміла брошура, що належить перу німецького інженера Рудольфа Дизеля, з кричущим, сенсаційним назвою: "Теорія і конструкція теплового двигуна, покликаного замінити парову машину та інші існуючі в даний час двигуни".

Що ж пропонував у своїй брошурі Дизель? Він пропонував побудувати двигун, який міг би працювати по циклу Карно. Однак вже після будівлі перших моделей двигуна Дизель відійшов від багатьох пропозицій Карно і своїх початкових задумів, наприклад, Дизель пропонував стискати повітря до 250 атмосфер (величезний тиск!), Але в першому дослідному двигуні тиск дійшло тільки до 34 атмосфер. Дизель також пропонував використовувати як паливо вугільний пил, але йому довелося замінити її парами бензину, через що під час першого запуску двигуна в ньому стався такий вибух, що сам винахідник і його помічники дивом залишилися живі.

Після перших двох моделей Дизель побудував третю, на яку вже можна було що - або навантажувати. Її конструкція і принцип дії показані на малюнку. Двигуни Дизеля працювали на гасі, і їх ККД був вище, ніж у звичайних ДВС. Робота дизель - мотора проходила по циклу, зображеному на малюнку на стор.12, і як можна помітити, сильно відрізнявся від циклу, запропонованого Карно.

Згодом, дизель-мотор поступово вдосконалювався, в тому числі і російськими інженерами; було встановлено, що двигун може працювати і в два такту. Після удосконалень двигун став дуже поширеним.

Подальша ж доля самого Дизеля загадкова. У 1913 році він відплив на пароплаві "Дрезден" з Антверпена до Англії. Однак в англійський порт Харві пароплав прийшов без Дизеля. Але, незважаючи на це, дизелі продовжили переможний хід: під час Великої Вітчизняної війни російські танки Т-34 з дизельним двигуном були швидше, маневреннее німецьких танків з бензиновим двигуном.

Газова турбіна була двигуном, що поєднував в собі корисні властивості парових турбін (передача енергії до обертається валу безпосередньо, без використання складних механічних передач) і ДВС (відсутність парового котла і всього його складного господарства).

Пристрій газової турбіни показано на малюнку. Двигун складається з компресора, підігрівача, камери згоряння і власне самої турбіни. У компресорі, по пристрої не відрізняється від турбіни, відбувається стиснення окислювача (повітря), в підігрівачі - підігрівання окислювача, в камері згоряння - змішування його з паливом і згоряння. У турбіні проходить передача енергії газів лопаток робочих коліс. Сама турбіна влаштована також, як і парова: є і направляючий апарат, і робочі колеса з лопатками. Газова турбіна є складним двигуном, при будівництві якого не обійтися без складних розрахунків. Але вона, а точніше її "гібрид" з реактивними двигунами - турбореактивний двигун - відкрив для сучасної авіації швидкості, що перевищують швидкість звуку. Газотурбінний двигун також застосовується на ТЕС, де є дешеве рідке або газоподібне паливо, але є недолік води, через що не можна застосувати парову турбіну.

Реактивні двигуни мають досить довгу історію. Перші згадки про китайських вогненних стрілах відносяться до 1232 році, тобто майже 800 років тому. Але цей ще примітивна зброя служило більше для залякування супротивника і в якості запального кошти. З появою вогнепальної зброї ракети були забуті на 6 століть. Лише в 1804 році англійський офіцер Вільям Конгрев удосконалив ракети і налагодив їх масове виробництво. У 1807 році англійськими ракетами був спалений Копенгаген - по місту було випущено більше 25 тисяч ракет! Але з появою нарізної зброї реактивний двигун отримав відставку на сторіччя. Відродження ракет до життя пов'язане з роботою російського вченого К. Ціолковського "Дослідження космічних просторів реактивними приладами". У цій роботі була представлена ​​конструкція космічного апарату з принципово новим по конструкції реактивним двигуном - на рідкому паливі. У 1914 році американцеві Роберту Годдарда був виданий патент на конструкцію багатоступінчастої ракети. У 30 - х роках роботи по вдосконаленню ракет і реактивних двигунів йшли вже в декількох країнах. Найбільш відчутних результатів досягли німецькі дослідники під керівництвом Вернера фон Брауна і Клауса Ріделя. Створена в німецькому ракетному центрі Пенемюнде балістична ракета "Фау - 2" була вершиною ракетобудування протягом півтора десятка років.

Ціолковський не рекомендував застосовувати тверде паливо в ракетах, зокрема порох, так як він володіє низькою питомою теплотою згоряння. Але все ж реактивні двигуни на твердому паливі були першою віхою в епосі ракетобудування. Російський революціонер Кибальчич, перебуваючи в Петропавлівській фортеці після замаху на Олександра II, запропонував проект ракети з пороховим реактивним двигуном.

Але пізніше було доведено, що рідкопаливні реактивні двигуни більш досконалі, більш потужні і, отже, більш перспективні.

Найпростішим типом реактивного двигуна на рідкому паливі є прямоточний двигун (на верхньому малюнку). Принцип роботи простий: кисень повітря, потрапивши в камеру згоряння через вхідний пристрій, змішавшись з паливом, окисляє його, а розпечені гази, вилітаючи з сопла, штовхають двигун вперед. По конструкції двигун нічим не відрізняється від труби аеродинамічної форми з отворами для вприскування палива і підпалу горючої суміші. Така примітивність і обумовлює недоліки цього двигуна: він має низький ККД, а для його запуску необхідний розгінний двигун.

Прямоточний двигун після додавання декількох деталей перетворюється в пульсуючий - реактивний двигун, зроблений за формулою "Дешево і сердито". Він являє собою трубу аеродинамічної форми, розділену двома перегородками з клапанами на 3 відсіки: вхідний пристрій, камеру згоряння, сопло (нижній малюнок).

Принцип роботи досить простий: при пуску паливо змішується з перебувають в камері згоряння повітрям і підпалюється. Клапани в лівій перегородці закриті, в правій - відкриваються, і через них в сопло потрапляють розпечені продукти горіння: двигун отримує поштовх уперед. Тиск в камері згоряння виявляється нижче атмосферного, внаслідок чого праві клапани закриваються, ліві - відкриваються, і в камеру згоряння засмоктується наступна порція окислювача - в даному випадку повітря. В ході роботи двигун рухається поштовхами, як би "пульсує". Двигун цієї конструкції встановлювався на німецьких літаках-снарядах "Фау-1".

Перший генератор електричного струму винайшов сам відкривач закону електромагнітної індукції - Майкл Фарадей. Це було ще досить примітивне пристрій - мідний диск обертався в магнітному полі, внаслідок чого в ньому створювалася ЕРС [3] (між центром і краями диска).

Генератор електричного струму був створений і винахідником електродвигуна - Б.С. Якобі в 1842 році. Він призначався для приведення в дію детонаторів порохових хв і мав "кишеньковий" розмір (наводився вручну). Через таємність робіт з мінами генератор Якобі не мав широкої популярності.

Перші генератори електричного струму, що знайшли будь-який - то застосування, використовували закон Фарадея без будь - яких власних удосконалень в їх конструкції. Наприклад, в динамо - машині Пікс повз котушок переміщалися важкі постійні магніти. Велику роботу в цій галузі електротехніки виконав німецький винахідник Сіменс. Однак першим, хто створив електрогенератор, який отримав широке поширення, був винахідник (колишній столяр) Грам.

Спочатку все генератори виробляли постійний струм, але з відкриттям корисних властивостей змінного струму (можливість трансформації і, як наслідок, передачі на далекі відстані) широко стали поширюватися генератори змінного струму, а разом з ними - будівництво електростанцій, електрифікація промисловості, транспорту і побуту людей.

Генератор змінного струму.

Генератори змінного струму набули широкого поширення через вищезазначені властивостей змінного струму.

Пристрій найпростішого генератора змінного струму показано на малюнку: рамка обертається в магнітному полі, створювана ЕРС відводиться за допомогою контактних кілець.

ЕРС створюється за рахунок зміни магнітного потоку через рамку; миттєве значення напруги індукції одно: u = NBSwsinwt, де N- кількість витків в рамці, В - індукція магнітного поля, S- площа рамки, w- кутова швидкість обертання, t- час. Максимальне значення (амплітуда) напруги індукції одно: U = NBSw.

Сила струму, що виробляється в цьому генераторі, змінюється за законом синуса і змінює свій знак двічі за період. Такий струм називається змінним.

Для створення магнітного поля застосовуються електромагніти, що живляться від самого генератора. У потужних генераторах обертаються не обмотки, в яких індукується напруга, а електромагніти.

Генератор постійного струму.

Генератор постійного струму заснований майже на тому ж принципі, що і генератор змінного струму, тільки замість контактних кілець застосовуються наскільки ізольованих один від одного півкілець (комутаторів), призначених для перемикання при зміні полярності напруги ротора. При цьому виникає постійне пульсує напруга, величина якого коливається за синусоїдальним законом. Пульсації можна зменшити, застосовуючи барабанний якір, що складається з великого числа зміщених щодо один одного обмоток, з'єднаних з відповідними сегментами колектора (комутатора). Для збудження електромагнітів застосовується струм, індукований в якорі (принцип Сіменса). Запуск забезпечується тільки за рахунок залишкового магнетизму.

Електродвигуни мають в загальних рисах той же пристрій, що і генератори, але засновані на зворотному принципі дії. Прикладена до обмотки якоря напруга викликає струм, який в свою чергу створює магнітне поле, яке взаємодіє з магнітним полем збудження. При цьому виникає сила, що обертає ротор.

Момент, що обертає М дорівнює: M = NIBSsinwt, де N - число витків обмотки якоря, I- струм, поточний в якорі, B- магнітна індукція, S- площа витка, w- кутова швидкість обертання, t- час, що відраховується від моменту, коли обмотка займала положення, перпендикулярне напрямку магнітного поля.

Електродвигуни бувають змінного і постійного струму.

До електродвигунів змінного струму відносять: синхронні (аналогічні генератору змінного струму, частота змінної напруги визначає швидкість обертання даного електродвигуна, при запуску необхідно повідомляти від зовнішнього джерела необхідну швидкість обертання, при збільшенні навантаження відбувається зупинка двигуна) і асинхронні (аналогічні генератору постійного струму і можуть працювати як від змінного, так і від постійного струму, швидкість обертання не залежить від частоти змінного струму).

До електродвигунів постійного струму відносять: серієсний (обмотки електромагніту і якоря включені послідовно, число оборотів сильно залежить від навантаження) і шунтові (обмотки якоря і електромагніту включені паралельно, число обертів двигуна майже не залежить від навантаження).

ККД електродвигунів дуже високий, іноді досягає 98%, що не досяжною для інших типів двигунів.

Перший електродвигун був сконструйований російським винахідником Б.С. Якобі в 1834 році. Він працював від постійного струму і, хоча і був придатний для практичного застосування, що не використовувався через дорожнечу гальванічних батарей, за допомогою яких він приводився в дію. Тому широкого застосування він не знайшов.

З вивченням властивостей змінного струму почали широко розповсюджуватися електродвигуни змінного струму, які вчинили, як свого часу парова машина, справжній промисловий переворот. У сучасному світі знайшли застосування і електродвигуни постійного струму - як рушій трамваїв, тролейбусів і ін.

Хімічну енергію можна перетворити в електричну. Так, наприклад, в гальванічному елементі, зображеному на малюнку, електрична енергія виділяється за рахунок хімічної реакції між електродами і електролітом. У першому гальванічному елементі, створеному італійським фізиком Алессандро Вольта, в якості електроліту використовувалася сірчана кислота, а в якості позитивного і негативного електродів - мідний і цинковий стрижні відповідно.

Негативні іони сірчаної кислоти притягають до себе позитивні іони цинку і міді. Через те, що кінетична енергія іонів цинку більше, ніж кінетична енергія іонів міді (так як мідь менш активний метал, ніж цинк), то в розчин переходить більше позитивних іонів цинку, ніж міді, тому цинковий електрод набуває негативний заряд щодо мідного електрода .

Між цинковим і мідним електродами виникає ЕРС, що дорівнює різниці нормальних потенціалів (значення цих потенціалів визначаються положенням металу в електрохімічному ряді напруг металів): Е = f _Cu - f _Zn = 0,34- (- 0,76) = 1,1 Вольт.

При використанні різних металів виникає різна ЕРС. Максимальним (по модулю) нормальним потенціалом володіє літій (-3,0 Вольт), а за ним - калій (-2,9 Вольт), тому літієві і калієві гальванічні елементи ( "батарейки") отримали в даний час найбільшого поширення.

В акумуляторах накопичення електричної енергії відбувається за рахунок її перетворення в хімічну. На відміну від гальванічних елементів, які відразу готові до роботи, акумулятор потрібно зарядити. Тому їх (акумулятори) називають іноді вторинними елементами.

Акумулятори широкого застосування підрозділяються на кислотні та лужні; до кислотних відноситься свинцевий акумулятор, до лужних - железонікелевий.

У свинцевому акумуляторі відбувається наступний процес:

2PbSO ₄ + 2H ₂ O = PbO ₂ + Pb + 2H ₂ SO ₄

(При зарядці процес тече зліва направо, при розрядці - справа наліво, при зарядці оксид свинцю виділяється на аноді, чистий свинець - на катоді). ЕРС свинцевого акумулятора дорівнює 2 В.

У залізонікелевого акумуляторі відбувається наступна реакція:

2Ni (OH) ₂ + Fe (OH) ₂ = 2Ni (OH) ₃ + Fe

(При зарядці процес тече зліва направо, при розрядці - справа наліво). ЕРС залізонікелевого акумулятора дорівнює 1,2 В.

У сучасній атомній енергетиці використовуються дві зображені вище реакції: перша, вгорі - це реакція поділу U- 235, яка супроводжується виділенням великої кількості енергії. Друга - реакція розмноження ядерного палива, що відбувається в реакторах на швидких нейтронах (размножітельних реакторах) - отримання з U- 238 (ізотоп урану, який поділяється тільки швидкими нейтронами) Pu- 239 - штучного елемента, що ділиться при тих же умовах і так само, як і U- 235.

На малюнку представлений можливий хід реакції розподілу урану 235, а також баланс енергії, що виділяється. Головна особливість цих реакцій - збільшення числа нейтронів, і, отже, числа поділених ядер, в геометричній прогресії - ланцюгова реакція. Енергія, що виділилася в ході цієї реакції за одну поділку, пропорційна різниці енергії зв'язку часток, що утворилися і енергії зв'язку U-235, тобто E = (m _ч1 + m _ч2 - m _{U 235)} c ^2, де з ² - швидкість світла в квадраті.

Перший реактор - реактор Фермі.

Перший реактор був побудований в 1942 році під керівництвом Енріко Фермі. Реактор мав тільки наукове значення; він призначався для демонстрації можливості керованої ядерної реакції. Дату пуску цього реактора можна вважати початком нової ери - ери атомної енергії.

Реактор мав значні розміри навіть в порівнянні з сучасними реакторами.

Аварійний захист реактора була оригінальна: на майданчику над реактором стояло двоє помічників Фермі, що тримали в руках відра з розчином солей бору - поглинача нейтронів. У разі навіть незначної небезпеки помічники були готові вилити вміст відер реактор.

Коефіцієнт розмноження (відношення числа нейтронів існуючого покоління до числа нейтронів попереднього покоління) дорівнював 1,002.

Графітовий реактор.

Пристрій сучасного графітового реактора представлено на малюнку.

Основою реактора є алюмінієва рама з великою кількістю трубок, в які вставляються ТВЕЛи - тепловиділяючі елементи, що представляють собою трубку з цирконієвого сплаву, в якій укладені таблетки з збагаченого урану 235 (або діоксиду урану 235). Рама обкладена цеглою з графіту вищої хімічної чистоти, що грають роль відбивача. Між трубок з ТВЕЛами також знаходиться графіт. У ньому виконані канали, за якими пропускається теплоносій - вода або рідкий натрій. Зміна ТВЕЛів відбувається за допомогою виштовхування старого новим ТВЕЛом.

Аварійний захист і управління реакцією здійснюється за допомогою декількох бронзових пластин (або стрижнів), покритих кадмієм - поглиначем нейтронів.

Реактор оточений бетонної захистом товщиною до 3 метрів.

Реактор на важкій воді.

Пристрій реактора на важкій воді представлено на малюнку.

Основа реактора - алюмінієвий бак з трубками для введення (і вилучення) керуючих стрижнів і ТВЕЛів. Роль сповільнювач і теплоносія грає так звана важка вода. В як відбивач нейтронів використаний графіт вищої хімічної чистоти.

Зміна ТВЕЛів здійснюється за допомогою зняття захисної кришки, виконаної зі свинцю і чавуну, вилучення відпрацьованих ТВЕЛів і введення нових за допомогою спеціального підйомника.

Аварійний захист здійснюється за допомогою введення в активну зону аварійних поглинаючих стержнів, а також спуску важкої води в спеціальний бак, розташований під реактором.

Управління реакцією здійснюється за допомогою декількох бронзових пластин (або стрижнів), покритих кадмієм - поглиначем нейтронів.

Реактор оточений бетонної захистом товщиною до 3 метрів.

Гомогенний реактор.

Гомогенний реактор в професійних колах жартома (чи всерйоз) називають "паровим котлом".

Пристрій реактора даного типу представлено на малюнку.

Основою реактора служить сфера з нержавіючої сталі діаметром близько 30 сантиметрів, що наближає активну зону до розмірів атомної бомби. Але початок некерованої ланцюгової реакції запобігає механізм саморегулювання (уповільнення ходу реакції через збільшення амплітуди коливань сповільнювач і поділяється, - нейтрони пролітають повз них, температура знижується, реакція залишається керованою).

Ділився матеріалом служить розчин сульфату уранила, сповільнювачем - важка вода, відбивачем - графіт вищої хімічної чистоти. Теплоносієм може служити вода або рідкий натрій.

Аварійний захист реактора аналогічна аварійної захисту реактора на важкій воді.

Реактор оточений бетонної захистом товщиною до 3 метрів.

З появою цього типу реакторів стали можливі такі футуристичні проекти, як атомний потяг, атомний літак і атомний корабель. У реальність була втілена тільки остання ідея

Реактор на швидких нейтронах.

Реактор на швидких нейтронах служить не тільки для вироблення енергії, а й для отримання ядерного пального Pu- 239.

Конструкція цього типу реакторів представлена ​​на малюнку.

Стрижні з сильно збагаченого U- 235 оточені оболонкою з U- 238, а ті, в свою чергу - графітовим відбивачем. Сповільнювач відсутній (що випливає з назви даного типу реакторів).

Теплоносієм може служити вода або рідкий натрій.

Аварійний захист і управління реакцією здійснюється за допомогою декількох бронзових пластин (або стрижнів), покритих кадмієм - поглиначем нейтронів.

Крім U- 238 в якості матеріалу для оболонки може бути використаний Th- 232, з якого можна отримувати U- 233 - штучний ізотоп, що ділиться з виділенням енергії при тих же умовах, що і U- 235.

Реактор оточений бетонної захистом товщиною до 3 метрів.

Реактор цього типу зможе зіграти значну роль в енергетиці майбутнього, так як при його роботі виробляється більше ядерного пального, ніж було завантажено перед запуском (тому цей реактор називають реакторах). З впровадженням цього реактора в широке виробництво електроенергії людство буде забезпечено енергією на багато століть вперед.

Замітка з однієї газети від 30 квітня 1939 року: "Доктор Нільс Бор з Копенгагена заявив, що бомбардування невеликої кількості чистого ізотопу урану - 235 повільними нейтронами викличе" ланцюгову реакцію ", або атомний вибух, сила якого буде настільки величезною, що злетять у повітря лабораторія і все що знаходяться в даній місцевості споруди в радіусі багатьох миль ".

Перша атомна бомба була виготовлена ​​в США влітку 1945 року ( "Трініті"), випробувана 16 червня 1945 на атомному полігоні в пустелі Аламогордо. Потужність цієї бомби дорівнювала 20 кт (одиниця потужності ядерного і термоядерного зброї: маса вибухової речовини тротилу, потужність вибуху якого дорівнює потужності вибуху даного ядерного чи термоядерного заряду; вимірюється в кілотонн (кт) - 1000 тонн тротилу і мегатоннах (Мт) - 1000 кілотонн тротилу).

З винаходом атомної бомби стало ясно, що велика війна між власниками цієї зброї стане останньою в історії людства. Але атомна бомба була і зброєю стримування, запобігання цієї війни, так як наслідки її застосування усвідомлювали всі володарі цієї зброї. В цілому роль атомної бомби в історії була неоднозначна; в створенні цієї зброї є не тільки негативні, а й позитивні сторони.

На малюнках зображені дві можливі конструкції атомної бомби. Перша складається з двох шматків U- 235, які, з'єднуючись, утворюють масу більше критичної. Для того щоб викликати вибух бомби, треба якомога швидше зблизити їх. Другий метод заснований на використанні сходиться всередину вибуху. У цьому випадку потік газів від вибуху звичайного вибухової речовини прямував на розташований всередині ділиться, і стискав його до тих пір, поки він не досягав критичної маси, і не починалася ланцюгова реакція.

Вибух атомної бомби відбудеться тільки тоді, коли маса заряду U- 235 або Pu- 239 буде більше критичної маси - маси такого шматка речовини, що ділиться, в якому можлива самопідтримується ланцюгова реакція. За розрахунками, критична маса заряду приблизно дорівнює 50 кг, але її могли значно зменшити наступними способами: по - перше, вибором відповідної форми заряду (чим більше площа поверхні заряду, тим більше нейтронів марно випромінюється в навколишнє середовище). Найменшою площею поверхні має сфера, отже, сферичний заряд при інших рівних умовах буде мати найменшу критичну масу.

По-друге, критична маса залежить від чистоти і види матеріалів, що діляться.

По-третє, критична маса обернено пропорційна квадрату щільності цього матеріалу, що дозволяє, наприклад, при збільшенні щільності заряду в 2 рази, зменшити критичну масу в 4 рази.

По-четверте, критичну масу можна зменшити, оточивши заряд екраном, добре відображає нейтрони. В якості такого екрану можна використовувати свинець, берилій, вольфрам, природний уран, залізо та ін.

Тільки при виконанні цих умов можливе здійснення некерованої ланцюгової реакції - атомного вибуху.

Крім поділу важких ядер, що йде з виділенням енергії, може бути синтез легких ядер, при якому виділяється ще більша енергія. Однак цей синтез може відбуватися тільки при дуже високій температурі і тиску. Ці умови необхідні для подолання кулонівського відштовхування заряджених ядер і зближення їх до відстаней, коли починають діяти сили ядерного тяжіння.

Як термоядерного пального використовуються ізотопи водню - дейтерій і тритій. Перший входить до складу молекули важкої води, в невеликій кількості, що міститься в звичайній воді. Другий може бути отриманий з літію за допомогою зазначеної реакції.

Зараз можливе здійснення тільки некерована термоядерна реакція (термоядерний вибух), над здійсненням керованого термоядерного синтезу (КТС) працюють вчені Росії, США, Японії, Франції, Великобританії. Існуючі досвідчені установки ще не можуть забезпечити початок УТС - запалювання дейтериево-тритиевой суміші, але досягнуті до теперішнього часу результати обнадіюють, і скоро вже буде побудована перша промислова установка, на якій буде здійснюватися керований термоядерний синтез.

Енергія, що виділяється при термоядерної реакції, пропорційна різниці енергії зв'язку синтезованого речовини (у випадку з дейтерієм і тритієм це гелій) і енергії зв'язку вихідних речовин (дейтерію і тритію). Коефіцієнт пропорційності дорівнює швидкості світла в квадраті.

В цілому, УТС є вельми вигідним, дешевим, екологічно чистим способом отримання енергії. ККД теоретичної термоядерної електростанції (ТЯЕС) сягатиме 38% - що є досить високим показником.

Основні напрямки розвитку УТС йдуть двома шляхами: УТС в токамака і лазерний УТС.

ТОКАМАК - абревіатура, запропонована російськими вченими, розшифровується як ТОРідальная камери з МАГ (К) нітних полем. Можливо, з міркувань милозвучності Г замінено на К.

ТОКАМАК є трансформатор, первинна обмотка якого не має будь - яких суттєвих особливостей, вторинної "обмоткою" є шнур іонізованої суміші дейтерію і тритію. Додатковими котушками поздовжнього поля здійснюється відрахування плазми в потрібному стані. Так як плазма є вторинною "обмоткою", то в ній індукується струм, який і здійснює підігрів плазми до необхідної температури. На найбільшій установці цього типу - "ТОКАМАК-15" - розташованої в Росії, можливо утримання плазми протягом декількох секунд, і для "запалювання" дейтериево-тритиевой суміші потрібно тільки підвищення температури і тиску всього на кілька порядків.

Іншим способом здійснення УТС є лазерний УТС. Схема цього способу представлена ​​на малюнку. Спочатку йде опромінення DT-мішені, потім слідує стиснення мішені і її мікровибух з виділенням великої кількості енергії. В цілому цей спосіб перспективний і може бути використаний в тому випадку, коли будуть сконструйовані лазери з високим ККД. Розробка цього способу здійснення УТС також ведеться в багатьох країнах світу, побудовані установки для проведення дослідів з лазерним керованим термоядерним синтезом, в тому числі і в нашій країні. Лазерний УТС буде вельми ефективний після створення потужних лазерів з високим ККД (ККД сучасних лазерів великої потужності ледве сягає 5%).

Мюонний каталіз керованої термоядерної реакції є альтернативним варіантом двом наведеним вище способам. За допомогою мюонного каталізу можна не створювати воістину "зоряні" умови для проведення УТС. У чому ж укладений цей спосіб? Вся справа в мезона. Мю-мезон, несучи заряд, рівний заряду електрона, важче його більш ніж в 250 разів, через що мезони молекула має менший діаметр, внаслідок чого можливе зближення ядер мезонів і звичайної молекул до відстаней, коли починають діяти сили тяжіння: ядро ​​мезонного атома водню і ядро ​​атома дейтерію з'єднуються в одне - відбувається синтез, що супроводжується виділенням енергії.

З появою потужних прискорювачів мюонний каталіз був здійснений за схемою, представленої на малюнку. "У чому ж справа? - запитаєте Ви, - чому немає електростанцій, що використовують цей спосіб?" Вся біда в тому, що час життя мюона дуже мало, і він встигає "просінтезіровать" тільки дві-три пари водень-дейтерій, а після - вибухає; для того, щоб отримати хоча б один мю-мезон, потрібно затратити енергію близько 300 МеВ, а після проходження однієї реакції каталітичного синтезу виділяється всього 5,4 МеВ, тобто, як видно, енергетичні витрати на отримання одного мюона непорівнянні з виділяється енергією, і тому установки, що здійснюють мюонний каталіз, мають тільки наукове значення. Ученим, які працюють в цій галузі, потрібно шукати спосіб продовження більш ніж коротке життя мю-мезона.

В даний час можливо тільки здійснення некерованого термоядерного синтезу, що відбувається під час вибуху водневої бомби.

Перша воднева бомба була створена в СРСР в 1953 році за участю Курчатова, Сахарова та Тамма.

Одна з можливих конструкцій водневої бомби представлена ​​на малюнку. Термоядерним зарядом є тверда речовина LiD (дейтерид літію). В якості детонатора використовується атомна бомба. Спочатку відбувається її вибух, що супроводжується різким зростанням температури, тиску, електромагнітним випромінюванням, виникненням потужного потоку нейтронів, в результаті зазначеної реакції яких з ізотопом літію утворюється тритій.

Наявність дейтерію і тритію при високій температурі ініціює термоядерну реакцію, що супроводжується колосальним викидом енергії.

Якщо корпус зроблений з природного урану U- 238, то швидкі нейтрони викликають в ньому нову некеровану ланцюгову реакцію ділення. Виникає третя фаза вибуху водневої бомби.

Таким чином, створюється термоядерний вибух величезної, майже необмеженої потужності.

Найпотужніший коли-небудь створений термоядерний боєприпас: радянська авіабомба "Тетяна" потужністю 50 Мт (!) ( "Кузькіна мать" М. С. Хрущова?).

Існує також особливий вид термоядерного боєприпасу, званий нейтронною бомбою. Вона являє собою термоядерний заряд малої потужності (1 - 2 кт), але, якщо у звичайній водневій бомбі на такий вражаючий фактор, як проникаюча радіація, витрачається близько 5% енергії вибуху, то в нейтронної - більше 30%. Виходячи з цього, можна зробити висновок, що ця зброя зроблено спеціально для знищення живих істот, у тому числі - і людини. Тому нейтронна бомба відноситься до варварського зброї, як і термоядерна.

Один із сучасних перспективних і ефективних методів отримання електроенергії заснований на використанні магнітогідродинамічної ефекту, тобто на новому дотепному застосуванні закону електромагнітної індукції, відкритого Фарадеем понад півтора століття тому. Магнітогідродинамічний ефект дозволяє сконструювати генератор електричного струму без рухомих частин. У чому ж тут справа? Будь газ при високій температурі іонізований, тобто електрони його атомів здатні рухатися незалежно від ядер і таким чином служити носіями електричного струму. При проходженні іонізованого газу з великою швидкістю поперек магнітного поля в ньому виникає електричний струм, який може бути відведений електродами.

Можна вбачати парадокс в тому, що МГД - генератор заснований на законі Фарадея, як і звичайні генератори електричного струму. Але цей закон однозначно допускає порушення струму і в тому випадку, коли використовуються рідкі або газоподібні провідники.

МГД - генератор володіє тим незамінним перевагою, що в ньому не використовуються обертові деталі, отже, відсутні втрати на тертя. Разом з тим він виробляє тільки постійний струм і вимагає дуже високих температур, при яких газ іонізується, а значить, і відповідних матеріалів, здатних без серйозних пошкоджень витримувати такі температури. Для створення МГД - генераторів потрібні потужні джерела проточних газів. Реальними пристроями, що задовольняють суворим вимогам, що пред'являються до таких джерел, є ракетні двигуни. Важливою віхою в розвитку МГД - генераторів послужило введення в проточні гази іонізуючих добавок, наприклад, вуглекислого калію, що дозволяє знизити температуру іонізації газів до 1500 градусів Цельсія і нижче. Великий успіх у технічній відпрацювання використання МГД - генераторів для виробництва електричної енергії був досягнутий завдяки комбінації магнітогідродинамічної ступені з котельним агрегатом. В цьому випадку гарячі гази, пройшовши через генератор, не викидаються в трубу, а обігрівають парогенератори ТЕС, перед якими поміщена МГД - щабель. Загальний ККД таких електростанцій досягають небувалої величини - 65%.

В останні роки МГД - електростанціям приділяють дуже велику увагу, особливо в нашій країні.З 1965 р, коли в Москві почала працювати перша станція У - 02, радянські конструктори досягли помітного прогресу в цій області техніки.

До 1980 року в СРСР передбачалося побудувати кілька промислових МГДЕС з одиничною електричною потужністю до 200 МВт.

На закінчення цієї теми хочеться згадати про утопічному (у всякому разі, сьогодні) проект професора Полетавкіна. Вчений запропонував використовувати "плазмовий вітер", який "дует" в космічному просторі за межами земної атмосфери, але на висотах, що досягаються ШСЗ. У тих місцях, де цей "вітер" перетинає під прямим кутом силові лінії магнітного поля Землі, по суті справи, утворюється гігантський МГД - генератор. Полетавкін запропонував помістити на цій висоті якісь збирають електроди. Енергія, отримана таким способом, була б вельми дешевий, складність існує лише в тому, як поєднати ці електроди і споживача, розташованого на землі.

Пристрій МГД - генератора.

Схематичне пристрій МГД - генератора представлено на малюнку: канал, по якому переміщається іонізований газ, укладений між полюсами сильного електромагніта, який харчується за рахунок самого генератора. На каналі розташовані обкладки, з яких знімається индуцированная ЕРС, і направляється до споживача R.

Принцип роботи МГД - генератора дуже простий і аналогічний принципу роботи звичайних електрогенераторів: потік плазми, тобто іонізованого газу, що проходить між різнойменними полюсами сильного магніту, створює на обкладинках електродів різниця потенціалів - і через опір споживача R йде постійний електричний струм. Можливе об'єднання декількох таких конструкцій в замкнуте кільце, де потрібну температуру і швидкість плазми буде підтримувати компресор - підігрівач К-П (на малому малюнку).

Ось і закінчено це тривалий розповідь. Шлях, який виконав людство за кілька тисяч років, вмістився в 39 сторінках. Але це - не межа, тому що людська думка не знає кордонів, і, можливо, через кілька десятків років робота за аналогічною темі, яка містить тільки опис та ілюстрації, ледь вмістилася б на 100 сторінках. Чому? Тому що пошук нових джерел енергії не закінчений; існує велика кількість так званих альтернативних джерел енергії, дармових двигунів, що використовують, наприклад, зміна атмосферного тиску або радіоактивне випромінювання.

Люди майбутнього, я думаю, зможуть знайти ще безліч способів для отримання енергії, а також для її економного використання, так як вони будуть жити в інших умови і вони будуть значно розумніші і досвідченіші нас, тому що вчитися вони будуть на наших помилках і недоліках . Я вважаю, що пройде зовсім небагато часу, і багато двигуни, такі, як двигуни внутрішнього згоряння, парові і газові турбіни, займуть своє місце в музеї, а їх місце займуть МГД-генератори, атомні реактори і установки УТС, і Світ перестане відчувати нестачу в енергії, потреба в якій стає все більше і більше.

Я, як автор цієї роботи, висловлюю подяку своєму керівнику за допомогу в багатьох теоретичних питаннях.

Я висловлюю подяку вчителю інформатики, Колосову Олексію Михайловичу, за допомогу в створенні презентації моєї роботи.

Я висловлюю подяку організатором конкурсу за надану можливість виступити зі своєю роботою і висловити свою точку зору з багатьох питань енергетики.

Я вважаю, що моя робота може бути використана в якості додаткової літератури в школах для уроків фізики та історії.

1. Віників В.А., Журавльов В.Р., Філіппова Т.А. Енергетика в сучасному світі.

2. Гладков К.А. Енергія атома.

3. Касьянов В.А. Фізіка.11 клас. Підручник для загальноосвітніх установ.

4. Кір'янов А.П., Коршунов С.М. Термодинаміка і молекулярна фізика.

5. Кухлінг Х. Довідник з фізики.

6. Левін М.І. Машина-двигун.

7. Сувоїв Л.П. Термодинаміка і молекулярна фізика.

8. Тёльдеші Ю., лісові Ю. Світ шукає енергію.

9. М .: "ВІЧЕ" 100 великих винаходів.

[1] МГД-генератор - магнітогідродинамічний генератор.

[2] ДВС - двигун внутрішнього згоряння.

[3] ЕРС - електрорушійна сила.