Перетворення енергії і використання машин

Ось уже близько двохсот років пройшло з тих пір, як почалося широке використання людиною всіляких машин. Ці машини приводяться в рух двигунами, які в свою чергу отримують енергію від того чи іншого джерела.

З механічної точки зору використання машин зводиться до того, що з їх допомогою якісь сили здійснюють роботу. Але зробити роботу – значить витратити енергію, принаймні рівну цій роботі. У наш час основні види енергії, за рахунок яких здійснюється робота, – це енергія, що звільняється при згорянні палива (вугілля, нафти, газу), енергія падаючої води і так звана ядерна енергія, що виділяється в ядерних реакторах. Жоден з цих видів енергії не подається безпосередньо до машин.

На шляху до машин, в яких відбувається робота, енергія зазнає ряд перетворень з однієї форми в іншу. Так, наприклад, енергія взаємодії частинок пального і кисню (потенційна енергія) спочатку перетворюється у внутрішню енергію тих частинок, які утворюються при згорянні. Потім ця енергія у вигляді тепла передається водяній парі, а від нього до паровій турбіні, що приводить в рух електричний генератор. У ньому механічна енергія обертання перетворюється в енергію електричного струму. Так працює теплова електростанція. Від генератора електростанції енергія передається по дротах для електричних двигунів, встановленим на незліченних верстатах і інших пристроях. У двигунах енергія знову перетворюється в механічну енергію і за допомогою різних передавальних механізмів, наприклад важелів, похилих площин, гвинтів, блоків, подається до верстатів і іншим машинам.

Ми привели тут ланцюгперетворень, яких зазнає енергія «по дорозі» від топки теплової електростанції до машини. До цього слід додати, що саме паливо з’явилося на Землі в результаті складного ланцюга перетворень енергії, ланцюги, початок якої знаходиться на Сонце – джерело життя на нашій планеті.
Для нас тут важливо те, що всі ці перетворення (ми перерахували далеко не всі) підкоряються закону збереження енергії, з якого випливає, що при будь-яких перетвореннях не можна одержати енергії одного виду більше, ніж витрачено енергії іншого виду. Ні в одному двигуні не можна отримати більше механічної енергії, ніж витрачено електричної або теплової. Жоден двигун не може зробити більше роботи, ніж витрачено енергії.

Навпаки, в реальних двигунах частина енергії неминуче втрачається через сил тертя. Втрачається в тому сенсі, що частина енергії через роботу сил тертя перетворюється у внутрішню енергію і призводить до нагрівання двигуна. Точно так же і робота, здійснена машиною, завжди трохи менше витраченої енергії.

Про все це стало відомо тільки тоді, коли в середині XIX в. був відкритий закон збереження енергії. До цього часу протягом століть наполегливо робилися спроби створити таку машину, яка могла б зробити більше роботи, ніж витрачається енергії. Вона навіть заздалегідь отримала назву «вічного двигуна» (perpetuum mobile). Але така машина ніколи не вона не була створена, і не може бути створена.

Перетворення енергії і використання машин
На малюнку 204 показано схема одного з незліченних проектів «вічного двигуна». Він складається з двох коліс (шківів), поміщених у верхній і нижній частинах башти, наповненою водою. Через шківи перекинуто нескінченний канат з прикріпленими до нього через деякі інтервали порожніми легкими ящиками. З малюнка видно, що в кожен момент часу частина ящиків занурена в воду, в той час як інша частина знаходиться в повітрі. Автор проекту запевняв, що праві (по малюнку) ящики, спливаючи під дією сили Архімеда, змусять обертатися колеса. На зміну спливаючих скриньках в воду будуть входити інші, підтримуючи «вічне» рух. Обертові колеса могли б приводити в рух електричні генератори, даючи таким чином «безкоштовну» енергію в необмеженій кількості, оскільки пристрій діє «вічно».

Насправді, однак, в проекті є помилки і такий двигун працювати не може. Адже якщо одні ящики спливають, то інші, навпаки, входять у воду. І ці входять у воду ящики повинні рухатися проти сили Архімеда. До того ж входять вони в воду внизу, де на них діє тиск всього стовпа води. А сила цього тиску завжди більше, ніж підйомна сила Архімеда.

Подібні помилки можна знайти в будь-якому проекті «вічного двигуна». Спроби створити такий пристрій приречені на невдачу, тому що закон збереження енергії «забороняє» отримання роботи в кількості, більшій витраченої енергії.
Цікаво відзначити, що і в наш час не перевелися «винахідники», які не залишають безплідних спроб створити вічний двигун.
Завдання техніки не в тому, щоб намагатися обійти закон збереження енергії, а в тому, щоб зменшити втрати енергії в машинах, двигунах, генераторах.

...
ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Імпульс після зіткнення