Детская энциклопедия
Том 1. Земля. Том 4. Растения и животные. Том 7. Человек. Том 10. Зарубежные страны.
Том 2. Мир небесных тел. Числа и фигуры. Том 5. Техника и производство. Том 8. Из истории человеческого общества. Том 11. Язык. Художественная литература.
Том 3. Вещество и энергия. Том 6. Сельское хозяйство. Том 9. Наша советская Родина. Том 12. Искусство.

БОЛЬШАЯ ЗАДАЧА ЭЛЕКТРОХИМИИ (топливные элементы)

ПОЧЕМУ НЕВЫГОДНА ТЕПЛОВАЯ МАШИНА

Трудно представить себе нашу жизнь без электрической энергии. Электричество осве­щает наши города и села, плавит металл в элект­ропечах, приводит в движение миллионы стан­ков, питает радиостанции и совершает тысячи других полезных дел.

Около 80% электроэнергии дают тепловые станции, где в гигантских котельных сжига­ют уголь, сланцы, торф, природный газ, и лишь 20% электроэнергии вырабатывают гид­ростанции.

Усилия ученых направлены на совершен­ствование процесса получения электроэнергии из топлива.

Процесс этот выглядит так. При химической реакции горения (окисления) топлива выде­ляется энергия тепловая, благодаря ей в котле расширяется пар и приводит в действие ло­пасти паровой турбины — появляется энергия механическая. Механическая энергия в свою очередь побуждает к работе электрический генератор. Так возникает целая цепочка пре­вращения энергии:

По закону сохранения энергии при каждом преобразовании энергии общее ее количество не изменяется, энергия не теряется безвозврат­но и не возникает из ничего. Казалось бы, для практики безразлично, каким образом один вид энергии превращается в другой. На самом же деле это не так — разные виды энергии нерав­ноценны.

Механическую и электрическую энергию можно непосредственно и полностью использо­вать в виде любой полезной работы и полностью превратить в любой другой вид энергии. Иначе обстоит дело с тепловой энергией. Если мы по­пытаемся превратить тепловую энергию в ме­ханическую, какая-то ее доля всегда останется неиспользованной. Отношение количества энер­гии, которое можно использовать для превраще­ния в механическую, к общему количеству теп­ловой энергии называется коэффициентом полезного действия (к. п. д.) процесса превращения энергии.

К. п. д. тепловых машин зависит от их рабочих температур. Обычно он не превышает 30% (у паровоза даже 7%) и лишь у самых совершен­ных машин достигает 40%. Это значит, что больше половины тепловой энергии и в пере­носном и в буквальном смысле вылетает в тру­бу. Ясно, что тепловая машина — устройство малоэффективное.

Много лет ученые пытаются повысить к. п. д. тепловых машин — совершенствуют конструк­ции агрегатов, увеличивают их мощность и т. д. Но повышение к. п. д. сверх 40% связано с большими трудностями. Поэтому заманчива другая идея — полностью отказаться от тепло­вых машин и использовать химическую энер­гию окисления топлива, минуя промежуточное выделение тепловой энергии.

На принципиальную возможность такого превращения указывает нам окружающая приро­да. Любой организм черпает необходимую энер­гию из органических видов топлива — пищевых продуктов. В организме происходит то же самое окисление топлива, что и в тепловой ма­шине, образуются те же конечные продукты ре­акции — вода и углекислый газ. Но в машине окисление происходит с выделением тепловой энергии, что вызывает сильное нагревание среды, а в организме энергия выделяется в основном в виде механической энергии мускульных со­кращений, и температура окружающего про­странства почти не повышается. Коэффициент

Коэффициент преобразования энергии в живом организме

достигает 60—70%. Такие высокие показатели немыслимы

для самых совершенных тепловых машин.

405