Большая энциклопедия нефти и газа. Внутренние и внешние источники энергии земли

По мере развития и становления общества человечество стало искать все более современные и при этом экономичные способы получения энергии. Для этого сегодня возводятся различные станции, но в то же время широко используется энергия, содержащаяся в недрах земли. Какой она бывает? Попробуем разобраться.

Геотермальная энергия

Уже из названия понятно, что она представляет собой тепло земных недр. Под земной корой располагается слой магмы, являющийся огненно-жидким силикатным расплавом. Согласно данным исследований, энергетический потенциал этого тепла намного выше энергии мировых запасов природного газа, а также нефти. На поверхность выходит магма — лава. Причем наибольшая активность наблюдается в тех слоях земли, на которых находятся границы тектонических плит, а также там, где земная кора характеризуется тонкостью. Геотермальная энергия земли получается следующим образом: лава и водные ресурсы планеты соприкасаются, в результате чего вода начинает резко нагреваться. Это приводит к извержению гейзера, формированию так называемых горячих озер и подводных течений. То есть именно тем явлениям природы, свойства которых активно используются как энергии.

Искусственные геотермальные источники

Энергия, содержащаяся в недрах земли, должна использоваться грамотно. Например, есть идея создания подземных котлов. Для этого нужно пробурить две скважины достаточной глубины, которые будут соединяться внизу. То есть получается, что практически в любом уголке суши можно получать геотермальную энергию промышленным способом: через одну скважину будет закачиваться холодная вода в пласт, а через вторую - извлекаться горячая вода или пар. Искусственные источники тепла будут выгодны и рациональны, если получаемое тепло будет давать больше энергии. Пар можно направлять в турбогенераторы, в которых будет вырабатываться электричество.

Конечно, отобранное тепло - это всего лишь доля того, что имеется в общих запасах. Но следует помнить, что глубинный жар будет постоянно пополняться вследствие процессов сжатия горных пород, расслоения недр. Как говорят специалисты, земная кора аккумулирует тепло, общее количество которого в 5000 раз больше теплотворной способности всех ископаемых недр земли в целом. Получается, что время работы подобных искусственно созданных геотермальных станций может быть неограниченным.

Особенности источников

Источники, позволяющие получить геотермальную энергию, практически невозможно использовать полностью. Существуют они в 60 с лишним странах мира, при этом больше всего наземных вулканов на территории Тихоокеанского вулканического огненного кольца. Но на практике оказывается, что геотермальные источники в разных регионах мира совершенно разные по своим свойствам, а именно средней температуре, минерализации, газовому составу, кислотности и так далее.

Гейзеры - источники энергии на Земле, особенности которых в том, что они с определенными промежутками извергают кипящую воду. После того как произошло извержение, бассейн становится свободным от воды, на его дне можно заметить канал, который уходит глубоко в землю. Гейзеры как источники энергии используются в таких регионах, как Камчатка, Исландия, Новая Зеландия и Северная Америка, а одиночные гейзеры встречаются и в некоторых других областях.

Откуда берется энергия?

Совсем близко к земной поверхности располагается неостывшая магма. Из нее выделяются газы и пары, которые поднимают и проходят по трещинам. Смешиваясь с подземными водами, они вызывают их нагревание, сами превращаются в горячую воду, в которой растворены многие вещества. Такая вода выделяется на поверхность земли в виде разных геотермальных источников: горячих ключей, минеральных источников, гейзеров и так далее. По мнению ученых, горячие недра земли - это пещеры или камеры, соединенные проходами, трещинами и каналами. Они как раз заполняются подземными водами, а совсем недалеко от них располагаются очаги магмы. Таким естественным образом и образуется тепловая энергия земли.

Электрическое поле Земли

Есть в природе еще один альтернативный источник энергии, который отличается возобновляемостью, экологической чистотой, простотой в использовании. Правда, до сих пор этот источник только изучается и не применяется на практике. Так, потенциальная энергия Земли кроется в ее электрическом поле. Получить энергию таким способом можно на основании изучения базовых законов электростатики и особенностей электрического поля Земли. По сути, наша планета с точки зрения электрической - это сферический конденсатор, заряженный до 300 000 Вольт. Его внутренняя сфера имеет отрицательный заряд, а внешняя - ионосфера - положительный. является изолятором. Через нее происходит постоянное течение ионных и конвективных токов, которые достигают силы во много тысяч ампер. Однако разница потенциалов между обкладками при этом не уменьшается.

Это говорит о том, что в природе есть генератор, роль которого состоит в постоянном восполнении утечки зарядов с обкладок конденсатора. В роли такого генератора и выступает магнитное поле Земли, вращающееся вместе с нашей планетой в потоке солнечного ветра. ЭнергиямагнитногополяЗемлиможет быть получена как раз путем подключения к этому генератору потребителя энергии. Чтобы сделать это, нужно выполнить монтаж надежного заземления.

Возобновляемые источники

Поскольку численность населения нашей планеты неуклонно растет, нам требуется все больше энергии, чтобы обеспечить население. Энергия, содержащаяся в недрах земли, может быть самой разной. Например, существуют возобновляемые источники: энергия ветра, солнца и воды. Они отличаются экологической чистотой, а потому использовать их можно, не боясь причинить вред окружающей среде.

Энергия воды

Этот способ используется уже на протяжении многих веков. Сегодня построено огромное количество плотин, водохранилищ, в которых вода используется для того, чтобы вырабатывалась электрическая энергия. Суть действия этого механизма проста: под влиянием течения реки вращаются колеса турбин, соответственно, энергия воды превращается в электрическую.

Сегодня существует большое количество гидроэлектростанций, которые преобразуют энергию потока воды в электроэнергию. Особенность этого способа в том, что возобновляются, соответственно, такие конструкции имеют низкую себестоимость. Именно поэтому, несмотря на то что строительство ГЭС ведется довольно долго, да и сам процесс весьма затратный, все же эти сооружения значительно выигрывают у электроемких производств.

Энергия солнца: современно и перспективно

Солнечная энергия получается с помощью солнечных батарей, однако современные технологии позволяют использовать для этого новые методы. Крупнейшей в мире является система, построенная в пустыне Калифорнии. Она полностью обеспечивает энергией 2000 домов. Конструкция работает следующим образом: от зеркал отражаются солнечные лучи, которые направляются в центральный бойлер с водой. Она закипает и превращается в пар, вращающий турбину. Она, в свою очередь, связана с электрическим генератором. Ветер тоже может использоваться как энергия, которую дает нам Земля. Ветер надувает паруса, вращает мельницы. А теперь с его помощью можно создавать устройства, которые будут вырабатывать электрическую энергию. Вращая лопасти ветряка, он приводит в действие вал турбины, который, в свою очередь, связан с электрогенератором.

Внутренняя энергия Земли

Она появилась вследствие нескольких процессов, главные из которых - аккреция и радиоактивность. По мнению ученых, становление Земли и ее массы произошло за несколько миллионов лет, причем произошло это вследствие образования планетезималей. Они слипались, соответственно, масса Земли становилась все больше. После того как наша планета стала иметь современную массу, но еще была лишена атмосферы, на нее беспрепятственно падали метеорные и астероидные тела. Этот процесс как раз и называется аккрецией, и приводил он к тому, что выделялась значительная гравитационная энергия. И чем большие по размеру тела попадали на планету, тем в большем объеме выделялась энергия, содержащаяся в недрах Земли.

Эта гравитационная дифференциация привела к тому, что вещества стали расслаиваться: тяжелые вещества просто тонули, а легкие и летучие всплывали. Дифференциация сказывалась также и на дополнительном выделении гравитационной энергии.

Атомная энергия

Использование энергии земли может происходить по-разному. Например, с помощью возведения атомных электростанций, когда тепловая энергия выделяется за счет распада мельчайших частиц материи атомов. В качестве основного топлива служит уран, который содержится в земной коре. Многие считают, что именно этот способ получения энергии наиболее перспективен, однако его применение сопряжено с рядом проблем. Во-первых, уран излучает радиацию, которая убивает все живые организмы. К тому же если это вещество попадет в почву или атмосферу, то возникнет настоящая техногенная катастрофа. Печальные последствия аварии на Чернобыльской АЭС мы испытываем на себе по сегодняшний день. Опасность таится в том, что радиоактивные отходы могут угрожать всему живому очень и очень долгое время, целые тысячелетия.

Новое время - новые идеи

Конечно, люди не останавливаются на достигнутом, и с каждым годом предпринимается все больше попыток найти новые способы получения энергии. Если энергия тепла земли получается достаточно просто, то некоторые способы не так просты. Например, в качестве источника энергии вполне можно использовать биологический газ, который получается при гниении отходов. Его можно применить для отапливания домов и нагревания воды.

Все чаще возводятся когда поперек устьев водоемов устанавливаются плотины и турбины, которые приводятся в действие приливами и отливами, соответственно, получается электроэнергия.

Сжигая мусор, получаем энергию

Еще один способ, который уже применяется в Японии, - это создание мусоросжигательных заводов. Они сегодня построены в Англии, Италии, Дании, Германии, Франции, Нидерландах и США, однако только в Японии эти предприятия стали использоваться не только по назначению, но и для получения электричества. На местных заводах сжигается 2/3 всего мусора, при этом заводы оснащены паровыми турбинами. Соответственно, они снабжают теплом и электричеством близлежащие территории. При этом по затратам построить такое предприятие гораздо выгоднее, чем возвести ТЭЦ.

Более заманчивой выглядит перспектива использования тепла Земли там, где сосредоточены вулканы. В таком случае не понадобится бурить Землю слишком глубоко, поскольку уже на глубине 300-500 метров температура будет выше точки кипения воды минимум в два раза.

Существует и такой способ получения электроэнергии, как Водород - самый простой и легкий химический элемент - может считаться идеальным топливом, ведь он есть там, где есть вода. Если сжигать водород, можно получать воду, которая разлагается на кислород и водород. Само водородное пламя безвредное, то есть вреда окружающей среде наноситься не будет. Особенность этого элемента в том, что у него высокая теплотворная способность.

Что в будущем?

Конечно, энергия магнитного поля Земли или та, которую получают на атомных станциях, не может удовлетворить полностью все потребности человечества, которые растут с каждым годом. Однако специалисты говорят о том, что поводов для переживаний нет, поскольку топливных ресурсов планеты пока хватает. Тем более что используется все больше новых источников, экологически чистых и возобновляемых.

Остается проблема загрязнения окружающей среды, причем растет она катастрофически быстро. Количество вредных выбросов зашкаливает, соответственно, воздух, которым мы дышим, вреден, вода имеет опасные примеси, а почва постепенно истощается. Именно поэтому так важно своевременно заняться изучением такого явления, как энергия в недрах Земли, чтобы искать способы сокращения потребностей в органическом топливе и активнее использовать нетрадиционные источники энергии.

Для существования живых организмов, работы машин и механизмов необходима энергия . Организмы ее получают вместе с продуктами питания, а к машинам и меха-низмам энергия поступает из различных источников. Рассмот-рим, какие источники энергии для машин и механизмов ис-пользуются человеком.

Самым распространенным источником энергии на Земле яв-ляются горючие полезные ископаемые — нефть, газ, каменный уголь, торф. Сжигая их на тепловых электростанциях, в двига-телях внутреннего сгорания автомобилей, тракторов, судов, тепловозов, самолетов, получают энергию. Недостатком этого способа добычи энергии является загрязнение окружающей сре-ды — в атмосферу попадает много вредных веществ. К тому же запасы нефти, газа, угля ограничены. И сжигать их только для получения энергии экономически невыгодно, поскольку из них еще изготавливают тысячи цепных веществ и материалов, в частности резину, пластмассы, стиральные порошки, линолеум, искусственную кожу.

Другой мощный источник энергии — вода , которая падает с высоты искусственной преграды — плотины — и заставляет дви-гаться механизмы, вырабатывающие на гидроэлектростанциях электрическую энергию. Из рисунка 120 становится понятным, что гидроэлектростанции сооружают на полноводных реках с соответствующим рельефом местности. Атмосферу такой источ-ник энергии не загрязняет, а вот природным экосистемам при-чиняет вред. Выясним, какой.

Неотъемлемой частью гидроэлектростанции является искус-ственный водоем — водохранилище, строительство которого требует затопления огромных территорий. Вследствие этого под водой оказываются плодородные почвы. Механизмы таких станций частично уничтожают обитателей водоемов, а плотина перекрывает путь рыбе к нерестилищам.

Например, Днепрогэс — первую в Украине гидроэлектростанцию — со-оружено 70 лет тому назад на Днепре в районе Запорожья. Сей-час воды Днепра отдают людям свою энергию еще на пяти гид-роэлектростанциях. Существуют в Украине гидроэлектростанции и на других реках, в частности Днестровская и Теребле-Рекская в За-карпатье.

Люди издавна использовали энергию ветра — при помощи ветряных мельниц перемалывали зерно на муку, на челны уста-навливали паруса. А в странах, расположенных на побережье морей, где дуют постоянные ветры, сейчас сооружают ветряные электростанции.

Человек старается использовать и такой мощный источник энергии, как Солнце. В этом ему помогают специальные устрой-ства — солнечные батареи . Однако, как вы догадываетесь, ночью или в пасмурный день солнечные батареи не работают.

Не так давно человек освоил особую энергию — энергию атома , или ядерную (рис. 121). Ученые выяснили, что наименьшую сос-тавляющую часть молекул — атом — можно расщепить, то есть раз-рушить. При этом выделяется энергия. В точке, поставленной на бумаге графитовым карандашом, атомов Карбона больше, чем можно увидеть звезд на небе. Поэтому атомное топливо выгодно тем, что для производства энергии его необходи-мо совсем немного по сравнению с нефтью, газом, углем. Материал с сайта

Самое распространенное топливо атомных станций — атомы химического элемента Урана. На Земле имеются запасы урановых руд. Этот источник энергии не загрязняет ни воздух, ни воду, если им правильно пользоваться. Однако в слу-чае аварии на атомной электростанции, природе и человеку при-чиняется непоправимый вред, как это произошло на Черно-быльской АЭС в 1986 году.

• Жизнедеятельность организмов, работа машин и механизмов требуют затрат энергии.
• Необходимую для жизнедеятельности энергию организмы по-лучают вместе с продуктами питания.
• Для машин источниками энергии являются топливо, вода, пада-ющая с высоты, ветер и некоторые другие.

На этой странице материал по темам:

• Полезные ископаемые как источники энергии

• Источники энергии земли рефераты

• Ветер полезное ископаемое

• сайт

• Горючие ископаемые как источник энергии реферат

Вопросы по этому материалу:

Источники энергии, потребляемой в настоящее время, отнюдь не неисчерпаемы. В связи с этим, стоит серьезно задуматься над тем, откуда мы будем брать энергию завтра - через 50 или 100 лет. Энергия - это отопление, освещение, транспорт. Это промышленная и сельскохозяйственная продукция. Население земного шара растет. Сотни миллионов людей, которые сегодня терпят голод и нужду, хотят - и у них есть на это полное право - вырваться из такого состояния. Однако все это требует не только времени, усилий, денег, но и достаточное количество энергии.

В статистическом обзоре ООН были опубликованы оценочные данные, касающиеся ресурсов энергии на земном шаре. Оказалось, что при существующем росте спроса на энергию, запасов полезных ископаемых хватит, примерно:
- угля до 2500 года;
- нефти до 2100 года;
- природного газа до 2035 года.
Статистические данные не говорят, однако, всего о ресурсах сырья. Например, добыча, хранение и транспорт нефти легче, чем добыча и перевозка угля. Кроме того, существуют разные сорта нефти. Нефть из одних месторождений не содержит вредных примесей, которые приходится удалять. Нефть из других - требует дорогостоящей очистки. Легче вести добычу нефти из скважин на материке, труднее и дороже - добывать ее с морского дна. Но в море, в сравнительно мелководных прибрежных местах, открыто много богатых месторождений.
Есть еще два других вида энергии - атомная и гидроэнергия. Использование данных видов энергии для решения трудных проблем удовлетворения энергетического спроса связано с уровнем развития науки и техники. Ресурсы гидроэнергии, практически неисчерпаемы, однако, количество энергии, которое может дать вода, ограничено техническими барьерами. Если бы удалось использовать в энергетических целях морские течения, то доля гидроэнергии в покрытии энергетического спроса была бы значительно выше.
Точно также обстоит дело и с ядерной энергией. Атомные электростанции прежней конструкции, в которых источником энергии служит радиоактивный распад урана, не решат проблему хотя бы потому, что разведанных месторождений урана хватит всего лишь до середины нынешнего столетия. Еще более важной проблемой в ядерной энергетике остается обеспечение ее безопасности для людей и окружающей среды. К сожалению, пока международным сообществом так и не выработано единого стратегического направления в развитии этой важной отрасли промышленности.
Есть источники энергии, используемые человечеством лишь в малой степени. Это, прежде всего, относится к солнечной энергии.
От солнца Земля получает колоссальное ее количество, примерно в 170 тысяч раз превышающее наш спрос. Квадратный метр Земли, освещенный солнцем, получает около одного киловатта энергии. Если покрыть несколько сот квадратных километров пустыни, достаточно производительными преобразователями солнечной энергии, то ее хватило бы для полного удовлетворения спроса большой и высокоразвитой страны.
Сдерживающими в использовании солнечной энергии являются два, все еще не решенных вопроса. Прежде всего, эта энергия не поступает постоянно. Второй проблемой остается рассеянность солнечной энергии. И хотя ее довольно много, но количество энергии, которую удается получить в отдельно взятых местах - оказывается очень малым, чтобы можно было найти ей широкое применение. Таким образом, надо как-то собрать эту энергию и сделать ее пригодной для более интенсивного использования.
В странах, где существуют районы с большим количеством солнечных дней в течение года, прежде всего в США, Австралии, Франции и Японии, уже давно используют солнечные установки подогрева воды для обычных бытовых нужд. Их черные, специальные водогрейные пластины можно видеть на крышах домов.
Аналогично, солнечная энергия применяется для питания установок кондиционированного воздуха, без которых трудно обойтись в жарких странах. Такие аппараты, питающиеся солнечной энергией, функционируют весьма успешно. Чем жарче на улице, тем лучше охлаждают они помещение. Солнечные кухонные плиты, приборы для обессоливания морской воды и другие устройства, получающие энергию от солнца, уже не плод фантазии, но они пока не производятся в массовом масштабе.
Наиболее перспективным направлением является непосредственное преобразование солнечной энергии в обычную, электрическую. Для этого используются солнечные элементы. Главным их достоинством есть отсутствие в конструкции движущихся частей и механизмов, ничего в них не течет, не перегорает и, практически, не изнашивается. Это был бы идеальный способ получения бесплатно (ведь солнце не предъявляет счетов за электричество) энергии в самой удобной форме, если бы...
Если бы, во-первых, солнечные элементы были дешевле, чем сейчас, а во-вторых, если бы можно было "ловить" солнечные лучи круглосуточно. Только в таком случае, огромные "плантации солнечных элементов", давали бы ток и в пасмурные дни, и ночью.
Решение всех этих проблем - дело, конечно, очень трудное, но возможное. Благодаря развитию техники и совершенствованию промышленного производства, солнечные элементы, возможно, станут дешевле, а их огромные "плантации" не обязательно должны быть установлены на земле. Проекты, выдвинутые некоторыми учеными и инженерами, специалистами по этим вопросам, хотя и напоминают научно-фантастические рассказы, но вполне возможно, что они будут осуществлены гораздо раньше, чем нам кажется.
Согласно одному из этих проектов, "поле солнечных элементов" должно покрывать поверхность спутника, находящегося на высоте около 35 тысяч километров над поверхностью Земли в плоскости экватора, и обращающегося вокруг Земли в направлении ее вращения за 24 часа. То есть, такой спутник кажется нам - расположенным неподвижно над Землей. Преобразователи, находящиеся на спутнике, могли бы иметь мощность от 3-х тысяч до 20-ти тысяч мегаватт. Электроэнергию можно было бы посылать на Землю с помощью пучка лучей очень высокой частоты. Превращение этой энергии в промышленный электрический ток и пересылка его - это уже дело гораздо менее сложное.
По другому проекту, представленному некогда нобелевским лауреатом, советским академиком, ученым Н.Н.Семеновым, такие огромные поля солнечных батарей можно поместить на Луне, а полученную энергию посылать на Землю с помощью лазерного пучка.
Другая группа российских инженеров предложила расположить на высоте десяти километров над поверхностью Земли ветряные электростанции, использующие воздушные течения постоянных скоростей, существующие на этой высоте. Эти электростанции предлагалось поднять в воздух при помощи воздушных шаров, закрепленных на земле прочными и гибкими тросами из синтетического волокна.
На первый взгляд, все эти проекты могут показаться совершенно невероятными. Но ведь история техники богата разными изобретениями, которые сначала представлялись совершенно невероятными, потом - трудными для исполнения, затем, осуществленными лишь в ограниченном масштабе и, наконец, находившими широкое применение и ставшими, вполне очевидными для всех.
Если жители Исландии, в сравнительно ограниченном масштабе, применяют для обогрева квартир горячую воду из гейзеров, то почему бы - не подумать об использовании для энергетических нужд огромных бассейнов подземной горячей воды, несколько десятков которых, имеется на дальневосточных территориях России.
А разве, уж таким безумием кажется, высказанная несколько лет назад, мысль о закачке воды в землю на достаточную глубину, для того, чтобы, используя температуру, имеющуюся внутри земли, создавать, что-то вроде искусственных гейзеров?
Можно c большой долей оптимизма предполагать, что человечество справится с энергетическими трудностями. Если не через год, то через 10 или более лет, быть может, будут освоены источники энергии, которые сейчас представляются недоступными или весьма сложными для использования. Данный оптимизм основан на том, что у нашей цивилизации просто нет другого выхода. Проблему энергетического обеспечения - человечеству придется все равно решать.
Мы должны помнить, что энергия - это хлеб цивилизации. И, как всякий хлеб, ее нужно не только беречь и ценить, но и - приумножать.

Источники энергии на Земле

Не все источники энергии равноценны. Одни представляют лишь принципиальный интерес, с другими связано существование цивилизации. Одни источники практически неисчерпаемы, другим придет конец в ближайшие столетия, а то и десятилетия.

Уже несколько миллиардов лет посылает свои живительные лучи на Землю главный опекун нашей планетной системы – Солнце. Этот источник энергии можно смело назвать неисчерпаемым. Каждый квадратный метр земной поверхности получает от Солнца энергию средней мощности около 1,5 кВт; за год это составит около 10 миллионов килокалорий энергии – такое количество тепла дают сотни килограммов угля. Сколько же тепла получает от Солнца весь земной шар? Подсчитав площадь Земли и учитывая неравномерное освещение солнечными лучами земной поверхности, получим около 10 14 кВт. Это в 100 тысяч раз больше энергии, которую получают от всех источников энергии на Земле все фабрики, заводы, электростанции, автомобильные и самолетные моторы, короче – в 100 тысяч раз больше мощности энергии, потребляемой всем населением земного шара (порядка миллиарда киловатт).

Однако, несмотря на множество проектов, солнечная энергия используется совершенно незначительно. И правда, подсчет наш дал огромную цифру, – но ведь это количество энергии попадает во все места земной поверхности: и на склоны недоступных гор, и на поверхность океанов, занимающую большую часть земной поверхности, и на пески безлюдных пустынь.

Кроме того, совсем не так уже велико количество энергии, приходящейся на небольшую площадь. А ведь вряд ли целесообразно создавать приемники энергии, простирающиеся на квадратные километры. Наконец, очевидно, что заниматься превращением солнечной энергии в тепло имеет смысл в тех местностях, в которых много солнечных дней.

Интерес к прямому использованию энергии Солнца несколько возрос в последнее время в связи с появившимися возможностями непосредственно превращать солнечную энергию в электрическую. Такая возможность, естественно, весьма привлекательна. Однако до сих пор она реализована в очень незначительной степени.

Сравнительно недавно был обнаружен аккумулятор солнечной энергии у нас над головами – в верхних слоях атмосферы. Оказалось, что кислород на высоте 150–200 км над земной поверхностью вследствие действия солнечного излучения находится в диссоциированном состоянии: его молекулы разбиты на атомы. При объединении этих атомов в молекулы кислорода могло бы выделиться 118 ккал/моль энергии. Каков же общий запас этой энергии? В слое толщиной 50 км на указанной высоте запасено 10 13 ккал – столько, сколько освобождается при полном сгорании нескольких миллионов тонн угля. В СССР такое количество угля добывается за несколько дней. Хотя энергия диссоциированного на больших высотах кислорода непрерывно возобновляется, здесь мы опять сталкиваемся с проблемой малой концентрации: устройство для практического использования этой энергии не так-то легко придумать.

Вернемся к обсуждению источников энергии. Воздушные массы земной атмосферы находятся в непрерывном движении. Циклоны, бури, постоянно дующие пассатные ветры, легкие бризы – многообразно проявление энергии потоков воздуха. Энергию ветра использовали для движения парусных судов и в ветряных мельницах еще в древние века. Полная среднегодовая мощность воздушных потоков для всей Земли равна не много не мало 100 млрд. кВт.

Однако не будем возлагать больших надежд на ветер как источник энергии. Мало того, что источник этот неверен – к скольким несчастьям и разочарованиям приводили ветряные штили в век парусных судов, – он обладает тем же недостатком, что и солнечная энергия: количество энергии, выделяющееся на единицу площади, относительно невелико; лопасти ветряной турбины, если создать такую для производства энергии в заводских масштабах, должны были бы достигнуть практически неосуществимых размеров. Не менее существенным недостатком является непостоянство силы ветра. Поэтому энергия ветра, или, как его поэтично называют, голубого угля, используется лишь в маленьких двигателях – «ветряках». Во время ветра они дают электроэнергию сельскохозяйственным машинам, освещают дома. Если образуется излишек энергии, он запасается в аккумуляторах (так называются хранители электроэнергии). Эти излишки можно использовать в затишье. Конечно, полагаться на ветряк нельзя – он может играть лишь роль вспомогательного двигателя.

Даровым источником энергии является также движущаяся вода – приливная волна океанов, непрерывно наступающая на сушу, и потоки речных вод, текущих к морям и океанам.

Мощность всех рек земного шара измеряется миллиардами киловатт, используется же всего примерно 40 млн. кВт, т.е. пока порядка 1 %. Потенциальная мощность рек СССР достигает 400 млн. кВт, а из них используется пока около 20 млн. кВт.

Если бы мы лишились угля, нефти и других источников энергии и перешли бы только на белый уголь – энергию рек, то при полном использовании этой энергии (предполагая, что построены все возможные гидроэлектростанции на всех реках земного шара) пришлось бы уменьшить потребление энергии на земном шаре. Расход энергии на земном шаре в настоящее время превышает миллиард киловатт – одной лишь гидроэнергии человечеству уже сейчас только-только хватило бы.

Ну, а приливная волна? Ее энергия весьма значительна, хотя примерно в десять раз меньше энергии рек. Увы, эта энергия пока что используется лишь в самой незначительной степени: пульсирующий характер приливов затрудняет ее использование. Однако советские и французские инженеры нашли практические пути к преодолению этой трудности. Теперь приливная электростанция обеспечивает выдачу гарантированной мощности в часы максимального потребления. Во Франции построена и уже работает опытная ПЭС Сен Мало, а в СССР строится станция в Кислой Губе в районе Мурманска. Эта последняя послужит опытом для сооружения проектируемых мощных ПЭС в Лумбовском и Мезенском заливах Белого моря. Во Франции к 1965 г. будет пущена приливная станция мощностью в 240 тыс. кВт.

Вода в океанах на больших глубинах имеет температуру, отличающуюся от температуры поверхностных слоев на 10–20°. Значит, можно построить тепловую машину, нагревателем которой в средних широтах явился бы верхний слой воды, а холодильником – глубинный. КПД такой машины будет 1–2 %. Но это, конечно, тоже очень неконцентрированный источник энергии.

Солнце, воздух и вода – даровые источники энергии*16. Даровые в том смысле, что использование их энергии не влечет за собой уменьшения каких бы то ни было земных ценностей. Работа ветряков не уменьшает количества воздуха на земном шаре, работа гидроэлектростанций не уменьшает глубины рек, не используются запасы земных веществ и при работе солнечных машин.

В этом смысле описанные до сих пор источники энергии обладают большим преимуществом по сравнению с топливом. Топливо сжигается. Использование энергии каменного угля, нефти, дерева – это невозвратимое уничтожение земных ценностей. Было бы очень заманчиво осуществить фотохимический двигатель, т.е. получать энергию при помощи механизма фотосинтеза, который обеспечивает накопление энергии топлива. Зеленый лист любого растения – это завод, который из молекул воды и углекислого газа благодаря энергии солнечных лучей вырабатывает органические вещества с большим запасом энергии в молекулах. Этот процесс в растениях имеет малый КПД (~1 %), но и при этом ежегодно запасаемая растениями энергия равна 2·10 15 кВт·ч, т.е. в сотни раз превышает годовую выработку энергии всеми электростанциями мира. Механизм фотосинтеза до конца еще не разгадан, но нет сомнения, что в будущем удастся не только осуществить фотосинтез в искусственных условиях, но и повысить при этом его КПД. Однако в этой области человек пока не может состязаться с природой и вынужден пользоваться ее дарами, сжигая дрова, нефть, уголь.

Каковы же запасы топлива на земном шаре? К обычному топливу, т.е. такому, которое горит от поднесенного огня, относятся уголь и нефть. Их запасы на земном шаре крайне малы. При современном расходовании нефти ее разведанные запасы придут к концу уже к началу следующего тысячелетия. Запасов каменного угля несколько больше. Количество угля на Земле выражают цифрой в десять тысяч миллиардов тонн. Килограмм угля при сгорании дает 7000 ккал тепла. Таким образом, общие энергетические запасы угля измеряются цифрой порядка 10 20 ккал. Это в тысячи раз больше годового потребления энергии.

Запас энергии на тысячу лет надо признать очень малым. Тысяча лет – это много только по сравнению с длительностью человеческой жизни, а человеческая жизнь – ничтожное мгновение по сравнению с жизнью земного шара и с временем существования цивилизованного мира. Кроме того, потребление энергии на душу населения непрерывно растет. Поэтому, если бы запасы горючего сводились к нефти и углю, то положение дел на Земле с энергетическими запасами следовало бы считать катастрофическим.

В начале сороковых годов нашего века была доказана практическая возможность использования совершенно нового вида горючего, называемого ядерным. Мы располагаем значительными запасами ядерного горючего.

Здесь не место останавливаться на устройстве атома и его сердцевины – атомного ядра, на том, каким образом можно извлечь внутреннюю энергию из атомных ядер. Выделение ядерной энергии может быть осуществлено лишь в значительных масштабах на так называемых атомных электростанциях. Ядерная энергия выделяется в виде тепла, которое используется совершенно так же, как на электростанциях, работающих на каменном угле.

В настоящее время мы можем выделять энергию в промышленных количествах из двух элементов – урана и тория. Особенность ядерного горючего, являющаяся его основным достоинством, – это исключительная концентрированность энергии. Килограмм ядерного горючего отдает энергии в 2,5 миллиона раз больше, чем килограмм каменного угля. Поэтому, несмотря на относительно малую распространенность этих элементов, их запасы на земном шаре в энергетическом выражении довольно значительны. Примерные расчеты показывают, что запасы ядерного горючего существенно больше, чем запасы каменного угля. Однако приобщение к топливу урана и тория не решает принципиальную задачу освобождения человечества от энергетического голода – запасы минералов в земной коре ограничены.

Но уже сейчас можно указать поистине безграничный источник энергии. Речь идет о так называемых термоядерных реакциях. Они возможны лишь при сверхвысоких температурах порядка двадцати миллионов градусов. Эта температура пока что достигается лишь при атомных взрывах.

Сейчас перед исследователями стоит задача получения высоких температур не взрывным путем, и первые попытки достигнуть температуры в миллион градусов увенчались успехом.

Если физики сумеют работать с необходимыми высокими температурами в десятки миллионов градусов, получаемыми не взрывным путем, то управляемая реакция слияния атомных ядер водорода (она и носит название термоядерной) станет возможной. При этой реакции будет выделяться огромная энергия на килограмм горючего. Для того чтобы обеспечить сейчас человечество энергией на один год, достаточно выделить термоядерную энергию путем переработки десятка миллионов тонн воды.

В мировом океане запасено столько термоядерной энергии, что ее хватит для покрытия всех энергетических потребностей человечества в течение времени, превышающего возраст солнечной системы. Вот уж действительно безграничный источник энергии.

Из книги Физическая химия: конспект лекций автора Березовчук А В

2. Химические источники тока ХИТы – устройства, которые применяют для непосредственного преобразования энергии химической реакции в электрическую. ХИТы применяются в различных областях техники. В средствах связи: радио, телефон, телеграф; в электроизмерительной

Из книги Звезды: их рождение, жизнь и смерть [Издание третье, переработанное] автора Шкловский Иосиф Самуилович

Глава 8 Ядерные источники энергии излучения звезд В § 3 мы уже говорили о том, что источниками энергии Солнца и звезд, обеспечивающими их светимость в течение гигантских «космогонических» промежутков времени, исчисляемых для звезд не слишком большой массы миллиардами

Из книги Пять нерешенных проблем науки автора Уиггинс Артур

Глава 16 Остатки вспышек сверхновых - источники рентгеновского и радиоизлучения В результате взрыва звезды, который наблюдается как явление сверхновой, вокруг нее образуется туманность, расширяющаяся с огромной скоростью: как правило, порядка 10 000 км/с. Большая

Из книги Астрономия древнего Египта автора Куртик Геннадий Евсеевич

Глава 21 Пульсары как источники радиоизлучения Пожалуй, труднее всего для пульсаров определяются две основные характеристики всякого «нормального» источника радиоизлучения - поток и спектр. Эти трудности связаны прежде всего с самой природой пульсаров. Дело в том,

Из книги НИКОЛА ТЕСЛА. ЛЕКЦИИ. СТАТЬИ. автора Тесла Никола

Источники для углубленного изучения Источники общего характера КнигиAnton Ted. Bold Science; Seven Scientists Who Are Changing Our World. N.Y.Kaku Michio. Hyperspace. London: Oxford University Press, 1994.Kaku Michio. Visions. N.Y.: Anchor Books, 1997.Kuhn Robert L. Closer to Truth Challenging Current Belief. N.Y.: McGraw-Hill 2000.Периодические изданияDiscoverScienceScience WeekScientific American (или

Из книги Источники питания и зарядные устройства автора

Источники общего характера КнигиAnton Ted. Bold Science; Seven Scientists Who Are Changing Our World. N.Y.Kaku Michio. Hyperspace. London: Oxford University Press, 1994.Kaku Michio. Visions. N.Y.: Anchor Books, 1997.Kuhn Robert L. Closer to Truth Challenging Current Belief. N.Y.: McGraw-Hill 2000.Периодические изданияDiscoverScienceScience WeekScientific American (или www.sciam. com)Узел Всемирной Паутины

Из книги О чем рассказывает свет автора Суворов Сергей Георгиевич

Источники и публикации Наиболее ранние упоминания названий светил встречаются в «Текстах пирамид», датируемых XXV-XXIII в. до н. э., - религиозном памятнике, во многом еще до конца не понятом (Faulkner, 1969; Mercer, 1952). Сами пирамиды представляют также интерес с точки зрения истории

Из книги Кто изобрел современную физику? От маятника Галилея до квантовой гравитации автора Горелик Геннадий Ефимович

ИСТОЧНИК ЧЕЛОВЕЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ - ТРИ ПУТИ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ ОТ СОЛНЦА Во-первых, позвольте спросить: Откуда появляется движущая энергия? Что является источником, который все движет? Мы видим океан, который вздымается и опадает, текущие реки, ветер, дождь, град и снег,

Из книги Астероидно-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра автора Шустов Борис Михайлович

Из книги Гравитация [От хрустальных сфер до кротовых нор] автора Петров Александр Николаевич

Два круговорота вещества и энергии на Земле Достигнув Земли, солнечная энергия способствует осуществлению на ней ряда процессов, без которых была бы невозможна органическая жизнь в ее высокой стадии. Особенно замечательны два круговорота веществ и энергии на Земле,

Из книги автора

Мощные источники энергии в ядрах радиогалактик Не все явления, наблюдаемые астрофизиками, можно объяснить посредством ядерной реакции превращения водорода в гелий. Уже около полусотни лет ученые изучают космические лучи, приходящие к нам на Землю из далеких глубин

Из книги автора

Из книги автора

Основные источники Физики Архимед. Сочинения. М.: Физматгиз, 1962.Бор Н. Избранные научные труды: В 2. М.: Наука, 1970–1971.Bohr N. Collected Works. Vol. 9 Nuclear Physics, 1929–1952. Amsterdam: North-Holland, 1986.Бронштейн М.П. Современное состояние релятивистской космологии // Успехи физических наук. 1931. № 11. С.

Из книги автора

4.5. Источники околоземных комет Из вышесказанного ясно, что в околоземном пространстве наблюдаются кометы, принадлежащие различным динамическим классам. Рассмотрим, что же известно в данный момент об источниках комет с такими разными орбитальными параметрами и о тех

Из книги автора

Источники гравитационного излучения – Возьмем две звезды, разгоним почти до скорости света и столкнем. Что произойдет? – Нехилый коллайдер получится… Из форума Слабость гравитационного излучения оставляет мало шансов для его регистрации. Где же искать подходящие

Из книги автора

2. Материальные источники В тексте обсуждается и утверждается, что искривление пространства-времени – это результат воздействия материальных источников. Что они собой представляют и как представлены формально? Эти источники являются материей в самом общем понимании.

Как внутри Земли, так и на ее поверхности происходят процессы, которые определяют формирование .

Каждому региону на Земле, на суше и на дне океана свойствен собственный тектонический режим, определяющей развитие рельефа. Эндогенный фактор образования рельефа включает тектонические, сейсмические и вулканические явления. До глубины 400 - 700 км прослеживаются особенно крупные разрывные нарушения, гипоцентры , магматические очаги, с которыми связаны . На этих глубинах происходят переходы вещества из твердого состояния в пластичное и даже жидкое (и обратно), разогревание и плавление его в результате радиоактивного распада, гравитационная и химическая дифференциация веществ.

Эндогенные процессы (от греч. endon — внутри и genes — рожденный) бывают как активными и длительными, например, в вулканических поясах, так и импульсивными. Внешние процессы, называемые экзогенные (от греч. ехо - вне и genes - рожденный), протекают на поверхности благодаря воздействию солнечной энергии, силе тяжести, физико-химическим изменениям и осадков, перемещению веществ из недр Земли в вертикальном и горизонтальном направлениях. Накопление осадков на дне морей и океанов, перемещение рыхлого материала на суше - также результат экзогенных процессов.

Основной источник энергии внешних сил планеты — это солнечная энергия. Из нее на экзогенные процессы расходуется около 60%, остальная часть возвращается во внеземное пространство. Солнечная энергия поглощается . Это определяет высокую степень подвижности его вод: течений, вихрей и др. Но и суше достается значительная доля энергии, которая не только расходуется, но и идет на накопление, уплотнение и преобразование осадков и минералов. Немалая часть ее сохраняется в . Помимо солнечной энергии на создание форм рельефа расходуется энергия падающих на Землю космических тел - метеоритов. Нетрудно заметить, что у эндогенных и экзогенных процессов имеются общие источники энергии: солнечное излучение, вращение планеты и физико-химические превращения вещества. Однако экзогенные процессы теснее связаны с и, прежде всего, с ландшафтно-климатическими условиями. Для каждого ландшафтного пояса характерны свои действующие экзогенные процессы. Установлено, что главным фактором в распределении и свойствах экзогенных процессов является непосредственное соотношение тепла и влаги. Это энергетическая основа многих географических процессов на поверхности Земли, в том числе процессов образования рельефа. Распределение тепла и влаги на поверхности планеты никогда не было постоянным. Это зависело от величины угла наклона оси вращения планеты, которая менялась от 15 - 20° до 30 - 40°. Сейчас этот угол составляет около 27°.

На проблему происхождения и развития рельефа суши и дна морей ученые смотрят по-разному. Одни полагают, что океаны возникли одновременно с появлением планеты. Однако они постоянно сокращают свою площадь, поскольку идет рост континентов. Другие считают, что океаны возникли при разрыве и дрейфе первичных , когда пространство между ними стало заполняться водой. Третьи предполагают, что возникли на месте существовавших некогда континентов в результате «океанизации» Земли.