Превращения энергий
Кто не видел фокусника в цирке! Он накрывает пустой шляпой табуретку и вытаскивает из-под шляпы… яйцо. Накрывает шляпой яйцо и вытаскивает из-под нее… петуха.
Превращения энергий, о которых я собираюсь вам рассказать, не менее удивительны. Хотя никакой «ловкости рук» для них не требуется. Природа задумала свои секреты хитрее. Просто мы так привыкли ко многим из них, что даже не замечаем. И напрасно: только те люди и совершают открытия, делают изобретения, «угадывают» законы природы, которые не разучились в «обыкновенном» видеть необыкновенное…
Разве это не удивительно: бесформенный «мягкий» пар заставляет ехать по рельсам паровоз — толкает поршни, крутит колеса? Значит, пар обладает энергией?
Конечно, ведь пар — мельчайшие частички воды, молекулы; нагреваясь, они как бешеные начинают носиться в разные стороны. Чем горячее пар, тем быстрее движение молекул, которое тепловым движением так и называется, а энергия «бегающих» молекул — тепловой энергией. Каждая из этих частичек не очень сильна, зато их миллионы, миллиарды… А когда миллиард крошечных ударов одновременно обрушивается на поршень, тяжелый стальной поршень поддается их натиску и тоже приходит в движение. Энергия движущегося поршня (или любого другого движущегося тела, а также воды и ветра) называется механической энергией.
Тепловая энергия пара в энергию механическую превращает движение поршня, колес, всего паровоза.
Но откуда взять пар, откуда — тепло?
Да хотя бы из-под земли. Глубоко под землей находятся целые моря горячей воды и пара. Есть такие моря у нас на Камчатке, на Кавказе, в Сибири. Стоит пробурить скважину, как кипяток и пар вырвутся из нее фонтаном-гейзером. Особенно много горячих гейзеров в Исландии. Там подземным кипятком отапливают дома, подогревают воду в плавательных бассейнах. Пар пускают по трубам на тепловые электростанции, чтобы вращать паровые турбины.
Но гейзеры есть не всюду. Гораздо чаще приходится кипятить воду в паровых котлах, сжигать для этого топливо — уголь, нефть или горючий газ. Выходит, пар получает свою энергию от топлива — оттого, что оно так жарко горит.
А что такое — горит?
Если спросим об этом ученого, химика, он ответит: горение — это химическая реакция; уголь, нефть или газ соединяются с кислородом и при этом все вокруг нагревается. И мы с вами скажем теперь: значит, в топливе была скрыта химическая энергия. При горении она превратилась в тепловую энергию. Вот вам еще одно удивительное превращение!
Может ли химическая энергия в механическую превращаться?
В двигателях внутреннего сгорания именно это и происходит. Но не сразу: сгорая в цилиндре, бензин (или керосин) образует горячие газы — химическая энергия перешла в тепловую. Эти газы, расширяясь, толкают поршень — тепловая энергия перешла в механическую.
Может ли химическая энергия превратиться в электрическую энергию? Вспомните, что происходит в электрической батарейке, и вы сами ответите на этот вопрос.
О том, как механическая энергия превращается в электрическую, наверно, и напоминать не надо: в любом генераторе вертится якорь, вертит его механическая энергия, а в проводах получается ток — электроэнергия.
Значит, энергия только с виду или, как говорится, по форме бывает разной. Значит, разные формы энергии — механическая, тепловая, химическая, электрическая — могут переходить одна в другую.
Вы, наверно, слыхали о том, как первобытный человек добывал огонь трением. Разумеется, он это делал, не зная, что превращает механическую энергию в тепловую. А мы знаем. Вот и подумаем, в каких еще приборах и механизмах одна форма энергии переходит в другую?
В электроплитке: электричество переходит в тепло.
Электролампочка: электричество переходит в свет — есть ведь и такая форма энергии, световая.
Электровентилятор: электричество снова становится ветром, превращается в энергию механическую.
Как вы думаете, во что превратилась механическая энергия, заставившая катиться игрушечный автомобильчик? Мы толкнули его, и он сначала поехал, а потом сила трения остановила его.
Но ведь от трения тела нагреваются…
Правильно: механическая энергия перешла в тепловую. Только колеса и оси автомобильчика нагрелись совсем незаметно — ведь толчок был не сильный. К тому же получившееся тепло довольно быстро рассеялось, разошлось в окружающем воздухе — заметить его не просто.
А двигатель настоящего автомобиля все время борется с трением, и все время часть механической энергии превращается здесь в тепловую. Приходится постоянно охлаждать двигатель, чтобы не перегревался.
Вообще мы могли бы сказать, что живем среди превращений энергии и пользуемся этим каждый день, каждый час, но не всегда замечаем: привыкли. А самые разные наши машины только и заняты тем, чтобы превращать один вид энергии в другой, «будить» уснувшую в угле, нефти, бензине работоспособность и превращать в работу для нас. Разве это не удивительнее любых фокусов?