Сначала напомним читателю кое-что из механики.
Работать — это значит двигаться или двигать тела, преодолевая при этом препятствия.
Человек несет груз, лошадь везет телегу, паровоз тянет поезд. И человек, и лошадь, и паровоз — работают. Они работали бы и в том случае, если бы шли порожняком: всякое движение, связанное с преодолением препятствий, есть работа. И наоборот: всякая работа обязательно выражается в движении.
Производят работу и летящие самолеты, и птицы, и насекомые; падающие камни и вращающиеся колеса; дождь и текущая в реках вода; физкультурники и играющие дети. Но ничто в природе не делается «даром»: Для работы нужно иметь то, что называется энергией. Поэтому, когда мы катимся с горы на санях, не следует думать, что сани везут нас «сами». Плата за проезд внесена вперед: прежде чем скатиться с торы, мы взошли на нее и втащили сани. На эту работу мы затратили какое-то количество энергии. Но энергия, при расходе ее на работу, не исчезает из природы; меняется только ее форма. За счет таких изменений и происходит работа. Следовательно, когда мы катимся с горы, нам возвращается только наша собственная энергия (с некоторыми удержаниями на сопротивление пути).
Рассмотрим некоторые случаи превращения тепловой формы энергии в работу, то есть рассмотрим источник механической энергии. Паровоз получает ее от сжигания дров, угля или нефти; самолет — от сгорающего бензина или его суррогатов; животный мир — из пищи, соответственно ее калорийному содержанию; падающий камень возвращает лишь ту энергию, которая была затрачена на его подъем. Откуда же появилась энергия у дров, угля, пищи и текущей в реках воды, снабжающей нас миллионами киловатт-часов? Ведь энергия, производимая гидроэлектрической станцией, является даровой только для нас, а не для природы, так как ни одна ватт-секунда не может возникнуть в мире из «ничего».
To, что вся жизнь на земном шаре зависит от Солнца, — давно известная истина. Мы получаем от Солнца два необходимых для жизни вида энергии: свет и тепло. Если бы Солнце исчезло, температура на земном шаре упала бы почти до абсолютного нуля. Погруженная во мрак и скованная толстым и твердым слоем замерзшей атмосферы, Земля превратилась бы в мертвую планету.
Не только наличие жизни на земном шаре связано с Солнцем, но и вся имеющаяся на Земле энергия солнечного происхождения. Да и материя Земли, то есть сама Земля, — детище Солнца, оторвавшаяся от него космическая капля. Поэтому утверждение «все от Солнца» абсолютно верно в точном смысле этих слов. В животном мире потомство, достигшее зрелости, оставляется родителями на произвол судьбы. Земля рождена Солнцем более двух миллиардов лет назад, но родитель не снял ее с иждивения. Солнце заботливо снабжает Землю энергией, оно порождает на земной поверхности органическую и неорганическую жизнь, оно господствует над Землей.
На вашем столе стоит электрическая лампа. Она светит. Свет ее — это луч Солнца, миллионы лет назад упавший на Землю.
Нетрудно убедиться, что все это именно так.
Лампа питается током со станции. На станции работает динамомашина. Ее приводит в действие паровая машина, отапливаемая каменным углем.
Каменный уголь, как известно, образовался из остатков растений, миллионы лет пролежавших в недрах земли. Миллионы лет назад эти растения жили в лучах Солнца, аккумулируя их энергию. Тепло и свет, которые излучает сейчас ваша лампа, это возвращаемые каменным углем лучи Солнца, освещавшие и согревавшие растения седой древности. Этот пример иллюстрирует круг превращенной энергии: начиная с тепла и света, дважды перейдя форму механического движения (паровая машина и динамомашина), он заканчивается снова теплом и светом.
Возьмем другой пример. По электрической железной дороге мчится с огромной скоростью тяжелый поезд. Пусть он питается током речной гидростанции. Но реки текут благодаря энергии Солнца. Круговорот воды в природе: испарения, осадки, сток по рекам в моря, снова испарения — все это работа Солнца. Исчезни оно, река замерзнет, динамомашина перестанет действовать, поезд станет.
Люди и животные производят разнообразнейшие работы. Их организмы, непрерывно пребывающие в состоянии деятельности, нуждаются в тепле и питании. Тепло же подучается непосредственно от Солнца или с помощью отопления. По всякое топливо — дерево, каменный уголь, торф, нефть — возникло и возникает под действием солнечного излучения; при сжигании топливо лишь возвращает аккумулированные им солнечные тепло и свет. Что же касается продуктов питания, то и они целиком основаны на аккумуляторах солнечной энергии — растениях и животных, причем эти животные в свою очередь питаются растениями.
С источникам, жизни и энергии на Земле — с Солнцем — стоит познакомиться поближе.
Его геометрические элементы превосходят элементы Земли: радиус и диаметр — в 109 раз, площадь поверхности — в 11880 раз, объем — в 1300000 раз.
Таким образом, разница в величине между Землей и Солнцем, примерно, такая же, как между булавочной головкой и головой человека. Размеры Земли и Солнца показывает следующая таблица, помещенная на 58-й странице.
| ДИАМЕТР В КМ | ПЛОЩАДЬ ПОВЕРХНОСТИ В КМ³ | ОБЪЕМ В КМ³ |
| Земля 12736 | 509,93✕10⁶ | 1083,10✕10¹² |
| Солнце 1391000 | 6,08✕10¹² | 1,41✕10¹⁸ |
 |
| Разница в величине между Землей и Солнцем, примерно, такая же, как между булавочной головкой и головой человека. |
Солнце — шар из раскаленного газа. Температура его поверхности около 5700°, а центра — около 40000000° (это число получено в результате теоретических расчетов). Ничего подобного мы не можем себе, конечно, представить. 40000000° — это уже не тепло в нашем смысле слова: при таких величинах земные понятия оказываются беспомощными и теряют всякий смысл. 40000000° — это излучение невообразимо разрушительной силы. Английский астрофизик Джинс говорит: «Если бы мы вынули из кармана серебряную монету и нагрели ее до температуры солнечного центра, то тепло ее обратило бы в пепел все живое на тысячи километров вокруг».
Сказанное о Солнце дает уже довольно яркое представление о его энергетических ресурсах. Обратимся, однако, к числам, непосредственно характеризующим мощность этих ресурсов.
Мощность излучения с каждого квадратного сантиметра солнечной поверхности равна 8,4 л. с. 1 кв. м такого высокоактивного «радиатора», обладающий мощностью в 84 тыс. л. c., мог бы обслуживать огромный завод. Однако, большая часть солнечного тепла и света уносится в межзвездные пустоты, и только незначительная доля ее попадает на Землю. 1 кв. см поверхности земного шара получает в среднем в минуту (вне поглощающего влияния атмосферы) приблизительно 0,95 малой калории. На весь земной шар приходится всего \(\frac1{2\;200\;000\;000}\) доля излучаемой Солнцем энергии. Такая величина может показаться читателю очень скромной.
Посмотрим, так ли это на самом деле. Попробуем выразить мощность получаемой Землей солнечной энергии в лошадиных силах.
Площадь поверхности Солнца составляет \(6,08\times10^{12}\), а в одном квадратном километре 10¹⁰ квадратных сантиметров. Следовательно, величина солнечной поверхности в квадратных сантиметрах выразится числом в
\(6,08\times10^{12}\times10^{10}=6,08\times10^{22}\) см².
Умножив это число на 8,4 мы найдем общую мощность солнечного излучения в лошадиных силах:
\(6,08\times10^{22}\times8,4=51\times10^{22}\) л. с.
Но на Землю попадает всего \(1\div22\times10^{22}\) доля солнечной энергии. Поэтому, разделив \(51\times10^{22}\) на \(22\times10^8\), находим, что получаемая Землей ничтожная доля солнечной энергии все же обладает внушительной мощностью в \(232\times10^{12}\) — 232 биллиона лошадиных сил.
По плану ГОЭЛРО мощность всех районных электростанций СССР должна была достигнуть через 10—15 лет 1,755 миллионов киловатт. Гигантский размах сталинской индустриализации оставил эти цифры далеко позади: в 1936 году Мы имели уже 5 миллионов киловатт, соответствующих 6,8 миллиона лошадиных сил (1 л. c. = 0,736 киловатт). Таким образом, мощность получаемой Землей солнечной энергии в 34 миллиона раз превосходит общую мощность электростанций гиганта — СССР. Если бы мы нанесли все его станции на план величиной всего в 1 квадратный дециметр, то 232 биллионам лошадиных сил соответствовало бы 34 миллиона таких планов. Ими можно было бы покрыть расстояние между Москвой и Байкальским озером.
В поисках источника энергии на Земле мы пришли к Солнцу. Возникает следующий вопрос: каков же источник энергии самого Солнца?
Выдвигались различные предположения: горение, сжатие, падение на Солнце метеоров. Рассматривать эти предположения мы не будем, поскольку они отвергнуты: они ни в коей мере не объясняют огромного расхода энергии Солнца и показывают слишком короткий срок его существования, измеряемый веками, тысячелетиями или, в лучшем случае, миллионами лет. Возраст же Солнца должен быть определен числом, во всяком случае превышающим два миллиарда лет. Ведь Земля, происшедшая несомненно от Солнца, существует более двух миллиардов лет (об этом свидетельствуют геологические данные). Перейдем поэтому к современной теории источника солнечной энергии.
Температура и излучение звезд (а Солнце — это звезда) поддерживаются за счет перехода одной формы материи в другую — в энергию. Материя и энергия рассматриваются в настоящее время физикой как единая материальная сущность, вследствие чего два закона — закон сохранения материи и закон сохранения энергии — объединяются в единый закон природы. Общий баланс материи и энергии во Вселенной должен оставаться неизменно постоянным.
Из сказанного вытекает, что энергия обладает массой: ее величина равна массе материи, ушедшей на образование данного количества энергии. Поэтому можно говорить о весе энергии в буквальном смысле этого слова. Можно сказать, например, что Земля получает от Солнца ежегодно около 55 тысяч т тепла и света. Эйнштейн вычислил, что примерно \(22\times10^{12}\) малых калорий весят 1 т, или, наоборот, 1 т материи превращается при своем уничтожении (разрушении всех атомов) в тепловую энергию в количестве \(22\times10^{12}\) калорий. Наглядно можно представить себе это число так: \(22\times10^{12}\) калорий достаточно для переезда в десять дней из Европы в Америку парохода мощностью в 145 тысяч л. с. А энергией от разрушения нескольких килограммов материи можно было бы в течение года снабжать все заводы СССР.
Но вернемся к Солнцу. В каждую секунду оно теряет излучением около \(4\times10^{6}\) т вещества. Пока вы читали предыдущую фразу, Солнце стало на 10 миллионов т легче, а по прочтении вами этого пояснения оно потеряло еще столько же. По мере обдумывания вами этих слов с Солнца «испаряются» все новые и новые десятки миллионов тонн вещества, а с тех пор как вы начали читать эту статью, оно успело уже «излучить» несколько миллиардов тонн. Вычислено, что в минуту оно теряет около 230000000 т, в час оно теряет около 14000000000 т, в сутки 330000000000 т, в год 120000000000000 т.
Год назад в это время Солнце весило на 120 биллионов т больше.
Это чудовищное число может внушить неприятные чувства. В самом деле: ведь с каждым годом, днем, часом и даже секундой Солнце светит и греет все слабее и слабее. Надолго ли хватит его при такой расточительности? Что станет с Землей, когда Солнце не сможет так щедро снабжать ее энергией?
Никто из читателей не заметил, однако, чтобы Солнце становилось с течением лет темнее или холоднее. Даже глубокие старики не смогут сказать этого: и сейчас Солнце светит и греет так же, как девяносто лет назад. Объясняется это противоречие вовсе не отсутствием наблюдательности: утечка солнечной материи за 80—85 лет, равная тысяче биллионов тонн, действительно велика, но не следует забывать, что масса Солнца выражается внушительным числом в \(2\times10^{27}\) т.
Читатель может быть спокоен — этого запаса материи хватит на продолжительный срок. В нынешних условиях излучения, Солнце может потерять один процент своей массы только через 165—170 миллиардов лет.
Комментариев нет:
Отправить комментарий