Ядерная или атомная энергия — это энергия взаимодействия и движения ядерных частиц атома — протонов, нейтронов и электронов. Эта энергия при определённых условиях — в атомном реакторе, например, преобразуется в тепловую, а тепловая в паровом двигателе — в механическую, а последняя в свою очередь может преобразоваться в электрогенераторе в электрическую.
Для преобразования любого из этих видов энергии в другой, нужный нам вид, человек создал много различных машин.
9. Мир машин
Нас окружает неисчислимо огромный мир машин. При помощи одних из них человек изготовляет самые различные машины, а при помощи других сооружает суда, самолёты, тепловозы, паровозы, строит дороги и гидроэлектростанции, автомобили и комбайны; есть машины, вспахивающие поля и убирающие посевы, перерабатывающие свёклу, мелющие зерно, выкачивающие нефть из недр земли, печатающие книги, газеты, журналы.
Машины облегчают наш труд, способствуют увеличению производительности труда и улучшению наших бытовых условий, повышению качества продукции. Они облагораживают быт, повышают его культуру. Все такие машины носят общее название: машины-орудия.
Мы не всегда отдаём себе отчёт в том, что весь бесконечно огромный мир машин-орудий окажется мёртвым, бесполезным нагромождением металла без машин-двигателей, короче, без двигателя. Лишь благодаря ему возможна работа машины-орудия.
Двигатель — сердце каждой машины.
Откуда же, однако, двигатель приобретает способность совершать работу?
Присмотревшись к работе любого двигателя, мы обнаружим, что он действует за счёт подводимой к нему какой-либо энергии. Она преобразуется в двигателе в нужный нам вид.
Одними из первых были созданы человеком водяные и ветряные двигатели. Затем появились паровые поршневые двигатели, паровые турбины, двигатели внутреннего сгорания, газовые турбины, электрические двигатели. Ветряной двигатель совершает работу за счёт энергии ветра; водяной — за счёт энергии потока воды; паровой — за счёт упругой силы пара, образующегося в паровом котле. Двигатель внутреннего сгорания и газовая турбина совершают работу за счёт энергии, образующейся в результате сжигания в них жидкого или газообразного топлива (бензина, керосина, горючего газа). Электрический двигатель работает за счёт электрической энергии, получаемой в генераторах различного рода, приводимых в движение одним из перечисленных ранее двигателей, либо химическим путём.
Коротко говоря, двигатель совершает работу лишь в том случае, если к нему подведут какой-либо вид энергии. Иногда очень много средств, сил и труда затрачивается для того, чтобы обеспечить двигатель топливом или иным источником энергии. И всё же любой из существующих двигателей расходует пока её довольно расточительно. Таково свойство всех существующих двигателей. Ни один из них не совершает работы без потерь потребляемой энергии.
Чтобы определить экономичность двигателя и характер потерь энергии в нём, конструктор двигателя или инженер-эксплуатационник поступает подобно бухгалтеру, но инженер составляет баланс не хозяйственной деятельности, а так называемый тепловой баланс.
Мы не станем приводить математических расчётов, которые для этой цели проделывает инженер. Ограничимся лишь рисунком, наглядно показывающим тепловой баланс конденсационного турбогенератора (рис. 34), котельная которого работает на мазуте.
Рис. 34. Тепловой баланс конденсационного турбогенератора.
Оказывается, что из всей тепловой энергии, подведённой к турбогенераторной установке, лишь 13 % преобразуется в механическую, полезно используемую для производственных надобностей. Остальные 87 % представляют потери. Из них 59 % оказываются утраченными с горячей водой, выходящей из турбогенератора, 3 % —израсходовано на бесполезный нагрев трубопроводов и турбины, 25 % ушло в воздух через дымовую трубу.
Итак, если в топке парового котла турбогенераторной установки сжигается 100 кг мазута, то лишь энергия 13 кг полезно используется. Энергия остальных 87 кг мазута представляет бесполезные для производства потери.
Подобное явление потерь энергии происходит в любом из существующих двигателей.
Бензиновый двигатель внутреннего сгорания, израсходовав, например, 100 кг бензина, совершает полезную работу, которую теоретически можно получить лишь от 20–35 кг. Остальные 65–80 кг расходуются на преодоление трения деталей двигателя, на нагрев его, с выхлопными газами и пр., то есть теряются бесполезно.