ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.06.2024
Просмотров: 418
Скачиваний: 0
Изменилось и напряжение, при котором передается электроэнергия. Может быть, вы помните цифру 2 тысячи вольт – напряжение, на котором передавалась электроэнергия Марселем Депрэ. Сейчас ЛЭП-500 – линия электропередачи напряжением 500 тысяч вольт – явление совершенно обычное. Если темп роста напряжения линий электропередач «экстраполировать», как говорят математики, на 2000 год, то получится, что напряжение, которое будет применяться в то время, будет равно 2 500...3 000 тысячам вольт.
В новом строящемся высоковольтном корпусе Всесоюзного электротехнического института имени В.И. Ленина, купол которого сможет вместить тридцатиэтажное здание Гидропроекта, будут испытаны линии передач такого, а может быть, и более высокого напряжения.
А может быть, нужны будут напряжения... в тысячу раз меньше. В будущем может оказаться целесообразным передавать электроэнергию по погруженным в страшный холод сверхпроводящим линиям. А может быть, хотя и маловероятно, будут открыты сверхпроводники, работающие и при «нормальных» температурах.
Вот еще одна идея электропередачи, кажущаяся безумной. Принадлежит она академику П.Л. Капице. Идею эту Петр Леонидович выразил в двух фразах: «Вы думаете, энергия распространяется по проводам? Напротив, в них она только теряется!»
Несмотря на кажущуюся парадоксальность мысли, она в большой мере правильна. Из уравнений Максвелла следует, что с увеличением частоты тока, передаваемого по проводу, ток занимает все меньшую часть проводника, вытесняясь к его краям. Для высоких радиочастот провода вообще не нужны. Энергию волн высоких частот можно передавать по трубам-волноводам, как нефть или газ. Трудности этого пути очевидны – для создания радиоволн нужно будет построить и радиолампы соответствующей мощности. Это – серьезное препятствие для развития электроники больших мощностей. Но разве не было препятствий на пути создания прочно вошедших в наш быт электроприборов?
Серьезные изменения, видимо, претерпят наши электростанции. Вполне возможно, что через х лет вместо сегодняшних котлов и турбин на электростанциях будут установлены исполинские спирали термоядерных установок.
А скоро ли это будет? Как идет «приручение» плазмы? Отвечая на вопрос, академик Л.А. Арцимович сделал в 60-х годах такое образное сравнение:
«... Представьте себе, что группа ученых XVIII века неожиданно увидела одноколесный велосипед. Нетрудно вообразить себе, что один из них предположил – эта машина предназначена для езды. Другой, видимо, немедленно заявил, что может математически доказать – ездить на нем нельзя. Ну а третий – скорее всего попробовал бы проверить это экспериментально. Он сел бы на велосипед и, конечно, сразу бы упал.
Однако мы-то сейчас знаем, что есть люди, которые на одноколесном велосипеде не только ездят, но и выполняют различные трюки. Так, вот, можно считать, что мы едем на одноколесном велосипеде с завязанными глазами по канату. Такова примерно мера трудности работы с плазмой. Но, пожалуй, позволительно сказать, что в последнее время повязка с наших глаз снята. Нам ясно, что канат довольно длинный, но размер его известен».
Пожалуй, эти слова очень точно отражают положение с попытками осуществления управляемой термоядерной реакции – по сути дела, с приручением энергии водородной бомбы. Трудности на этом пути колоссальные. Чтобы плазма, раскаленная до миллионов градусов, не испепелила сосуда, в котором ее пытаются содержать, плазму нужно изолировать от стенок магнитным полем.
Вот тут-то и начинается «езда на одноколесном велосипеде по канату». Дело в том, что ни одна из предложенных до сих пор конфигураций магнитного поля не обеспечивает надежной изоляции плазмы от стенок сосуда; в магнитном поле неизбежно оказывается «течь», через которую раскаленная плазма ускользает к стенкам. Тем не менее ученые исполнены оптимизма. Они считают, что уже на рубеже третьего тысячелетия будут созданы первые термоядерные электростанции.
Другое направление, на котором можно достигнуть энергетического изобилия, хотя, видимо, и временного (запасов, удобных для добычи расщепляющихся материалов, на Земле хватит лет на тысячу), – атомные электрические станции. Первая в мире атомная станция в Обнинске – гордость нашей науки. Мощность ее была невелика, но значение – огромно. Станция открыла путь к другим мощным атомным новостройкам нашей страны.
Инженеры добились того, что электроэнергия атомной станции уже сейчас стоит не дороже энергии обычных электростанций. По всей нашей стране растут новые корпуса атомных гигантов. Особые надежды связываются с новыми типами реакторов – таких, в которых атомное горючее, «сгорая», дает другое, еще более эффективное.
Незаменимы атомные энергетические установки для кораблей, которым приходится длительно находиться в плавании, – для ледоколов, подводных лодок. Гордость советской науки и техники атомоход «Ленин» уже много лет несет свою бессменную службу в северных морях, проводя через толстенные льды караваны судов, доставляя на ледяные просторы научные станции. Сейчас трудно себе даже представить советский арктический флот без атомного ветерана.
Учеными не упущено ни одной возможности увеличить выработку электроэнергии. Они шаг за шагом ставят себе на службу:
Солнце – строятся многочисленные гелиоустановки и преобразователи, ветровые установки (особенно это развито в Голландии);
Луну – строятся приливные электростанции;
Землю – строятся геотермальные электростанции, использующие внутреннее тепло Земли.
Существуют еще более смелые, но пока менее реальные проекты, например, превратить всю нашу Землю целиком в ротор гигантского электрогенератора.
Когда энергетикой будут освоены гигантские термоядерные или солнечные электростанции с баснословно дешевым топливом – водой и солнечными лучами, энергетический голод человечества будет побежден и последствия этого будут огромны. Можно будет, например, превратить в рай земной суровые по климатическим условиям районы нашей планеты.
Может быть, окажется целесообразным и экономически выгодным окружить Марс искусственно созданной с помощью электричества атмосферой и заселить его.
Термоядерные и атомные станции во избежание радиоактивного заражения Земли можно было бы разместить на безжизненной Луне, а электроэнергию передавать на Землю, а может быть, и на Марс – способом, предложенным академиком Капицей, или по лазерному лучу (не исключено, что и каким-либо другим способом, пока неизвестным).
Изобилие электроэнергии приведет к полной электрификации и автоматизации всего хозяйства страны и как следствие к укорочению рабочего дня до 3...4 часов. В оставшееся свободное время люди займутся самоусовершенствованием, укреплением здоровья, наукой и искусствами.
Гармонический человек – вот идеал эры энергетического изобилия...
Время творить
Тетрадь пятая
Позавчера мы ничего не знали об электричестве, вчера мы ничего не знали об огромных резервах энергии, содержащихся в атомном ядре, о чем мы не знаем сегодня?
Луи де БРОЙЛЬ
Ученые, используя электронные доспехи, «смело штурмуют» великие уравнения и связанные с ними теории. Не грозят ли новые открытия электродинамике Максвелла? Не исчезнут ли вскоре со страниц учебников и научных трудов максвелловы уравнения?
Впущение червя во яблоко
Эйнштейн сказал у его гроба: «Жизнь Лоренца – драгоценное произведение искусства».
Лоренц был невысок ростом, исключительно доброжелателен, улыбчив и корректен. Его взгляд был живым и проницательным, память – исключительной. Умственное превосходство его чувствовалось всеми и сразу. Так было всегда, чуть не со школьных лет.
Хендрик Антон Лоренц – голландец, один из не слишком большого числа великих, прославивших небольшую страну. Он – сверстник своих знаменитых земляков – Винцента Ван-Гога и Гейке Камерлинг-Оннеса. Все они родились в 1853 году. Хендрик учился в средней школе – учреждении, в то время в Голландии мало распространенном и не слишком популярном. В классе училось всего трое – один стал администратором на Яве, другой – профессором в Гронингеме, третий – Лоренцем.
Это случилось не сразу. Чтобы поступить в Лейденский университет, нужно было быстро изучить и сдать древние языки. Память и способности позволили Лоренцу сделать это всего за 8 месяцев, притом настолько основательно, что стареющий Лоренц сможет через много лет посвящать часы своего тихого досуга сочинению латинских стихов.
8 месяцев – два языка, причем изученных блестяще. Но и это – не слишком эффектно, если учесть, что весь университетский курс фактически был пройден Лоренцем за год. Через год после поступления он уже защищает с отличием кандидатскую диссертацию.
Но он остался в университете еще на год. Не последнюю роль сыграли в этом решении нераспечатанные бандероли, долго пылившиеся в библиотеке физической лаборатории. А нераспечатанными лежали они потому, что распечатавшему одну из них уже никогда не пришло бы в голову приниматься за следующую.
Бандероли приходили из Кембриджа, были насыщены сложной математикой, «как гадюки – ядом», и вообще были непонятны. Более того, содержимое бандеролей шло вразрез со всем тем, что так тщательно пестовалось в университете, – с классическими электродинамическими теориями.
Бандеролями из Кембриджа доставлялись в Лейден работы Джеймса Клерка Максвелла, посвященные его новой теории. Лоренц был первым голландцем, оказавшимся способным понять и оценить ее. Ему было тогда 20 лет.
22 лет он – доктор наук. Разумеется, «доктор с отличием».
Двадцатидвухлетнего Лоренца буквально рвут на части. Одно за другим следуют соблазнительнейшие предложения от университетов разных городов и стран.
Лоренц предпочитает Лейден, и в нем – кафедру теоретической физики. Лейден – светел и спокоен, он прекрасно соответствует неторопливому, замкнутому и возвышенному стилю жизни Лоренца. Здесь он женится на кузине своего друга и покупает старинный тихий и красивый дом. Он любит семейную жизнь, тишину, уединение. Он живет здесь десятки лет размеренной и спокойной жизнью метра. Лишь незадолго до смерти он переехал в Харлем, где получил пост, примерно эквивалентный посту президента Академии наук у нас – пост попечителя музея Тендера.
Он умер 4 февраля 1928 года после короткой болезни, окруженный любовью и вниманием.
Эйнштейн о Лоренце: «Его доброта и величие души в сочетании с абсолютной безупречностью и глубоким чувством справедливости, а также верной интуицией в отношении людей и вещей превращали его в руководителя во всех областях, где протекала его деятельность. За ним следовали с радостью, потому что Лоренц никогда не стремился господствовать, но всегда – служить».
Через всю жизнь Лоренц пронес одну пламенную страсть. Страсть, рожденную в библиотечной тишине. Страсть к уравнениям и теории Максвелла. Он болезненно воспринимал все ее неудачи. Буквально лез из кожи вон, чтобы примирить противоречия. Иногда теория Максвелла давала предсказания, не совпадающие с экспериментом. Иногда оказывалась недостаточно конкретной для расчетов.
Особые нарекания, и довольно справедливые, вызывали константы среды, введенные Максвеллом и определяющие прохождение в ней электромагнитных процессов. Эти константы, например диэлектрическая и магнитная проницаемости, должны находиться из опыта. Вопрос о физическом смысле и происхождении этих констант Максвелл старался обходить. Предсказать изменение констант в зависимости от температуры, плотности, химического строения или кристаллической структуры вещества на основании уравнений Максвелла было невозможно. Поэтому при любом изменении состояния вещества его константы нужно было бы заново находить из эксперимента.
Лоренц прекрасно понимал, что такая ограниченность теории Максвелла – крупный недостаток. Недостаток, произрастающий из достоинств. По своему существу теория Максвелла – теория электромагнитная. Мир, описываемый теорией, – мир бесконечно разнообразных, налагающих, интерферирующих, видимых и невидимых, ощущаемых и неощущаемых непрерывных волн. В этом была сила теории. И ее слабость.
Когда-то неминуемо должен был встать вопрос о причинах. Что, например, является причиной электрического поля? Максвелл отвечал – заряд. Отвечал с некоторой неприязнью. Введение дискретного заряда, «молекулы электричества» было подобно введению ложки дегтя в бочку меда, впущению червя во яблоко. «Молекула электричества» была нелепой дискретной надстройкой к прекрасному легкому дворцу непрерывных электромагнитных волн. Максвелл, словно предчувствуя грядущие непреодолимые трудности, уклонялся от навечного введения «молекулы электричества» в свою теорию. Он считал это делом сугубо временным: