Морские волны, приливы и отливы.

 

Поверхность морей и океанов почти никогда не бывает спокойна. Прибрежные жители привыкли засыпать под убаюкивающий шум морского прибоя, которым всегда невольно часами любуются люди, редко попадающие на берег открытого моря. С шумным рокотом набегает на берег пенящаяся морская волна, волочит по песку камушки и ракушки, постепенно замедляет свой бег, останавливается и затем с шипением сбегает обратно в море, оставляя на песке влажный блестящий след. Особенно силен прибой во время сильного ветра, когда по морю гуляют грозные водяные валы с белой шапкой из пены.

Изо дня в день, из года в год, постоянно наступая на берег, морские волны постепенно разрушают и крепчайшие скалы, — настолько много силы в их движении. Долгое время человек в более спокойную погоду только любовался морскими волнами, а в бурную спешил укрыть от их ярости в безопасном пристанище свои суда и лодки. Современная техника, однако, уже пытается за-

прячь в работу и морские полны, она пробует обратить на пользу человека энергию их движения.

В тридцати с небольшим километрах от самого большого города Соединенных Штатов Америки — Нью-Иорка расположен приморский городок Отен-Гров. В море около этого городка построен выдвинутый метров на 10 от берега деревянный помост на сваях. Между сваями подвешены деревянные щиты, которые могут качаться взад и вперед, как маятник у стенных часов. К каждому щиту прикреплен длинный брус, другой конец которого идет к поршню насоса. Морские волны раскачивают эти щиты, брусья двигают поршни насосов и таким образом накачивается вода для поливки городских улиц, для промывания сточных труб и других нужд.

Есть подобные же установки, но действующие несколько иначе, и в некоторых других местах земного шара. Однако все это еще первые попытки, расширение которых — дело будущего. Да и вряд ли использование морских волн сможет и в будущем дать человечеству столько даровой энергии, сколько даст овладение другим мощным движением вод океана — приливами и отливами.

Земля при своем движении в безграничном мировом пространстве имеет, как известно, постоянного и верного спутника—луну. Если луна не может отойти от земли благодаря тому, что последняя ее притягивает, то и лупа в свою очередь притягивает землю. Это притяжение луны (а отчасти и солнца) более всего заметно, конечно, на легко подвижных водных массах океанов. Воды океанов, благодаря этому притяжению, то поднимаются и наступают на берега, то опускаются и отходят от них. Такие приливы и отливы воды с правильностью повторяются в прибрежных странах примерно через каждые 6 1/4 часов.

Энергия движения воды во время приливов и отливов огромна. Высчитано, например, что если бы можно было использовать силу приливов и отливов только у берегов Англии, то ее хватило бы на удовлетворение всех промышленных нужд этой страны. А ведь Англия обладает очень развитой промышленностью! Немудрено поэтому, что современная техника поставила перед собой и задачу использования силы приливов и отливов.

В настоящее время в некоторых местах (во Франции, Англии, Канаде, Соединенных Штатах и др.) уже построены или предполагаются к постройке установки для использования этой силы. Обычно подобная установка состоит из плотины, в которой оставляется узкий проход. В проходе устанавливаются водяные турбины. Во время прилива поднимающийся вода прорывается через проход, приводя по дороге в движение турбины. Когда наступает отлив, то вода устремляется через проход обратно в море и снова заставляет работать турбины.

В деле использования человечеством даровой силы приливов и отливов также делаются только первые шаги. Завоевание их тоже—дело будущего. Но оно уже обещает довольно много. Уже при современном состоянии техники можно было бы без особых усилий получить около 3 лошадиных сил на каждую сотню жителей земного шара, а на будущее можно возлагать и гораздо больше надежды.

Однако, как мы видим, использование одной только силы движущихся вод едва ли освободит нас полностью от тяжелого физического труда. Гораздо больше обещает работа "голубого угля", который человек только, только еще начинает прибирать к рукам.

 

 

Ветер на службе человеку.

 

Если из теплой комнаты открыть двери в холодный коридор, то снизу в комнату потянет струя холодного воздуха, а вверху теплый воздух из комнаты устремится в коридор. Это легко заметить с помощью пламени горящей спички или свечи. Происходит такое явление потому, что холодный воздух плотнее, тяжелее нагретого, он вытесняет снизу более легкий теплый воздух. То же самое постоянно происходит и в природе. В жарких странах солнце греет землю сильнее, чем в холодных, за день земля нагревается, ночью охлаждается, неодинаково нагреваются поверхности земли и моря, разные склоны гор… Благодаря всему этому в разных местах земли нагрет различно и воздух, почему он почти постоянно перемещается с места на место, вызывая то, что мы называем ветром.

Ветер бывает разной силы. Иногда его почти совсем не заметно, а иногда он дует с такой силой, что срывает крыши с домов и с корнем вырывает вековые деревья. Нетрудно сообразить, что в дующих на земле ветрах заключено огромное количество энергии, обязанное своим происхождением нагреванию солнцем.

Когда человек впервые приспособил парус для передвижения своей лодки, он заставил уже служить себе энергию "синего угля". Много позднее, но все-таки уже больше тысячи лет тому назад, человек устроил ветряную мельницу. Четыре или шесть лопастей, насаженные на валу и приводимые в движение силой ветра — вот собственно и вся ветряная мельница. Сюда надо добавить только приспособление для поворачивания лопастей в выгодное положение относительно направления ветра, да передачу вращения вала работающему механизму Такие мельницы употреблялись и употребляются теперь для помола зерна, откачки поды и тому подобных работ. Почему же они сравнительно мало распространены, почему человечество так слабо использует даровую энергию ветра?

 

Главным препятствием для широкого использования ветра служило его непостоянство. То ветра нет, а то он вдруг задует так, что лучше бы уж вовсе не дул: того и гляди снесет и самый двигатель. Ветряной двигатель работает не тогда, когда нужно, а тогда, когда есть ветер. Куда удобнее в этом отношении паровая машина. Работает она ровно; когда нужно — пустил ее, когда не надо — остановил. Поэтому-то паровая машина и задержала распространение ветряных двигателей, — ее применение было и удобнее и выгоднее. Однако угроза будущего угольного голода заставила современную технику вернуться к разработке ветряных двигателей.

Прежние мельницы могли работать только при сравнительно сильном ветре. Теперь научились строить ветряные моторы, работающие и при слабом ветре. Мало того. Прежде, когда не было работы, нельзя было использовать ветряной двигатель даже и в том случае, когда дул подходящий ветер. Теперь, благодаря тому что физика хорошо изучила свойства электрической энергии, а техника научилась применять их для практических целей, можно запасать энергию ветра впрок. Для этого строят особые приборы — электрические аккумуляторы, которые и соединяются с ветряными двигателями. Вся лишняя, ненужная в данный момент энергия ветра, вращающая колесо двигателя, превращается в электричество, которое и запасается в аккумуляторах. Когда нужно, заряженные аккумуляторы отдают запасенное в них электричество, которое и производит необходимую работу.

Подобные ветряные моторы устанавливаются теперь по многих местах в Америке и других странах. Ряд таких установок изображен на рисунке 24. Все они делаются сплошь из металла и могут давать каждая постоянно 10 — 15 лошадиных сил, а то и больше.

У некоторых крылья достигают до 20 метров в поперечнике и тогда они дают уже до 40 лошадиных сил. Обходятся они сравнительно недорого, содержание их тоже не требует больших затрат, а потому ветроэлектрические двигатели охотно употребляются в сельских местностях для освещения, орошения полей, приведения в действие динамомашины, разных аппаратов.

 

У нас в СССР испытываются в настоящее время быстроходные ветряные двигатели несколько иного типа, более дешевые и надежные в работе. Такой двигатель, мощностью в 50 лошадиных сил, установлен для испытания в районе бакинских нефтяных промыслов и приводит в движение пять глубоких насосов.

Испытание его работы дало хорошие результаты. Кроме того у нас разработаны теперь еще маломощные ветряные двигатели и предположено организовать их массовое производство.

В недавнее время появился и другой способ использования энергии ветра. Взгляните на рисунок 25. На нем вы видите корабль с двумя какими-то необычно большими и высокими трубами. Вы ошибетесь, если подумаете, что это — трубы для отвода дыма и газов из пароходной топки. Нет, эти трубы… двигают судно.

Вы знаете, какую пыль поднимает за собой в летнее сухое время автомобиль или быстро несущаяся телега. Происходит это потому, что вращающееся колесо автомобиля или телеги с одной стороны сжимает перед собой воздух, а с другой — как бы разрежает его, благодаря чему около колеса возникают засасывающие вихри воздуха, поднимающие пыль с дороги.

Подобные же движения воздуха возникают и около вращающегося цилиндра, когда на него дует ветер: с одной стороны цилиндра направление ветра совпадает с направлением движения цилиндра (на рисунке 26 — сверху), а с другой стороны не

 

совпадает (с нижней). По этой причине с одной стороны (на рисунке с нижней) образуется много вихрей, благодаря чему в направлении, показанном на рисунке стрелкой, возникнет сила, которая будет стремиться двигать цилиндр. Это направление, как видно из рисунка, не совпадает с направлением ветра, а идет как раз поперек последнего.

Теперь вы поймете, как двигается судно Флеттнера.

Две его "трубы" представляют собой большие металлические цилиндры, приводимые во вращение мотором. Когда дует ветер, то поперек его направления создается сила, которая давит на трубы и тем самым двигает судно.

Таким образом современная техника позволяет уже строить такие аппараты, которые дают возможность удобно и выгодно использовать даровую энергию ветра. А это использование имеет огромное значение. Достаточно сказать для примера, что у нас в СССР больше половины урожая перемалывается на ветряных мельницах, которых насчитывают до двухсот тысяч штук. Все эти мельницы, конечно, устроены плохо и работы дают немного. А если бы вместо них установить более усовершенствованные ветряные двигатели, то они не только справлялись бы с помолом зерна, но давали бы еще энергию для устройства электрического освещения в наших глухих деревнях и селах, для приведения в действие маленьких двигателей и т. д. Правильно поставленное использование энергии ветра на много облегчило бы труд человека в горных странах, оно позволило бы также наладить и орошение пустынь. Дело в том, что в пустынных бесплодных местностях вода часто все-таки есть, но она находится глубоко под землей, — ее надо оттуда выкачать. Большое количество ветряных двигателей, поставленных в таких местах, могло бы сделать это и тем самым позволило бы превратить большие пространства пустынь в цветущие местности.

Учеными высчитано, что ветряные двигатели, установленные в большом количестве, могли бы дать до 1 1/2 лошадиных сил мощности на каждого человека. Само собой разумеется, однако, что такая установка — дело не легкое, и осуществить ее удастся только в будущем. Но, как бы то ни было, запасы "синего угля" огромны, они постоянно пополняются, и человечеству надо только как следует организовать их использование.

 

 

Солнце в качестве мотора.

 

Греясь в теплый весенний день на солнышке, вряд ли кто-нибудь задумывается над тем, какое огромное количество тепла посылает на землю наше дневное светило. А между тем это количество действительно огромно. Ведь солнечная теплота поднимает в высь воды морей и океанов, производит передвижения мощных масс воздуха на земле, поддерживает рост и развитие растений… Это она является тем источником энергии, запасами которого мы пользуемся в виде различных сортов черного, белого и синего угля. Вся жизнь на земле зависит от солнца; не будь солнца, — земля была бы мертва и пустынна.

Мы уже знаем, что главное количество энергии для своих производственных надобностей человечество получает в настоящее время от каменного угля. Но если подсчитать, сколько теплоты дает годовая добыча каменного угля во всех странах, то окажется, что оно примерно в 500 тысяч раз меньше того количества теплоты, которое земля получает в одну минуту от солнца! Сам собой является вопрос: нельзя ли как-нибудь непосредственно использовать солнечную теплоту, заставив ее тем или иным способом производить нужную нам работу?

Приходилось ли вам, когда-нибудь закуривать папиросу на солнце с помощью зажигательного стекла? Если приходилось, то вы знаете, что это удается только в том случае, когда вы держите стекло в одном определенном положении относительно папиросы. Солнечные лучи, падающие на всю поверхность стекла, последнее собирает в один маленький кружочек, почти точку, которая и должна приттись как раз на кончике папиросы. Тогда тепло солнечных лучей, приходящихся на всю поверхность стекла, соберется в одной точке, и его будет достаточно, чтобы зажечь папиросу. Значит, такое зажигательное, или, как его еще называют, собирательное. стекло обладает способностью собирать, сосредоточивать солнечное тепло в одной точке. Само собой понятно, что чем больше стекло, тем больше тепла соберет оно в одной точке.

Папиросу можно зажечь от солнца не только с помощью собирательного стекла, но и с помощью зеркала, но только не обыкновенного, а вогнутого (рис. 27). Такое зеркало (A), как видно из рисунка, тоже собирает падающие на него солнечные лучи (С) в одну точку (F). Если бы можно было построить вогнутое зеркало с поперечником в 1 километр, то в той точке, в которой оно собирало бы лучи, можно было бы поставить доменную печь: тепла было бы достаточно, чтобы выплавить чугун из руды!

 

Вот с помощью таких-то вогнутых зеркал и пробуют теперь использовать для работы непосредственно солнечное тепло.

 

На рисунке 28 изображен общий вид солнечного двигателя, установленного в Египте. На нем видны два ряда вогнутых зеркал, сделанных из обыкновенного

посеребренного стекла. Всего таких рядов пять. Вдоль зеркал идут батареи котлов, на которые направляются собираемые зеркалами солнечные лучи. Вода в котлах нагревается до кипения и получающийся высокого давления пар передается по трубам в машинное отделение. Там он приводит в действие паровую машину в 60 лошадиных сил. Зеркала устроены так, что они все время поворачиваются к солнцу.

Работу такой машины нельзя еще считать очень выгодной.

Есть солнечные двигатели и другого устройства, в которых обходятся без вогнутых зеркал. Вместо воды в них употребляют иногда какую-нибудь более легко обращающуюся в пар жидкость, например сгущенный в жидкость сернистый газ 1). Но все эти установки пока довольно несовершенны и не получили еще широкого распространения. Разработка их — дело техники будущего, но будущего, вероятно, очень недалекого.

В наших местах, где солнца бывает не так много, где зимой холодно, а весной и осенью оно тоже греет не очень-то сильно, рассчитывать на прямое использование солнечной энергии, конечно, не приходится.

Но зато в жарких странах, где горячее солнце печет круглый год, солнечные двигатели будут иметь большое значение. Вообразите себе какую-нибудь пустыню Сахару, где некуда деваться от палящего солнца. Сколько энергии уходит там даром на бесполезное для нас нагревание бесплодных песков! Заставляя эту энергию с помощью солнечных двигателей днем выполнять нужную для людей работу и запасая ее посредством электрических аккумуляторов и для ночной работы, можно было бы многие местности пустыни превратить в богатые, цветущие, пригодные для жизни людей места.

"Желтым углем" человечество еще как следует не овладело. Но, благодаря успехам науки и техники, оно уже начинает подходить к этому и, рано или поздно, превратит и его в своего слугу. Далекое солнце станет мощным мотором, который будет заставлять работать наши машины и снимет с наших плеч добрую долю бремени тяжелого физического труда.

 

 

Подземный жар.

 

Когда христианские попы хотят сделать свою "паству" более послушной и щедрой на удовлетворение "нужд церковных", то они начинают рассказывать о "геенне огненной", об "аде, где грешников будет жечь неугасимый огонь". Этот ад, по их представлению, помещается где-то внутри земли.

Надо сознаться, что попы довольно удачно выбрали место для своего воображаемого ада. Внутри земли действительно очень высокая температура. Человек узнал об этом, прорывая глубокие шахты при разработке залежей каменного угля, соли и других полезных ископаемых, а также прорезая насквозь высокие горы при постройке туннелей. В некоторых прорытых человеком шахтах настолько жарко, что работать там можно только в течение короткого времени, с частыми сменами и отдыхом наверху. Наблюдения, произведенные при подобных работах, показали, что по мере углубления в землю на каждые 33 метра температура повышается на 1°. Происходит это потому, что, как выяснила наука, земля наша некогда была расплавленным огненно-жидким шаром. Она лишь постепенно остывала, покрываясь снаружи твердой застывшей коркой. Толщина этой корки в настоящее время достигает какой-нибудь сотни километров, в то время как расстояние от поверхности земного шара до его центра больше шести тысяч километров. Если так жарко в глубоких шахтах, которые являются лишь маленькими булавочными уколами в оболочке нашей планеты, то какая же невообразимая жара должна господствовать во внутренности земли! Поистине—"геенна огненная"… Надо во избежание недоразумений тут же оговориться, что никакого огня там, конечно, нет, как пет его, например, внутри расплавленной массы какого-нибудь металла. Ведь огонь бывает только при горении, а для горения нужен воздух: во внутренности же земли никакого воздуха, конечно, тоже нет.

Итак, по мере углубления в землю становится все жарче и жарче. Вычислено, что уже на глубине 3 километров должно быть настолько жарко, что будет кипеть вода. Другими словами — температура должна достигать там 100 градусов. В некоторых же местах земного шара температура но мере углубления растет еще быстрее. Там, очевидно, твердая кора еще тоньше и расплавленная огненно-жидкая масса еще ближе подходит к поверхности земли. Вы, конечно, слышали и про такие места, в которых эта масса изливается иногда на поверхность земли, что бывает при вулканических извержениях. Для обслуживания большинства нужд нашей промышленности и транспорта мы в настоящее время пользуемся тепловой энергией, превращая ее в движение, электричество и т. п. Тепловая энергия является тем драгоценным источником, который питает силой наши фабрики, заводы, паровозы, пароходы… И вот, оказывается, что под нашими ногами находится буквально целый клад — неисчерпаемые запасы тепла, которые спрятаны, однако, довольно глубоко. До них надо еще добраться и надо суметь взять их в свои руки. Человечество и в этом деле сделало еще только самые первые, самые робкие шаги…

В Италии, около небольшого городка Лардерелло из земли бьют горячие источники, вода которых содержит

 

в растворе борную кислоту. Так как борная кислота применяется и в технике (например для приготовления эмали, глазурей и т. и.) и в медицине (как обеззараживающее средство), то ее и добывают из этих источников в больших количествах (рис. 29). Для этого раствор борной кислоты выпаривают в больших котлах, которые обогреваются бьющими там же из-под земли источниками

горячего пара. Кроме того этот же нагретый внутри земли пар употребляется для приведения в действие ди – намомашин, вырабатывающих электричество. Получаемое таким способом электричество применяется для освещения и других целей не только в самом Лардерелло, но посылается по проводам и в целый ряд других городов.

Есть и еще примеры использования источников го– ячей воды или водяного пара для технических целей например в Америке), но пока их еще очень немного. А между тем, если бы прорыть глубокие шахты и на дне их установить машины, которые могли бы превращать теплоту прямо в электричество, то можно было бы получить столько энергии, что ее с избытком хватило бы на все наши нужды. Правда, прорытие таких глубоких шахт в настоящее время потребовало бы очень больших затрат,— это во-первых. А во-вторых, мы пока еще не умеем строить таких машин, которые превращали бы теплоту прямо в электричество: ведь на электрических станциях, в которых энергия получается от топлива, теплота приводит в действие сначала паровую машину, которая уже вращает динамомашину, вырабатывающую электричество. Такой способ не очень выгоден, ибо при нем электричество обходится довольно дорого.

Так обстоит дело теперь. Но если вы вспомните рассказанное в начале этой книжки, если вы себе представите, какие быстрые успехи делают наука и техника, особенно в последнее время, то вы, конечно, поймете, что завоевание "подземного жара" должно быть делом недалекого будущего. А раз человечество его завоюет, то ему нечего будет опасаться недостатка энергии!

Мы с вами, читатель, рассмотрели целый ряд "цветных слуг", которых человечество заставляет или сможет в сравнительно недалеком будущем заставить служить себе. Уголь, движущаяся вода, ветер, солнечная теплота, теплота земного шара—вот те источники, которые освободят если не нас, то наших детей и внуков полностью от тяжелого физического труда и позволят им еще быстрее пойти по пути облегчения и совершенствования своей жизни. Кроме перечисленных есть и другие источники энергии, которые, несомненно, также можно будет использовать; но это использование едва ли удастся наладить скоро, а потому мы здесь и не будем о них говорить.

Уже в настоящее время значение использования сил природы огромно, особенно в странах с развитой промышленностью. Если сравнить количество используемой теперь природной энергии с той работой, которую могло бы произвести все трудоспособное население страны, при условии, чтобы оно круглый год было занято тяжелым физическим трудом, то окажется, что количество используемой природной энергии больше работы людей:

в Германии………………………….. в 82 раза

„ Англии……………………………… „ 80 раз

„ Соед. Штат. С. Америки.. „ 78 „

во Франции………………………….. „26 „

в СССР…………………………………….. 9 „

Мы в этом отношении еще сильно отстали от других. Но, как об этом будет сказано дальше, теперь у нас есть все данные для того, чтобы поставить использование сил природы постепенно все лучше и лучше.

Нам уже пришлось упомянуть о том, как подходили к вопросу о труде человека "священные" книги. И мы видим, что человек вовсе не предназначен "в поте лица добывать хлеб свой". Те ученые, которые находились на службе у капиталистов и помещиков, подходили к вопросу о тяжелом труде с другой стороны. Они утверждали, что человечество слишком размножилось; что на земле не хватит источников энергии для обслуживания всех. А потому сама природа принуждает огромное большинство человечества изнывать в тяжелом труде и жить впроголодь. Ничего, значит, против этого не поделаешь…

Все это чепуха! Если сделать примерные подсчеты, то окажется, что рассмотренные нами выше источники энергии уже при нынешней технике могли бы дать пять лошадиных сил на душу населения земного шара, а может быть даже и десять. Это почти в два и в три раза больше, чем нам нужно.

Человечество может жить на земле легко, свободно и счастливо, природа дает ему все средства для этого. Мешает же ему не воображаемый "бог", а кое-что другое. Что именно, — это мы выясним несколько дальше, а пока попробуем подробнее ознакомиться с тем видом энергии, который начинает играть все большую и большую роль в нашей жизни и значение которого в будущем еще более возрастет.

Мы говорим об электричестве.

 

V. ПОРАБОЩЕННАЯ МОЛНИЯ.

 

Молния — электричество.

 

В мае 1752 года недалеко от Парижа был установлен странного вида высокий шест. Шест был деревянный, но заканчивался железным стержнем, укрепленным в стеклянной оправе. От стержня вниз тянулась металлическая проволока. И вот 10 мая, когда в этом месте проходила грозовая туча, люди, возившиеся около шеста, получили из проволоки электрическую искру, как бы извлеченную из грозовой тучи. А месяц спустя в Северной Америке довольно пожилой уже человек, по имени Вениамин Франклин, несмотря на совсем не подходящую погоду (была гроза), занимался… запусканием змея. Змей был тоже не совсем обыкновенный. Он был снабжен железным острием, а пеньковая веревка, на которой его запустили, была привязана к ключу, придерживаемому шелковым платком. Когда веревка намокла от дождя, то Франклин, приближая к ключу руку, получал из него явственно видимые электрические искры.

Не для забавы запускал змей Вениамин Франклин. В его время уже знали, что при трении некоторых тел друг о друга (например какой-нибудь смолы или серы о шерсть или стекла о кожу) получается электричество. В его время строили и электрические машины, в которых электричество добывалось именно трением. С таки-

ми машинами производили много различных опытов… Но Франклина занимала мысль:

А не электрическими ли искрами являются те гигантские молнии, которые бороздят во время грозы небо? Не заряжаются ли тучи электричеством подобным же путем, как заряжаются наши электрические машины, и не получаем ли мы при разряде последних ту же молнию, только в маленьких размерах?

Описанные опыты с шестом (проделанные тоже для проверки мысли, именно Франклина) и опыты со змеем, впоследствии неоднократно проверенные и в других странах, показали, что Франклин был прав.

Та грозная молния, которая издавна пугала человека, которая и теперь еще заставляет испуганно креститься темных женщин в глухих деревнях, оказалась электрического происхождения. И значит, изучая электричество и используя плоды этого изучения для своих нужд, человек заставляет служить себе те же силы, которые производят и молнию, — одно из самых величественных проявлений природного электричества.

Открытие этого факта позволило прежде всего обезвредить молнию. Высокие металлические, заостренные сверху шесты, зарытые нижним концом глубоко в землю — громоотводы — как бы притягивают к себе молнию, отводят ее в землю и тем самым предохраняют соседние с ними предметы от удара молнии. Громоотвод, благодаря которому современные города нс боятся молнии, был также изобретен Франклином.