Текст книги "Техника и человек в 2000 году"

Автор книги: Антон Любке

сообщить о нарушении

Текущая страница: 7 (всего у книги 13 страниц)

В рамках рассматриваемой нами темы заслуживает внимания еще одна область, находящаяся в тесной связи с атомной теорией, именно теория относительности. Несколько странно, что эта теория до сих пор. нашла лишь очень слабое применение в технике, – более того, что наряду с теми, кто способен ее понять и усвоить, она со стороны других характеризуется как область, лишенная всякого значения для техники и энергетики. Из истории техники мы знаем, что успехи последней тесно связаны с прогрессом прикладного естествознания. Всякий раз, когда физика или химия обогащались новыми открытиями, можно было рассчитывать на открытие новых возможностей и в практической области и на повышение эффективности технических процессов. Усовершенствование автомобильного двигателя стало возможно лишь в тот момент, когда удалось добиться получения металлических сплавов, позволивших создать специальный сорт твердого железа. Число примеров легко может быть увеличено. Теория относительности, как будто очень далекая от практики, также чрезвычайно расширила наши познания. Как известно, физика с XIX века основывается на законе сохранения энергии и массы, впервые изложенной гейльброннским врачом Робертом Майером. Заслуга теории относительности в том именно и заключается, что она углубила понимание этих обоих принципов в степени, которая до того была невозможной. Ганс Доминик в статье «Грядущие проблемы техники» излагает этот вопрос следующим образом: «Теория относительности рассматривает оба физических понятия энергии и массы как проявления одной и той же основной причины, как явления, столь же одинаковые по существу, как, скажем, различные формы энергии, которые поэтому могут переходить одна в другую по закону определенных соотношений. Этот закон, связывающий энергию и массу, выражается простой формулой: Е = mc². В этой формуле Е означает энергию в килограммометрах, m – массу в килограммах и с – скорость света в метрах в секунду. Скорость света равняется 300 млн м в секунду, и эта скорость в формуле входит во второй степени. Таким образом получается множитель в 90 000 триллионов, на который умножают массу, чтобы подсчитать количество энергии, вновь возникающее при ее распаде и бесследном исчезновении из мироздания. Как известно, мы получаем массу какого-либо тела, деля его вес на поверхности земли на ускорение силы тяжести земного притяжения. В виду того, что соответствующая постоянная составляет 9,81 м в секунду, иначе говоря – тело весом в 9,81 кг обладает массой в 1 кг, такое тело при распаде дало бы 90 000 триллионов кг-м».

Далее Доминик приводит очень интересный пример из области угольного хозяйства: «Наши современные паровые машины расходуют на лошадиную силу-час ¹/₂ кг угля. Час работы лошадиной силы равен 3 600 X 75, или 270 000 кг-м. Килограмм угля дает двойное количество энергии, иначе говоря – 540000 кг-м. Если мы хотим, исходя из этих соображений, вычислить количество каменного угля, которое нам необходимо сжечь под нашим паровыми котлами, чтобы получить в форме технически полезной работы то же количество энергии, какое освобождается при атомном распаде килограмма массы, то нам нужно разделить 90 000 триллионов на 540000, в результате наших выкладок мы получаем 167 млрд кг, или 167 млн т каменного угля. Это количество каменного угля приблизительно соответствует годовой добыче каменного угля в Германии. Физическая теория открывает здесь перед нами ошеломляющие перспективы. Если бы нам было возможно превратить в ничто какой-нибудь камень в 10 кг весом, мы, согласно этой теории, получили бы количество энергии, на которое нам потребовалась бы вся наша (Германии) годовая добыча каменного угля».

Как указывалось уже в другой главе этой книги, в последние годы удавалось также с помощью лабораторных опытов посредством электронов искусственно получать аммиак. Смесь из водорода и азота подвергалась бомбардировке электронами, в связи с чем получалось их соединение в аммиак. Этот процесс представляется следующим образом: металлическую проволоку накаляют, пропуская по ней электрический ток, при этом из накаленной проволоки начинают выделяться электроны, т. е. атомы отрицательного электричества. У поверхности проволоки они испаряются, подобно водяным молекулам на поверхности кипящей воды.

Рис. 14. Аппарат Бух-Андерсена для получения искусственного аммиака из элементов. G – вольфрамовая нить накаливания, B₁ и B₂ – батареи, А – платинов. пластинки, М – манометр, Р – соединение с насосом, V – соединение с резервуаром газа.

На рисунке G изображает вольфрамовую нить, по которой проходит ток из батареи B_1, доводящий ее до каления. По обеим сторонам нити расположены платиновые пластинки А, соединенные с положительным полюсом батареи В_1, тогда как ее отрицательный полюс соединен с накаленной проволокой. Исходящие из G электроны, в виду того, что они заряжены отрицательно, притягиваются положительно заряженными пластинками. Поэтому они движутся со значительной быстротой, которую можно еще более увеличить, повысив напряжение между А и G. Оба электрода впаяны герметически в стеклянный сосуд, который у Р соединен с насосом и у V с резервуаром газа. Трубка М ведет к манометру (измерителю давления). В реакционную камеру впускают такое количество тщательно очищенных газов водорода и азота, чтобы давление в нем составляло несколько десятых миллиметра. Если теперь довести проволоку до каления, то давление несколько повышается, что объясняется нагреванием газовой массы и испарением газов из нагретых частей сосуда. Через короткое время давление в сосуде снова станет постоянным. Теперь полюсы батареи В₂ связываются с G и А, так что электроны, получив сильное ускорение, пронизывают газовую смесь. Давление падает, так как образуется аммиак. Если выключить батарею В_2, то прекращается падение давления, а значит и образование аммиака, причем при новом включении батареи имевший место процесс возобновляется. Для того чтобы можно было непосредственно убедиться в образовании аммиака, в углублении С помещается немного серной кислоты, которая соединяется с аммиаком в сернокислый аммоний. Автор приведенной интересной схемы опыта приходит в конце концов к выводу, что его метод, еще не испытанный в широком техническом масштабе, потребует для своего осуществления много времени и средств.

В тесной связи с разрушением атомов находится проблема судна для плавания в межпланетном пространстве. Действительно, в тот момент, когда физику и технику окончательно удастся разрешить вопрос разрушения атомов и сковать освобождающиеся при этом силы, не представит уже никаких затруднений с помощью этих сил послать в межпланетное пространство снаряд или межпланетное судно. Нелишне поэтому более подробно обсудить проблему преодоления межпланетных пространств, в частности полета на луну.

Идея отправиться в межпланетное пространство на воздушном судне или с помощью ракеты возникла уже очень давно. Римский сатирик Лукиан еще 2 000 лет тому назад написал историю Мениппа, который с помощью орлиных крыльев взлетел на луну, чтобы там посетить местопребывание богов. Первый, кто с естественно-научной точки зрения выдвинул вопрос о хотя бы теоретической возможности попасть на другие планеты, был Исаак Ньютон, который в своих лекциях доказывал, что с помощью ракетообразных машин возможно совершить полет в межпланетное пространство. Знаменитый астроном Кеплер также интересовался этой проблемой. Проживающий еще в настоящее время в Берлине изобретатель Герман Гансвинд, который уже в 80-х годах прошлого столетия указывал в своих докладах на практическую сторону полета в мировое пространство, был также первым, набросавшим модель такого судна. К сожалению, еще и посейчас он ждет осуществления своей идеи. 20 лет спустя вопросом воздушного судна для полета в межпланетное пространство заинтересовался в СССР Циолковский. В Вене в то же время Франц Гельфт изучал идею воздушного шара – ракеты и соленоидной электрической пушки. В 1900 г. конструкцией судна в виде ядра занимался также инженер Улинский в Линце. Жюль Верн, Оскар Гофман, Ляферт, Бруно Бюргель, Лясвиц в последние десятилетия своими фантастическими романами популяризовали идею полета на луну и планеты.

13 ноября 1925 г. в Вене под руководством астронома Гельфта на научной основе учреждено было Общество для изучения межпланетного пространства, которое намерено за исходный пункт своих работ принять исследования Годдарда и Оберта. В этом обществе предполагается собирать все теоретические доказательства возможности отправить из атмосферы земли снаряд в свободное межпланетное пространство с помощью соответствующей силы энергии. Само общество проектирует отправку кислородной ракеты, наполненной более или менее значительным количеством магния. Гельфт, основываясь на своих расчетах, полагает, что ракета при беспрерывном возрастании ее скорости через 49 часов достигнет темного диска луны и при своем падении посредством взрыва магния вызовет сильный световой эффект. Далее Гельфт полагает, что необходимая машина для отправки подобной ракеты может быть изготовлена за несколько тысяч марок. Сама ракета предполагается весом в 5 т. Защитник этой идеи в своем увлечении доходит до утверждения возможности заставить ракету обежать вокруг луны, везя с собою автоматически действующий киноаппарат, который заснимет все попадающее в поле его зрения. Ракета якобы сможет потом вернуться на землю и открыть человеческому взору с помощью заснятых фильм такие вещи, каких он, без сомнения, до сих пор еще никогда не видал. Ученый приходит к выводу, что потребуются еще многолетние исследования, прежде чем будет осуществлена идея судна для полетов в межпланетное пространство. Ученые, как берлинский проф. А. Маркузеи астроном Лейпцигской обсерватории Вебер, очень скептически относятся к самой идее такого судна.

В своей работе «Ракета к межпланетным пространствам» Оберт указывает начальный вес проектируемой им лунной ракеты в 300 000 кг. В виду того, что ракета ежесекундно увеличивает свою скорость на 30 км, уже через 6 минут после начала полета от этих 300 000 кг осталось бы всего лишь 9 000 кг, но тем самым однако ракета уже вышла бы из сферы земного притяжения. Оберт считает возможным достижение еще больших скоростей вплоть до скорости в 40 км в секунду. Разумеется, при этих огромных скоростях должно тратиться огромное количество горючего, расход которого предположительно должен достигать 3 000 кг в секунду.

Как мы видим, не так легко удачно выполнить этот эксперимент посредством известных нам в настоящее время взрывчатых веществ. Наши современные взрывчатые вещества, как порох и динамит, не дают возможности достигнуть необходимых скоростей, разве что пришлось бы затратить невероятные количества взрывчатых веществ для отправки ракеты и для начинки самой ракеты. Единственными средствами, дающими наивысший взрывчатый эффект при современном состоянии техники, были бы жидкий воздух и водород, которые способны развивать необычайную взрывчатую силу.

В конечном счете нам могло бы помочь разрушение атомов, и если бы у нас имелся в больших количествах радий, то проблема лунной ракеты была бы несомненно давно решена. Дело в том, что тогда наука наверное уже давно воспользовалась бы для целей межпланетного сообщения эманацией этих веществ. Кроме энергетического процесса, происходящего в радии в виде рассеиваемых им частиц, которые, как мы уже упоминали в другом месте, развивают чудовищную скорость, в современной физике существует еще один процесс распада, освобождающий огромную энергию. Если через пространство, наполненное разреженным воздухом, пропускать электрический ток высокого напряжения, то имеющиеся в вакууме остатки газа (гелий) будут распадаться. В результате этого процесса возникают маленькие атомы, которые обладают скоростью альфа-частиц радия. Так как наши технические средства не позволяют в настоящее время добывать радий в значительных количествах, то последний из указанных способов имеет шансы на применение при отправке снаряда в межпланетное пространство. Если бы удалось эти, получаемые посредством электрического тока, частицы добывать в достаточном количестве и использовать их в качестве взрывчатой силы, то уже не трудно было бы воплотить в действительность идею межпланетного полета.

Все это однако утопия, предположения более или менее теоретического характера, в области осуществления которых пока еще не достигнуто никаких реальных результатов. Возможно ли будет в 2000 г., или в еще более отдаленное время, переселяться на другую планету, если человеку надоест, наконец, эта «юдоль печали и слез» – кто знает? Несомненно, представление о том, что возможно будет когда-нибудь на комфортабельном судне отправляться в межпланетное пространство, к далеким звездам, и, быть может, там, среди других существ, найти себе новую родину – не более как мечта.

Резюмируя все вышеизложенное об обширной интересной области атомной науки, над которой работают многие ученые, приходишь к оптимистическому выводу, что мы в настоящее время уже так далеко проникли в сущность материи, что можно утверждать, что атом является бесконечно малым космосом, внутри которого живут бесконечные силы.

Вопрос о возможности в будущем наложить оковы на освобождающиеся при разрушении атомов силы подлежит дальнейшему изучению. Доминик полагает, что освобождающаяся атомная энергия или непосредственно может превращаться в механическое вращательное движение или же порождает электрический ток. По мнению Доминика вполне мыслимо колесо, которое состоит отчасти из железа, отчасти из другого вещества, не поддающегося атомному разрушению силами магнитного поля; такое колесо вращается в подобном переменном поле по принципу реактивной турбины. Переменное поле, для создания которого, разумеется, также необходимо затратить некоторое количество энергии, дает толчок началу процесса, подобно энергии, с помощью которой взводят курок ружья, освобождающего накопленную в патроне энергию.

В настоящее время мы еще не можем определенно и с полной уверенностью предсказать, в какой форме энергии проявится распад атомных связей; вероятно в форме новых лучей или токов, подобных тем, которые обнаружились некогда при открытии электричества. Уже английский физик Рамзай, открывший благородные газы, выдвинул вопрос, будут ли люди настолько мудры, чтобы разумно использовать новые источники энергии, когда они получат этот великий дар. Как бы то ни было, мы надеемся, что предстоящее открытие – величайшее, какое когда-либо было и будет сделано, – окажется благом для человечества.

Добывание энергии из недр земли

Мы знаем, что наша земля – сестра солнца, которая много миллионов лет тому назад в виде огненного шара была брошена в мировое пространство, медленно охлаждалась там и затем покрылась охлажденным панцырем, тогда как внутренность осталась в жидком состоянии. Предполагают, что этот панцырь имеет толщину, приблизительно в 50 км. О слоях, находящихся глубже, ничего неизвестно. Конечно, знают, что, чем глубже проникать внутрь земли, тем температура будет выше. Но наши жалкие технические средства не дают возможности проникнуть в загадку, скрывающуюся в глубине земного шара. Лишь в нескольких местах земного шара бездна дает о себе знать поверхности деятельностью вулканов и извержениями жидкой лавы.

До сих пор предполагали, что температура земли на глубине 25 м совпадает со средней годовой температурой в месте наблюдения. Отсюда же, насколько позволяют судить имеющиеся данные, приблизительно через каждые 33 м дальше вглубь земли температура повышается на один градус. В последнее время однако Геологическому исследовательскому департаменту Соединенных штатов, производившему измерения в шахтах, буровых скважинах и источниках, удалось установить, что температура на различных глубинах дает различную величину, независимо от местных условий. В медных рудниках в Мичигане, глубиной от 1 000 до 1 500 м, на дне шахт было установлено 15,55–32,22°, тогда как средняя температура земной поверхности достигает всего лишь 6,67°. В Южной Дакоте и Небраске, где имеются горячие источники, на глубине в 11 м уже оказалось 27,4°, а в вулканических районах Айдехо даже на 5,5 м глубине – 11°. В районе Западной Виргинии, богатом газами, в самой глубокой буровой скважине через каждые 19,8 м температура повышалась на 1°, а во второй по глубине скважине – на 1° через каждые 21,3 м.

Грандиозную форму принимает выход энергии из недр земли на поверхность в южной Аляске. К северо-западу от вулкана Катмаи лежит долина так называемых 10 000 паров. Хотя вулкан, как таковой, потух, тем не менее там постоянно из потока, затопляющего местность, подымаются газы и водяные пары. В июле 1919 г. в обоих потоках, протекающих по долине, температура воды достигала 80°. Ключи, бьющие поблизости, часто достигают температуры в 97°. Жара зачастую такова, что вода в ручьях испаряется. Химические исследования газов, предпринятые американскими учеными Григсом и Феннером, установили, что здесь пары выделяются не только под высоким давлением, но и обладают кроме того высокой температурой вплоть до 450° Ц. Исследователи различают в этой долине несколько видов газовых источников. Тут встречаются так называемые фумароллы с температурой около 100° и источники, имеющие температуру до 400°. Измерения температуры фумаролл дали в 52 случаях температуру до 200°, в 29 случаях – 200–300°, в 14 случаях – 300–400°, в 7 случаях – 400–500° и в 4 случаях – 500–650°. Зачастую эти газы состояли на 95 % из водяных паров. Уже довольно давно выяснилось, что эти мощные количества энергии могут быть использованы в хозяйственной жизни.

Еще во времена жестокого лесного голода в средние века подумывали об использовании земного тепла, но столь примитивным образом, что в настоящее время над этим можно только улыбнуться. В годы мировой войны некоторые страны, чрезвычайно страдавшие от угольного голода, вызванного тем, что война лишила их импортного угля, вынуждены были искать новых источников энергии. Италия, вообще лишенная собственных угольных залежей и ввозившая уголь для своей промышленности из-за границы, выступила в Европе пионером в области использования источников энергии из недр земли. Здесь во время войны возникла силовая станция, получавшая свою энергию, измерявшуюся мощностью в 10 000 л. с., исключительно из вулканических источников. Это был не лабораторный опыт, но регулярно работавшая станция, снабжавшая энергией обширную территорию. Вулканическая станция была расположена в Лардеролло в северной Тоскане. Эта местность, как и многие места в Италии, отличается вулканическими свойствами. Вырывающиеся из земли во многих местах пары позволяют судить о том, какие чудовищные силы таятся скованными внутри земли. Прежде чем пришли к мысли эксплуатировать эту местность для получения энергии, струившиеся из-под земли пары использовали для производства борной кислоты. Лишь впоследствии пришли к идее использовать пары на этих фабриках борной кислоты для получения энергии.

Рис. 15. Гигантский завод, работающий с помощью подземных паров: «Societa Boracifera di Lorderoll».

Сначала пар применили для сгущения раствора борной кислоты, а потом и для приведения в движение фабричных машин.

Через трубу, проведенную в землю, выходил на поверхность пар, который затем поступал в поршневую машину низкого давления в 40 л.с.

Предположение, что в этой местности находишься над гигантским паровым котлом, который благодаря земному теплу постоянно пребывает в состоянии кипения, не далеко от истины. В Поццуоли, поблизости от Неаполя, наблюдается аналогичное явление. Так называемые «сольфатары» (сернистые газы и сероводород) выделяются еще и в настоящее время в горячем виде из местных вулканов. Вблизи находится место над огромной подземной пещерой, в присутствии которой можно убедиться при помощи эхо, которое раздается, если бросить на землю тяжелый камень. Несколько лет тому назад расположенные поблизости промышленные предприятия сделали попытку использовать подземные газы для своих целей. Опыт окончился неудачей в виду того, что подземные силы оказались более мощными, нежели те средства, которыми их хотели укротить. Подобные явления наблюдаются во многих местах земного шара.

Борные заводы в Лардеролло можно рассматривать как родину систематической эксплуатации в промышленных целях, выделяющихся из земли газообразных продуктов. Уже в 1904 г. была сооружена установка для добывания электрической энергии из этих земных паров. Однако эти пары использовывались не непосредственно, а применялись в специально сконструированной машине для нагревания чистой воды. Выделяющийся из земли газ нашел затем применение в производстве. Прекрасно оправдавший себя опытный котел мог дать в час 3 000 кг пара в 3,5 атм. давления. Питаемая им паровая турбина обладала мощностью приблизительно в 180 клв. Ободренное этими удачными опытами предприятие в дальнейшем все более расширяло масштаб своей работы, снабжая обширные окрестности электрической энергией. Нет, конечно, необходимости доказывать, что подобные установки представляют крупные экономические выгоды для страны, которая принуждена весь потребляемый ею уголь ввозить из-за границы.

Успехи Италии в области использования внутренней энергии земли обратили на себя внимание Англии, где проблема получения энергии помимо использования угля всегда привлекала к себе особое внимание. Чарльз Парсон, изобретатель паровой турбины, несколько лет тому назад обратил внимание общества на то, что уголь и вода уже якобы не нужны в виду того, что земля повсюду может передать свою внутреннюю энергию на поверхность, для чего необходимо только правильно подойти к естественному источнику тепла. Вычисления показали, что уже на глубине 25 км давление достигает такой силы, что известняк обладает свойствами мягкой глины, а на глубине 50 км гранит находится в жидком состоянии. Было вычислено, что в шахтах на каждый километр дальше вглубь земли температура повышается на 30°. Отсюда ясно, что при достаточном углублении в землю температура должна достигнуть чудовищной величины. В одной из. крупных буровых скважин Соединенных штатов на глубине в 2 134 м измерение дало температуру в 78°.

Благодаря прогрессу техники удалось уже достигнуть весьма значительной глубины буровых скважин. Самой глубокой скважиной в мире считалась до сих пор Шахта Духов в Верхней Силезии, глубина которой достигает 2 240 м. В последнее время в Америке удалось достигнуть еще большей глубины скважин, которая однако не превышает 2 310 м.

В Америке также сумели уже подойти к разработке естественных запасов энергии земли. Специальный участок, отведенный для опытов в этом направлении, расположен в 130 км на север от Сан-Франциско. В опытном колодце удалось установить некоторое количество пара, дававшее высокое давление. До сих пор закладывали опытные колодцы диаметром в 20–30 см и глубиной в 80 – 100 м. В двух более старых колодцах давление достигало 28 кг, а в более новых – даже 125 кг. Температурными исследованиями установлена была наличность насыщенного пара с температурой, соответствующей давлению и доходившей до 300°. Четыре колодца при давлении в 45 кг давали приблизительно 1 100 кг газов в час на колодец. Дальнейшие исследования инженеров установили возможность располагать энергией в 50 000 клв. В настоящее время приступают в крупных установках к практическому использованию скрытых в горячих источниках сил.

Другой способ использования внутренней энергии земли предлагал незадолго до войны Рамзай. Он исходил из мысли, что в глубине земли при разработке угля остается очень много неразрабатываемых пластов, а с другой стороны, существуют большие глубины, в которых, вследствие завалов, невозможна разработка. Современная добыча угля тяжела, удорожает цену угля и т. д. Рамзай полагает, что добыча угля может производиться такими же средствами, как и добыча каменной соли. Так, в соляные шахты накачивают воду и извлекают выщелачиванием соль, выкачивая затем обратно на поверхность воду, чтобы выпариванием получить из нее твердую соль. Рамзай считает, что угольные пласты можно выжигать.

Рамзай представляет себе свой план, который в 1914 г. действительно должен был быть испробован в Англии, очень простым. Идея его несомненно прекрасная, но вопрос в том однако, может ли она воплотиться в действительность. На пути к этому стоят столь необычайные трудности, что об осуществлении плана Рамзая пока нечего и думать.

До осуществления всех этих несомненно очень интересных проектов пройдет еще очень много времени. Пока же мы еще располагаем таким количеством других источников энергии, что приступать к осуществлению этих фантастических проектов нет оснований. Не приходится однако сомневаться в том, что, когда понадобится, человек сможет потребовать от земли все ему необходимое.