Энергия – не только одно из чаще всего обсуждаемых сегодня понятий; помимо своего основного физического (а в более широком смысле – естественнонаучного) содержания, оно имеет многочисленные экономические, технические, политические и иные аспекты. Вода была первым источником энергии, и, вероятно, первой машиной, в которой человек использовал энергию воды, была примитивная водяная турбина. Свыше 2000 лет назад горцы на Ближнем Востоке уже пользовались водяным колесом в виде вала с лопатками
Как человек начинал использовать энергию воды.
«Мы видели дальше потому, что стояли на плечах гигантов»- это известное изречение могли бы повторить многие знаменитые изобретатели. К ним, безусловно, стоит причислить и Р. Фултона, с именем которого связывают появление первого парохода. И до него было немало попыток приспособить паровую машину для движения по воде. К примеру, в 1778 году во Франции паровое судно "Пироскафф" около часа поднималось против течения по реке Сене. Талантливый самоучка, Фултон подмечал недостатки прежних конструкций, бывая на судах, созданных его "конкурентами". В конце концов вполне работоспособный пароход был им построен и прошел по Сене, протекающей через Париж. В 1815 году в России строится первое морское паровое судно. А в Америке на одной только реке Миссисипи и ее притоках к 1840 году курсировало свыше тысячи пароходов. На них устраивали даже гонки! Паровые двигатели ставили поначалу и на парусные суда, страхуясь от переменчивого характера ветра. Но вскоре стало ясно, что без парусов можно и вовсе обойтись. Новые корабли на паровой тяге пересекли Атлантический океан, добрались до Индии, постепенно вытесняя парусные "тихоходы". Так пароходы завоевывали водные пространства. Менялась, становясь более обтекаемой, их форма, вместо дерева корпуса стали изготавливать из металлов. А самые, пожалуй, интересные изменения претерпело гребное колесо, так славно шлепавшее по воде, начиная с первых пароходов.
Как вертит колесо вода?
Проходили тысячелетия, а "запрячь" огонь, заставить его работать человек так и не сумел. Тогда мысли его обратились к движущейся воде. Когда и где завертелось первое водяное колесо? Его запустили, видимо, и в Древней Индии, и на Ближнем Востоке, и в Древнем Риме. Где бы то ни было, а такие колеса издавна стали служить человеку для вращения жерновов в мельницах, приведения в действие рудобитных машин, позже — для откачки воды из шахт и рудников. Вода крутила и вертикально поставленные колеса, и расположенные горизонтально. Эффективность их действия была небольшой, но несравнимой с тем, на что были способны люди или животные. Например, на реке Сене во Франции в 1682 году была возведена крупнейшая по тем временам установка. Состояла она из 13 колес диаметром по 8 метров и обеспечивала работу более 200 насосов. Те могли подавать воду на высоту свыше 160 метров и приводили в действие фонтаны в дворцовых парках. Это говорило о гигантской мощи текущей воды. Но по-настоящему овладеть ею люди смогли лишь в XX веке. На огромных гидроэлектростанциях, перегородивших великие реки — такие, как Волга, Енисей, Нил, плотина нужна для создания напора воды. Падая с большой высоты ,это десятки метров, — вода вращает уже не громоздкие деревянные колеса , установленные на горных реках, а валы турбин, соединенные с генераторами электрического тока. Гидроэлектростанции (ГЭС) внесли немалый вклад в производство дешевой энергии. Недавно началось строительство огромной плотины на китайской реке Янцзы. Она будет в два километра шириной и в 100 метров высотой, мощность ее превзойдет каждую из ГЭС, возведенных в мире. Но вот плата за энергию — из бассейна реки надо переселить свыше миллиона человек, многие города просто исчезнут с лица Земли.
.
История создания паровой турбины.
В 1629 г. итальянец Бранка создал проект колеса с лопатками. Оно должно было вращаться, если струя пара с силой ударяет по лопаткам колеса. Это был первый проект паровой турбины, которая впоследствии получила название активной турбины. Колесо Бранка не нашли применения, но идея заложенная в этом приборе, возможно повлияла на работы позднейших изобретателей. Турбостроение по существу началось только с конца 19века, когда стала ощущаться нужда в быстроходном двигателе. Владельцы угольных копей были заинтересованы в новом паровом двигателе, так как для получения пара можно использовать уголь. В 1883г. Шведский инженер Лаваль получил патент на активную паровую турбину; в 1884 г. английский инженер Парсонс построил реактивную паровую турбину. В паровых турбинах используется не энергия упругости пара (как в поршневой паровой машине), а кинетическая энергия струи пара. У первых паровых турбин был существенный недостаток: из-за огромной скорости струи пара скорость вращения диска турбины была излишне велика. Чтобы снизить скорость вращения диска турбины изобретатели нашли два способа. Первый способ- применение ступеней скорости. Второй способ- применение ступеней давления. В настоящее время паровые турбины находят широкое применение. Они являются почти единственным тепловым двигателем на мощных тепловых электростанциях, служат основным двигателем на крупных судах. Турбины средних и даже небольших мощностей применяют для привода насосов, воздуходувок .
Россия- страна развитого турбостроения.
Быстрыми темпами растёт мощность турбин, изготовляемых для тепловых электростанций. Пар толкает и вращает.Непрерывное совершенствование работы паровых двигателей привлекло к их изучению многих инженеров и ученых. Выяснилось, каким должен быть вал мощной и быстроходной турбины — не только прочным, но и гибким, упругим, как расположить лопатки укрепленного на нем колеса, как направлять на них пар. Оказалось также, что более выгодно строить крупные паровые турбины. И постепенно они стали вытеснять прежние поршневые паровые машины, как на транспорте (корабли-турбоэлектроходы), так и в энергетике. Их применяют даже на атомных электростанциях. Много двигателей было изобретено после паровой машины: внутреннего сгорания (карбюраторный и дизельный), ракетный... Всех их объединяет то, что для своей работы они требуют сжигания топлива, иными словами, они — тепловые. А у таких машин есть существенное ограничение. Мера эффективности их работы, коэффициент полезного действия, показывающий, какая доля выделенной топливом энергии идет "в дело", а какая теряется, зависит от температуры, достигаемой при сгорании, а ее выше определенного предела не поднять! Да еще потери на трение, загрязнение воздуха выхлопными газами... Вывод напрашивается сам: без машин не обойтись, но как сделать их более экономичными и экологически чистыми?
Участие воды в образовании рельефа.
На поверхности Земли вода прорезает ущелья в горных массивах, создаёт величественные каньоны. Вода рек, ручьёв и дождевых потоков попадает в трещины горных пород и частично там задерживается. Зимой она замерзает, образующийся лёд расширяет эти трещины. Так на протяжении веков горные массивы и мощные утёсы превращаются в груды обломков. Вода способствует дальнейшему их раздроблению, а затем извлекает растворимые вещества и вместе с нерастворимыми примесями (песок, глина) уносят в реки. Здесь взвешенные частицы «сортируются» по плотности: сначала на дно оседает песок, потом – глина. Так по берегам рек образуются отложения, песка и глины, постепенно изменяющие русла, которые перемещаются и приобретают своеобразную форму. Если в разрушаемой горной породе содержатся, помимо песка и глины, другие нерастворимые составные части, они также сортируется водой по плотности. Так возникают залежи некоторых полезных ископаемых, например золотоносные россыпи. Вынося растворённые вещества в океан, водные потоки обогащают новыми минералами морской шлейф– прибрежную донную отмель.
Океан- аккумулятор теплоты.
У воды самая высокая теплоёмкость среди всех известных веществ. Мировой океан служит мощным поглотителем солнечной энергии, что позволяет считать его « планетарным аккумулятором » теплоты. Благодаря этому среднегодовая температура Земли поддерживается в пределах 15С. Океан таит в себе огромные запасы энергии. Строго периодические приливы и отливы сопровождаются изменениями уровня воды. На некоторых участках побережья эти изменения достигают 10 и даже 18м. Подсчёт общемировой мощности приливной волны даёт поразительный результат: 8000 млрд кВт! Если бы удалось перевести энергию приливной волны в электрическую, то каждый житель Земли ( от грудных младенцев до глубоких стариков ) мог бы одновременно включить 1300 электроутюгов, электроплит или автоматических стиральных машин. Приливные гидроэлектростанции – неисчерпаемый источник энергии. Но это ещё не всё. Воды океана растворяют газы из воздушной среды и переносят их на большие расстояния. Наряду с атмосферными вихрями океан выступает в роли эффективного регулятора состава воздуха. Это в особой степени относится к углекислому газу ( диоксиду углерода ), растворимость которого в воде довольно велика.
Начало к управлению автоматизацией производства в разумные сроки повышает эффективность.
Учебно-научный центр довузовского образования -подготовка к поступлению в ведущие ВУЗы; дополнительное образование школьников; разработка новых методов обучения в дополнительном довузовском образовании; издание учебной, учебно-методической, научно-популярной и тестовой литературы для старшеклассников и абитуриентов; распространение литературы для абитуриентов (опт, розница, наложенный платеж); малотиражная (50 - 1000 экз) печать учебной, методической и научной литературы. Оперативная полиграфия.
