Анатолий Шейпак - История науки и техники. Энергомашиностроение

По мере того как растет численность населения (от нескольких сотен миллионов в начале промышленной революции до 6 миллиардов сегодня) и стремление людей к достижению все более высокого уровня жизни, увеличивается и количество потребляемой в мире энергии. Человечество хочет, подобно Адаму и Еве, досыта вкусить плоды энергетического дерева, выращенного многими поколениями людей. В то же время мы начали испытывать беспокойство за состояние окружающей среды и за истощение запасов энергоресурсов.

Мы живем примерно в 1 миллиарде жилых домов и ездим на 500 миллионах автомобилей. Общее количество потребляемой ежегодно энергии выросло с 1860 года почти в сто раз. Природный газ транспортируется по магистральным трубопроводам общей протяженностью примерно 1 миллион км, а нефть – по трубопроводам общей длиной около 500000 км, не считая локальных систем распределения. Примерно 2600 танкеров с сырой нефтью бороздят океаны, перевозя ее из одной страны в другую, и еще множество морских судов обеспечивают доставку сжиженного природного газа в различные страны мира. В результате растущего потребления энергии запасы ископаемого топлива истощаются в 100000 раз быстрее, чем они успевают накапливаться в недрах Земли. В то же время в ее атмосфере накапливается двуокись (диоксид) углерода и другие вредные компоненты.

Важнейшим достижением прогресса явилось создание электрических станций: гидравлических и тепловых. Затем основной задачей человечества стало использование атомной энергии. Электричество является наиболее гибким видом энергии, который легко преобразуется в различные другие ее виды, легко транспортируется, отличается высокой экологичностью.

Рис. 1.2. Атомная электростанция

Электрические машины и аппараты являются необходимыми составляющими почти любой тепловой, гидравлической и пневматической системы. Появился термин «мехатроника», который относится к системам, включающим в себя механическую часть (гидравлическую и пневматическую как разновидность механической), а также силовую и управляющую электрическую и электронную.

Подытоживая, сформулируем целесообразность знания истории науки и техники для современного специалиста:

1. При исследовании новой научной проблемы или создании нового объекта техники используется, как правило, несколько гипотез и путей решения. Знание истории науки и техники позволяют выбрать закономерный путь развития.

2. Знание истории развития науки и техники позволяет обоснованно выбрать правильную альтернативу для дальнейшего определения развития науки и техники.

3. Знание истории развития науки и техники подсказывает исторические аналоги решения подобной проблемы в прошлом.

4. Знание истории развития науки и техники позволяет выявить приемы научного познания и научного творческого мышления.

5. Изучая историю науки и техники, специалист «переживает» всю историю развития науки и техники, осмысляет ее и таким образом формирует свое научное миропонимание, воспитываясь и обучаясь на опыте прошлого.

6. Изучение и знание истории развития науки и техники позволяет выявить законы и закономерности развития науки и техники в целом.

Очевидно, что приведенная аргументация справедлива и для будущего специалиста в области энергомашиностроения.

Все живое во вселенной может быть источником энергии, так как участвует в круговороте обмена веществ. Человека можно как машину, которая выполняет несколько преобразований. Во-первых, энергетическое: энергия пищи через цепочку изменений преобразуется в тепло и механическую энергию. Руки можно рассматривать в качестве рабочей машины, которая изменяет форму или состояние объекта труда, например, при изготовлении каменного наконечника копья. Если использует каменную зернотерку для изготовления муки из зерен пшеницы (один из наиболее трудоемких процессов в ранней истории человеческой цивилизации), то он выступает в качестве первичного двигателя – источника механической энергии. Любой двигатель характеризуется, прежде всего, мощностью. Мощность человека не превышает 100 ватт.

Эта величина равна мощности яркой электрической лампочки и примерно в 5000 раз меньше мощности мотора легкового автомобиля. Однако и такую небольшую мощность может обеспечить только сильный мужчина в течение непродолжительного времени. Средние величины несколько меньше и зависят от вида движения: при возвратно-поступательном движении 48 ватт, а при вращательном – 66. Средняя мощность лошади не превышает 636 ватт, а быка из-за меньшей величины возможной скорости – только 424. В Древнем мире часто использовали в качестве домашних животных ослов с мощностью 60 ватт. В Европе находили широкое применение мулы (гибрид кобылы и осла). Средняя мощность этого животного равна 318 ваттам. В Древнем Риме одна лошадь заменяла труд десяти рабов, однако римляне предпочитали людской труд. Поэтому после того как прославленные легионы перестали захватывать рабов, обнаружилась заметная нехватка рабочих рук. Сила рабов, домашних животных, воды и ветра обеспечивала величину «энерговооруженности» среднего римлянина в период расцвета Римской Империи – не более 1 кВт, патриция – около 10 кВт.