Страница 1 из 5
К. Э. Аронсон, Ю. М. Бродов, Н. В. Желонкин, М. А. Ниренштейн
Тепловая электрическая станция ― это очень просто
ПРЕДИСЛОВИЕ
Если вы не можете объяснить что-то простыми словами, значит, вы сами недостаточно хорошо это понимаете.
Скажите честно, много ли вы знали о своей будущей специальности, когда после окончания школы принесли свои документы в приемную комиссию Уральского федерального университета и решили стать турбинистом? И сколько осталось тех, кто потом не пожалел о своем выборе? Для того чтобы помочь школьникам сделать правильный выбор, а студентам – понять, чем, собственно, является и какое значение для энергетики в целом имеет этот сложный агрегат ― турбина, авторы решили написать эту книгу.
Учебное пособие предназначено, прежде всего, для студентов первого курса кафедры «Турбины и двигатели» (лучшей в МИРЕ кафедре) Уральского энергетического института (Урал ЭНИН) – структурного подразделения Уральского федерального университета имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, крупнейшего федерального университета России. Пособие может быть полезно также учащимся старших классов средних школ, выпускникам колледжей (техникумов) и абитуриентам вузов при выборе будущей профессии и конкретной специальности. Эта книга продолжает серию, начатую учебным пособием «Турбина ― это очень просто», идея которой выношена заведующим лучшей в мире кафедрой Ю. М. Бродовым в течение 50-ти лет работы (и непрерывной учебы) в стенах УрФУ (ранее УПИ им. С. М. Кирова, позднее УГТУ – УПИ).
Авторы постарались простыми словами, как и советовал А. Эйнштейн, рассказать об истории развития главных составных частей электрической станции, основным элементом которой является турбоагрегат, о появлении первых тепловых станций, об устройстве современной тепловой станции, управлении энергетикой и перспективах ее дальнейшего развития. Чтобы читателю было интересно, мы включили в книгу занимательные истории, фрагменты биографий и факты из жизни великих ученых, инженеров и изобретателей разных стран, гением которых были разработаны фундаментальные основы теплотехники и электротехники, созданы турбины, генераторы и построены первые промышленные электростанции.
Материал учебного пособия изложен на доступном, даже популярном уровне, чтобы его могли читать не только студенты, но и школьники, а также люди, далекие от техники, но проявляющие к ней интерес. Авторы выражают благодарность рецензентам за ценные советы и замечания, сделанные при подготовке учебного пособия к изданию. Теперь авторы и сами намного лучше понимают, как работает тепловая электрическая станция.
Глава 1. ОТ ЭНЕРГИИ СТИХИЙ К ЭНЕРГЕТИКЕ
1.1. Энергично об энергии
Наверное, нет более широко употребляемого слова, чем энергия. Мы знаем множество громких и звучных словесных конструкций с этим словом. Почитайте только газетные заголовки ― тут и «Энергия созидания», и «Энергия разрушения», и «Энергия мысли», и «Энергия действия» и много еще подобного. А сколько разных компаний и предприятий носят название «Энергия»! Хотите – потренируйтесь сами и придумайте другие пафосные клише.
Однако кроме словесных упражнений у этого слова есть еще и строгий научный, точнее физический смысл. Понятие той физической величины, которую мы теперь называем энергией, оставалось неясным до середины XIX века. Ни Галилео Галилей, ни Исаак Ньютон – основоположники современной науки – не знали этого понятия и не пользовались им. Специальный термин энергия был введен в 1807 г. Томасом Юнгом.
Галилео Галилей (Galileo Galilei, 1564–1642) – итальянский физик, механик, астроном, философ и математик, оказавший значительное влияние на науку своего времени. Он первым использовал телескоп для наблюдения небесных тел и сделал ряд выдающихся астрономических открытий. Галилей – основатель экспериментальной физики. Своими экспериментами он заложил фундамент классической механики. При жизни был известен как активный сторонник гелиоцентрической системы мира, что привело Галилея к серьезному конфликту с католической церковью.
Сэр Исаак Ньютон (Isaac Newton, 1643–1727) – английский физик, математик и астроном, один из создателей классической физики. Автор фундаментального труда «Математические начала натуральной философии», в котором он изложил закон всемирного тяготения и три закона механики, ставшие основой классической механики. Разработал дифференциальное и интегральное исчисление, теорию цвета и многие другие математические и физические теории. В начальной школе Исаак Ньютон учился весьма посредственно. Но ровно до тех пор, пока его не избил и не оскорбил лучший ученик в классе, нанеся Ньютону моральную травму. После этого все успехи Ньютона в учебе были блестящими. Интересный случай из жизни знаменитого физика. Исаак Ньютон, как известно, был членом палаты лордов и посещал заседания палаты самым регулярным образом. Однако на протяжении многих лет Ньютон не проронил ни слова на заседаниях. Все замерли, когда наконец великий человек вдруг попросил слова. Все ожидали грандиозной и умной речи, но Ньютон в гробовой тишине провозгласил свою единственную речь в парламенте: «Господа, я прошу закрыть окно, иначе я могу простудиться!».
Согласно Википедии, энергия (др. – греч. ἐνέργεια – действие, деятельность, сила, мощь) – это скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие. Само слово энергия введено Аристотелем в трактате «Физика», однако там оно обозначало деятельность человека.
Томас Юнг (Thomas Young, 1773–1829) – английский физик, врач, астроном, полиглот и египтолог, человек с весьма разносторонними научными интересами. Один из создателей волновой теории света, автор гипотезы о поперечности световых колебаний. Юнг ввел в механику понятие модуля упругости (модуль Юнга) и термин «энергия». Разработал теорию трехкомпонентного цветного зрения, из которой, можно, несколько утрируя, сказать, выросло цветовое пространство RGB, объяснил процесс аккомодации глаза. С детства знавший латинский, греческий, еврейский и арабский, Юнг занимался расшифровкой египетских иероглифов и был первым человеком, прочитавшим имя Клеопатры.
В современной жизни этот термин мы слышим очень часто. Говорят об энергоносителях, источниках энергии, энергетической ценности продуктов. Большинство процессов во вселенной связано с изменением энергетических состояний. Переходы энергии из одной формы в другую обнаруживаются во множестве природных и бытовых явлений.
Современная физика изучает различные формы движения материи, их взаимные превращения, а также свойства вещества и поля. Подобно тому, как из семи нот образуется все многообразие музыки, так из различных форм энергии движения образуется все многообразие процессов во Вселенной. К наиболее общим формам движения материи относятся механическая, тепловая, электромагнитная, внутриатомная и внутриядерная формы движения материи. Из всех видов энергии нас, теплотехников, больше всего интересует тепловая энергия.
Раньше всего человек использовал превращение механической энергии в тепловую, добывая огонь трением. Умение использовать огонь изменило жизнь человечества, стимулировало развитие цивилизации, научило людей широко применять в жизни различные процессы, связанные с тепловой энергией. Первичными источниками тепловой энергии в основном были и остаются органические топлива (уголь, природный газ, нефть, горючие сланцы и др.).