Рефераты, курсовые. Учебные работы для всех учащихся.

Современные теории получения экологически чистой энергии

Современные теории получения экологически чистой энергии

Прошедший в конце 70-х - начале 80-х годов энергетический кризис показал, что запасов энергетики полезных ископаемых не так уж и много, и, хотя острота этого вопроса пока спала, пришлось серьезно задуматься над будущим энергетики. Но еще острее стоит вопрос об эко логии энергетики. Уже сегодня многие страны, в том числе развитые капиталистические, вынуждены довольствоваться низкокалорийными топливами - бурыми углями, сланцами, торфами. Эти виды топлив дают высокий процент отходов, бурые угли содержат много серы; сернис тый газ и выброс золы в атмосферу ужа сающе загрязняют окружающую среду.

Гидроэнергетика, «благодаря» плотинам, привела к уничтожению рыбных ре сурсов и нарушила баланс воды.

Гибнут реки и леса.

Токсичные выхлопы транс порта и выбросы в атмосферу заводских труб, тепловых электростанций и тепло энергоцентралей отравляют воздух. Если так дело пойдет и дальше, то скоро бук вально нечем будет дышать. Много надежд возлагалось совсем недавно на атомную энергетику.

Однако события в Чернобыле и на некоторых дру гих атомных станциях в СНГ и за рубежом показали, чего она может стоить. Конеч но, можно надеяться, что найдутся более безопасные, надежные и безотходные методы получения атомной энергии. Но не преувеличены ли эти надежды? А с другой стороны, что делать? Много десятков лет делаются попытки освоить термоядерный синтез. С начала пятиде сятых годов ведутся интенсивные работы в этом направлении, вложены громадные средства, созданы комитеты, проведено несметное количество заседаний и кон ференций международного уровня, написаны диссертации, разработаны про граммы и созданы специальные заводы, обслуживающие эти программы. Даже получена «устойчивая» плазма, которая держится целую 0,01 секунды. Все есть, Нет только термояда -термоядерного способа получения дешевой энергии из океанского дейтерия, которого так много! И никто не знает, когда термояд будет и будет ли вообще.

Сейчас срочно начали прорабатывать ся альтернативные способы получения энергии, на которые раньше не обраща ли внимания.

Ветроэнергетика.

Энергия океанских волн и приливов.

Солнечная энергия.

Энергия тепла Земли и термаль ных источников. Есть даже предложение об использовании в качестве топлива се роводорода, растворенного в водах Чер ного моря. Эти источники заслуживают самого пристального внимания.

Многие из них экологически чисты. Но в том объ еме, в котором требуется энергия уже се годня, не говоря о будущем, они вряд ли заменят нефть, газ и уголь. Кроме того, они неудобны: например, в автомобилях и в авиации их использовать затрудни тельно. Н е отрицая полезности всего, что де лается в области энергетики, хотелось бы обратить внимание на возможности, ко торые дает эфиродинамика. Но для того, чтобы понять эти возможности, надо сна чала вспомнить о том, что иногда по Зем ле проносятся циклоны с сумасшедшими ветрами и даже ураганами и смерчи - ес тественные газовые вихревые образова ния, обладающие громадной неуправляе мой энергией.

Интересно бы знать, отку да они ее берут, эту энергию, и нельзя ли как-нибудь ее приспособить для пользы человечества.

Смерчи Смерчи - одно из самых загадочных явлений природы. Ни причины образования смерчей, ни огромная всесокрушающая их энергия не нашли до сих пор какоголибо удовлетворительного объяснения, Мэттунский смерч, прошедший над штатами Иллинойс и Индиана 26мая 1917 г ., имел длину пути более 500 км при про должительности 7 ч. 20 мин.

Ширина его составляла от 400 до 1000 м . Погибли 110 человек.

Знаменитый смерч трех штатов 18 марта 1925 г . прошел путь длиной 350 км . Он держался 3,5 часа и оставил после себя площадь разрушений в 426 квадратных километров. На территории СНГ также бывают смерчи, хотя и значительно реже, чем в южных штатах США. Как устроен смерч? Каких-либо прямых измерений нет. Это связано с неожиданностью возникновения смерча, а также с опасностями проведения вблизи него каких бы то ни было работ.

Свидетельства очевидцев дают основу для того, чтобы сделать заключение о его строении и предположить механизм, благодаря которому смерч стал обладателем столь громадной энергии. Смерч напоминает трубу, внутри которой давление существенно ниже атмосферного. Как внешняя, так и внутренняя стороны стенки гладкие, исключение составляют низкие широкие смерчи, структура которых практически не установлена.

Скорость движения стенки смерча составляет сотни километров в час, называют даже сверхзвуковые скорости, то есть скорости, превышающие 1200 км/ч . Сам же смерч передвигается с меньшей скоростью, составляющей десятки километров в час, иногда до ста километров в час, но это уже редкость. Если тело смерча обладает, так сказать, боковой разрушительной силой, то перепад давления внутри смерча вызыва ет взрыв домов изнутри. Тело, попавшее в стенку смерча, продолжает вращаться вместе со стенкой, хотя, казалось бы, центробежная сила должна была бы выбросить захваченные предметы.

Внутри смерча поток воздуха движется вниз, в стенках вихря - по спирали вверх.

Засасывающая сила смерчей огромна.

Переносятся бревна, большие животные, даже предметы, вес которых превышает 100 т. Но вот уже простой кирпич смерч поднять не в состоянии - слишком мала его поверхность, приходящаяся на еди ницу массы. Если внимательно рассмотреть фотографию смерча, то видно, что по всей его поверхности проходит тонкий беловатый слой. Дело в том, что между телом смерча и окружающей его средой возникает пог раничный слой.

Пограничный слой в газе обладает особыми свойствами. В нем перераспре деляется энергия между поступательным и диффузионным движениями газа, в нем максимальный перепад скорости струй газа - градиент скорости. А чем боль ше градиент поступательной скорости струи газа, тем меньше энергии остается на долю диффузионного движения, тем ниже становится ее температура, тем ниже вязкость.

Поэтому в пограничном слое температура понижена, следова тельно, понижена и вязкость, пропорцио нальная температуре.

Получается, что смерч вращается как бы в подшипнике скольжения, отделяющего его от остальной атмосферы. Этот подшипник умень шает рассеивание энергии и тем самым обеспечивает устойчивость смерча. Пос кольку давление в газе пропорционально температуре, то давление в пограничном слое падает. При этом туда устремляются внешние массы воздуха, в результате давление выравнивается за счет плот ности, которая в пограничном слое выше, чем в свободном газе. На поверхности вихря уравновешены три силы: сила внутреннего давления и центробежная сила, действующие из нутри наружу, сила внешнего давления, действующая снаружи внутрь. Силы в ус тановившемся движении строго компенсируют друг друга, однако при формиро вании вихря такого равновесия нет.

Поскольку стенки вихря плотные, закон их вращения близок к закону вращения твердого тела. Это значит, что центробежная сила увеличивается с увеличением радиуса. Но стенки вихря - это все же уплотненный газ, а не жидкость и не твердое тело, а в газе силы сцепления молекул между собой практически отсутствуют. И, следовательно, как только для элемента газа, находящегося на поверхности вихря, сумма внутренних сил, включая центробежную, превысит силу внешнего давления, этот элемент газа будет выброшен из тела вихря.

Поэтому в вихре всегда силы внутренние меньше или равны внешней силе. Когда вихрь формируется, сила внешнего атмосферного давления превышает внутренние силы, и тело вихря начинает сжиматься внешним давлением. Это хорошо видно из фотографий вихрей, возникающих перед авиационным двигателем. При площади воздухозаборника порядка 1 м 2 площадь возникающего перед ним вихря составляет 40-60 см 2 . При сжатии тела вихря внешняя среда - атмосфера - совершает работу. Если элемент газа движется по окружности, то силы, действующие вдоль радиуса, не дадут проекции на траекторию, Но элемент газа в сжимающемся вихре движется по спирали, вписанной в окружность, поэтому дополнительная сила, сжимающая тело вихря, даст проекцию на направление траектории движения газа, и стенка вихря начнет ускоряться. При этом реализуется известный закон сохранения количества движения: L = mvR = const или v = L / mR . По мере сжатия вихря центробежная сила, действующая на единицу объема газа, могла бы уменьшиться, но на самом деле она остается постоянной некоторое время, поскольку окружная скорость растет, газ из внутреннего пространства отбрасывается к стенкам, и давление внут ри вихря падает. В результате процесс са мопроизвольного сжатия тела вихря продолжается до тех пор, пока газ в стенках не уплотнится до некоторой критической величины. Но к этому времени вихрь уже набрал и крепость, и силу: ведь если его радиус уменьшился в 10 раз, то скорость движения стенки возросла в 10, а энергия в 100 раз! Плотность же стенки возросла примерно тоже в 100 раз - ведь площадь пропорциональна квадрату радиуса. Это значит, что на неподвижное тело, попавшее в стенку вихря, будет действовать сила в 10 тысяч раз больше той, которая действовала бы на него в момент образования вихря. И если эта сила в начальный момент составляла, допустим, всего 1г, то после сформирования вихря она составит уже 10 кг . При площади 1 см 2 для создания силы в начальный момент тре бовалось бы всего изменения давления за счет ветра 0,001 атм. А в сформированном вихре на тот же предмет действовало бы давление в 10 атм. На площадь в 1 м 2 пришлась бы сила в 100 т.

Немудрено, что никакие конструкции не могут выдержать подобного напора! Из сказанного следует, что атмосферные вихри - смерчи и циклоны – это природные машины по переработке потенциальной энергии атмосферы в кинетическую энергию вихрей. При этом над каждым атмосферным вихрем трудится вся атмосфера планеты. В результате происходит самопроизвольная концент рация энергии из рассеянной в локаль ную, так называемая энергоинверсия, Атмосферные, вообще газовые вихри наглядно демонстрируют неправомер ность распространения второго начала термодинамики на все случаи жизни.

Процесс формирования газовых вихрей идет явно под знаком не роста, как везде, а снижения энтропии. Этот процесс происходит аналогично тому, как формируются любые газовые вихри, с той лишь разницей, что протоны - это не линейные вихри типа смерчей, а тороидальные, типа дымовых колец. Но и там и здесь происходит самопроизвольное сжатие тела вихрей окружающей средой; и там и здесь происходит концентрация энергии в теле вихря; и там и здесь происходит процесс самопроизвольного преобразования потенциальной энергии среды в кинетическую энергию вращения тела газового вихря, В принципе, можно было бы использовать кинетическую энергию стенок протона, которая весьма внушительна, - полная энергия каждого протона составляет несколько более 3 10 15 Дж, т. е. столько, сколько ее содержится в трех мегатонных бомбах. Эта энергия превышает значение, высчитанное по формулам специальной теории относительности, в 1026 раза (формулы СТО не имеют никакого отношения ни к каким процессам, кроме электромагнитных, да и то весьма относительно). Если бы можно было технически использовать такую энергию, то тогда действительно энергетическая проблема была бы решена.

Однако протон - слишком устойчивая структура. Его пограничный слой, толщина которого составляет всего лишь 10 - 16 м , является броней, которую технически пробить невозможно, по крайней мере, сейчас.

Следовательно, нужно найти что-то другое, такое материальное образование, которое использовало бы те же принципы, но было бы не столь устойчиво. И такие материальные образования существуют в природе – это шаровые молнии.

Шаровая молния Что же такое шаровая молния и какова ее природа? Шаровая молния - это одиночная ярко светящаяся относительно стабильная не большая масса, которая наблюдается в атмосфере, плавающая в воздухе и перемещающаяся вместе с потоками воздуха, содержащая в своем теле большую энергию исчезающая тихо или с большим шу мом типа взрыва и не оставляющая после своего исчезновения никаких материальных следов, кроме тех разрушений, кото рые она успела натворить.

Обычно возникновение шаровой мол нии связано с грозовыми явлениями и естественной линейной молнией. Но это не обязательно.

Известны случаи, когда шаровая молния выскакивает из обычной штепсельной розетки, из магнитного пускателя, укрепленного на токарном станке. Также были случаи внезапного появления шаровой молнии на крыле летящего са молета, устойчиво перемещающейся по крылу от его конца к фюзеляжу.

Каковы же свойства шаровых молний, почерпнутые из наблюдений за их пове дением? Попробуем их перечислить: раз мер устойчивой шаровой молнии составляет от единиц до десятков сантиметров; форма - шарообразная или грушевидная, но иногда расплывчатая, по форме прилегающего предмета; яркая светимость, видимая в дневное время; высокое энер госодержание - 10 3 - 10 7 Дж (однажды шаровая молния, забравшись в бочку с водой, испарила 70 кг воды); удель ная масса, совпадающая практически с удельной массой воздуха в районе появ ления (шаровая молния свободно плавает в воздухе на любой высоте); способность прилипать к металлическим предметам; способность проникать сквозь диэлектрик, в частности сквозь стекла; способ ность деформироваться и проникать в помещения через малые отверстия типа замочных скважин, а также сквозь стены, по линиям проводов и т. п.; способность взрываться самопроизвольно либо при соприкосновении с предметом; способ ность поднимать и передвигать различ ные предметы; а также некоторые другие свойства, менее существенные. С точки зрения эфиродинамики шаро вая молния - это тороидальный винтовой вихрь слабо сжатого эфира, отделенный пограничным слоем эфира от окружаю щего эфира.

Энергия шаровой молнии - это энергия потоков эфира в теле мол нии.

Численные оценки показывают, что при диаметре 6 см и энергосодержании в 10 7 Дж, при толщине стенки тороида 1 см и при начальном диаметре эфирного шара 60 м (граница магнитного поля в момент прохождения обычной молнии) общая энергия за счет сжатия шара окружаю щим эфиром возрастет пропорционально квадрату отношения начального и конеч ного диаметров, т. е. в миллион раз! То есть для обеспечения энергосодержания шара с энергией в десять миллионов джоулей достаточно, чтобы начальное содер жание энергии в потоках эфира было всего десять джоулей. При этом за счет сжатия плотность тела молнии также возрастет в миллион раз и составит 10 -5 кг/м 3 . Об щая масса молнии при этом составит 10 - 9 кг или 1 мкг, в то время как масса возду ха в этом объеме при давлении в 760 мм рт. ст. будет равна 100 мг, т. е. в 100 тысяч раз больше. Вот поэтому шаровая молния и держится в воздухе на любой высоте за счет сцепления эфирных потоков тела молнии с эфирными же потоками тел мо лекул воздуха.

Высокое энергосодержание молнии будет обеспечиваться соответствующей скоростью потоков эфира в ее теле. Для указанного энергосодержания она долж на составить 1,4 10 7 м/с, что значительно меньше скорости света.

Свечение воздуха - это несуществен ное следствие возбуждения молекул воз духа потоками эфира, сопутствующее, энергетически незначительное явление. Таким образом, все эфиродинамические параметры шаровой молнии весьма умеренные. Саму молнию можно трактовать, с определенными натяжками, конечно, как сильно сжатое и локализованное в пространстве магнитное поле.

Сложно видеть, что предлагаемая модель позволяет объяснить все основ ные свойства шаровой молнии, исключая, разве что, исчезновение браслета с руки человека (действительный случай), - раз мер, форму, светимость, высокое энер госодержание, удельную массу.

Способ ность прилипать к металлам объясняется наличием градиента скоростей в потоках эфира вблизи металла и снижением в связи с этим давления эфира между те лом молнии и металлом. Тем же объясня ется и подъемная сила молнии.

Случай с летящим самолетом, когда шаровая мол ния прилипла к крылу, объясняется этим же.

Потоки эфира возбуждают молекулы газа, которые прекращают свечение, как только они покидают тело молнии. П отоки эфира свободно проникают сквозь изолятор аналогично магнитному полю.

Поскольку свечение воздуха явля ется попутным явлением, то понятно, что воздух, выйдя из тела молнии, светиться перестанет, а после того, как молния окажется по другую сторону изолятора, например оконного стекла, новая часть воздуха, попавшая в ее тело, начнет светиться, создавая впечатление, что сквозь стекло прошло именно само свечение. Взрыв автономно существующей ша ровой молнии несложно объясняется по терей устойчивости пограничного слоя эфира, что может быть ускорено сопри косновением тела молнии с каким-нибудь предметом. После взрыва никаких следов от молнии, кроме произведенных разру шений, не должно остаться, - реально их и нет. Таким образом, эфиродинамичес кая модель шаровой молнии объясняет практически все основные свойства ша ровой молнии в совокупности.

Шаровая молния, возможно, является ключом к разрешению энергет ической проблемы.

Поскольку при сжатии тела молнии эфиром происходит самопроизвольный переход потенциальной энергии эфира (хаотического движения амеров) в кине тическую (упорядоченное движение аме зможное совпадающая ров), то шаровая молния является при родным механизмом получения энергии из эфира. А поскольку эфир распростра нен повсеместно, то искусственные ша ровые молнии позволили бы полностью решить проблему бессырьевого получе ния экологически чистой энергии в том количестве, которое необходимо в дан ном месте в данное время, Как можно получить шаровую молнию? Этого сегодня практически не знает никто. Можно, однако, высказать некоторые предположения. Если по проводнику пропустить ток, а затем его резко оборвать, то окружающее проводник магнитное поле должно само произвольно сжаться, локализоваться и образовать тело шаровой молнии.

Однако такое схлопывание произойдет лишь в том случае, если будут созданы условия образования градиентного течения эфи ра на поверхности магнитного поля, если форма магнитного поля будет приближена к шаровой и если ток в проводнике будет оборван так резко, чтобы магнит ное поле не успело спрятаться обратно в проводник. Все это требует крайне ко ротких фронтов импульсов, длительность которых не должна превышать десятых долей наносекунд при значениях токов в проводнике в десятки тысяч ампер.

Электронные ключи, которые должны все это обеспечить, должны не только прерывать такие большие токи, но еще и противостоять электродвижущей силе са моиндукции в десятки и даже сотни кило вольт, а собственная емкость этих ключей не должна превышать единиц пикофарад.

Электронные ключи с подобными пара метрами пока не созданы, и неизвестно, можно ли их вообще создать.

Естественно, приходит на ум в качест ве таких ключей использовать газовые или вакуумные разрядники. Но и разряд ников с такими параметрами тоже не су ществует.

Однако природа как-то умудря ется обходиться и без электронных ключей, и без разрядников, и даже без гроз. Как это удается природе? Это одна из загадок, которую наука вынуждена будет решать, если хочет реально обеспечить человечество дешевой экологически чис той энергией в любом количестве в любой точке пространства и в любое время. «Холодные» термоядерные установки Прогресс в этой области может привести к созданию недоро гих, неиссякаемых и простых в экс плуатации «настольных» источников энергии, грозит обессмыслить мно гомиллиардные вложения в создание установок «горячего термояда» и все больше привлекает к себе внимание военных.

Группа ученых из университета Пердю (штат Индиана) под руковод ством Йибан Сюй и Адама Бата под твердили, что механизм сонолюминисценции действительно приводит к протеканию ядерной реакции син теза. Об этом свидетельствуют образующиеся в ходе реакции нейтроны.

История «акустического термо яда» берет начало в 2002 году, когда американский ученый Рузи Талейар хан из Окриджской лаборатории продемонстрировал настольную лабораторную установку, в которой протекала реакция термоядерного синтеза. Всех потрясла уникальная простота и «красота» эксперимента - для этого потребовалось всего лишь «взрывать» крошечные пузырьки газа в холодной жидкости под действием ультразвуковых волн. «Если это так, то это просто чудо - и, вполне воз можно, поворотный момент в чело веческой истории», - заявил после демонстрации Андреа Просперетти из университета им. Джона Гопкинса в Балтиморе.

Революционная работа вызвала шквал комментариев, в ко торых высказывались диаметрально противоположные мнения о работе. В экспериментальной установке группы доктора Талейархана для об разования микроскопических пузырь ков газа в жидком ацетоне использовался нейтронный пучок. При этом в ацетоне атомы обычного водорода были заменены атомами дейтерия - его более тяжелого изотопа.

Удалось зарегистрировать как излучение све та и ударные волны схлопывающих ся пузырьков, так и сопутствующее им излучение высокоэнергетичных нейтронов с энергией 2,5 МэВ. Ней троны именно такой энергии должны сопровождать превращение дейте рия в гелий. При этом удалось также зарегистрировать повышение уровня трития - еще одного продукта реакции синтеза. Этого удалось достичь благодаря тому, что при схлопывании пузырьков температура достигает огромных значений.

Вместе с тем, подчеркивали скеп тики, экспериментальных данных о температуре пузырьков на тот момент не имелось.

Определить ее удалось сотрудникам иллинойского университета Кен Суслик и Дэвид Флэнниган в марте 2005 года. Им удалось впервые экспериментально показать, что температура в пузырьках при их схлопы вании достигает 15 тыс. градусов, а вспышки света, сопровождающие со нолюминисценцию, были настолько яркими, что были легко различимы не вооруженным глазом.

Теперь сторон ники «холодного термояда» получили еще одно, особенно убедительное, подтверждение правоты Талейархана.

Ученые поставили лабораторный эксперимент с использованием той же самой тестовой ячейки, которую использовал Талейархан, однако в качестве источника нейтронов при менили Калифорний-252. Его преи мущество заключается в том, что он является непрерывным, а не импуль сным, источником нейтронов.

Ацетон, в котором водород был за менен его тяжелым изотопом дейте рием, подвергался воздействию ней тронного потока и ультразвуковых волн. Были зарегистрированы ней троны энергии 2,5 МэВ - характер ного признака протекания реакции синтеза двух ядер дейтерия, а также образование в жидкости еще более тяжелого радиоактивного изотопа водорода - трития. При использо вании обычного ацетона ни того, ни другого признака не наблюдалось.

Неудача предыдущих экспери ментов с измерениями сонолюми нисценции, вызванной акустической кавитацией, была связана с тем, что они проводились в воде, и львиная доля энергии поглощалась молеку лами водяных паров.

Серная кис лота, использованная Сусликом и Фланниганом, намного менее лету ча, чем вода, вследствие чего газо вые пузырьки состояли практически из одного аргона с малой примесью молекул кислоты. А поскольку аргон существует в атомарном состоянии, э нергия не расходовалась на разрыв этих связей либо возбуждение коле баний. В результате оказалось, что пузырьки газа в серной кислоте под воздействием сонолюминисценции вызывают свечение в 2700 раз более интенсивное, чем пузырьки в воде. Это позволило провести измерения температуры в пузырьках с намного более высокой точностью, чем пре жде. О растущем осозна нии чрезвычайной важности резуль татов, полученных Талейарханом и его сторонниками, свидетельствует верный индикатор - военные. Агент ство передовых оборонных исследований США DARPA выделило группе Талейархана средства на продолже ние работ и на обмен информацией по вопросам, имеющим отношение к «пузырьковому» ядерному синтезу.

Стремительный прогресс «холодного термояда» ставит под большой вопрос целесообразность сооружения циклопических установок стои мостью многие миллиарды долларов - таких, как международный экспе риментальный термоядерный реак тор (ИТЭР) ценой около $13 млрд., сооружение которого начинается во Франции.

Аналогичный проект со здания сверхмощного лазера NIF стоимостью свыше $5 млрд., который позволит инициировать термоядер ную реакцию в крошечной дейтерие вой мишени, подвергается критике за чрезмерную дороговизну и малую обоснованность. На фоне этих астро номических сумм изящные «настоль ные» термоядерные установки Та лейархана и его сторонников, а также растущее доверие к полученным ими результатам, вызывают к себе все более пристальный интерес.

Заключение Современная наука пытается перевести мировую энергетику на экологически чистые источники энергии.

Существуют различные способы осуществления этой идеи – в первую очередь это увеличение эффективности действующих установок, улучшение их технических и экологических характеристик.

Второй путь – освоение нетрадиционных источников на основе последних физических открытий в области свойств материи. Это требует, прежде всего, разработки теорий, касающихся неисследованных, пока еще загадочных явлений. У природы есть еще не мало подобных явлений, что дает современной науке множество направлений для поиска решения энергетической проблемы.

Эфиродинамика и акустический термоядерный синтез – одни из направлений в поисках экологически чистой энергии. А тмосферные вихри - смерчи и циклоны – это природные машины по переработке потенциальной энергии атмосферы в кинетическую энергию вихрей, поэтому естественно желание человека использовать эту громадную энергию для своих целей.

экспертиза залива квартиры в Орле
оценка стоимости векселя в Брянске
оценка аренды земельного участка в Смоленске