Читаем Тысяча лиц энергии онлайн бесплатно

© ООО «Издательство «Розовый жираф», текст и оформление, 2021

Каждому хочется играть на смартфоне или планшете сколько душе угодно. Ну или хотя бы пока не закончится заряд. А еще лучше – чтобы заряд был вечным и не приходилось то и дело искать розетку. И пусть будет бесконечный запас волшебной маны для заклинаний. Вот бы играть сколько хочется, пока не устанешь!

В этом мы и смартфоны похожи: рано или поздно силы у нас заканчиваются. Приходит время передохнуть и подзарядиться. И даже волшебнику нужно то и дело восполнять потраченную ману.

Что бы мы ни делали, мы расходуем энергию. Конечно, когда сидишь за уроками или убираешь комнату, устаешь сильнее, чем когда играешь на планшете. Зато планшет, наоборот, за игрой разряжается довольно быстро. Он тратит много сил на то, чтобы светился экран, чтобы картинки на нем менялись одна за другой и так далее. Аккумулятор садится, и надо срочно бежать к розетке.

Мана – магический заряд в компьютерных играх. Его можно расходовать, например, на превращение горы в мышь или на телепортацию.

Пока батарея заряжается, она накапливает запас энергии. Крошечные невидимые заряды перебегают в нее из розетки по проводу, как вода, которая наливается из крана в ванну. Энергия зарядов называется электрической.

Электрическая энергия очень удобна. Провода пересылают ее на огромной скорости хоть на тысячу километров и подключают к розетке, как трубы подключают воду к крану. Поэтому многие нужные и интересные вещи, которые нас окружают, работают именно на электричестве. От розеток питаются холодильник и телевизор. В планшете, гоночной машинке и пульте управления для нее стоят батарейки.

Бывают батареи одноразовые, а бывают такие, которые можно перезаряжать и использовать снова. Их называют аккумуляторами. Со временем аккумуляторы стареют и все хуже удерживают заряд, но все равно они могут проработать много лет и выдержать сотни раз использования и зарядки.

Чтобы доставлять всю эту энергию, люди опутали Землю самой большой в мире паутиной. Металлические провода связывают все города и улицы, каждый дом и каждую квартиру, доставляя электричество всем, кому оно требуется.

Зарядившийся планшет снова запускает игру, машинка быстро крутит колесами. Получая энергию из розетки, холодильник охлаждает продукты, а чайник нагревает воду. Этим электричество похоже на волшебную ману: с его помощью можно сделать все что угодно. Ну или почти все.

На большие расстояния электричество передают под очень высоким напряжением, иногда в тысячи раз больше, чем в розетке. Провода, несущие так много энергии, приходится подвешивать на особо прочных и высоких столбах ЛЭП. Они подводят ток к трансформаторам, где он распределяется на много проводов поменьше.

Волшебник в сказке или игре – это человек, который умеет использовать магическую энергию. А электрические приборы используют электричество. Например, обыкновенный чайник превращает его энергию в тепло.

Если заглянуть внутрь (только надо заранее проверить, чтобы чайник не был горячим), на дне можно увидеть плоский металлический диск. В нем скрыт специальный провод в виде толстой трубки. Зарядам двигаться через него трудно, они испытывают большое сопротивление, как если бежать через густые заросли. Как знает каждый, кто бегал через густые заросли, при этом становится довольно жарко. И диск тоже раскаляется, когда через него движется ток. Недаром он называется нагревательным элементом: здесь энергия электричества превращается в энергию тепла.

В разных кухонных приборах работают разные нагревательные элементы. В тостере это тонкая изогнутая проволока, которая под действием тока раскаляется докрасна, поджаривая хлеб.

В отличие от электрического, тот чайник, который греется на газовой плите или в печке, никакой не прибор. Это обычная посуда, которая не использует энергию сама, а просто держит воду над горячим пламенем. Тепловая энергия появляется не в чайнике, а в огне, причем вообще без электричества.

Силы для того, чтобы гореть и нагревать воду, огонь получает из топлива. Холодильник питается от розетки, а к кухонной плите подходят трубы, по которым течет горючий газ. Планшет использует заряд своей батарейки, а в печку закладывают деревянные дрова. В топливе энергия накоплена, как в аккумуляторе. Сгорая, оно выделяет тепло и свет.

Разные виды топлива состоят из разных молекул. Поэтому одни горят намного жарче других и выделяют больше тепловой энергии. Чтобы вскипятить воду, дров понадобится намного больше, чем, например, бензина.

Бензин, которым заправляют автомобили, – это тоже топливо, и энергии в нем очень много. Одного бака (обычно в него помещается 40–60 литров) достаточно, чтобы проехать несколько сотен километров! В дровах энергии содержится куда меньше. Чтобы проехать такое же расстояние, пришлось бы тащить за собой целый прицеп поленьев.

Но на самом деле бензин – это те же дрова, только очень и очень древние. Давным-давно, когда на Земле появились первые деревья, они вырастали до огромных размеров. Крепкий ствол позволял им подниматься намного выше соседей и получать больше солнечного света. Деревья распространились по всей планете.

Но грибов, которые сегодня поедают их твердую древесину, тогда еще не существовало. Мертвые стволы просто падали и накапливались несколько миллионов лет – и совершенно не гнили. Трудно даже представить, сколько их за это время собралось!

Постепенно древесина уходила все глубже под землю. Поверх нее вырастали новые леса, а внизу, под огромной тяжестью, давящей сверху, древние стволы сжимались все сильнее. Из них уходило все лишнее, оставались только горючие вещества.

Так за сотни миллионов лет стволы превратились в каменный уголь. А древние водоросли, осевшие на дно моря, стали газом и нефтью, из которой получают бензин. Недаром такое топливо и называют «ископаемым» – выкопанным из-под земли. Подогревая воду на газовой плите или разгоняясь на машине, мы пользуемся энергией, которую когда-то давно накопили растения.

Нефть – это смесь многих веществ. Когда ее перерабатывают, эти вещества разделяют и используют по отдельности. Так получают топливо: бензин, керосин, мазут, а еще масла для смазки и даже асфальт!

Горение – это химическая реакция, и его энергия называется не электрической, а химической. Растения и некоторые бактерии получают энергию из света, в этом состоит их «суперсила». До тех пор, пока человек не изобрел солнечные батареи, во всей живой природе только они умели улавливать солнечные лучи и превращать их энергию в химическую, запасая ее в своих листьях, стволах, плодах и так далее.

Люди, как все животные, на такое не способны, и нам приходится поедать растения (или других животных). С пищей мы получаем уже готовую энергию, как машины – готовый бензин, а волшебник в игре – ману.

Получается, что, пока планшет заряжается, а мы собрались за столом перекусить, все заняты одним и тем же делом: пополняют запасы сил. Только планшету для этого нужна электрическая энергия, а человеку – химическая. Набравшись сил (и маны), мы можем снова вернуться к игре.

Растениям и некоторым микробам практически не нужно другой пищи, кроме воды. Они пьют ее и вдыхают из воздуха углекислый газ, а потом с помощью солнечной энергии соединяют их в молекулы собственного тела. В результате появляются еще и полезные для нас «отходы» – кислород, которым дышат люди и животные.

У энергии много «лиц». Она может быть электрической, химической, тепловой, солнечной и много какой еще. А в сказках – даже волшебной. Но в любом виде энергия – это то, благодаря чему что-нибудь работает: светится экран планшета, едет автомобиль, растет дерево, греется чайник, человек живет и играет.

Разные виды энергии совсем не похожи друг на друга, но их можно превращать из одного в другой. Растения умеют получать химическую энергию из солнечной, а включенный в розетку чайник превращает электрическую энергию в тепловую. Даже люди получают химическую энергию с пищей, а потом превращают ее – например, в энергию тепла своего тела или в движение.

Все на свете, от человека до чайника, только тем и заняты, что превращают одну энергию в другую. Почти все происходящее вокруг нас – это перетекание энергии из одной формы в другую. Но откуда она вообще берется? Где появляется? Кто и где ее создает?

Количество энергии, которое мы получаем с пищей, измеряют в калориях. Одна калория – это совсем немного, поэтому часто их считают сразу тысячами, то есть килокалориями. На письме их сокращают так: ккал. Например, в одной морковке всего 30 килокалорий, а в чизбургере – 300 килокалорий! Помните: лишние калории вредны для организма.

Волшебник не может создать ману из ничего. Чтобы пополнить запасы для новых заклинаний, ему приходится выпивать бутылочку магической жидкости или впитывать «чудесные силы» природы. В этом сказки похожи на жизнь: чтобы израсходовать энергию, ее надо откуда-то позаимствовать.

Ее нельзя ни создать, ни разрушить. Об этом говорит одно из самых главных правил нашего мира, закон сохранения энергии. Энергию можно только получить и использовать, превратив из одной формы в другую. Произвести тепло из электричества, а электричество из топлива и так далее. Если проследить эту цепочку превращений до конца, она приведет нас… на Солнце!

Мы ведь помним, что топливо содержит химическую энергию древних растений, а растения получают ее из солнечной. Получается, что, если мы включаем чайник или просто едим, мы заимствуем немного сил от самого Солнца. Хорошо, что оно такое большое и горячее: каждую секунду звезда выбрасывает столько энергии, что ею можно было бы вскипятить 700 миллиардов миллиардов чайников. И хотя до Земли долетает намного меньше, этого хватает на всех.

Что бы мы ни делали, какую бы энергию ни использовали, почти всегда она происходит от света и тепла, которые приносят на нашу планету солнечные лучи. Солнце – главный источник энергии в природе. И люди, которым энергии требуется больше, чем каким-либо другим жителям Земли, получают ее почти всегда от Солнца.

Топливные тепловые электростанции производят электричество, сжигая уголь, нефть или природный газ – запасенную древними растениями энергию Солнца. А блестящие панели солнечных батарей превращают энергию света в электричество напрямую, без всякого горения.

Даже ветры, которые крутят лопасти электрических генераторов, дуют благодаря Солнцу. Ведь его свет нагревает поверхность Земли неравномерно. Где-то воздух оказывается теплее, а где-то холоднее. Это заставляет его перемешиваться и дуть то в одну, то в другую сторону. Энергию потоков воздуха улавливают большие турбины, производящие электричество.

О том, как генераторы превращают разные виды энергии в электричество, читайтениже.

Тепловые электростанции работают почти так же, как чайник кипятит воду на плите. Горение угля, нефти или газа превращает химическую энергию топлива в тепловую. Это тепло нагревает воду, превращая ее в пар. Горячий пар бьет мощной струей, которая раскручивает турбину генератора, словно ветер. Из этого вращения производится электричество.

К сожалению, из-за сгорания топлива в воздух попадает дым, сажа и много других веществ, вредных для природы и для людей. Поэтому в последние годы электростанции, сжигающие уголь и нефть, строят все реже и реже. Эти источники энергии заменяют другими, более чистыми – например, солнечными. Некоторые ученые даже хотят накрыть солнечными батареями большую часть пустыни Сахара. Такая гигантская электростанция смогла бы снабжать электричеством весь мир.

Недавно ученые поняли, как сделать солнечные батареи полупрозрачными. Часть света они пропускают, а часть улавливают для получения энергии. Если использовать такие панели вместо стекол, то электричество будут вырабатывать даже окна в доме.

На некоторых электростанциях электричество получают не от Солнца и даже не из топлива. Здесь тоже используют пар, струя которого крутит генераторы. Но для получения этого пара ничего не сжигают.

Геотермальные станции кипятят воду теплом глубоких недр нашей планеты. Там, где горячая магма подходит достаточно близко к поверхности, бурят скважины, а внутрь укладывают трубы. По ним и пускают воду, которая нагревается и запускает работу генераторов.