Физика для любознательных. Том 2. Наука о Земле и - Страница 195

195

155

Гл. 33 («Электростатика») и гл. 37 («Магнитные силы») входят в т. 3 настоящего издания.

156

Мы называем эту энергию ядерной, так как она, очевидно, локализована в сердцевине атома, в ядре. Однако бытует и старое название «атомная энергия»; существует, например, Комиссия по атомной энергии. С таким же правом и химическую энергию (которая высвобождается при изменениях внешней оболочки атома — его электронов) можно называть атомной. Двояким образом можно использовать и термин «молекулярная» энергия — для обозначения энергии молекулярного движения (теплоты) и для скрытой энергии плавления и испарения.

157

Пожалуй, не совсем уместно проводить параллель между ядерными изменениями, которые высвобождают «ядерную» энергию, и химическими изменениями, высвобождающими «молекулярную» энергию. Обычные виды топлива и взрывчатые вещества, в которых происходят химические превращения, дают по сравнению с ядерным делением и синтезом ядер гораздо меньшее выделение энергии. Существенно отличен и механизм этого процесса. Однако иллюстрировать разницу между делением и синтезом можно, назвав взрыв тринитротолуола случаем химического деления, а взрыв смеси кислорода с водородом с образованием воды — химическим синтезом.

158

Эти реакции синтеза, протекающие в условиях очень высоких температур (миллионы градусов), обычно называют термоядерными. — Прим. ред.

159

Среди экспертов существует расхождение в подсчете мировых расходов энергии частично из-за отсутствия значительного количества информации, о которой приходится только догадываться, а частично из-за различных методов учета. Например, нужно ли учитывать в качестве топлива продукты животноводства или это двойной учет корма? Приведенные здесь соображения взяты из брошюр, изданных ЮНЕСКО, — «Энергия на службе человека» № 1 А. Эгертона и № 6 Ф. Симона (UNESCO, Pans, NS 74 и 79, 1951). Данные относится к 1937 г. С тех пор ежегодное мировое потребление нефти, газа, энергии воды более чем удвоилось.

160

Как была пущена в ход вся эта гигантская машина — Вселенная? Будет ли она замедляться или через какие-то длинные промежутки времени происходит таинственный «подзавод»? Это не нарушило бы закона сохранения энергии, но нарушило бы закон возрастания энтропии, который, по-видимому, тоже справедлив. А может быть, происходит какой-то непрерывный процесс создания вещества, который пополняет запас доступной энергия? Впрочем, это скорее предмет философии, к тому же астрономия и ядерная физика смогут, по-видимому, в будущем прояснить некоторые из относящихся сюда вопросов.

161

Предположим, имеется тепловая машина, которая отбирает тепловую энергию Н из нагревателя и отдает тепловую энергию Н охлажденному конденсору. При этом из нагревателя в машину поступает энтропия Н/T, а в конденсор уходит энтропия Н/T. В лучшем случае Н/T— Н/T= 0 или Н/T =Н/T. Но тогда мы можем вычислить эффективность машины:

ЭФФЕКТИВНОСТЬ = ТЕПЛОТА, ПРЕВРАЩЕННАЯ В МЕХАНИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ Н — Н / ТЕПЛОТА, ВЗЯТАЯ ИЗ НАГРЕВАТЕЛЯ Н =

= (Н — Н)/Н = 1 — (Н/Н) = 1 — (T/T)

Итак, если изменение энтропии равно нулю, то

ЭФФЕКТИВНОСТЬ = (T — T)/T

Это для идеальной машины. В любой реальной машине энтропия с каждым циклом возрастает за счет того, что она отдает большую теплоту Н, поэтому эффективность ее должна быть меньше.

162

Точнее, мы должны говорить, что запасом химической энергии обладают топливо + кислород. Реализуется же она в результате обмена электронами в процессе сгорания.

163

«Есть только один атомный реактор необычайной мощности, но на безопасном расстоянии. Он доступен всем, и имя ему — Солнце!» Ф. Симон (UNESCO, Pans, NS 79, 1951).

164

Такое усреднение, т. е. / (начальная сила + конечная сила), справедлива только для пружин, которые подчиняются закону Гука. Это можно проверить либо геометрическими рассуждениями, наподобие галилеева рассмотрения ускоренного движения, либо следующими расчетами. Закон Гука гласит: (напряжение F) = k∙(растяжение х). При растяжении от нуля до х прирост потенциальной энергии пружины равен

При растяжении от х до х прирост потенциальной энергии равен

165

Увеличение потенциальной энергии при подъеме от поверхности Земли с радиусом R до бесконечности равно

166

Имеется в виду средняя сила, создаваемая газами в стволе. Скорость сгорания пороха можно подобрать так, что эта сила будет почти постоянна.

167

Более прямое вычисление см. ниже.

168

Гл. 43 («Физика атомного ядра») и гл. 44 («Современная физика») входят в т. 3 настоящего издания.

169

с = 3,0∙10м/сек. Чтобы получилось общепринятое выражение, заменим значок массы М на m.

170

С другой стороны, даже едва уловимая разница масс знаменует возможность выделения огромного количества энергии. Так, атомы водорода и гелия имеют относительные массы 1,008 и 4,004. Если бы четыре ядра водорода смогли объединиться в одно ядро гелия, то масса 4,032 изменилась бы до 4,004. Разница невелика, всего 0,028, или 0,7 %. Но она означала бы гигантское выделение энергии (преимущественно в виде излучения); 4,032 кг водорода дали бы 0,028 кг излучения, которое имело бы энергию

195