С. А. Подолинский: "Труд человека и его отношение к распределению энергии"

изменную. Примером такой уединенной системы может служить все­ленная, количество энергии которой есть величина вечно неизменная. Закон сохранения энергии, в сущности, есть не более как недавнее обобщение давно известного закона механики, начало которому по­ложено еще Гюйгенсом в его предположении, что общий центр тяже­сти группы тел, колеблющихся под влиянием тяготения около горизон­тальной оси, может подняться до своей первоначальной высоты, но не выше ее ¹. Это положение, принятое в начале за аксиому, стало впо­следствии зародышем той общей идеи, из которой Лейбниц развил принцип сохранения живой силы. Еще более общий вид этому зако­ну был придан Лагранжем, выразившим его в той форме, что сумма виртуальных (возможных) действий системы, находящейся в равно­весии, равняется нулю ².

Закон этот, выведенный первоначально для механики, то есть для непосредственно ощущаемого человеком движения, был приме­нен впоследствии ко всем родам энергии, как только с открытием механической теории тепла была доказана превратимость всех фи­зических сил, всех форм энергии, одних в другие. Такое широкое об­общение было значительно облегчено тем обстоятельством, что в на­стоящее время все физические силы уже сведены или сводятся на различные формы движения, к которым вполне приложимы законы, выработанные механикой. Теплота, свет, электричество, магнетизм, химическое сродство и частичные силы представляются нам теперь уже не иначе, как под видом колебательных или иных движений мельчайших частиц веществ. Одно тяготение стоит пока в стороне, так как многие принимают его еще за коренное свойство материи, способное обнаруживать свое действие на расстоянии, непосредствен­но, вопреки ныне известным законам механики. Но и для тяготения теперь уже существуют теории, объясняющие более или менее удов­летворительно все явления его предположением движения мельчай­ших частиц и непосредственными толчками их о тяготеющие тела; такова, между прочим, известная теория Лесажа³. Рано или поздно одна из подобных теорий, вероятно, будет принята, и тогда, по спра­ведливому замечанию Тэта⁴, мы должны будем признать все роды энергии в конце концов кинетическими, т. е. представляющими со­бой движение. В различных родах энергии эти движения отличают­ся между собой, вероятно, только скоростями и кривыми путей, про­ходимыми движущимися частицами вещества. Тем не менее с прак­тической точки зрения теперь еще выгодно поддерживать различие, существующее между общепринятыми понятиями энергии кинетиче­ской и потенциальной. Различие это, совершенно не существенное, если действительно все проявления энергии основаны на движение мельчайших частиц вещества, — очень важно для нас, потому что в тех случаях, где мы имеем кинетическую энергию, движение непосред­ственно доступно нашему ощущению, например, в текущей воде, па­дающей лавине, работающей паровой машине, снаряде, выброшен-
                    

¹ Dühring. Kritische Geschichte der allgemeinen Principien der Mechanik, 1873, стр. 120.

² Dühring, l. с., стр. 318.

³ Le Sage. Lucrèce Newtonien Memoires de Berlin, 1782 и Prevost. Deux traités de Physique mécanique. Geneve, 1818.

⁴ Тэт. О новейших успехах физических знаний. 1877, стр. 328.

ном из орудия, в движении Луны вокруг Земли и т. д. Напротив, в потенциальной энергии движение вещества, хотя также существует, но еще не приняло формы, доступной нашему ощущению, хотя и мо­жет принять ее при известных обстоятельствах. Лавина, нависшая над обрывом, паровая машина, нагретая, но еще не работающая, за­ряженная пушка, пища человека, еще не превращенная в мышечное сокращение при работе, — вот примеры потенциальной энергии.

Мы уже сказали, что сумма энергии всей вселенной есть величина абсолютно неизменная, но нельзя сказать то же о различных частях вселенной. Мы не будем входить уже теперь в рассмотрение атомис­тических теорий, но из самого того факта, что некоторые небесные тела передают различные виды энергии в большом количестве че­рез мировое пространство другим небесным телам, мы вправе заклю­чить, что эти небесные тела, солнца, содержат в себе сравнительно больше энергии, чем мировое пространство и те небесные тела, пла­неты и спутники, которые получают энергию под видом тепловых, световых, химических лучей, магнетизма и т. п. от ближайших к ним солнц. Несомненно, что такая постоянная передача энергии из мест, обладающих большим ее запасом, в другие места, где ее менее, должна через очень долгий период времени повести к повсеместному уравнению энергии.

Но этого мало. Не следует забывать, что все колебания, которы­ми совершается уравновешение энергии между различными небес­ными телами и мировым пространством, неоднократно сопровожда­ются превращениями энергии одного рода в энергию другого. Свет не­редко превращается в химическое действие, которое в свою очередь часто дает свет и тепло. Но не все роды энергии одинаково легко пре­вращаются в другие, и всякий раз, когда происходит такое превраще­ние, в энергии появляется наклонность переходить, по крайней мере, частью, от легко видоизменяемой формы, например, движения, к форме, которая видоизменяется с бóлыпим трудом, например, теплоте.

Таким образом, энергия вселенной постоянно переходит от лег­ко превратимых форм к более устойчивым, и, вследствие этого, воз­можность превращений в ней постоянно уменьшается. После долгого промежутка веков вся энергия примет форму, уже неспособную к превращениям, которая будет состоять в теплоте, равномерно распро­страненной по всей вселенной. В таком случае всякая жизнь и вся­кое ощутимое нами движение, по-видимому, должны прекратиться, так как известно, что для превращения теплоты в какую бы то ни было другую форму энергии совершенно необходимо иметь тела раз­личной температуры ¹. Это стремление мировой энергии к повсемест­ному уравновешению называется рассеянием анергии, или, по Клаузиусу, энтропией ². Под этим именем Клаузиус понимает величину уже превращенной энергии, то есть поставленной в такие условия, что она уже не совершает обратных превращений. Такова, например, теплота, рассеянная в мировом пространстве. Отсюда становятся по­нятными основные положения Клаузиуса: 1) энергия вселенной постоянна; 2) энтропия вселенной стремится достигнуть максимума ³.

¹ W. Thomson. О всеобщем стремлении в природе к рассеянию энергии. Цитир. у Тэта, 1. с., стр. 19.

² Clausius. Theorie mecanique de la chaleur. 1868. Т. I, стр. 411.

³ Clausius, l. с., т. I, стр. 420.

Теория рассеяния энергии, выраженная Томсоном и Клаузиусом, вызвала возражения со стороны Ранкина ¹, который предположил, что вселенная может со всех сторон быть окружена абсолютно пустым пространством, от вогнутой поверхности которого равномерно рас­пространенная теплота вселенной будет сполна отражаться и затем собираться в фокусах с высшей температурой, способной произвести в успокоившейся вселенной ряд обратных превращений. На это Кла­узиус возразил, доказывая, что отраженное тепло, даже собранное в фокус, никогда не может превзойти температуры своего источника². Таким образом, пока не явится новых возражений, закон рассеяния энергии можно считать настолько же доказанным, как и закон ее сохранения.

Понятно, что если такова судьба всей энергии, обладающей высо­кой температурой, то легко представить себе, что совершится и с ощутимым нами движением во вселенной. Все пространство мира наполнено веществом, хотя очень редким, но достаточным для того, чтобы в конце концов уравнять всякое различие в движении, так же точно, как оно стремится уравнять и всякое различие в температуре. Таким образом, мир должен превратиться в массу, равномерно на­гретую и совершенно неспособную производить какую-либо ощути­мую работу, так как последнее возможно только при существовании различий в температурах.

Таким образом, только в чисто механическом смысле энергия впол­не сохраняется. Но эта уравновешенная энергия уже неспособна да­вать начало разнообразным явлениям, в том числе неспособна под­держивать жизни организмов. Они существуют не самой энергией, а ее превращениями, а в энергии, превращенной в равномерную теп­лоту, нет ни малейшего повода к началу каких бы то ни было про­цессов, в том числе и жизненных. Превращенная энергия представ­ляется как бы негодным остатком мировой деятельности, накопляю­щимся из года в год все более и более. В настоящее время накопление этого остатка еще не очень заметно, но никто не может поручиться, что со временем оно не станет очень значительным и для нашего ощущения³.

Для того, чтобы нагляднее показать, что при полном уравновеше­нии температуры и прочих физических сил, т. е. насыщении хими­ческого сродства и пр., не может проявляться никакого движения, — приведем следующее рассуждение Пуассона, ясно показывающее, что никакая система тел, находящихся в равновесии, не может выйти из него, если всякие внешние влияния на эту систему совершенно устранены: «Животное, как бы оно ни старалось, никогда не может переместить свой центр тяжести при помощи одной своей воли, без всякой внешней точки опоры. Человек и животное могут в вертикаль­ном направлении опускать или поднимать свой центр тяжести, опи­раясь на землю. Они могут также двигаться в горизонтальном на­правлении при помощи трения о ее поверхность, но всякое передви­жение станет для них невозможным, если их поместить на плоско-
                    

¹ Rankine. Philosoph. Magaz. Serie 4. Т. IV.

² Clausius, 1. с., т. I, стр. 346.

³ Balfour-Stuart. Conservation de 1'énergie. 1875, стр. 157.

сти чрезвычайно гладкой, где сопротивление трения стало бы со­вершенно неощутимым ¹.

Установив эти общие положения, мы уже можем обратиться к распределению энергии на нашей планете. Уже при самом своем про­исхождении Земля, если применять Канто-Лапласовскую теорию об­разования небесных тел, получила сравнительно небольшой запас пре­вратимой энергии. Близость Земли к Солнцу, небольшой объем ее и значительная плотность, именно 5,5, т. е. далеко превышающая плот­ность всех верхних планет и самого Солнца, ясно указывают на  сравнительно  позднее  отделение  Земли  от  Солнечной туманности. Тем не менее до настоящего времени Земля охладилась уже гораздо более верхних планет. Большая плотность Земли способ­ствовала этому двояким способом. Во-первых, она указывает на то, что Земля в значительной мере состоит из металлов, которые, как известно, обладают малой теплоемкостью. Во-вторых, она заставляет предполагать, что Земля произошла из самых плотных, т. е. наиболее охлажденных частей Солнца. При этом мы имеем право предполо­жить, что вещество, из которого произошли верхние планеты, находи­лось в большей мере в состоянии диссоциации, чем то, из которого произошла Земля. Поэтому Земля и охладилась гораздо быстрее. Из опытов Сэн-Клэр-Девилля мы знаем, например, что для того, чтобы довести один грамм воды до температуры 2500°, нужно всего 1680 еди­ниц тепла, между тем как при образовании одного грамма водяного пара из водорода и кислорода развивается 3833 единицы тепла ². От­сюда понятно, что один грамм диссоциированной воды заключает в себе 3833—1680 ==2153 единицы тепла более, чем один грамм водяного пара при 2500°. Если, как мы имеем из вышесказанного достаточное основание предполагать, верхние планеты во время своего отделе­ния от Солнца получили более диссоциированного вещества, чем Земля, то легко становится понятным, почему они менее охладились, хотя отделились ранее от Солнца и получали с тех пор от него менее лучистого тепла, чем Земля. Наконец и небольшой объем Земли сам по себе очень важная причина ее быстрого охлаждения, так как по­нятно, что тело, имеющее сравнительно со своей массой большую по­верхность, охлаждается скорее.

Тем не менее, вероятно, внутренность Земли и теперь еще состоит из расплавленного вещества. По расчету В. Томсона ³, повышение тем­пературы, равное на всей земной поверхности, средним числом, од­ному градусу на 100 футов углубления, дает возможность предпола­гать, что около десяти миллионов лет тому назад земная поверхность уже успела отвердеть или начала отвердевать, а по истечении срав­нительно немногих тысяч лет после этого отвердевания кора охлади­лась уже настолько, что могла, по крайней мере, местами, служить обиталищем для живых существ в той форме, как мы знаем их те­перь. Степень повышения температуры при опускании внутрь Земли равнялась тогда приблизительно 1° на каждые 6 или 10 дюймов, — обстоятельство, которое не могло иметь вредного влияния на жизнь растений.

¹ Poisson. Traité de mécanique. T. II, стр. 451.

² Henri Sainte-Claire-Deville. Compt. Rend. d. 1'Acad. d. Scienc. T. LVI, стр. 200.

³ Тэт, 1. с., стр. 153.

К тому же приблизительно времени нужно отнести начало преоб­ладания на земной поверхности лучистой энергии Солнца над собст­венной энергией Земли. Последняя, по крайней мере, на поверхности Земли, которая нас более всего интересует, находилась уже на значи­тельной степени энтропии, т. е. была довольно равномерно распреде­лена или, что то же, рассеяна. Действительно, если мы представим себе, что Солнце потухло в то время, когда Земля покрылась корой твердого вещества, и посмотрим, какие из ныне действующих на Зем­ле родов энергии продолжали бы свое действие, то увидим, что их осталось бы весьма немного. Единственным источником энергии ос­тавалась бы расплавленная внутренность Земли, но и эта энергия рас­сеялась бы гораздо скорее, чем теперь. Тем не менее некоторые ро­ды энергии могли бы еще на время продолжать свое действие, на­пример магнетизм, если вместе с Цельнером предположить, что зем­ной магнетизм зависит от течений расплавленного металла внутри Земли ¹. Кроме того, впредь до охлаждения внутренности Земли мог­ли бы продолжаться землетрясения, вулканические извержения и могли бы еще существовать горячие источники и небольшие атмос­ферные течения по соседству с вулканами и горячими источниками. Но этим бы, вероятно, ограничились, и то на время не очень длин­ное, все проявления неравномерного распределения энергии на земной поверхности. Ныне действующие физические силы и явления, от них происходящие, не имели бы уже места. Даже приливы моря под влия­нием Луны и потухшего Солнца, по всей вероятности, прекратились бы потому, что моря превратились бы в лед на всей своей глубине. Все метеорологические явления были бы устранены отсутствием водяно­го пара в атмосфере, почти совершенно покойной. На поверхности Земли химические сродства всех веществ находятся, за небольшими исключениями, в состоянии насыщения, то есть их энергия уже рассеяна. Слабая внутренняя теплота Земли, лишенной световых и химических лучей, не была бы в силах вызвать тех обратных про­цессов, восстановлений, которые составляют сущность растительной жизни. Почва осталась бы голой и в химическом смысле бездеятель­ной. Оставалось бы, может быть (мы скоро увидим, что, вероятно, тогда значительная часть кислорода воздуха находилась в соедине­нии с углеродом), в атмосфере ненасыщенное сродство кислорода, но при низкой температуре, которая бы господствовала, оно не могло бы ни подействовать на азот, как и теперь почти не действует, ни тем более на другие, уже окисленные или вообще насыщенные те­ла. Наконец весьма вероятно, что при отсутствии нагревания Солн­ца энергия газов нашей атмосферы рассеялась бы настолько в про­странстве, что они могли бы стать твердыми телами. Одним словом, если бы Солнце прекратило свое щедрое лучеиспускание, то на Земле господствовали бы темнота, холод, отсутствие всякой жизни и почти полное отсутствие всякого движения.

Но Солнце продолжает снабжать нас громадным количеством не­превращенной энергии, и запас его еще очень велик. Мы думаем в дальнейшем ходе нашей работы подробнее заняться теориями стро­ения Солнца, а здесь приведем только некоторые выводы. Один ква­дратный метр солнечной поверхности испускает, по Секки ², 5 440 640
                    

¹ Zöllner. Ueber den Ursprung des Erdmagnetismus.

² Secchi. Le-Soleil. Paris. 1875. T. II, стр. 258.

килограммометров, или 70642 лошадиных сил, работы. Нескольких метров солнечной поверхности достаточно, чтобы привести в движе­ние все машины земного шара. 470 квинтиллионов лошадиных сил представляют собой общую работу Солнца. По вычислениям В. Том­сона, на основании данных Кулье и Гертеля, лучистая теплота Солн­ца соответствует приблизительно 7000 лошадиных сил на каждый квадратный фут поверхности. Так что вся солнечная поверхность те­ряет ежегодно около 6×10³⁰ тепловых единиц¹. Одной химической энергии, доходящей от Солнца до Луны, было бы достаточно, чтобы произвести в одну минуту соединение 4,5 миллиона кубических ки­лометров смеси хлора с водородом. Химическая энергия, распростра­няющаяся от Солнца во все части вселенной, должна быть в 2200 мил­лионов раз больше, потому что Земля, если смотреть на нее с Солнца, представляется всего под углом в 17,5 секунд². Приняв наиболее распространенную теперь теорию, объясняющую источник солнечно-то тепла его собственным сгущением, мы находим, что нужно 18267 лет для уменьшения видимого диаметра Солнца на одну секунду и 3830 лет для охлаждения его температуры на один градус, если, как того следует ожидать, большинство вещества находится на Солнце еще в химически индифферентном состоянии, то есть диссоциировано ³.

Мы привели эти цифры единственно с той целью, чтобы показать, что уменьшение превратимой энергии на земной поверхности идет настолько медленно, и что запас для будущего получения ее еще на­столько велик, что уменьшение ее не может в сколько-нибудь близ­ком будущем оказать неотвратимо гибельное влияние на жизнь чело­века. Но отсюда еще не следует, чтобы мы могли считать распределе­ние превратимой энергии на земной поверхности и теперь уже наи­выгоднейшим и вполне удовлетворительным для человеческой жиз­ни. Напротив, мы думаем, что возможность более выгодного распре­деления этой энергии находится, до известной степени, в руках само­го человека.

¹ Тэт, 1. с., стр. 144.

² Secchi, Le Soleil. Т. II, стр. 324.

³ Secchi, 1. с. Т. II, стр. 273—277.

ПРЕВРАТИМАЯ ЭНЕРГИЯ НА ЗЕМЛЕ

Нам следует теперь обратиться к рассмотрению тех родов превратимой энергии, которые теперь распре­делены на Земле:

1. На первом месте по своей величине стоит энергия вращения Зем­ли вокруг Солнца и вокруг своей оси. Оба эти движения представляют собой формы энергии еще очень превратимой (по Томсо­ну — очень высокого порядка), именно механичес­кого движения. Известен расчет, по которому, если бы Земля внезапно остановилась в своем вращении вокруг Солнца, развилось бы количество тепла, рав­няющееся количеству тепла от сожжения угольного шара, превышающего массу Земли в 14 раз. Весьма значительна также энергия вращения Земли вокруг своей оси. Оба эти движения, однако, остаются почти без непосредственного влияния на распределение энергии на зем­ной поверхности. Относительно энергии вращения Земли вокруг оси, это, впрочем, не вполне верно, так как известно, что энергия эта частью превращается в теплоту через трение об отстающую, под влиянием приливов, от движения Земли массу воды, температура которой от этого немного повышается, между тем как движение Земли замедля­ется, хотя и на ничтожную величину¹. Пользуясь силой прилива для приведения в действие машин, например мельниц, мы запасаемся этой силой в период поднятия или набегания приливной волны. Мы удерживаем часть воды на известной высоте, выжидаем время отлива и затем извлекаем пользу из ее падения. Продолжая поступать таким образом в течение долгого периода и на больших протяжениях, мы нашли бы, что это может влиять на постепенное ослабление быстроты вращения Земли². Как на один из вообще немногочисленных приме­ров индустриального пользования силой прилива укажем еще на предложение Маля³, основанное на том, что в реках, при устьях которых движение прилива сильно, не происходит засорения русла илом и валунами, потому что движением сильного отлива они уно­сятся далеко в море. Устья многих рек в Англии уже раскопаны с целью пользоваться работой прилива, и Маль предлагает применить эту систему и во Франции. Из этих примеров мы видим, что пока
                    

¹Первая мысль о подобном влиянии прилива принадлежит Канту. См. его Theorie des Himmels. Koenigsberg, 1755.

² Тэт, 1. с., стр. 150.

³ Comptes-Rendus. LI, стр. 762.

еще вращение Земли вокруг ее оси очень мало применяется как ис­точник двигательной силы на ее поверхности.

2. Мало чем бóльшую роль играет и внутренняя теплота Земли. В тех случаях, где она проявляется еще со значительной силой, т. е. во время землетрясений и извержений вулканов, деятельность ее име­ет характер слишком случайный и неправильный, чтобы служить источником энергии, могущим входить как существенная часть в строй­ное целое процесса превращения энергии на земной поверхности, процесса, принявшего вообще характер большой постепенности и по­следовательности. Вот почему землетрясения и извержения вулка­нов являются на земной поверхности только как элемент пертурба­ционный, разрушительный, неожиданный и не подчиняющийся ника­ким расчетам при распределении энергии, а тем более каким-либо промышленным применениям.

Если отнести земной магнетизм к проявлениям энергии, заключа­ющейся внутри Земли, то, конечно, он представляет собой силу, ко­торой не следует пренебрегать, так как она играет и практическую роль в мореплавании, изготовлении научных приборов и пр. Во вся­ком случае, однако, величина этой силы очень незначительна в сравнении с общим количеством энергии, постоянно находящейся в обмене на земной поверхности.

Горячие источники представляют собой хотя небольшое, но до­вольно удобно распределенное количество превратимой энергии. Теплота их может служить для некоторых технических целей, на­пример отопления жилищ, даже приготовления пищи, и таким обра­зом косвенно помогать сохранению превратимой энергии на земной поверхности. В свою очередь теплота горячих источников уж слиш­ком незначительна, чтобы быть самой в состоянии, без внешней при­бавки энергии, превратиться в форму механического движения. По крайней мере нам неизвестны случаи применения горячих источни­ков как двигательной силы, хотя в незначительной мере такое при­менение, конечно, возможно.

3. Ненасыщенное химическое сродство, за исключением свободно­го сродства кислорода атмосферы, почти не существует на земной по­верхности. Внутри Земли еще есть большие массы свободных метал­лов, серы и других веществ, обладающих достаточной химической энергией, но ее действие или вовсе не обнаруживается на земной по­верхности, или уже указано в предыдущем параграфе, например, ког­да говорилось об извержениях вулканов, землетрясениях и пр.

4. Одна из наименее превращенных форм энергии, то есть наибо­лее полезных в человеческом смысле этого слова, могущих дать зна­чительное количество механической работы при своем превращении, есть движение воздуха, или ветер. Но нам не трудно показать, что движение воздуха есть не более как часть солнечной энергии, подвергнутой обратному превращению. Для того, чтобы произвести жи­вую силу ветра, нужно потратить в несколько раз большее коли­чест­во энергии Солнца, значительная часть которой низводится при этом на еще менее превратимую ступень, рассеивается в пространстве. Ина­че и быть не может, так как низшая энергия, теплота Солнца, по за­кону рассеяния энергии никогда не может вся сполна перейти в выс­шую энергию, движение воздуха. Но часть тепла, превращенная в движение, при этом рассеивается, потому что ветер в сущности не что иное, как последствие стремления к уравнению температур.

Правда, таким образом часть солнечной энергии превращается в очень выгодную механическую работу, но зато вся она рассеивается без­возвратно. Мы не принимаем во внимание других источников дви­жения воздуха, кроме теплоты Солнца, так как движения, производи­мые ими, сравнительно чересчур незначительны.

5. Сказанное относительно двигательной силы, доставляемой вет­ра­ми, приложимо и к силе водных течений, и вообще к силе падаю­щей воды. Действительно, вода, падая, например на колесо мельницы, с высоты, доставляет такой процент полезной работы, какого не дает ни паровая, ни электромагнитная машина, ни даже более выгодно ус­тро­енный организм рабочего животного или человека. Но не следует за­бывать, какое громадное количество солнечной энергии было потреб­лено на то, чтобы путем испарения поднять воду на такую высоту, па­дая с которой она доставляет значительную сумму полезной работы.

6. Из всего вышесказанного мы уже начинаем замечать, что, не­смотря на огромное количество получаемой от Солнца энергии, по­верхность Земли далеко не богата не только очень превратимыми родами энергии, как, например, механическое движение, свободное химическое сродство, но даже и простой теплотой. Свободное химиче­ское сродство, как мы говорили, почти не встречается на земной по­верхности и даже вблизи поверхности, за исключением одного рода веществ, энергию которых, однако, нельзя также назвать энергией, принадлежащей Земле. Мы говорим о свободном химическом срод­стве, заключающемся в топливе органического происхождения. Ко­личество этого топлива сравнительно очень велико. По приблизитель­ному расчету, британские пласты имеют около 190 000 000 000 тонн ка­менного угля, а североамериканские, говорят, содержат до 4 000 000 000 000 тонн ¹. Но это количество, а также громадные мас­сы другого органического топлива, например торфа, нефти и пр., об­разовались из растений, покрывавших в разные периоды земную по­верхность, при помощи энергии, доставляемой Солнцем. Предполага­ют, что при помощи лучей Солнца растениям в течение долгих веков удалось насыщенное и лишенное превратимой энергии вещество, угольную кислоту, превратить в запас угля, обладающий громадным количеством такой энергии². В то же время под влиянием той же солнечной энергии кислород атмосферы освободился от соединенно­го с ним угля и заключает теперь в себе также массу превратимой энергии, представляющей основу для возможности существования высших организмов, то есть животных и человека.

7. Наконец, мы должны упомянуть еще о превратимой энергии, за­ключающейся в живых растениях, животных и людях. Пока нам до­статочно только признать, что и она есть только сбереженная энер­гия Солнца, и затем перейти к общим условиям сбережения энергии.

¹ Edinburgh Review, 1860. Coal Fields of North America and Great-Bri­tain, стр. 88—89.

² На конгрессе Британского общества для развития наук, собра­вшем­ся осенью нынешнего (1880 — Ред.) года, Sterry Hunt предложил обшир­ную и весьма интересную теорию для объяснения климатиче­ских измене­ний в течение геологических периодов. Теория эта, глав­ным образом, ос­нована на предположении, что углерод, сложенный теперь в запасах ка­менного угля, прежде находился в атмосфере под видом углекислоты. См. Revue Scientifique, № 22, 30 ноября 1878 г.

Глава III

СБЕРЕЖЕНИЕ ЭНЕРГИИ

Мы ознакомились теперь с теми данными, при помо­щи которых надеемся получить основания для оп­ределения значения труда в миро­вом распределении энергии. Возьмем Землю опять в тот момент, когда она охладилась уже настолько, что поверхность ее была покрыта корой, не допускавшей теплоту рас­плавленной внутренности обнаруживать значитель­ное действие на поверхности. Когда охлаждение Земли достигло уже такой степени, что диссоциированная вода превратилась в пар, а затем пар боль­шей частью осел под видом воды, которая, увлекая за собой осевшие прежде воды соли, образовала мо­ря в углублениях земной коры, в то время боль­шинство химических процессов уже совершилось на земной поверхности. Химическое сродство было насыщено приблизительно в такой же мере, как и в настоя­щее время, если не принимать во внимание растительной жизни. Благодаря ее влиянию теперь насыщение химического срод­ства, вероятно, даже не заходит так далеко, как тогда, так как, по высказанному уже предположению, весь уголь, находимый теперь в недрах земли, тогда был в соединении с кислородом воздуха. Мы знаем, что теперь растения черпают свой углерод из углекислоты воздуха, и не имеем основания предполагать, чтобы в каменноуголь­ном периоде они поступали иначе. Итак, мы вправе думать, что энер­гия ненасыщенного сродства в начале органической жизни была очень мала на земной поверхности, а пре­вратимая энергия, еще со­храненная внутри, с постоянным возраста­нием толщины земной коры все более и более утрачивала свое дей­ствие. Земля в то время полу­чала, может быть, немного более солнечной энергии, чем в настоя­щее время, но зато и рассеивала свою энергию гораздо быстрее, чем -теперь. Главная причина этого очень простая: Земля была тогда го­раздо теплее и потому отдавала более тепла и притом тепла очень высокой температуры, легко превратимого в механическую работу, самым бесполезным образом, в пространство. Большое количество лу­чистой энергии, получаемое от Солнца, весьма мало увеличивало пре­вратимую энергию Земли, и легко понять, по­чему: химические лучи Солнца, не находя на ее поверхности таких тел, на которые бы они могли действовать, как действуют теперь, при помощи растений, т. е. разлагая насыщенные соединения и обращаясь лишь частью в превратимую энергию, в то время отражались и уходили в пространст­во. То же делалось и со световыми лучами. Тепловые лучи поглоща-

лись настолько, насколько поверхность Земли отдавала их опять в пространство, и увеличения превратимой энергии на земной поверх­ности от них не происходило. За исключением движения нагретого воздуха и воды, поднятой испарением, солнечная лучевая энергия не обращалась на Земле в превратимую энергию, так же точно, как мы это теперь видим на бесплодных, лишенных всякой растительности песках Сахары или на льдах, окружающих полюсы. Если не прини­мать во внимание теплоты внутренности Земли, то количество прев­ратимой энергии, почерпнутой от Солнца, было в ту эпоху гораздо менее, чем теперь. Действительно, причислив к поверхности Земли слои, заключающие каменный уголь, на что имеем право, ввиду об­разования этих слоев на поверхности, мы теперь имеем громадный запас легкопревратимой энергии. Запас этот состоит в ненасыщенном сродстве громадной массы углерода, с одной стороны, и в ненасыщен­ном сродстве кислорода всей атмосферы — с другой. В то время, когда еще не было жизни на земной поверхности, когда, по всей вероятно­сти, углерод теперешнего каменного угля с кислородом нынешней ат­мосферы составляли вместе насыщенное, т. е. лишенное превратимой энергии, соединение, углекислоту, тогда, несомненно, общий бюджет превратимой энергии на земной поверхности был меньше, чем теперь. Мы взяли каменный уголь только как пример. Этому явлению в ис­тории земного шара можно подыскать еще и другие аналоги, например торфяные залежи, асфальтовые копи, нефтяные источники и разные горные породы органического происхождения.

Разберем общий ход явлений с тех пор и до настоящего времени. Внутренняя энергия Земли, чем ближе к нам, тем меньшую роль иг­рает в составлении энергийного бюджета земной поверхности. Сол­нечная энергия получается, хотя постепенно, но в количестве все уменьшающемся. Очевидно, для того, чтобы при уменьшающихся источниках энергии на земной поверхности и в ближайших слоях под ней могло произойти накопление превратимой энергии, необходи­мо, чтобы происходил на земной поверхности процесс сбережения энер­гии, процесс, обратный рассеянию, или даже процесс превращения устойчивой энергии (теплоты) в высшую форму, более превратимую в механическое движение, потенциальное или кинетическое.

Можно сказать, не боясь сделать ошибки, что мы получаем на Зем­ле энергию Солнца не в очень превратимом, но и не в чересчур уж устойчивом виде. Высокая температура, свет, химические лучи — все это такие роды энергии, которые, правда, с большой потерей на рас­сеяние, но все-таки частью переводятся на земной поверхности в более превратимые, высшие роды энергии, каковыми являются — ме­ханическая работа машин, сокращения мышц и, вероятно, психичес­кая деятельность. В настоящее время земная поверхность, правда, с большей потерей, может быть, даже увеличивая немного ежегодные траты Солнца, возводит часть уже спустившейся по ступеням превра­щений солнечной энергии опять в наивысшие формы, самые превра­тимые, какие только способна принимать энергия.

Необходимо совершенно ясно представить себе всю трудность пе­рехода низших форм энергии в высшие, чтобы понять, как при та­ком громадном получении Землей лучевой энергии от Солнца в дей­ствительности на ней господствует такая нужда в высших родах энергии. Но зато, действительно, и способы, которыми солнечная энер­гия может быть превращаема в механическое движение, крайне не-

многочисленны. Вот главнейшие из них: сообщение движения воз­духу посредством изменения его упругости, поднятие воды путем ис­парения, химическая диссоциация при помощи растений, мышечная работа животных и человека, изобретение и устройство искусственных двигателей, машин при помощи психической и мышечной ра­боты человека и высших животных.

Лучевая энергия Солнца, встречая уже отверделую, но еще не по­крытую растительной жизнью поверхность Земли, отражалась от нее почти как от непроницаемой брони. Конечно, небольшая часть лучей поглощалась, но это поглощение вело за собой только временное воз­вышение температуры, которая падала через лучеиспускание в про­странство, как только прекращалось действие Солнца. Конечно, нагре­вание поверхности Земли выражалось и небольшой механической ра­ботой; вследствие расширения и сжатия образовались трещины и т. п., но понятно, что эти ничтожные проявления механического движения не могут быть названы значительными превращениями теплоты в ра­боту.

Химические лучи Солнца чересчур слабы, чтобы разложить насы­щенные кремниевые, известковые, глинистые соединения, составляю­щие поверхность Земли. Они или частью превращались в теплоту, или непосредственно отражались в пространство. Та же участь постигала и лучи света.

Вода и воздух представляют более благодарное поле для превра­щения низшей энергии в высшую, чем земля, но и они почти совер­шенно лишены способности сберегать превращенную энергию. Меха­ническое действие урагана может быть громадно. Если он сопровож­дается грозой, благодаря переходу части солнечной энергии в элек­тричество, то механическое действие его еще усиливается ударами падающих искр молнии, но и это действие сейчас же само собой истощается и сейчас же рассеивает всю свою энергию, заставляя ее падать на еще низшую ступень, чем та, на которой она была получе­на от Солнца. Ветер дает громадный процент полезной механической работы, ударяясь о какое-либо сопротивление, например парус ко­рабля или крыло мельницы, но зато запас высшей энергии, заклю­ченной в стремящемся воздухе, большей частью тут же и истощается. Запасов превратимой энергии в воздухе не собирается, потому что в природе не существует резервуаров, которые могли бы сами собой наполняться сгущенным воздухом, энергия которого потреблялась бы по мере надобности.

Вода уже более способна к сбережению превратимой энергии, чем воздух. Правда, и вода составляет при своем падении такой выгод­ный процент работы лишь потому, что, упавши, она лишается для данной высоты разом всей накопленной в ней энергии, но зато вода под влиянием лучистой энергии Солнца испаряется и накопляется в резервуарах на возвышенных местах, где она вследствие своей по­движности, повинуясь тяготению, может быть рассматриваема содер­жащей большой запас потенциальной механической работы. Следует признать, однако, что сравнительно с количеством воды, существую­щей непроизводительно на поверхности Земли, и сравнительно с гро­мадным количеством тепла, получаемого от Солнца, — несколько альпийских озер и быстрых рек представляют ничтожное накопление энергии. Этому не следует и удивляться, приняв во внимание, что сбережение в испарившейся воде происходит лишь случайно, вслед

ствие неровностей Земли, между тем как наибольшая часть воды па­дает непосредственно на поверхность Земли в виде дождя, снега ро­сы, инея, в таких местах, где она почти всю механическую работу совершает тотчас же при падении, не имея возможности сберегать значительную часть ее на будущее время. Тем не менее мы остано­вились на механической работе, заключающейся в движущемся воз­духе и в воде, потому что они дают бóльший процент полученной ра­боты, чем машины и даже животные, что легко станет понятным если принять во внимание, что их движение перед работой есть уже энер­гия высшего порядка, чем та, которая находится в топливе или пище перед их потреблением¹.

¹ Тэт, l. с., стр. 138.

Рейтинг публикации:

6

Комментарии (0) | Распечатать

Добавить новость в: