Мы перевели и снабдили иллюстрациями очень хорошую и доступную лекцию об истории энергетики от автора James C. Williams для Franklin Institute.

Введение

Энергия играет основополагающую роль в формировании человеческих условий существования. Потребность людей в энергии — это необходимость для выживания, поэтому не удивительно, что производство и потребление энергии являются одними из наиболее важных направлений человеческой деятельности. Действительно, существует мнение, что энергетика – это ключ к развитию цивилизации, что эволюция человеческого общества зависит от преобразования энергии для использования человеком. Немногие люди ставят под сомнение давнее предположение, что уровень жизни и качество цивилизации пропорциональны количеству энергии, используемой обществом. Однако, с определённой степенью точности, большинство людей все же уверены в стойкости формулы: энергия = прогресс = цивилизация.

Широко распространенное убеждение, что энергия и цивилизации неразрывно связаны, безусловно, имеет историческую основу. На протяжении всей истории люди были сосредоточены на контроле запасов энергии и явлений, которые являются частью природы. На протяжении десятков тысяч лет, люди полагались исключительно на химическую (калорийную) энергию, полученную из пищи, которая производит механическую (кинетическую) работу мышц. Но благодаря человеческому разуму, люди были в состоянии открыть и преодолеть физические ограничения, налагаемые на свои собственные мускульные силы, используя инструменты и осваивая энергию за пределами их собственного тела.

Самые ранние инструменты использовались для охоты на животных, сбора съедобных растений, ловли рыбы и птицы, а также переработки и транспортировки пищевых продуктов. Большинство семейных структур, общественных групп, политических и экономических институтов, создаваемые в течение тысячи лет, были сосредоточены главным образом на добыче, переработке, обмене и реализации продуктов питания, а также ископаемых и органических источников энергии (дрова, торф, уголь), использующихся для отопления, приготовления пищи, освещения или для растопки печей и топок, используемых в плавке руды.

Огромный массив уникальной человеческой культуры впитывал в себя необходимость поиска основных энергетических ресурсов в широком диапазоне человеческой деятельности: ритуалов, праздников, табу, мифов, танцев, игр, религии, языка, искусства и войны – во всем, что олицетворяют культурные ценности человечества в их самых основных формах. Довольно просто, человеческое существование всегда находилось во власти вековой потребности энергии.

Эпоха энергии воды

До современной эпохи, люди полагались на силу своих мускулов, на силу домашних животных, например, лошадей и волов, и на силу воды и ветра. Люди использовали эти энергетические ресурсы, чтобы возделывать множество значимых территорий, от полей и пастбищ до горных выработок и лесных участков. Затем были построены города и транспортные маршруты древних цивилизаций. Технологии, использовавшие эти энергоносители знакомы всем нам: топоры, кирки, плуги, жгуты, вагонетки и телеги, водяные и ветряные мельницы и парусные корабли.

Европа, которая обладала большими площадями водно-энергетического потенциала, в частности, получала выгоду от использования энергии производимой путем перемещения воды. Вертикальное водяное колесо, изобретённое, возможно, за два века до рождества Христова, распространилось по всей Европе в течение нескольких сотен лет. К концу римской эпохи, водяные мельницы обеспечивали энергией помол зерна, производство ткани, выделку кожи, распиловку дерева, плавку и формовку железа, и выполняли множество других ранних промышленных процессов. Производительность увеличивалась, зависимость от человеческой и животной мышечной силы постепенно снижались, и места с хорошими водно-энергетическими ресурсами стали центрами экономической и промышленной деятельности.

Историк Терри Рейнольдс замечает, что рост использования энергии воды, явился центральным элементом в западной технологии. В средние века, инженеры-гидравлики устанавливают мельницы на лодках и мостах, и вместе с этим появляются плотины для аккумуляции энергии воды и направления её по каналам на колёса. В пятнадцатом веке большие фрезерные комплексы во Франции реально зависели только от энергии воды. Изобретение и распространение распределительного коленчатого валов, позволило применить энергию воды к задачам, которые требуют возвратно-поступательного движения (например, работа молота и дутьё кузнечных мехов), и произвели революцию в черной металлургии. Количество водяных мельниц в Европе неуклонно возрастает. Появляется все больше и больше водно-промышленных комплексов, таких как большие водяные хлопчатобумажных фабрики Уильям Струтта и Ричарда Окрайта, действовавшие в течение 1770-х годов в Англии.

Между тем, освоение энергии ветра для движения парусных судов позволило пересечь океанские просторы, открыв европейцам Америку. Колонисты привезли с собой водяные мельницы, которые распространились от Латинской Америки до Канады. К 1800 году граждане вновь созданных Соединенных Штатов импортировали текстильные английские фабрики, и в течении двух десятилетий экспансивного водно-энергетического развития промышленные города появились в штатах Лоуэлл, Массачусетс и других местах новой Англии. К тому времени промышленной революции, евро-американская промышленность зависела почти исключительно от энергии воды.

Эпоха пара

Современная эпоха началась с восемнадцатого века с внедрения паровой энергии на английских угольных шахтах Томаса Сейвери и Томаса Ньюкомена. Их паровые двигатели и двигатель Джеймса Ватта вытеснили географически зависимые водяные установки. Взаимоотношения в областях добычи угля, железной промышленности и паросиловых установок привело к достижениям в области паровой техники, и с 1800 годов паровые двигатели дополняли водяные колёса на английских текстильных фабриках. Предприниматели поняли, что сила пара преодолела географическую зависимость от энергии воды, что один паровой двигатель может работать на несколько заводов, в то время как водяные колеса были подвержены остановкам, вызванными засухой, наводнениями, и замерзанием рек. Хотя энергия воды по-прежнему являлась доминирующим энергоносителем для производства на протяжении большей части девятнадцатого века, особенно во Франции и Соединенных Штатах, паровая энергия в конечном счете, оказалась более гибкой и экономически эффективной.

В девятнадцатом веке, паровые двигатели существенно улучшились. Американские бизнесмены привезли паровые двигатели из Англии, и в 1840-х годах они начали успешно конкурировать с водяными колёсами. Филадельфийский изобретатель Оливер Эванс, известный в среде автоматизации производства муки с использованием энергии воды, запатентовал один из первых успешных паровых двигателей высокого давления. Его двигатель и другие по его образцу вскоре распространились на речных судах и железных дорогах, что ознаменовало транспортную революцию в Америке XIX века. В Филадельфии в 1876 году огромный паровой двигатель Корлисса возвышался над главным залом и обеспечивал сотни машин показываемых на выставке Centennial.

Паровой двигатель установил постоянную связь между ископаемыми энергетическими ресурсами и индустриализацией. В Англии и Европе использовали уголь, как топливо для паровых двигателей до 1800 года, а к середине девятнадцатого века уголь гор Аппалачи стал выгоднее дерева в восточной части Соединенных Штатов. На тихоокеанском побережье, производители и перевозчики продолжали использовать дерево, но предпочитали использовать уголь и импортировали его по высокой цене из таких далеких мест, как Австралия. Дефицит и высокая стоимость хорошего угля на побережье Тихого океана в сочетании с открытием нефти в южной Калифорнии привели к использованию нефти в качестве топлива для паровых двигателей, которая вытеснила уголь, как топливо в течение первой половины двадцатого столетия.

Эпоха электричества

Одна из основных технологических проблем в использовании энергии — это её передача. К концу восемнадцатого века, увлечение феноменом электричества захватывает множество людей. Производство электроэнергии с помощью первых батарей, затем на основе явления электромагнитной индукции, передача электроэнергии по медным проводам, и развитие электродвигателей в конечном счете произвели революцию в транспортировке энергии. К концу XIX века, ограниченное и зависимое прямое подключение мануфактурных машин от водяных, ветряных мельниц и паровых двигателей через приводные валы и ремни уступило место электрическому приводу, получающему энергию по проводам протянутым от удалённых гидроэлектростанций и паротурбинных установок. Форма и характер заводов в ХХ веке изменилась кардинально, так как машины с электроприводом можно было установить где угодно. Кроме того, электроэнергия вытеснила конные и паровые повозки троллейбусами. Так же электроэнергия заменила газ для наружного освещения, керосин для домашнего освещения, дрова и уголь в печах и обогревателях.

Томас Эдисон внёс важнейший вклад в развитие электричества. Как отмечается в исследованиях Института Франклина, инновационный подход Эдисона к изобретению и продвижению развития электрического освещения, плюс развитие производства и распределения, позволили системе заработать. В 1880 году его лампы накаливания сделали возможным широкое распространение, надежной, коммерческой системы внутреннего освещения, и его центральная электростанция на Pearl Street в Манхэттене стала образцом для систем выработки и распределения электроэнергии. Не менее важным Эдисон считал вклад ряда других исследователей электроэнергетических технологий, в том числе Фрэнка Спарга, который построил первый коммерчески успешный электрический трамвай в Ричмонде, штат Вирджиния в 1887 году и Никола Теслу, который разработал генератор переменного тока.

Система Эдисона основанная на постоянном токе стала начальным стандартом для систем производства и распределения электроэнергии, питания электрических железных дорог и промышленных двигателей, а также освещения. К сожалению, она не могла быть легко применена для передачи электроэнергии на большие расстояния что возможно при использовании переменного тока. Осуществляя конкуренцию с компанией Эдисона в области электроэнергетики, компания Вестингауза, использовала переменный ток, что сделало возможным развитие крупных генерирующей электростанций, расположеных на больших расстояниях от потребителей. Как и запоминающееся освоение Вестингаузом гидроэнергетики на Ниагарском водопаде с приминением многофазной системы Теслы, так и события по передаче электроэнергии на переменном токе от далеких энергетических объектов в Калифорнии, Сьерра-Невада до прибрежных городов Сан-Франциско и Лос-Анджелес, установили стандарты по дальнейшей передачи электроэнергии.

К началу двадцатого века, электричество стало излюбленным методом для передачи энергии, но применение его человеком зависит от многих ученых и техников, работающих вместе. Возможно, самым важным изобретением Эдисона была лаборатория промышленных исследований, и в начале двадцатого века исследовательская лаборатория General Electric выступила в качестве модели для развития науки и техники. Там постоянно исследуются возможности по улучшению применения электричества человеком. Среди исследователей можно выделить Уильяма Кулиджа. Его внедрение вольфрамовой нити для ламп накаливания Эдисона, а затем рентгеновской трубки принесли ему самое почетное место в рядах выдающихся учёных и инженеров двадцатого века.

Эпоха атомной энергетики

Так как в течение двадцатого века электроэнергия стала повсеместным явлением, использование энергетических ресурсов возросло неимоверно. Гидроэнергетика продолжала играть важную роль в современной энергетической системе, но доступные участки для неё иссякали. Инженеры постоянно улучшали паротурбинные установки, для наибольшей выработки электроэнергии из меньшего количества топлива. Так как размер и эффективность электростанций увеличились, стоимость электроэнергии резко снизилась, что стимулировало еще большее потребление электроэнергии. Ископаемые виды топлива во-первых уголь, во-вторых нефть, стали важнейшими ресурсами для производства электроэнергии.

К сожалению, в 1960-х годах, рост эффективности электростанций почти прекратился, стоимость электроэнергии стала расти. Кроме того, растущее загрязнение, сопровождающееся кислотными дождями и других негативными воздействиями на окружающую среду было результатом активного использования ископаемого топлива. Поиски альтернативы ископаемым видам топлива для выработки электроэнергии привели многих людей к атомной энергии.

Вернёмся обратно в девятнадцатый век. Исследования в области физики привели к открытию явления радиации. Наиболее значимые работы в этой области принадлежат Марии Складовской-Кюри, чьи исследования излучения соединений урана подготовили почву для последующих разработок в атомной структуре и внутренней энергии атома. Первые десятилетия двадцатого столетия ознаменованы рядом успешных открытий и исследований в этой области, особенно в Европе. Итальянский физик Энрико Ферми в университете Рима был одним из первых среди ученых, работающих в этой захватывающей области, а в 1930-х годах он сосредоточился на производстве искусственного радиоактивного излучения при бомбардировке атомов урана нейтронами.

Так как с подъемом нацистской Германии европейский мир становился все более и более нестабильным, на волне союза Германии с итальянскими фашистами и накала антисемитского движения, Ферми и другие физики-ядерщики стали покидать свои университеты и научно-исследовательские лаборатории для того, чтобы уехать в Северную Америку. Обстоятельства эмиграции Ферми были весьма примечательными, потому что он был удостоен Нобелевской премии в 1938 году и получил разрешение от фашистского правительства Италии поехать в Стокгольм, чтобы получить награду. Однако, вместо возвращения в Италию, он и его жена-еврейка, и дети отправились в Соединенные Штаты, где Ферми стал профессором Колумбийского университета в Нью-Йорке.

С началом второй мировой войны в 1940 году, Ферми и другие физики в Европе и Америке поняли, что атом урана расщепленный нейтроном приводит к самовоспроизводящейся цепной реакции расщепления атомов, что позволяет высвободить огромную энергию. Этот процесс, называемый ядерной реакцией, предполагал возможное военное применение, и Ферми и его коллеги из Колумбийского университета вместе с Альбертом Эйнштейном, убедили правительство США изучить эту идею. Между тем, в университете, Ферми стремится к получению управляемой ядерной цепной реакции деления. В 1942 году, когда президент Франклин Рузвельт санкционировал разработку «Проекта Манхэттен», работа Ферми была передислоцирована в Университет Чикаго, где в декабре того же года он и его команда получили первой контролируемую цепную ядерную реакцию.

Работы Ферми и других физиков-ядерщиков непосредственно привели к созданию атомной бомбы, которую Соединенные Штаты дважды использовали против Японии в 1945 году. По результатам Второй Мировой войны, Соединенные Штаты создали комиссию по атомной энергетике (AEC) для наблюдения за разработкой ядерного оружия, а также для использования наработок ядерной энергетики в мирных целях. В 1950-е комиссия приступила к сотрудничеству с энергетическими компаниями, такими как Pacific Gas и Энергетическая Компания Калифорнии для развития производства электроэнергии с использованием ядерной реакции.

Вскоре ядерная энергия стала одной из самых расхваливаемых решений энергетической проблемы. Промышленно развитые страны во всем мире строили электростанции для удовлетворения постоянно повышающегося спроса на электроэнергию, но и в ядерной энергетике не обошлось без недостатков. К концу 1970-х годов, сейсмическая безопасность стала достаточно важным вопросом для калифорнийцев, что повлекло за собой мораторий на строительство новых атомных электростанций, и катастрофа на атомной станции «Three Mile Island» в 1979 году в Пенсильвании возбудила противников атомной энергетики. Эти инциденты в сочетании с нерешенной проблемой захоронения радиоактивных ядерных отходов, а также с увеличение времени строительства эффективных и безопасных объектов положили конец дальнейшему развитию АЭС в Соединенных Штатах. В 1986 году авария на Чернобыльской АЭС в Украине и последующее распространение радиационного отравления, направила Италию, Германию и другие страны по пути к прекращению зависимости от ядерной энергетики. Хотя атомная энергиетика не исчезла и по-прежнему рассматривается многими людьми как одно из лучших решений для удовлетворения человеческих потребностей в энергии, использование других ресурсов, таких как энергия солнца, ветра и биомассы, выглядит также достаточно многообещающе.

Независимо от того, где люди находили энергию для поддержания своего общества и культуры, ясно, что человеческая жизнь всегда была во власти вековой потребности в энергии. Небольшая история развития энергетики, представленная здесь показывает торжество уникальной изобретательности, подчеркивает научные и технологические поиски человечества по использованию энергетических ресурсов. Представьте себе, если можете, что будет следующим шагом в энергетической истории человечества.

Перевод Василия Горбунова

Использованы иллюстрации с сайтов neo-energy.ru, historylib.org, nauvopr.ru

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

хорошую работу на сайт">

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

I. История развития энергетики

1.1 Энергия и энергетика

1.2 История развития энергетики как науки

1.2.1 Общая энергетика

1.2.2 История развития вторичной энергетики

1.2.3 Электроэнергетика как самостоятельная отрасль

1.3 Развитие энергетики в России

II. Современные проблемы энергетики

2.1 Ситуация в мире

2.2 Пути решения

Заключение

Список литературы

Введение

Предметом работы является энергетика. Целью данной работы является изучение истории развития энергетики (как науки, так и отрасли народного хозяства).

Энергетику для предметного рассмотрения выдрала потому, что в современной истории это наиболее актуальная тема для Мира. Актуальность ее затрагивает как экономические процессы, так и политические, научное значение так же велико, великие умы Мира и разных национальностей борются за то, чтоб найти источники энергии с максимальным КПД, возобновляемые и не приносящие вреда окружающей среде.

Поставленная цель, ставит решение следующих задач: рассмотрения понятия энергии, энергетики; развитие техники; история развития энергетики; ознакомление с видами энергии и энергетики; выявить значение энергетики для современной науки, для мира в целом.

Энергетика была, остается, и на ближайшую перспективу будет оставаться основой экономического развития стран. Подтверждением этого является четко выраженная мировая тенденция роста энергопотребления, особенно в развивающихся странах.

Знание истории развития науки и техники, этого важнейшего направления деятельности любого государства, позволяет правильно оценить существующую обстановку в энергетической отрасли, учесть опыт предыдущих поколений и развивать отрасль с учетом этих факторов.

Развитие энергетики есть мощная сила, которая влияет на жизненный уровень людей, изменяет характер общества, является причиной социальных перемен и направляет общественное развитие.

Энергия - одно из чаще всего обсуждаемых сегодня понятий; помимо своего основного физического (а в более широком смысле - естественнонаучного) содержания, оно имеет многочисленные экономические, технические, политические и иные аспекты.

Цивилизации нужна энергия, причем потребности в ней увеличиваются с каждым годом. Вместе с тем запасы традиционных природных источников (нефти, угля, газа и др.) конечны. Конечны также и запасы ядерного топлива - урана и тория, из которого можно получать в реакторах-размножителях плутоний. Практически неисчерпаемы запасы термоядерного топлива - водорода, однако управляемые термоядерные реакции пока не освоены и неизвестно, когда они будут использованы для промышленного получения энергии в чистом виде, т.е. без участия в этом процессе реакторов деления.

Ключевой проблемой экономики стран является необходимость повышения энергоэффективности.

Остаются два пути: строгая экономия при расходовании энергоресурсов и использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии.

Энергетика является исключительно капиталоемкой отраслью с большим инвестиционным циклом. Это обстоятельство обуславливает необходимость поиска «длинных» денег в развитие энергетики, использования научно-технических достижений и, как следствие, подготовка перехода к энергетике будущего.

Задача достижения качественно нового состояния энергетики диктует жесткие требования к выбору мер государственного регулирования и частно-государственного партнерства, взаимной ответственности всех участников процесса, что должно обуславливать своевременную интеграцию достижений (как страны, так и мира в целом) в энергетический комплекс.

I. История развития энергетики

История воспитывает и формирует человека, она великий учитель человека и общества.

Изучение истории имеет практическое значение, так как его итоговые выводы подводят нас вплотную к практическим потребностям текущего момента.

История - исследование, совокупность фактов, событий, относящихся к прошедшей жизни человечества, какой-то отрасли науки или техники, объекта, культуры и т. п. Это память о прошлом, о выдающихся событиях, людях. Понятия «история», «исторический факт» включают в себя не только прошедшие события, но и то, что имеет отношение к человеку, к его внутреннему миру.

Развитие энергетики и техники связано с работами очень многих людей: гениев, изобретателей, любознательных людей, ученых - неравнодушных, мыслящих, трудолюбивых, нравственно богатых людей.

Проникаясь историческим чувством, опираясь на духовный и нравственный опыт веков, человек исподволь вырабатывает в себе персональную ответственность за все прошедшее и происходящее в мире. В нем укрепляется чувство нравственного долга, которое является ядром истинной личности.

Материальная жизнь человечества связана с двумя основными началами - веществом и энергией. Поэтому все техническое творчество человека на всех этапах развития общества сводилось, по существу, к видоизменениям и превращениям как вещества, так и энергии.

1.1 Энергия и э нергетика

Понятие «энергия» в его теперешнем смысле возникло около 120 лет назад, хотя сама сущность использовалась человеком с самых ранних этапов его осмысленного существования.

Энергия (от греч. energeia -- действие, деятельность) - способность тел (существ) совершать работу. Это общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи. Энергия связывает воедино все явления природы. Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает; она только может переходить из одной формы в другую. В соответствии с различными формами движения материи рассматривают различные формы энергии: тепловую, механическую, кинетическую, электромагнитную, ядерную и др.

И все же стоит признать, положа руку на сердце: устойчивых представлений о смысле слова «энергия» в умах большинства людей как не было, так и нет. И неудивительно. Нашему разуму гораздо легче и проще воспринять представления о строении вещей, нежели о силах, приводящих их в движение. Однако о существовании таких таинственных сил человек, безусловно, знал еще в глубокой древности. Мифология объединила их общим понятием «Дух» и отнесла к компетенции богов. Первой попыткой человека отнять у бессмертных власть над этими силами было укрощение огня. Создание движущихся машин и механизмов позволило лучше понять природные явления, вызывающие перемещение объектов, что привело в итоге к формулированию научных концепций относительно энергии и энергетики в целом.

В самом деле, основа всей нашей цивилизации - топливо, вещества способные выделять энергию. Следуя «жизненной логике» мы не минуемо приходим с сопоставлению понятий энергии и работы.

Энергетика, энергетическая наука -- наука о закономерностях процессов и явлений, прямо или косвенно связанных с получением, преобразованием, передачей, распределением и использованием различных видов энергии, о совершенствовании методов прогнозирования и эксплуатации энергетических систем, повышении кпд энергетических установок и уменьшении их экологического влияния на природу.

Энергетические технологии - наука об энергетике, область технических наук , комплекс технологий, используемых в процессе получения, передачи и использования видов энергии и энергетических ресурсов.

Наука об энергетике изучает законы и методы преобразования потенциальной энергии природных энергетических ресурсов в виды энергии, используемые в деятельности человека, создание новых и совершенствование существующих средств преобразования. В более узком смысле эта наука, основываясь на системном методе исследований, изучает закономерности, объективные тенденции и оптимальные пропорции развития энергетики как единого целого; формирует концепцию оптимального управления энергетикой; изучает комплексные проблемы энергетики, включая её влияние на окружающую среду, проблемы развития научно-технического прогресса в энергетике.

1.2 История развития энергетики как науки

энергия энергетика

Наука в каждый рассматриваемый момент времени представляет собой итог - совокупность знаний о природе, обществе, мышлении, накопленных в ходе общественно-исторической жизни людей.

В истории человечества наблюдаются четыре стадии познания природы.

Первая стадия начинается с древнейших времен (Архимед, Фалес Милетский и др.) и заканчивается примерно XV в. В ней формируется синкретическое, то есть недетализированное представление об окружающем мире; но уже в XIII-XIV веках зарождаются идеи и догадки, ставшие началом становления естественных наук.

Вторая стадия - XV-XVI в.в. - называется аналитической, поскольку в этот период мышление начинает ориентироваться на расчленение понятий и выделение частностей, что привело к возникновению и развитию наук: астрономии, физики, химии, биологии, и других.

Третья стадия - XVII-XX в.в.; ее называют синтетической. В это время происходит постепенное воссоздание целостной картины природы на основе ранее накопленного опыта.

Четвертая стадия - конец XX в., начало XXI в. Здесь начинает формироваться интегрально-дифференциальный подход к познанию природы, то есть рассматривается единая наука о природе. Вселенная, Жизнь, Разум - трактуются как единый, но очень многогранный объект естествознания.

Прогноз дальнейшего - ведущая роль в дальнейшем познании природы принадлежит синтезу знаний, интеграции наук, в центре которых будет находиться человек.

1.2.1 Общая энергетика

Энергия, даже будучи еще не определенной, конкретно, предполагает тесную взаимосвязь с веществом. Кинетическая энергия возникает при перемещении вещества в пространстве, потенциальная энергия, это по сути, энергия состояния все того же вещества.

Над идеей сохранения вещества вероятнее всего начали задумываться натурфилософы Древней Греции во времена легендарного Левкиппа и его гениального ученика Демокрита, в V в до н.э. Гипотеза предполагала, что структурные элементы не могут появляться из ничего и исчезать в никуда.

Демокрит говорил: « Начало Вселенной - атомы и пустота, все же остальное существует лишь в мнении. Миров бесчисленное множество, и они имеют начало, и конец во времени. И ничего не возникает из небытия, и не разрешается не бытиё. И атомы бесчисленны по величине и по множеству, носятся же они во Вселенной, кружась в вихре, и таким образом рождается все сложное: огонь, вода, воздух, земля. Дело в том, что последнее суть соединения некоторых атомов. Атомы же не поддаются никакому воздействию, неизменяемы и неизменяемы в следствии твердости.

За тем, люди надолго позабыли гениальных греков, но в своей жизнедеятельности постоянно использовании свойства энергии в преобразовании из одного вида в другой.

С древнейших времен люди нуждались в силе, в двигателях, которые помогали бы выкорчевывать деревья, приводили бы в действие приспособления для подачи воды на поля, пахали землю, вращали жернова, мелющие зерно и т.п.

В странах Древнего Востока, в Египте, Индии, Китае для этой цели уже в 3-м тыс. до н.э. использовались животные и рабы. Затем на смену живым двигателям пришло водяное колесо.

В 3-м тысячелетии до н.э. люди использовали паруса для движения лодок, но только в VII в. н. э. персы изобрели ветряную мельницу с крыльями Началась история ветряных двигателей. Водяные колеса и ветряные мельницы вплоть до XVII века являлись основными типами двигателей.

В конце XVII - начале XVIII веков в Италии, Франции, Англии, России, Испании и других государствах делались неоднократные попытки создать двигатель, не зависящий от движущейся воды рек и ветра. Идея использования пара для создания двигателя возникла благодаря размышлениям и опытам древних мыслителей (таких как Архимед 287 - 212 гг. до н.э, Герон из Александрии еще в 70-е гг. н.э. изобрел простейшую паровую турбину - эолипил Герона).

Первые существенные достижения в фундаментальных науках после мудрой и просвещенной древности связывают с Эпохой Возрождения, которая подарила миру таких гениев, как Леонардо да Винчи, Исаак Ньютон, Галилео Галилей, Рене Декарт и многих других представителей рода человеческого.

Одним из таких гениев естествознания, нашим соотечественником, Михайло Васильевичем Ломоносовым (1711-1765) была конкретизирована идея сохранения вещества. В 1745 году он опубликовал работу «Размышления о причинах тепла и холода», в которой в общем виде сформулировал закон сохранения энергии. Это было за 18 лет до подобных опытов француза Лавуазье, которому мировая наука приписала открытие закона сохранения материи. Ломоносов впервые дал правильное объяснение теплоте, как движению мельчайших частиц - корпускул.

Ученые, изобретатели, гениальные самоучки, механики продолжали работать над устройством и совершенствованием паровых машин и их применением, имея уже какое-то представление о теплоте. Джеймс Уатт (1736-1819), английский механик, создал паровую машину двойного действия, рабочий ход поршня в ней производился не атмосферным давлением, а давлением пара.

Во второй половине XVIII в. Устройство паровой машины было отработано, она нашла широкое применение в промышленности крупных стран. В честь Д. Уатта единица мощности была названа “Ватт”.

В 1798 г Томсон, ставший за научные труды графом Румфордом, доказал, что причиной выделения тепла, т.е возникновения тепловой энергии, при высверливании ствола является не теплород, а механическое перемещение сверла относительно ствола, сопровождаемое сильным трением. Румфорд пришел к мысли, что теплота является формой движения. Научная мысль, крутившаяся по спирали от Демокрита до Ломоносова вернулась на круги своя, обретя уже количественные характеристики о преобразовании механической энергии в тепловую.

Французский ученый Сади Карно (1796-1832) в 1824 г. разработал основы теории паровых машин - циклы Карно. Он установил, что, чем больше разность температур подводимого и отводимого тепла у теплоносителя, тем выше эффективность тепловой машины. Со времен С. Карно тепловые (паровые, газовые и др.) машины стали развиваться в направлении повышения параметров теплоносителя - температуры и давления.

Очередной переворот в физике в виде закона сохранения и превращения энергии совершили: врач Майер, врач Гельмгольц, пивовар Джоуль.

Майер утверждал: « Тепло есть сила, оно может быть превращено в механический эффект». Свою идею о сохранении и преобразовании энергии настойчивый Майер опубликовал в химическом журнале, который мало кто из физиков читал, поэтому не зависимо о Майера закон всех времен и народов « открыли» Джоуль и Гельмгольц.

В 1941 г Джоуль количественно установил тепловой эффект электрического тока, показав, что количество тепла пропорционально квадрату силы тока. Однако в данном эксперименте Джоуль был не первым, ранее до него провел эксперименты по определению теплового действия тока Эмилий Христофорович Ленц, но свою работу с более полными выводами, чем у Джоуля, опубликовал только в 1843г.. В этой связи в науке этот закон существует как закон Джоуля- Ленца.

Не смотря на то, что два врача Майер и Гельмгольц и пивовар Джоуль шли к цели разными путями, встречая ожесточенное сопротивление официальной науки, итог был предрешен общей тенденцией развития цивилизации. Для выполнения миссии человечество должно было осваивать новые виды энергии и более прогрессивные способы ее преобразования.

Уже в конце XVII в. появилась идея создания двигателя внутреннего сгорания - ДВС, в котором не нужен котел и топка, так как газообразное рабочее тело получает энергию от сжигания топлива внутри рабочего цилиндра. В двигателях внутреннего сгорания главная часть - цилиндр с поршнем, но на поршень давит не пар, а раскаленный сжатый газ, образовавшийся в результате сжигания топлива внутри цилиндра - отсюда и название ДВС - двигатель внутреннего сгорания.

Французский механик Э.Ленуар (1822-1900) изобрел горизонтальный двигатель внутреннего сгорания двойного действия. Двигатель Ленуара получил довольно высокое распространение, хотя был далек от совершенства и требовал серьезных доработок. Первый четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания был построен немцем Николаем Отто в 1876 году, затем он был усовершенствован русским инженером О.Костовичем, который разработал карбюратор для сжигания легких фракций продуктов перегонки нефти.

Немецкий инженер Рудольф Дизель (1858-1913) (рис. 15), разработал ДВС на тяжелом топливе -мазуте, соляровом масле. Работал он по принципу самовоспламенения.

Большой вклад в развитие энергетики, создание двигателей, работающих на органическом топливе, вносили ученые, открывающие и разрабатывающие законы и теорию различных процессов в области химии и физики.

Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907) (рис. 16) - выдающийся русский ученый, автор фундаментального периодического закона химических элементов, открытие которого способствовало развитию химии, атомной и ядерной физики. Д.И. Менделеев разработал теорию горения топлива, которая позволяла определить теплотворную способность топлив различного состава, выбрать оптимальные режимы горения и многое другое. Помимо этого, Д.И. Менделеев разработал промышленные способы разделения нефти по фракциям - бензин, керосин, мазут, открыл и сформулировал положение о критическом состоянии вещества и многое другое.

Первый работающий газотурбинный двигатель был сконструирован и испытан в 1897 году русским изобретателем инженером П.Д. Кузьминским (1840-1900), топливом для этого двигателя служил керосин; в том же году им была построена газопаровая турбина с постоянным давлением сгорания.

Работы по созданию турбореактивных двигателей, газовых турбин велись в Германии (Штольце), в США (Мосс), во Франции (Арменго), в России (Н. Герасимов, В.И. Базаров и др.). Однако строительство такого рода двигателей и их длительная работа требовали жаропрочных материалов и разработки теории газовых турбин. Этими вопросами, а также созданием высокоэффективного компрессора, необходимого для этих двигателей, занимались в Англии, Германии (фирма Хейнкеля), Советском Союзе (А.А. Саблуков, Б.С. Стечкин), Франции, Италии, Швейцарии и других странах.

Газотурбинные двигатели нашли себе широкое применение в авиации, на парогазовых электростанциях и др.

После того как были изобретены различного рода двигатели -ветровые, водяные, паровые, турбореактивные, внутреннего сгорания - встал вопрос о передаче энергии на расстояние.

1.2.2 История развития вторичной энергетики

Развитие промышленности, строительство фабрик, заводов, рост крупных городов требовали все большей энергии и передачи ее на дальние расстояния. Важнейшим этапом в развитии энергетической базы промышленности, сельского хозяйства, бытовых удобств явилось изобретение и применение электрических двигателей.

Применение электричества и использование электроэнергии было великим открытием XIX века.

Следует заметить, что электрическая энергия является вторичной энергией и не заменяет первичную (тепловую, гидравлическую, водяную и др.), но стимулирует развитие первичной энергии, а для ее передачи и распределения - самой удобной признана именно электрическая энергия.

Электричество является очень концентрированной энергией:

1 кВт.ч = 1000 Дж/с? 3600 с = 3600000 Дж;

1 кВт.ч = 102 кг.м/с? 3600 с = 367000 кг.м - это эквивалентно поднятию 367 т груза на высоту 1 метр.

Развитие электроэнергетики носит интернациональный характер.

В создании энергетики и ее внедрении принимали и принимают посильное участие люди самых разных национальностей, разных стран, разных классов.

Как известно, закон электромагнитной индукции, открытый Майклом Фарадеем, способствовал созданию электродвигателя и электрогенератора. А так же позволило отойти от механической картины мира и приступить к формированию электромагнитных законов природы.

Открытие и применение электричества было одним из величайших достижений человечества. Этому предшествовали усилия многих и многих людей разных профессий в разные эпохи.

Стоит вспомнить наиболее известные открытия применения электричества.

Основоположником науки о магнетизме является англичанин У. Гильберт (1540-1603), (рис. 17). В 1600 г. вышел труд У. Гильберта “О магните, магнитных телах и большом магните - Земле”, в котором он описывает разные полюса у магнита (северный и южный), поведение одинаковых и разноименных полюсов, способы намагничивания железа. Он первый указал на наличие магнитного поля Земли, посвятив этому открытию 18 лет жизни и поставив около 600 опытов, создал первое электроизмерительное устройство - электроскоп и назвал электрическими тела, способные электризоваться.

Ф. Хауксби в 1705 г. создал электрический генератор, используя вместо серного шара стеклянный. В 1743 г. в такую машину был введен скользящий контакт, который снимал заряд, и машина смогла при вращении непрерывно отдавать электрическую энергию.

С. Грей в 1729 г. заметил, что одни вещества проводят электричество, а другие не проводят.

Ш. Дюфе в начале XVIII в. открыл электрическое взаимодействие заряженных тел - притяжение разноименных и отталкивание одноименных тел.

В середине XVIII в. в Лейдене была создана «лейденская банка»- прообраз электрического конденсатора. Открытие этого конденсатора принадлежит преподавателю физики голландцу Мушенбруку и немецкому священнику фон Клейсту. Заряжалась “лейденская банка” с помощью серного шара фон Герике.

М.В. Ломоносов высказал очень важную мысль о возможности передачи электричества на большие расстояния и о практическом использовании электричества для металлизации поверхности металлов (1747 г.); только через 100 лет Б.С. Якоби открывает и применяет гальванопластику.

В 1759 г. академик Российской Академии Ф. Эпинус (1724 - 1802) открыл и объяснил электрическую поляризацию, существование силовых магнитных линий, взаимодействие электрических и магнитных масс.

Итальянец Луиджи Гальвани (1737-1798) (рис. 20), заведующий кафедрой анатомии, в 1791 г. опубликовал труд ”Трактат о силах электричества при мышечном движении”.

Это открытие через 121 год дало толчок исследованиям человеческого организма с помощью биоэлектрических токов. Обнаруживались больные органы при исследовании их электрических сигналов.

В 1800 г. А. Вольта объявил Лондонскому Королевскому обществу об изобретении вольтова столба. Вольта получал электрохимический источник электричества напряжением до 2 кВ. Этого было уже достаточно для исследования электричества, получения электрической дуги, электродуговой свечи, сваривания металлов и т.п. А. Батарейки, которыми мы сейчас пользуемся в часах, приемниках и др. - это те же, но усовершенствованные, вольтовы столбики - гальванические элементы.

Нужно отметить, что школьный учитель физики Г. Ом открыл важный закон для электроэнергетики.

У математика Андре Мари Ампера (1775-1836), рождается мысль о возможности взаимодействии двух проводников с током, что они ведут себя подобно двум магнитам.

Пройдет много лет и открытия этих ученых и их имена лягут в основу методов определения, превратятся в названия единиц: электрического тока (ампер, А), количества электрического заряда (кулон, Кл), напряжения (вольт, В), сопротивления (ом, Ом) и др.

Открытие Фарадеем электромагнитной индукции относится к наиболее выдающимся событиям XIX в. Работа миллионов трансформаторов, электрогенераторов и электродвигателей во всем мире основана на принципе электромагнитной индукции.

Несколько десятилетий спустя Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879), развил идею Фарадея, облек ее в ясную точную математическую форму. Дж.К. Максвелл создал математический фундамент теории электромагнитных взаимодействий - четыре уравнения, четыре аксиомы, которые вот уже более ста лет не подвергаются сомнению в ученом мире.

Два человека после Максвелла пытались разработать такую же всеобъемлющую теорию гравитационного поля. Этими людьми был О. Хэвисайд и А. Эйнштейн, они пытались объединить электромагнетизм и гравитацию поля в единой теории поля. Открытия и исследования Д. Араго, Г. Эрстеда, А. Ампера, Г. Ома, М. Фарадея и других изобретателей и ученых послужили толчком для изобретательской фантазии инженеров, которые стали называться электриками. Важнейшим этапом в развитии электроэнергетики явилось изобретение и применение электрических машин.

В технике основными устройствами, использующими явление электромагнитной индукции, являются генераторы электрического тока, электродвигатели и трансформаторы.

1.2.3 Электроэнергетика как самостоятельная отрасль

Широкое и разнообразное применение электроэнергии во всех областях народного хозяйства и быта объясняется рядом весьма существенных преимуществ ее по сравнению с другими формами энергии, а именно: 1) возможностью экономичной передачи на значительные расстояния; 2) простотой преобразования в другие формы энергии (тепловую, механическую, световую, химическую и др.); 3) простотой распределения любой мощности (от многих киловатт до микроватт) между любым числом потребителей.

Большое значение имеет возможность использования для производства электроэнергии местных видов топлива (угля, торфа, сланца), энергии рек, водопадов, приливов, солнечной энергии и энергии ветра, геотермальной, атомной и др.

Электрическое освещение - первое массовое энергетическое применение электрической энергии - сыграло исключительно важную роль в становлении электроэнергетики и превращении электротехники в самостоятельную отрасль техники. Электрическое освещение явилось одной из первых областей применения электричества после гальванопластики.

У истоков освещения с помощью электричества стоял Василий Владимирович Петров (1761-1834), профессор медицинско-хирургической Академии в Петербурге. Исследуя световые явления, вызываемые электрическим током, В.В.Петров сделал свое знаменитое открытие - электрическую дугу, сопровождающуюся появлением яркого свечения и высокой температуры, а так же предпосылки для создания аккумуляторной батареи. Это произошло в 1802 г. и имело огромное историческое значение. Наблюдения и анализ Петровым свойств электрической дуги легли в основу создания электродуговых ламп, ламп накаливания, электросварки металлов и многого другого.

В 1876 г. получила признание свеча П.Н. Яблочкова, состоящую из двух угольных стержней, расположенных вертикально и параллельно друг другу, между которыми проложена изоляция из каолина (глины). в 1872 г. А.Н. Лодыгин предложил вместо угольных электродов в свече Яблочкова использовать нить накаливания (сначала угольную, а затем из тугоплавкого металла), которая при протекании электрического тока ярко светилась.

Это было безопасное для людей, яркое и дешевое освещение посредством электричества, как считал Лодыгин.

Томас Эдисон усовершенствовал лампу накаливания Лодыгина (откачализ баллона лампочки воздух, придумал цоколь с винтовой нарезкой и т. п.); заводы Эдисона стали выпускать лампы накаливания миллионами штук во всем мире.

Еще очень много известных ученых внесли неоценимый вклад в развитие электричества, в практическое применение в народном хозяйстве и промышленности. Со временем вольтов появились другие источники электричества: гальванические, термоэлементы, динамо-машины, электрогенераторы, аккумуляторы.

Кроме постоянного тока появился однофазный переменный ток, получавшийся от электромагнитных генераторов, а позже - и трех-фазный ток (М.О. Доливо-Добровольский).

Ученые конца XIX в. сделали бесчисленное множество открытий в области применения электричества, что послужило в дальнейшем для развития электроэнергетики как самостоятельной отрасли.

1.3 Развитие энергетики в России

Электрическая энергия с начала XX в. прочно вошла в промышленное производство, сначала в виде группового, а затем индивидуального электропривода, который и осуществил реконструкцию всего силового хозяйства машинной индустрии начала XX в.

С развитием отрасли одновременно стала развиваться и наука электротехника, так как с использованием электрического тока в промышленности, заводам и фабрикам требовались квалифицированные специалисты по работе с электрическим током (потому как является опасным производством на любых этапах деятельности, даже в быту).

В России Энергетическое и электротехническое образование (это система подготовки специалистов по энергетике -- тепло-, гидро-, электроэнергетике и энергомашиностроению для различных отраслей народного хозяйства, а также по электротехнике и другим видам техники, занимающимся производством, преобразованием, передачей, распределением и потреблением энергии в различных ее формах) стало развиваться с середины 19 в., когда в Петербургском технологическом институте и Горном институте было введено изучение термодинамики, паровых машин и паровых котлов.

В связи с развитием энергетики за годы Советской власти сформировались основные специализации: в теплоэнергетике - проектирование , монтаж и эксплуатация тепловых установок, теплофикационных сетей, теплового оборудования и др; в электроэнергетике и электротехнике - проектирование, монтаж и эксплуатация тепловых электростанций, линий передачи электроэнергии в различных отраслях промышленности, транспорта и связи, электромашиностроение, электроаппаратостроение (в том числе ионная и рентгеновская аппаратура, осветительные устройства) и др.; в гидроэнергетике - проектирование, строительство и эксплуатация гидротехнических сооружений, гидроэлектростанций и передаточных устройств.

В настоящее время в группу специальностей Энергетика входят: Теплоэнергетика, Электроэнергетика, Ядерные физика и технологии , Техническая физика, Энергомашиностроение, Электротехника, электромеханика и электротехнологии .

2. Современные проблемы энергетики

Человечество по мере своего развития все больше и больше нуждается в энергетических ресурсах , электрическая и тепловая энергия практически неотделимы от быта и производственной деятельности человека. В течение следующих десятилетий ожидается значительное увеличение энергопотребления, связанное с развитием экономики и приростом населения. Это приведет к росту давления на систему энергоснабжения и потребует повышенного внимания к эффективности использования энергии. Это проблемы современной энергетики , которые надо решать прямо сейчас. Доступность энергоресурсов является ключевым фактором для развития экономики и способствует улучшению качества жизни.

Рост мировых экономик и увеличение численности населения выступают в качестве основной движущей силы непрерывного роста энергопотребления.

2.1 Ситуация в мире

Несмотря на то, что количество автомобилей в Китае за 2000¬2006 гг. увеличилось более чем в 2 раза, один автомобиль там приходится на 40 человек, в то время как в США данный показатель равен одному автомобилю на двух человек. Исходя из этого, можно с уверенностью прогнозировать дальнейший стремительный рост продаж автомобилей и объемов потребления топлива в Китае. Ускоряющиеся темпы потребления в сочетании с большой численностью населения, которая продолжает расти, позволяют сделать вывод о том, что новая волна роста энергопотребления в значительной степени придется на развивающиеся страны.

Человек только начинает осознавать ограниченность ископаемых ресурсов, в условиях необходимости рационального их использования. Нефти с 1960 по 1970 год было израсходовано столько же, сколько за предыдущие 100 лет. К 2030 году доля нефти как энергоносителя сократится до 16 %. Между тем из разведанных и эксплуатируемых скважин извлекалось до недавнего времени всего 30 % нефти. Уголь может снова стать важнейшим источником энергии. Другой альтернативой всё чаще называется - атомная энергия.

Плодами экономического роста пользуется порядка 15 % населения Земли (в основном, страны Запада), а энергетические ресурсы сосредоточены преимущественно в развивающихся странах. США, ЕЭС, Канада, Япония потребляют 1/2 всей мировой энергии, 1/3 удобрений, 2/3 всех металлов, 2/3 деловой древесины. Они же производят более 2/3 мирового валового продукта, обеспечивают 2/3 мировой торговли, выбрасывают 3/4 всех загрязнителей. Вложение энергии на 100 000 человек в Нидерландах составляет 914 пентаджоулей, Германии - 418, Великобритании - 355, Японии - 352, США - 74, в России - только 16. Борьба за обладание энергоресурсами часто кончается военными конфликтами. В современных условиях усилия в этих конфликтах все чаще направляются не на захват территорий противника, а на подавление военно-экономического потенциала - устранение «конкурента» и обеспечение господства победителя на рынках сырья и сбыта. Это мнение особенно актуально для сегодняшней ситуации в мире.

В настоящее время основными источниками энергии являются углеводороды и урановые руды. Их мировые запасы примерно уже известны, и, даже по самым оптимистическим оценкам, вряд ли разведка даст увеличение их объемов в разы. Поскольку известен и уровень потребления этих ресурсов, то уже подсчитан и срок, после которого они будут полностью исчерпаны. Очевидно, что никакой режим экономии невозобновляемых источников энергии не в состоянии исключить того момента в будущем, когда они будут полностью исчерпаны. Ситуация усугубляется при этом еще несколькими факторами.

Во-первых, экспоненциальным ростом промышленного производства. Так, в прошлом столетии совокупный объем промышленного производства в мире увеличивался в среднем каждые 20 лет. Если эта тенденция сохранится в ХХI в., то через 20 лет потребность в энергоресурсах вырастет в 2 раза, через 40 лет - в 4, к концу ХХI в. - в 32, к концу ХХII в. - в 1024 раза. А поскольку даже при сохранении потребления ресурсов на сегодняшнем уровне их хватит не более чем на несколько десятков лет, то прирост промышленности катастрофически ускоряет приближение всемирной ресурсной катастрофы.

Однако главная проблема современной энергетики в настоящий момент -- не только истощение минеральных ресурсов, а угрожающая экологическая обстановка.

Самые острые экологические проблемы (изменение климата, кислотные осадки, всеобщее загрязнение среды и другие) прямо или косвенно связаны с производством, либо с использованием энергии. Энергетике принадлежит первенство не только в химическом, но и в других видах загрязнения: тепловом, аэрозольном, электромагнитном, радиоактивном. Поэтому не будет преувеличением сказать, что от решения энергетических проблем зависит возможность решения основных экологических проблем.

Российские проблемы

Ключевой проблемой экономики России является необходимость повышения энергоэффективности. Удельная энергоемкость промышленного и сельскохозяйственного производства в 3,5 - 4,0 раза выше, чем в развитых странах мира. Это обусловлено тем, что энергетический сектор экономики сложился во второй половине прошлого века в условиях, совершенно отличных от современных. Решение проблемы - сложная, многофакторная задача от банальной экономии энергии до решения фундаментальных и прикладных научных проблем.

2.2 Пути решения

В условиях сложившейся односторонней ориентации экономики и энергетики на использование углеводородного сырья среди важнейших научных задач ближайшей перспективы, на мой взгляд, представляются следующие:

Разработка технологий атомной энергетики и реализация на этой основе современных высокоэффективных и безопасных реакторных установок и атомных электростанций нового поколения

Освоение водородных технологий и создание на этой основе систем производства, хранения и использования водорода как высокоэффективного топлива

Разработка новых технологий переработки и сжигания твердого топлива для получения энергии

Создание новых технологий использования нетрадиционных и возобновляемых источников электрической и тепловой энергии, создание химических источников тока.

Весь мир сейчас «говорит» об Альтернативной энергетике, основанной на использовании возобновляемых (или "чистых" не газрязняющих окружающую среду) источников энергии. К таковым относятся энергогенерирующие устройства, работающие с использованием энергии Солнца, ветра, приливов и отливов, морских волн, а также подземного тепла планеты.

Особое значение для качественного обновления энергетики имеют фундаментальные разработки в области высокотемпературной сверхпроводимости, позволяющие разрешить ряд важных проблем, таких как создание токоограничителей, накопителей электроэнергии, сооружение сверхпроводящих линий электропередачи для осуществления вводов электроэнергии в крупные города. Создание сверхпроводниковых накопителей энергии позволит повысить надежность и бесперебойность энергоснабжения при авариях в энергосистемах. Кроме того, электротехническое оборудование, выполненное с использованием сверхпроводимости (криогенные генераторы, кабели), позволит в 2 - 3 раза сократить потери при производстве и передаче электроэнергии. Фактически речь может идти о принципиально новой электроэнергетике.

Среди практических задач отрасли на ближайший период важнейшей является модернизация теплоэнергетики с созданием высокоэффективных парогазовых установок с комбинированной выработкой электрической и тепловой энергии с КПД не менее 50 - 55%.

В тоже время во многих странах мира ведутся работы по созданию интеллектуальных электрических сетей. Интеллектуальные сети (ИС) - это комплекс технических средств, которые в автоматическом режиме выявляют наиболее слабые и аварийно опасные участки сети, а затем изменяют характеристики и схему сети с целью предотвращения аварии и снижения потерь, автоматически балансирующая и самоконтролирующаяся энергетическая система, способная принимать энергию от любого источника (уголь, солнце, ветер) и преобразовывать ее в конечный продукт для потребителей (тепло, свет, теплую воду) при минимальном участии людей.

Заключение

Основными факторами, которые будут определять развитие энергетики в первой четверти XXI века, являются:

Рост спроса на топливно-энергетические ресурсы и углеводородное сырье внутри страны, обусловленный темпами роста национальной экономики и ее удельной энергоемкостью, а также ценами на энергоносители;

Масштабы реализации ресурсо- и энергосберегающих технологий как в энергетическом секторе, так и в других секторах экономики;

Состояние мировой энергетической конъюнктуры, степень интеграции в мировое энергетическое пространство;

Формирование благоприятного инвестиционного климата с учетом совершенствования налогового, ценового и таможенного регулирования;

Масштабы использования научно-технических достижений в ТЭК и подготовка перехода к энергетике будущего.

Развитие цивилизации, призванное служить во благо человеку, приводит к настолько сильным отрицательным последствиям, что грозит уничтожить само человечество.

Человечество должно предвидеть как положительные, так и отрицательные аспекты своей технической деятельности и предусмотреть систему мер, направленных на сведение к минимуму неблагоприятных воздействий на окружающую среду.

Из рассмотренной мною темы можно сделать следующий вывод - в наше время перед всеми светлыми умами человечества стоит вопрос нахождения, разработки и развития альтернативных источников энергии , создании Энергетики будущего без разрушения экосистемы планеты.

И в полнее возможно, что открытие сделает простой человек, не физик, не научный работник, какой-нибудь «повар», как это происходило на протяжении всей истории Энергетики. Открытие приходит там, где его никто не ждет!

Список литературы

1. Харламова Т.Е. История науки и техники. Электроэнергетика. Учеб. Пособие - СПб.: СЗТУ, 2006. - 126с.

2. Исаков А. Я. Энергия (руководство по самостоятельной работе) (часть 1) - Петропавловск-Камчатский - КамчатГТУ., 2009 - 206с.

3. Исаков А. Я. Энергия (руководство по самостоятельной работе) (часть 3) - Петропавловск-Камчатский - КамчатГТУ., 2010 - 259с.

4. Т. Потапова. Энергия клетки. М. В мире науки № 3. 2006.

5. http://www.lomonosov-fund.ru/enc/ru/encyclopedia:0125601:article

6. http://www.nestor.minsk.by/sn/2003/27/sn32709.html

7. http://www.novustrend.com/index.php?option=com_content&view=article&id=1396:2011-02-15-08-45-28&catid=114:2010-10-06-14-04-28&Itemid=586

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Солнечная энергетика. История развития солнечной энергетики. Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения. Достоинства и недостатки использования солнечной энергетики. Типы фотоэлектрических элементов. Технологии солнечной энергетики.

реферат , добавлен 30.07.2008


Источники энергии Древнего мира, раннего Средневековья и Нового времени. Технологии, используемые в процессе получения, передачи и использования энергии. Тепловые двигатели, двигатели внутреннего сгорания, электрогенераторы. Развитие ядерной энергетики.

презентация , добавлен 15.05.2014


Типовые источники энергии. Проблемы современной энергетики. "Чистота" получаемой, производимой энергии как преимущество альтернативной энергетики. Направления развития альтернативных источников энергии. Водород как источник энергии, способы его получения.

реферат , добавлен 30.05.2016


Использование энергии естественного движения: течения, водных масс в русловых водотоках и приливных движениях. Отрасль энергетики, использующая ядерную энергию в целях электрификации и теплофикации. Производство энергии с помощью солнечных электростанций.

презентация , добавлен 20.04.2016


История использования энергии ветра. Современные методы генерации электроэнергии, конструкция ветрогенератора с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения. Мировые мощности ветряной энергетики, проблемы, экологические аспекты и перспективы развития.

реферат , добавлен 21.11.2010


Проблемы энергетики. Атомная энергетика. Нефть и уголь. Проблемы развития. Альтернативные источники энергии. Основные причины перехода к АИЭ. Энергия солнца. Ветер. Водород. Управляемый термоядерный синтез. Гидроэнергия. Геотермальная.

курсовая работа , добавлен 09.09.2007


Обзор развития современной энергетики и ее проблемы. Общая характеристика альтернативных источников получения энергии, возможности их применения, достоинства и недостатки. Разработки, применяемые в настоящее время для нетрадиционного получения энергии.

реферат , добавлен 29.03.2011


Типология альтернативной энергетики. Возобновляемая энергия в арабских странах. Ядерная энергетика и ее резервы в арабских странах. Переход к использованию альтернативных источников энергии. Достигнутые результаты в сфере альтернативной энергетики.

контрольная работа , добавлен 08.01.2017


Проблемы электроэнергетики мира. Воздействие на окружающую среду энергетики. Топливно-энергетический баланс России. Пути решения энергетических проблем. Удельное энергопотребление на душу населения в мире. Альтернативные источники возобновляемой энергии.

презентация , добавлен 12.12.2010


Геотермальная энергия и ее использование. Применение гидроэнергетических ресурсов. Перспективные технологии солнечной энергетики. Принцип работы ветроустановок. Энергия волн и течений. Состояние и перспективы развития альтернативной энергетики в России.

Ученые Вашингтонского университета доказали, что с появлением электричества люди стали спать гораздо меньше, поскольку исчезла необходимость ложиться с заходом солнца. сайт и «Ростех» расскажут о том, как учёные смогли совладать с электрическими зарядами.

Первый опыт

Вплоть до начала XVII века знания об электричестве ограничивались размышлениями античных философов, которые в своё время заметили, что потертый об шерсть янтарь имеет свойство притягивать маленькие предметы. Янтарь по-гречески, кстати, именно так и звучит — «электрон». Само название «электричество», соответственно, и произошло от янтаря.

Устройство для получения статического электричества Отто фон Герике

Отто фон Герике, вероятно, первый наблюдал электролюминесценцию в 1663 г.

Именно эффект трения (как в случае с шерстью и янтарем ) использовал Отто фон Герике для создания одного из первых в мире электрических генераторов. Он натирал руками шар из серы, а ночью видел, как его шар излучает свет и потрескивает. Он, вероятно, одним из первых наблюдал электролюминесценцию уже в 1663 году.

Учёный и шутник Стивен Грей

Стивен Грей — британский астроном-любитель, всю жизнь едва сводивший концы с концами — как-то раз заметил, что пробка, заткнувшая стеклянную трубку, притягивает мелкие кусочки бумаги, если трубку натереть. Затем вместо пробки любопытный учёный вставил длинную щепку и заметил такой же эффект. После этого Стивен Грей заменил щепку на пеньковую верёвку. В результате своих опытов Грей смог передать электрический заряд на расстояние восьмисот футов. По сути, учёный смог открыть явление передачи электричества на расстоянии и дать людям представление о том, что может проводить ток, а что нет.

Стивен Грей смог открыть передачу электричества на расстоянии

Стивен Грей стал первым лауреатом Медали Копли, высшей награды Королевского общества Великобритании

Некоторые источники утверждают, что на своём открытии Стивен Грей сделал забавный бизнес. Он якобы брал мальчишек из приюта Чартерхаус и подвешивал их на шнурках из изолирующего материала. После этого он «электрифицировал его прикосновением натертого стекла и высекал искры из его носа ».

Лейденская банка

У Питера ван Мушенбрука, ученика Ньютона, изобретательство, можно сказать, было в крови, так как его отец занимался созданием специализированных научных приборов.

Благодаря Лейденской банке удалось впервые искусственным путём получить электрическую искру

Став преподавателем философии Лейденского университета, Мушенбрук направил свои силы на изучение нового на тот момент явления — электричества. Его научная деятельность дала результаты: в 1745 году он вместе со своим учеником соорудил устройство для накопления заряда, так называемую Лейденскую банку. Отчет об этом событии выглядит очень комично: «Банку устроил голландский физик Мушенбрук, впервые испытал удар от разряда банки лейденский гражданин Кюнеус ».

Некто Бозе высказал желание быть убитым электричеством

Создание Лейденской банки продвинуло эксперименты с электричеством на новый уровень. Некто Бозе даже высказал желание быть убитым электричеством, если об этом напишут в изданиях Парижской академии наук. Кстати, именно Мушенбрук впервые сравнил действие разряда с ударом ската, первым употребив термин «электрическая рыба».

Электрическая панацея

После изобретения Лейденской банки опыты с электричеством приобрели небывалую популярность. Почему-то люди стали считать, что электрические разряды обладают врачебными свойствами. На волне этого заблуждения Мэри Шелли написала роман «Франкенштейн, или Современный Прометей», в котором умершего смогли оживить с помощью сильного разряда тока.

Обложка книги «Франкенштейн, или Современный Прометей», 1831 год

Аббе Нолле придумал, используя электричество, необычную забаву. В Версале, демонстрируя королю Людовику чудеса электричества, учёный в 1746 году выстроил монахов в 270-метровую цепь, соединив друг с другом кусками железной проволоки. Когда всё было готово, Нолле подал электричество, и монахи в ту же секунду вскрикнули и вместе подпрыгнули. Ещё практически через сто лет Максвелл подсчитает, что электричество распространяется со скоростью света.

Вольт и гальванический элемент

Эти хорошо знакомые нам обозначения на самом деле произошли от фамилий двух учёных — Александро Вольта и Луиджи Гальвани.

Лаборатория, в которой Гальвани проводил свои опыты

Обозначение «вольт» произошло от фамилии ученого — Александро Вольта

Первый опустил пластины из цинка и меди в кислоту, тем самым получив непрерывный электрический ток, а второй первым исследовал электрические явления при мышечном сокращении. В дальнейшем эти открытия сыграли важнейшую роль в становлении науки об электричестве. На открытия Вольта и Гальвани будут опираться работы Ампера, Джоуля, Ома и Фарадея.

Судьбоносный подарок

Майкл Фарадей, ученик переплетчика в лондонском книжном магазине, заприметил книжку по электричеству и химии. Чтение настолько увлекло его, что уже тогда он сам пытался проводить простейшие опыты с электричеством. Отец, поощряя тягу сына к знаниям, даже купил тому Лейденскую банку, что позволило молодому Фарадею проводить более серьёзные опыты.

Фарадей за опытами в своей лаборатории

Фарадей сыграл едва ли не главную роль в становлении теории электричества

Как выяснилось, подарок скончавшегося вскоре отца оказал огромное влияние на юношу — через двадцать лет Фарадей откроет явление электромагнитной индукции, соберёт первый в мире генератор электроэнергии и электродвигатель, выведет законы электролиза и сыграет едва ли не главную роль в становлении теории электричества.

Вклад российских ученых в развитие энергетики

Основы теплоэнергетики как науки были заложены М.В. Ломоносовым в середине XVIII века. Созданная им кинетическая теория теплоты и четко сформулированные законы сохранения массы и энергии явились научными предпосылками для решения проблемы превращения теплоты в механическую работу.

В шестидесятых годах XVIII столетия (1763 г.) русский теплотехник И.И. Ползунов исходя из глубокого изучения имевшихся немногочисленных паро-атмосферных насосных машин воплотил в построенной им паровой машине идею универсального теплового двигателя. Им впервые была построена двухцилиндровая паровая машина, впервые применен автомат питания и построен для получения пара котел собственной конструкции.

В конце XVIII века выдающийся ученый - академик В.В. Петров, известный открытиями в области электричества, провел обширные эксперименты с процессами горения, способствовавшие краху лженаучной теории флогистона.

Ученый И.П. Алымов (1864 г.) исследовал природу естественной тяги в паровых котлах и предложил применение искусственной тяги.

В конце XIX века (1831 – 1895) И.А. Вышеградский развил теорию регулирования работы парового котла, предложил формулу расчета скорости изменения давления при растопке котла и создал основы общей теории регулирования паровых котлов.

В начале XX века (1907 г.) ученый Н.П. Петров на основе теории теплопроводности и теплопередачи проанализировал условия теплопередачи в котлах, дал рекомендации по конструированию котлов и впервые изложил основы теории циркуляции в паровых котлах.

В 1905 г. Гриневецкий, продолжив работу Н.П. Петрова, разработал графический метод расчета циркуляции в паровом котле.

К.В. Кирш, совместно с Гриневецким создал в Московском высшем техническом училище первоклассную лабораторию паровых котлов по изучению методов сжигания местных топлив и антрацитов, а также явился первым организатором Всесоюзного теплотехнического института в Москве (ВТИ).

В начале XX века М.В. Кирпичев своими работами внес значительный вклад в область теории теплового моделирования и теплового расчета котла. А.С. Предводителев провел глубокое изучение процессов горения углерода и создал теорию горения углерода.

В первой половине XX века многие российские ученые работали над созданием новых, прогрессивных конструкций котельных агрегатов. Л.К. Рамзин обогатил науку и технику в области различных технических разработок. В результате им создан первый в мире промышленный прямоточный котел.

Г.Ф. Кнорре разработал теорию циклонного сжигания и, изучив топочные процессы и устройства, создал циклонную топку. В области конструирования топок работает целая плеяда русских конструкторов. Среди них инженер В.Г. Шухов, ставший почетным членом Академии наук, создавший прогрессивную для того времени конструкцию котлоагрегата. Макарьевым предложена конструкция топки для сжигания фрезерного торфа без его измельчения. А.А. Шершнев создал первую в мире топку для сжигания фрезерного торфа во взвешенном состоянии. Перечень известных ученых, конструкторов, изобретателей можно продолжить. Перечисленные исследования и изобретения дают представление об объеме вклада наших ученых в развитие теплоэнергетики.

В настоящее время теоретические исследования и практическое их внедрение осуществляются нашими центральными научно - исследовательскими институтами, такими как Всесоюзный теплотехнический институт (ВТИ, г. Москва) и его филиалы Уральский (г. Челябинск), Сибирский (г. Красноярск), Центральный котлотурбинный институт (ЦКТИ г. Санкт - Петербург), энергетический институт им. Кржижановского (г. Москва) и др.

Разработкой новых конструкций паровых котлов занимаются конструкторские отделы при котлостроительных заводах, поддерживающие тесную связь с научно - исследовательскими институтами. В настоящее время паровые котлы изготавливают в России на следующих заводах: Таганрогский котлостроительный завод (ТКЗ), Подольский машиностроительный завод, Барнаульский котлостроительный завод (БКЗ), Бийский котлостроительный завод (котлы малой мощности).

Общие положения работы теплогенерирующих установок

При сжигании органического топлива горючие химические элементы (углерод, водород, сера), входящие в состав топлива, соединяются с кислородом воздуха, выделяют теплоту и образуют продукты сгорания (двуокись углерода, водяные пары, сернистый газ, окислы азота). От продуктов полного сгорания органического топлива тепловая энергия передается рабочему телу, которым обычно служит вода, сжатая до давления, выше атмосферного. Для превращения химической энергии топлива в тепловую энергию существует комплекс устройств, называемых котельной, или теплогенерирующей установкой.

Котельной установкой называют комплекс устройств и механизмов, предназначенных для производства тепловой энергии в виде водяного пара или горячей воды. Водяной пар используется для технологических нужд промышленных предприятий и получения электроэнергии, в сельском хозяйстве, а также для нагрева воды, направляемой на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Горячую воду используют для отопления производственных, общественных и жилых зданий, а также для коммунально-бытовых нужд населения.

В котельную установку необходимо подать некоторое количество топлива и окислителя (воздуха); обеспечить сгорание топлива и отдачу теплоты от продуктов сгорания топлива рабочему телу и удалить продукты сгорания топлива; подать рабочее тело – воду, сжатую до необходимого давления, нагреть эту воду до требуемой температуры или превратить ее в пар, отделить влагу из пара, а иногда и перегреть пар, обеспечив надежную работу всех элементов установки.

Для осуществления перечисленных процессов котельная установка должна включать в себя теплогенератор – паровой или водогрейный котельный агрегат (котел), хвостовые поверхности нагрева (водяной экономайзер, воздухоподогреватель, пароперегреватель), горелочные устройства, а также различные дополнительные устройства. Производительность теплогенератора определяется количеством теплоты или пара, получаемого в процессе сжигания в агрегате органического топлива.

На рис. 1.1 и 1.2 изображен план и продольный разрез котельной, работающей на природном газе или жидком топливе.

Рис. 1.1. План котельной с двумя котлами ДКВР-4-13

Рис. 1.2. Продольный разрез котельной с двумя котлами ДКВР-4-13

Радиационные поверхности нагрева размещены в топочной камере и воспринимают теплоту от продуктов сгорания топлива, одновременно защищая стены топки от прямого воздействия излучающей среды. Конвективные поверхности нагрева установлены за топкой, в газоходах котла. К конвективным или хвостовым поверхностям нагрева также относят пароперегреватели, водяные экономайзеры, контактные теплообменники, воздухоподогреватели, которые предназначены для снижения потерь теплоты с уходящими топочными газами, увеличения КПД котельного агрегата или установки и в конечном итоге для снижения расхода топлива.

Котельная или теплогенерирующая установка также включает в себя: горелочные устройства для подачи и подготовки топлива к сжиганию; дутьевой вентилятор для нагнетания воздуха, необходимого для горения топлива; дымосос для удаления продуктов сгорания; дымовую трубу для отвода дымовых газов; оборудование для химической очистки воды от вредных примесей и деаэрации; питательные насосы для увеличения давления воды и подачи ее в котельный агрегат. При сжигании твердого топлива в котельных, кроме того, имеются системы шлако- и золоудаления для удаления очаговых остатков топлива, а также золоуловители – отделяющие золу из дымовых газов. Все эти устройства размещаются в специальном здании, называемом котельной , включающей в себя котельные установки, а также помещения для различных вспомогательных служб и мастерских.

Рис. 1.3. Технологическая схема производственно-отопительной котельной:

1-воздухозаборный короб; 2-паросборный коллектор; 3-редукционная установка; 4-паропровод к бойлеру; 5-деаэратор; 6-пароводяной бойлер; 7-потребитель; 8-сетевой насос; 9-система химической подготовки воды; 10-подпиточный насос; 11-охладитель деаэрированной воды; 12-дымовая труба; 13-питательный насос; 14-подогреватель сырой воды; 15-дымосос; 16-расширитель непрерывной продувки; 17-водяной экономайзер; 18-насос; 19-трубопровод непрерывной продувки; 20-конвективные поверхности нагрева; 21-пароперегреватель; 22, 26-нижний и верхний барабаны; 23-дутьевой вентилятор; 24-горелка; 25-топка котельного агрегата; 27-ГРП котельной; 28-мазутохранилище; 29-фильтр; 30-насос.

Производственно-отопительная котельная, предназначена для выработки отопительным котлом пара с необходимыми параметрами качества, который используется технологическими потребителями, а также для выработки горячей воды для обеспечения систем отопления, вентиляции, кондиционирования и горячего водоснабжения.

Система отопления в котельной обеспечивает заданный тепловой режим в помещениях в холодное время года, компенсируя теплопотери через наружные ограждения зданий.

Система вентиляции в котельной создает требуемую чистоту воздуха в рабочей зоне производственных зданий, необходимый воздушный и тепловой режимы в общественных зданиях путем организации воздухообмена в помещениях.

Система кондиционирования воздуха в котельной применяется для создания в помещении микроклимата, удовлетворяющего повышенным санитарно-гигиеническим или технологическим требованиям, путем обеспечения строго заданных температуры, влажности, подвижности и чистоты воздуха в рабочей зоне.

Система горячего водоснабжения в котельной предназначена для подогрева и транспортирования воды к местам водоразбора на хозяйственно-бытовые или производственные нужды.

Теплотехнологическое оборудование в котельной является потребителем тепловой энергии в виде подогретой воды или водяного пара и включает в себя как специальные теплопроводы, так и разные теплообменные аппараты.

Природный газ в отопительном котле по газопроводу поступает на территорию предприятия в газорегуляторный пункт (ГРП) 27 (Рис. 1.3) или газорегуляторную установку (ГРУ), где давление городского газа снижают до рабочего и поддерживают его на заданном уровне. Из ГРП газ подается к горелкам 24 котельного агрегата.

Устройства для снижения давления газа перед котельной, магистрали для отвода газа и разводка трубопроводов в котельной должны быть выполнены в соответствии с указаниями «Правил безопасности в газовом хозяйстве» Госгортехнадзора.

Вода, предназначенная для подачи в паровые и водогрейные котлы или в тепловые сети, должна удовлетворять ряду технических, санитарных и экономических требований. В случае поступления воды в котельную из городского водопровода обработка сводится к ее умягчению и снижению щелочности в специальных фильтрах, а при использовании воды из открытых водоемов к этому добавляется еще и очистка от взвешенных веществ.

До поступления в устройства для химической очистки вода должна быть нагрета в теплообменниках. Загрязненный конденсат, возвращаемый от технологических потребителей, также подвергается очистке. Подготовленные тем или иным способом вода и конденсат направляются в устройства (деаэраторы) для удаления из них растворенных газов. После деаэраторов с помощью питательных насосов вода направляется в котельный агрегат или подпиточными насосами в тепловые сети.

В промышленных котельных с паровыми котлами, как правило, используются центробежные насосы с электрическим приводом и с приводом от паровой турбины. Для подпитки водой тепловых сетей, когда в качестве источника теплоснабжения установлены стальные водогрейные котлы, применяются центробежные насосы, обычно с электрическим приводом. В небольших котельных иногда для подачи питательной воды используют поршневые паровые насосы или инжекторы.

Отопительный котел имеет топку (25) с расположенными в ней испарительными поверхностями нагрева (кипятильными трубами), верхний (26) и нижний (22) барабаны, конвективные поверхности нагрева (20), пароперегреватель (21), водяной экономайзер (17).

Воздух в отопительном котле, необходимый для сжигания газа, забирается из верхней части котельной и по воздухозаборному коробу (1) поступает на вход дутьевого вентилятора (23), откуда под давлением подается в горелки (24). Продукты горения проходят последовательно через все теплоиспользующие элементы и с помощью дымососа (15) выбрасываются в дымовую трубу (12).

Пар в отопительном котле поступает в общий сборный коллектор (2), откуда направляется к технологическим потребителям. Часть пара после снижения давления в редукционной установке (3) подается в деаэратор (5), где происходит удаление из питательной воды растворенных в ней агрессивных газов для предотвращения коррозии поверхностей нагрева.

Для получения горячей воды, расходуемой на технологические нужды и теплоснабжение, в котельной установлен пароводяной бойлер (6). Пар в бойлер поступает из общего паросборного коллектора (2) по специальному паропроводу (4). Сетевая вода сетевым насосом 8, установленным на обратной линии, подается для нагрева в бойлер, из которого поступает в прямую линию системы теплоснабжения к потребителям (7) теплоты. Конденсат пара из бойлера поступает в деаэратор 5. Подпитка тепловой сети осуществляется подпиточным насосом (10), забирающим воду из деаэратора, общего для системы теплоснабжения и питания котла. Для уменьшения солесодержания котловой воды из барабана (26) по трубопроводу (19) производится непрерывная продувка.

Вода в отопительном котле направляется в расширитель непрерывной продувки (16), где в результате снижения давления вскипает. Образующийся при этом пар поступает в паровую линию к деаэратору, а горячая вода - в подогреватель сырой воды (14), которая насосом (18) подается в систему 9химической подготовки воды. Химически очищенная вода перед поступлением в деаэратор подогревается в охладителе 11 деаэрированной воды. Деаэрированная вода питательным насосом 13 направляется в водяной экономайзер (17) котла.

Теплогенераторы с давлением выше 0,07 МПа (0,7 кгс/см 2) и температурой выше 115 °С подлежат регистрации в государственной организации, контролирующей правильность конструкции котлоагрегата, соответствие установленным правилам и нормам оборудования и здания котельной и соблюдение обслуживающим персоналом Правил устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов Госгортехнадзора РФ. Размеры зданий котельных, материалы, из которых они выполняются, проходы между стенами и оборудованием, а также расстояния до ферм и перекрытий определяются Правилами и нормами Госгортехнадзора РФ.

Эффективность работы котельных во многом определяется правильностью выбора метода сжигания топлива, совершенством оборудования и приборов, своевременностью и качеством проведения пуско-наладочных работ, квалификацией обслуживающего персонала и др. Безопасность, надежность и экономичность работы котельных установок и теплоэнергетического оборудования зависят от степени подготовки обслуживающего персонала, правильности выполнения производственных и должностных инструкций.

История развития электротехники.

Как показывает отечественный и зарубежный опыт, наиболее эффективной системой обновления знаний является гибкая, непрерывная на протяжении всей жизни, система самообразования и повышения квалификации. Полноценный современный специалист должен обладать способностью параллельно заниматься самообразованием как в области общетеоретических, так и специальных знаний, только тогда он сможет изыскивать эффективные пути взаимодействия с техникой будущего.

При этом человек должен помнить, что ОН – «частица биосферы» и «частица ноосферы». Свое бытиё Он должен приспосабливать к законам ноосферы. По образному выражению академика В.И. Вернадского, которое он сформулировал ещё в начале прошлого века, необходимо не покорение природы, а совместное гармоническое развитие природы и общества, иначе человечеству просто не выжить.

Решающая роль в современном научно-техническом прогрессе принадлежит электротехнике, которая, включает в себя три основных раздела: Теоретические основы электротехники (ТОЭ), Электрические машины (ЭМ) и Электронику.

Современное определение электротехники.

Электротехника - область науки и техники, использующая электрические и магнитные явления для осуществления процессов преоб­разования энергии и превращения вещества, а так же для передачи сигна­лов и информации.

В последние десятилетия из электротехники выделилась промышленная электроника с тремя направлениями: информационное, технологическое и энергетическое, которые с каждым годом приобретают все большее значение для научно-технического прогресса.

В развитии электротехники и электроники можно выделить следующие 8 этапов:

I этап : до 1800г. - становление электростатики . К этому периоду относятся первые наблюдения электрических и магнитных явлений, создание первых электростатических машин и приборов, исследование атмосферного электричества, зарождение электромедицины (опыты Гальвани), открытие закона Кулона и закона сохранения энергии.

В 1744 г. М.В. Ломоносов писал: «Все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимается, что сколько чего у одного тела отнимается, столько присовокупится к другому, так ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте… сей всеобщий закон простирается и в самые правила движения, ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оной у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает. »

Соответствующие труды М.В. Ломоносова находились в забвении до 1904 г., а будучи опубликованы в России, не могли проникнуть в Западные лаборатории, поэтому позднее А.Л. Лавуазье повторно и независимо от М.В. Ломоносова открыл закон сохранения вещества.

Выдающийся ученый – энциклопедист М.В. Ломоносов был первым в России основоположником изучения электрических явлений, автором первой теории электричества. В 1745 г. был разработан первый электроизмерительный прибор «электрический указатель» Георгом Вильгельмом Рихманом, который погиб 25 июня 1753 г., во время сильной грозы при проведении опыта с «грозовой машиной».

Рис. 1.2. Портрет М.В.Ломоносова

II этап : 1800-1830г.г. - закладка фундамента электротехники и её научных ос­нов. Начало этого периода ознаменовано получением «Вольтова столба» - первого электрохимического генератора постоянного тока. Затем была создана «Огромная наипаче батарея» Василия Владимировича Петрова, с помощью которой была получена электрическая дуга и сделано много новых открытий. В этот период были открыты важнейшие законы: Георга Симона Ома, Жана Батисто Био и Феликса Савара, Андре Мари Ампера и была установлена связь между электрическими и магнитными явлениями. Был создан прообраз электродвигателя.

III этап: 1830-1870г. -зарождение электротехники . Самым значительным событием этого периода было открытие явления самоиндукции Майклом Фарадеем и создание пер­вого электромагнитного генератора (на основании ЭМИ). В этот период формулируются законы Ленца, Кирхгофа, разрабатываются различные конструкции электрических машин и измерительных при­боров, зарождается электроэнергетика. Однако широкое практическое применение электроэнергии в хозяйстве и быту сдерживалось отсутствием экономичного электрического генератора.

IV этап : 1870-1890г. - становление электротехники как самостоятельной отрасли техники.

В этот период создаётсяпервый промышленный генератор с самовозбуждением (динамо-машина), что привело к созданию новой отрасли электротехники «Электрические машины». Организуются производства с использованием электро­энергии. С развитием промышленности, ростом городов возникает потребность в электрическом освещении. Начинается строительство «домовых» электростанций, вырабатывающих постоянный ток. Электрическая энергия становится товаром и всё более остро ощущается потребность в централизованном производстве и экономичной передаче электроэнергии. На постоянном токе эту проблему решить нельзя из-за невозможности трансформации постоянного тока. В это время Павел Николаевич Яблочков изобрёл электрическую свечу и была разработал схему дробления постоянного электрического тока при помощи индукционных катушек, представляющих собой трансформатор с разомкнутой магнитной системой. В середине 80-х годов началось серийное производство однофазных трансформа­торов с замкнутой магнитной систеиой (Макс дёрн, Отто Блати, К Циперновский) и строительство центральных электростанций переменного тока.

Однако развитие производства требовало комплексного решения проблемы экономичной передачи электроэнергии на дальние расстояния и создания экономичного и надёжного электродвигателя. Эта проблема была решена на основе многофазных, в частности 3-х фазных систам.

V этап: 1891 –1920 гг . – становление и развитие электрификации .

Предпосылкой развития 3-х фазной системы явилось открытие в 1988 г. явления вращающегося магнитного поля. 3-х фазная система оказалась наиболее рациональной. В развитие этой системы внесли вклад многие учёные разных стран, но наибольшая заслуга принадлежит русскому учёному Михаилу Осиповичу Доливо-Добровольскому, создавшему 3-х фазные синхронные генераторы, асинхронные двигатели и трёхфазные трансформаторы. Убедительным преимуществом 3-х фазных цепей было строительство трёхфазной линии электропередачи между немецкими городами Лауфеном и Франктфуртом при активном участии М.О.Доливо-Добровольского.

Расширяются исследования явлений, протекающих в цепях синусоидального тока с помощью векторных и круговых диаграмм. Огромную роль в анализе процессов в таких цепях сыграл комплексный метод расчёта, предложенный 1893-1897гг. Чарльсом Протеусом Штейнмецом. Теоретические основы электротехники становятся базовой дисциплиной в вузах и фундаментом научных исследований в области электротехники.

VI этап: 1920 – 1940гг . – зарождение электроники: электровакуумные приборы, триод, диод. 1923г. – Лосев создал первый полупроводниковый диод – кристадин, который мог работать в режиме генератора высокочастотных колебаний. Выделилась радиотехника как самостоятельная наука.

VII этап: 1940 – 1970гг . – зарождение информатики: построение электронно - вычислительных машин.

VIII этап: 1970г. - по настоящее время – информатика как самостоятельная наука.

(Лекция подготовлена на основе книги «Очерки по истории электротехники» О.Н.Веселовский, Я.А.Шнейберг., М. МЭИ, 1993г.

Тестовые вопросы по теме лекции

1) Определение науки «Электротехника».

2) Сколько этапов можно выделить в истории развития Электротехники?

3) Время окончания первого этапа.

4) Закон сохранения материи и количества движения по Ломоносову М.В. – определение.

5) Какие учёные работали на первом этапе развития электротехники?

6) Начало и окончание второго этапа развития электротехники.

7) Какие учёные работали во время второго этапа?

8) Основные законы электротехники, открытые во втором этапе развития.

9) Начало и окончание третьего этапа развития электротехники.

10) Какие учёные работали во время третьего этапа?

11) Основные законы электротехники, открытые в третьем этапе развития.

12) Начало и окончание четвёртого этапа развития электротехники.

13) Какие учёные работали во время четвёртого этапа?

14) Основные законы электротехники, открытые в четвёртом этапе развития.

15) Начало и окончание пятого этапа развития электротехники.

16) Какие учёные работали во время пятого этапа?

17) Основные события в области электротехники, произошедшие на пятом этапе развития.

18) Начало и окончание шестого этапа развития электротехники.

19) Какие учёные работали во время шестого этапа?

20) Основные события электротехники, произошедшие в шестом этапе.

21) Начало и окончание седьмого этапа развития электротехники.

22) Какая наука зародилась во время седьмого этапа?

23) Начало восьмого этапа развития электротехники.

Лекция 2.

Основные понятия и определения в электротехнике .

Электрическая цепь – совокупность источников электрической энергии, линий электропередач и электроприемников. Для анализа и синтеза электрических цепей вводят понятия: электродвижущей силы (ЭДС), обозначается Е ; напряжения , обозначается U (Е и U измеряются в Вольтах [B]); тока (I ) измеряется в Амперах [A]; сопротивления R , [Ом]; величины, обратной сопротивлению - проводимости (G ) измеряется в Сименсах [См] (R =1/G ); индуктивности L , единица измерения Генри [Гн]; емкости С , единица измерения Фарада [Ф]. На схемах вышеперечисленные элементы обозначаются следующим образом:

индуктивность - ,

C

емкость - ,

Е

источник ЭДС - ,

J

источник тока - .

Положительным направлением тока называется направление, в котором перемещают положительно заряженные частицы или направление, противоположное движению электронов.

Источники электроэнергии .

Реальный источник электроэнергии обладает внутренним сопротивлением больше нуля и в электротехнике представляется в виде двух вариантов – источник ЭДС и источник тока .

У идеального источника ЭДС внутреннее сопротивление равно нулю. У идеального источника тока R ВН = ∞, т.е. чем выше R ВН, тем ближе источник тока к идеальному (рис. 2.1).

Реальный источник обладает внутренним сопротивлением.

U ХХ

Рис. 2.2. Эквивалентная схема реального источника тока - (а), и его вольтамперная характеристика (ВАХ) - (б).

Источник тока можно получить из источника ЭДС, если параллельно источнику тока включить сопротивление, равное внутреннему сопротивлению источника ЭДС. Соответственно значение тока источника тока определяют по формуле I=E/ R ВН (рис. 2.2).

Узел электрической цепи - это точка, в которой соединены 3 или более ветвей (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Обозначение узла электрической цепи.

Ветвь электрической цепи – участок цепи, расположенный между двумя узлами, состоящий из одного или нескольких последовательно соединенных электрических элементов. По ветви течет один и тот же ток (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Обозначение ветви электрической цепи.

Замкнутым контур электрической цепи называют путь, проходящий через несколько ветвей и узлов разветвленной электрической цепи (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Обозначение контура электрической цепи.