ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ

История энергосбережения в лицах

В данном разделе в хронологическом порядке приводятся краткие биографические сведения о людях, которые в свое время в прямой или косвенной форме говорили о рациональном использовании энергии, счита­ли энергию глобальной проблемой человечества. Целью жизни многих из них было повышение эффективности использования энергетических ре­сурсов своего времени. К сожалению, данный список не является доста­точно полным и требует уточнения.

Аристотель (384 - 322 до н. э.), древнегреческий философ. Учился у Платона в Афинах. Воспитатель Александра Македонского. Сочинения Аристотеля охватывают все отрасли знаний той поры, он автор учения об основных принципах бытия. Предложил ряд оригинальных терминов и оп­ределений, в том числе и в области знаний, которую в настоящее время на­зывают энергетикой. Аристотелем введено понятие энтелехия (греч. en - telechia - завершение, осуществляемость), означающее осуществление ка­кой-либо возможности бытия (потенция - потенциальная энергия), а также движущий фактор этого осуществления, выраженный через единство че­тырех основных принципов бытия: формы, материи, действующей причи­ны и цели.

По мере развития современной теории энергоэффективности растет интерес к основным сочинениям Аристотеля («Физика», «Метафизика» и др.).

Катон Старший (234 - 149 гг. до н. э.). Много внимания в своей работе «О земледелии» уделил рассуждениям о рациональном использова­нии рабов. Его советы, по существу, это не что иное, как перечисление энергосберегающих мероприятий в сельском хозяйстве того времени. По мнению Катона Старшего, реализация энергосберегающих мероприятий была целесообразней, чем увеличение количества рабов.

Герон Александрийский (ок. I в.), древнегреческий ученый. Дал систематическое изложение основных достижений античного мира по прикладной механике и математике. Изобрел ряд приборов и автоматов. Утверждают, что впервые построил прототип реактивной турбины, по­требность в которых появилась 1800 лет спустя.

Папен (Papin) Дени (1647 - 1714 гг., по другим данным, 1712), французский физик, один из изобретателей теплового двигателя. С 1675 г. работал в Лондоне (в 1688 - 1707 гг. - в Германии). Изобрел паровой котел с предохранительным клапаном (1680), несколько машин для подъема во­ды. В 1690 г. описал замкнутый термодинамический цикл паро­атмосферного двигателя, но создать работоспособный двигатель не смог.

Юнг (Янг) Томас (1773 - 1829), английский ученый, один из осно­воположников волновой теории света. Сформулировал принцип интерфе­ренции (1801), высказал идею о поперечности световых волн (1817). Ввел модуль упругости, названный его именем. Труды по акустике, астрономии, расшифровке египетских иероглифов. Одним из первых в 1807 г. стал ис­пользовать термин «энергия» применительно к живой силе.

Ползунов Иван Иванович (1728 - 1766), русский теплотехник. В 1763 г. разработал проект универсального парового двигателя - первой в мире двухцилиндровой машины непрерывного действия, осуществить ко­торый ему не удалось. В 1765 г. построил по другому проекту первую в России паросиловую установку для заводских нужд, проработавшую 43 дня; за неделю до ее пробного пуска Ползунов скончался. По праву счита­ется первым русским теплотехником. В своих записках подчеркивал ото­рванность науки его времени от практики.

Черепановы, российские изобретатели, крепостные заводчиков Демидовых: отец Ефим Алексеевич (1774 - 1842) и сын Мирон Ефимович (1803 - 1849). Построили первый в России паровоз (1833 - 1834) и желез­ную дорогу длиной 3,5 км. Построили котел для утилизации тепла дымо­вых газов печи на металлургическом заводе.

Дэви (Дейви) (Davy) Гемфри (Хамфри) (1778 - 1829), английский химик и физик, один из основателей электрохимии, иностранный почет­ный член Петербургской АН (1826). Получил электролизом водород и ки­слород (из воды), К, Ка, Са, Sr, Ва, Мg и Li. Описал электрическую дугу. Предложил водородную теорию кислот. Открыл обезболивающее дейст­вие гемиоксида азота. Изобрел безопасную рудничную лампу.

Кориолис (Coriolis) Гюстав Гаспар (1792 - 1843), французский ученый. Труды по теории относительности движения, ввел понятия так на­зываемой силы Кориолиса и ускорения Кориолиса.

Карно Никола Леонар Сади (1796 - 1832), французский физик и инженер, один из основателей термодинамики. Сын Л. Н. Карно. Рассмот­рел идеальный термодинамический цикл и доказал теорему, названную его именем. Считал, что тепловым машинам «суждено совершить большой пе­реворот в цивилизованном мире», и одним из первых задался целью опре­делить причины их несовершенства.

Клапейрон (С1ареугоп) Бенуа Поль Эмиль (1799 - 1864), француз­ский физик и инженер. В 1820 - 1830 гг. работал в России, член - корреспондент Петербургской АН (1830). Ввел в термодинамику индика­торные диаграммы, так называемые уравнения Клапейрона и Клапейрона - Клаузиуса. Первым стал применять графический метод теоретического ис­следования работы тепловых машин.

Клаузиус (Clausius) Рудольф Юлиус Эмануэль (1822 - 1888), не­мецкий физик, один из основателей термодинамики и молекулярно­кинетической теории теплоты, иностранный член-корреспондент Петер­бургской АН (1878). Дал (одновременно с У. Томсоном) первую формули­ровку второго начала термодинамики (1850), ввел понятия энтропии (1865), идеального газа, длины свободного пробега молекул. Обосновал (1850) так называемое уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Доказал теорему вириала (1870). Разработал теорию поляризации диэлектриков (формула Клаузиуса-Моссотти). Сформулировал гипотезу «тепловой смерти Вселенной».

Томсон Уильям (в 1892 г. за научные заслуги получил титул барона Кельвина, Kelvin) (1824 - 1907), английский физик, член (1851) и прези­дент (1890 - 1895) Лондонского королевского общества, иностранный член-корреспондент (1877), иностранный почетный член (1896) Петер­бургской АН. Труды по многим разделам физики (термодинамика, теория электрических и магнитных явлений и др.). Дал одну из формулировок второго начала термодинамики, предложил абсолютную шкалу температур (шкала Кельвина). Экспериментально открыл ряд эффектов, названных его именем (в том числе эффект Джоуля-Томсона). Активный участник осу­ществления телеграфной связи по трансатлантическому кабелю, установил зависимость периода колебаний контура от его емкости и индуктивности. Изобрел многие электроизмерительные приборы, усовершенствовал ряд мореходных инструментов. Первым дал строгое определение понятия энергии.

Тимирязев Климентий Аркадьевич (1843 - 1920), естествоиспыта­тель, один из основоположников русской научной школы физиологов рас­тений, член-корреспондент Российской АН (1917 г.); член-корреспондент Петербургской АН с 1890 г. Профессор Петровской земледельческой и лесной академии (1871) и Московского университета (1878 - 1911), ушел в отставку в знак протеста против притеснений студенчества. Депутат Мос­совета (1920). Раскрыл закономерности фотосинтеза как процесса исполь­зования света для образования органических веществ в растении. Труды по методам исследования физиологии растений, биологическим основам аг­рономии, истории науки. Один из первых пропагандистов дарвинизма и материализма в России. Популяризатор и публицист («Жизнь растения», 1878; «Наука и демократия», 1920). Отмечал прямую связь между учением о рассеянии энергии (лорд Кельвин) и учением о борьбе за существование (Ч. Дарвин).

Больцман (Boltzmann) Людвиг (1844 - 1906), австрийский физик, один из основателей статистической физики и физической кинетики, ино­странный член-корреспондент Петербургской АН (1899). Вывел функцию распределения, названную его именем, и основное кинетическое уравнение газов. Дал (1872) статистическое обоснование второго начала термодина­мики. Вывел один из законов теплового излучения (закон Стефана - Больцмана). Доказал несостоятельность теории «тепловой смерти Вселен­ной», см. Р. Клаузиус.

Подолинский Сергей Андреевич (1850 - 1891). Окончил физико­математический факультет Киевского университета и медицинский фа­культет университета во Вроцлаве. В 1880 г. опубликовал в журнале «Сло­во» основную свою работу «Труд человека и его отношение к распределе­нию энергии». Впервые была показана энергетическая сущность труда: труд расходует энергию, но в его результатах энергии сконцентрировано больше, чем было затрачено. Он показал, что во всех случаях потребление энергии служит «увеличению средств» для «нового производства», а также утверждал, что именно общество со стремлением к быстрому накоплению энергии может быстро идти вперед. Быстро накапливается энергия там, где ее рационально используют. Впервые показал исчерпаемость невозобнов­ляемых источников энергии и обязательность перехода на возобновляемые источники энергии.

Оствальд (Oswald) Вильгельм Фридрих (1853 - 1932), немецкий физикохимик и философ, иностранный член-корреспондент Петербург­ской АН (1896). Труды по теории растворов электролитов, химической ки­нетике и катализу. Положил начало (1889) изданию серии «Классики точ­ных наук»; его работы способствовали становлению науковедения. Нобе­левская премия (1909). Глава «энергетизма» - полуфилософского учения, провозгласившего замену материи энергией. Очевидно, здесь шла речь не о возможности движения без материи, а об энергетической основе матери­ального мира.

Дизель (Diesel) Рудольф (1858 - 1913), немецкий инженер. Создал (1897) двигатель внутреннего сгорания, названный его именем. Своим изобретением дал начало развитию целого комплекса машин и устройств, в основе которых дизельный двигатель.

Приведем здесь только некоторые из этих машин и систем:

- Дизель, поршневой двигатель внутреннего сгорания с воспламенени­ем от сжатия. Работает на дизельном топливе, экономичен. Приме­няется в основном на судах, тепловозах, грузовых автомобилях, тракторах, дизельных электростанциях. Назван по имени Р. Дизеля.

- Дизельная электростанция, энергетическая установка, оборудованная одним или несколькими генераторами электрического тока, приво­димыми во вращение дизельными двигателями. Используются в сельском хозяйстве, лесной промышленности, на транспорте и др. В качестве основного, резервного или аварийного, стационарного или передвижного источника электроэнергии.

- Дизельное топливо, жидкое нефтяное топливо: в основе керосино - газойлевые фракции прямой перегонки нефти (для быстроходных дизелей) и более тяжелые фракции или остаточные нефтепродукты (для тихоходных дизелей). Важнейшая характеристика дизельного топлива - цетановое число.

- Дизель-поезд, железнодорожный состав из моторных (оборудован­ных дизелями) и прицепных вагонов, в котором крайние (головные) вагоны оборудованы пультами управления.

- Дизель-электроход, судно (электроход), на котором электрические генераторы приводятся в действие дизелями.

Стодола (Stodola) Аурель (1859—1942), словацкий теплотехник. С 1892 г. жил в Швейцарии. Труды по теории и расчету паровых и газовых турбин, теории автоматического регулирования. Ввел (совместно с Ж. Гюи) понятие «технической работоспособности», или максимальной технической работы, что впоследствии было названо «эксергией».

Вернадский Владимир Иванович (1863 - 1945), естествоиспыта­тель, мыслитель и общественный деятель. Основоположник комплекса со­временных наук о Земле — геохимии, биогеохимии, радиологии, гидро­геологии и др. Создатель многих научных школ. Профессор Московского университета (1898 - 1911), ушел в отставку в знак протеста против при­теснений студенчества. Академик Петербургской АН (1912), академик Российской АН (1917), академик АН СССР (1925), первый президент АН Украины (с 1919). Идеи Вернадского сыграли выдающуюся роль в станов­лении современной научной картины мира. В центре его естественнонауч­ных и философских интересов - разработка целостного учения о биосфере, живом веществе (организующем земную оболочку) и эволюции биосферы в ноосферу, в которой человеческий разум и деятельность, научная мысль становятся определяющим фактором развития, мощной силой, сравнимой по своему воздействию на природу с геологическими процессами. Учение Вернадского о взаимоотношении природы и общества оказало сильное влияние на формирование современного экологического сознания. Разви­вал традиции русского космизма, опирающегося на идею внутреннего единства человечества и космоса. Вернадский — один из лидеров земского либерального движения и партии кадетов (конституционалистов- демократов). Организатор и директор Радиевого института (1922 - 1939), Биогеохимической лаборатории (с 1923 г., ныне Институт геохимии и аналитической химии РАН им. Вернадского). Государственная премия СССР (1943). Считал, что потенциальная энергия страны дает представле­ние о имеющихся в данной стране богатствах. Ему принадлежит высказы­вание, что настало время перехода человеческого разума от идеи «покоре­ния природы» к новой идее «рационального природопользования через энергосбережение».

Грумм-Гржимайло (Грум-Гржимайло) Владимир Ефимович (1864 -1928), металлург, член-корреспондент АН СССР (1927). Автор гид­равлической теории расчета пламенных печей. Труды по физико­химическим основам сталеплавильных процессов, калибровке прокатных валков, производству огнеупоров. В 1920 г. В. Грумм-Гржимайло был при­глашен в Уральский государственный университет, где впервые в мире и России с его участием была организована кафедра металлургии стали и теории печей. В 1924 - 1925 гг. им была издана книга «Пламенные печи», где была изложена гидравлическая теория печей, заложившая основы эф­фективного использования топлива в печных агрегатах самого различного технологического назначения.

Нернст (Nernst) Вальтер (1864 - 1941), немецкий физикохимик, один из основоположников современной физической химии, иностранный член-корреспондент Российской АН (1923), иностранный почетный член АН СССР (1926). Сформулировал теорему (1906) - так называемое 3-е на­чало термодинамики, открыл одно из термомагнитных явлений (1886 г., эффект Нернста-Эттингсхаузена). Труды по теории растворов (закон рас­пределения Нернста), электрохимии, кинетике и катализу; разработал (1904) диффузионную теорию гетерогенных химических реакций. Нобе­левская премия (1920). Ему принадлежит высказывание: «Разводить теп­локровных животных - значит обогревать на свои деньги мировое про­странство».

Богданов (Малиновский) Александр Александрович (1873 - 1928), политический деятель, врач, философ, экономист. Член РСДРП в 1810 -1909 гг., большевик, с 1905 г. член ЦК. Руководитель группы «Впе­ред». Автор утопических романов «Красная звезда», «Инженер Мэнни». С 1918 г. идеолог Пролеткульта. Основное сочинение - «Всеобщая органи­зационная наука». Выдвинул идею создания науки об общих принципах организации - тектологии, предвосхитил некоторые положения киберне­тики. С 1926 г. организатор и директор Института переливания крови; по­гиб, производя на себе опыт.

Он отмечал господствующее положение принципа сохранения и ог­раниченное действие закона возрастания энтропии. Пожалуй, это и есть то, что сейчас называют «энергосберегающий путь развития».

Бриллюэн (Brillouin) Леон (1889 - 1969), французский физик, с 1941 г. - в США. Труды по теории твердого тела (ввел так называемые зо­ны Бриллюэна), квантовой механике, магнетизму, радиофизике, теории информации, философии естествознания. Ввел понятие отрицательной эн­тропии - «негэнтропии». Негэнтропия характеризует качество энергии, и ею обладают, в первую очередь, системы, способные производить механи­ческую или электрическую работу (сжатая пружина, заряженный аккуму­лятор и т. п.).

Капица Петр Леонидович (1894 - 1984), физик, один из основате­лей физики низких температур и физики сильных магнитных полей, ака­демик АН СССР (1939), дважды Герой Социалистического Труда (1945, 1974). В 1921 - 1934 гг. в научной командировке в Великобритании. Орга­низатор и первый директор (1935 - 1946 гг. и с 1955 г.) Института физиче­ских проблем АН СССР. Открыл сверхтекучесть жидкого гелия (1938). Разработал способ сжижения воздуха с помощью турбодетандера, новый тип мощного СВЧ-генератора. Обнаружил, что при ВЧ-разряде в плотных газах образуется стабильный плазменный шнур с температурой электронов 105 - 106 К. Государственная премия СССР (1941, 1943), Нобелевская пре­мия (1978). Золотая медаль им. Ломоносова АН СССР (1959). Сказал, что преодоление надвигающегося... энергетического кризиса представляет для человечества наиболее крупную глобальную проблему.

Опарин Александр Иванович (1894 - 1980), биохимик, академик АН СССР (1946), Герой Социалистического Труда (1969). Один из органи­заторов и директор (с 1946) Института биохимии АН СССР. Выдвинул ги­потезу возникновения жизни на Земле (1922). Исследования по биохимии переработке растительного сырья, действию ферментов в растении. Ле­нинская премия (1974). Золотая медаль им. Ломоносова АН СССР (1980).

Семенов Николай Николаевич (1896 - 1986), ученый, один из ос­новоположников химической физики, основатель научной школы, акаде­мик АН СССР (1932), дважды Герой Социалистического Труда (1966, 1976). Создал общую количественную теорию цепных реакций (1934). Раз­работал теорию теплового взрыва газовых смесей. Ленинская премия (1976), Государственная премия СССР (1941, 1949), Нобелевская премия (1956, совместно с С. Хиншелвудом). Золотая медаль им. Ломоносова АН СССР (1970). Отметил, что энергоемкость пищи и кормов, производимых в год, составляет около 70 % энергоемкости добываемого за это время горю­чего.

Пригожин (Prigogine) Илья Романович (род. 1917) бельгийский физик и физикохимик. Родился в России. Один из основоположников тер­модинамики неравновесных процессов, иностранный член АН СССР (с 1982), иностранный член РАН (1991). Доказал теорему, названную его именем. Нобелевская премия (1977).

Теорема Пригожина, доказанная им (1947), - теорема термодина­мики неравновесных процессов: при внешних условиях, препятствующих достижению системой равновесного состояния, стационарное состояние системы соответствует минимальному производству энтропии.

Ввел принцип минимума возникновения энтропии. Именно из этого принципа надо исходить, когда производится оценка предельных возмож­ностей любой двигательной конструкции (максимальной энергетической эффективности).

Римский клуб, международная общественная организация. Осно­вана в 1968 г. с целью исследования развития человечества в эпоху научно­технической революции. Объединяет около 100 ученых, общественных деятелей, бизнесменов из многих стран, в том числе России. Поощряет ис­следовательские проекты и публикует так называемые доклады Римскому клубу, которые привлекли внимание к глобальным проблемам и вызвали острую полемику. Именно с этой организацией связывают начало работ по устойчивому развитию общества, в основу которого положено эффектив­ное использование энергии и рациональное природопользование.