ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Упражнения из "Энергия " Выше уже обсуждались проблемы энергоснабжения и энергопотребления, но само понятие энергии пока еще не было дано. Оно служит мощным инструментом при решении физических задач. Правильное определение этого понятия дает возможность точно описать физические явления, связанные с преобразованием одной формы энергии в другую. [c.13] Существует много видов энергии, в частности кинетическая энергия, потенциальная энергия гравитации, электрическая и электромагнитная энергия, химическая энергия и др. Возможно различное преобразование одних форм энергии в другие, и изучению этих преобразований, их эффективности и сопутствующим фактором будет посвящена значительная часть этой книги. Однако для того, чтобы придать нашим исследованиям количественное выражение и тем самым сделать их полезными для практических задач, необходимо принять систему единиц, в которых могут быть выражены измеряемые величины. [c.13] Оценка изменения численности населения Земли в период с 8000 г. до и. э. по 2000 г. и. э. [c.14] Из этого можно сделать вывод, что любые значения, образуюш,ие прямую линию в полулогарифмической системе координат, могут быть представлены в виде (1.5). [c.14] Это уравнение может быть использовано для описания широкого спектра физических и биологических явлений. [c.14] 5) Ь = С, когда =0 (е 0=1). Поэтому 400 мг/мл=(200 мг/мл) (если принять время первого наблюдения /=0). Тогда 400/200=е . [c.14] О любом явлении, которое описывается с помощью (1.7), говорят, что оно характеризуется экспоненциальным ростом. Хотя многие физические системы могут быть описаны таким уравнением, это справедливо для них лишь ограниченное время. Бесконечный экспоненциальный рост, очевидно, невозможен, в чем можно легко убедиться. [c.14] Множество неблагоприятных факторов воздействует на людей. Человек сам поставил себя в почти полную зависимость от предметов потребления, возможности снабжения которыми весьма ограничены. Здесь анализируются некоторые факторы, вызывающие ухудшение положения, и сделана попытка определить, до какой степени действие этих факторов может быть ограничено или смягчено путем целенаправленных действий. [c.15] Численность населения Земли постоянно увеличивалась, хотя и имели место непродолжительные отклонения от этой общей тенденции. Примерно до 1750 г. среднегодовые темпы роста численности населения составляли 0,07 %. Этот показатель роста был получен на основе довольно скупых данных о численности населения в прошлом. Эти темпы соответствуют времени удвоения, равном примерно 1000 годам, т. е. в период до 1750 г. каждые 1000 лет население Земли увеличивалось примерно вдвое. В середине XVIII в. произощло относительно резкое увеличение темпов роста численности населения мира — в среднем примерно 0,4 % в год. Каждые последующие 50 лет эти темпы увеличивались настолько, что во второй половине XX в. они достигли 1,8% в год, что соответствует удвоению населения Земли за 39 лет (рис. 1.5). [c.15] Демография — изучение народонаселения— превратилась в сложную науку. В результате оценки численности населения, которые делаются в настоящее время, вероятно, более точны, чем они были ранее, даже в таком недавнем прошлом, как 20 лет назад. Прогнозы, которые делались во время второй мировой войны и в течение 10 лет после войны, оказались крайне неточными. Численность населения США, например, по прогнозу, сделанному в 1943 г., в 2000 г. оценивалась примерно в 154 млн. чел. Сравним ее с современной правильной оценкой, равной примерно 220 млн. чел. Устойчивый послевоенный всплеск рождаемости оказался совершенно неожиданным для специалистов, как, впрочем, и падение рождаемости в Соединенных Штатах после 1958 г. Демографы сейчас весьма осторожны в своих предсказаниях, они предпочитают давать ряд альтернативных оценок, охватывающих довольно широкий диапазон Показателей численности населения. [c.15] Разумеется, это произойдет, если ничего не изменится. Никто точно не знает мотивов, побуждающих семьи заводить детей. В некоторых странах превалируют сильные религиозные и исторические. тенденции. В США довольно большое число женщин трудоспособного возраста в силу необходимости может быть против рождения детей. Современное поколение женщин вообще, кажется, предпочитает иметь меньше детей, вести другой образ жизни. [c.15] Хотя эти проблемы еш,е впереди, они отнюдь не являются неразрешимыми. Многие исследования экономических и социальных последствий нулевого прироста населения и соответствуюш,его нулевого экономического роста показывают, что могут быть найдены удовлетворительные способы перехода к подобной экономической структуре. Разумеется, эти выводы сделаны для США, но эта страна—не единственная в мире. Проблема энергетика— окружающая среда существует повсеместно. Среднегодовые темпы роста мирового населения, составляющие сейчас 1,8%, все еще имеют тенденцию к росту, несмотря на падение рождаемости, наблюдаемое во многих странах. Прямая взаимосвязь между рождаемостью и валовым национальным продуктом, - которая прослеживалась прежде, кажется, начинает исчезать, — по крайней мере, характер взаимовлияния этих двух показателей сейчас неочевиден. Например, в США, Японии и в большинстве стран Западной Европы темпы прироста численности населения снизились и ожидается их дальнейшее уменьшение до конца столетия. В развивающихся странах, однако, темпы роста численности населения все еще увеличиваются, и по оценкам ООН ожидается, что к 2000 г. население мира достигнет 5,5—7 млрд. чел. при все увеличивающейся рождаемости. [c.16] Мы верим в эпоху технического прогресса. Многие из нас могут подвергать серьезным сомнениям некоторые технические новшества, однако никто из здравомыслящих людей не станет призывать к возврату тех дней, когда не существовало рентгена, пенициллина, противостолбнячной вакцины, отвечающей совре-Ч енным требованиям системы отопления, почти всеобщей грамотности, надежд на увеличение срока жизни и множества других преимуществ, т. е. того, что принес с собой научно-технический прогресс. [c.16] Исторически развитие экономики США складывается так, что в производстве сельскохозяйственной продукции участвует все меньше населения, а продукции производится все больше. Основу этого процесса составляют механизация экономия, обусловленная ростом масштаба производства генетическая селекция и выведение новых сортов и пород контроль за произрастанием зеленой массы. Механизация сельскохозяйственных работ явилась следствием широкого внедрения сельскохозяйственных машин с двигателями внутреннего сгорания в период, когда было дешевым моторное топливо. Внедрение механизации привело к тому, что 1 л бензина, использованный в двигателе мощностью 735 Вт, обеспечивает выполнение работы, эквивалентной физическому труду 7 чел. в течение 1 дня (в ценах 1979 г. при стоимости 1 чел-дня в 12 центов). Машины являются особенно эффективными и экономичными при их интенсивном ежедневном использовании. Это явилось одной из причин процветания крупных ферм в последние годы. [c.16] Генетическая селекция сделала возможным развитие высокоурожайных сильных сортов зерновых, восприимчивых к удобрениям, но требующих интенсивного их внесения в почву, В 1945 г. зерновые удобрялись азотными, фосфорными и калийными удобрениями в пропорции 8 8 и 6 кг на I га посевной площади соответственно. В 1970 г. эти показатели составляли уже 127, 35 и 68 кг на 1 га соответственно. Новые сорта требовали также ирригации и интенсивной обработки пестицидами и гербицидами. Многие сорта стали иметь более продолжительный период вызревания, при котором зерно получает больше влаги, в связи с чем для обеспечения сохранения урожая зерно необходимо подвергать сушке. Для сушки используется теплота, вырабатываемая на базе органического топлива, как правило, газа пропана. [c.16] Если этот метод энергоинтенсивного ведения сельского хозяйства, возможно, и дает удовлетворительные результаты в США, это совсем не означает, что подобная зеленая революция может быть успешно перенесена в другие, менее развитые страны. В действительности, становится все более очевидным, что фактические результаты существенно отличаются от ожидавшихся. Потребности США в зерне можно рассматривать как стабилизировавшиеся, хотя из рис. 1.7 это не следует. В США большая часть зерна используется как фураж для крупного рогатого скота. В других странах зерно употребляется в основном в пищу, что является более эффективным с точки зрения использования энергии. [c.17] В остальном мире потребность в зерне растет. США являются ведущим экспортером зерна в мире. Потребность в зерне в разных частях земного шара выросла настолько, что выполнение программы сокращения посевных площадей и сохранения почвы в США, по которой фермеры должны были получать субсидии за то, что они не ведут хозяйство в полном объеме, было отложено с целью увеличения урожая. Другие страны не могут позволить себе тратить нефтедоллары на зеленую революцию . [c.17] Другим примером того, как техника может изменить нашу зависимость от энергии, служит недавнее широкое распространение кондиционирования воздуха. Холодильная техника возникла вместе с развитием паровых двигателей и познанием законов термодинамики реальных газов в конце XIX в. Однако широкое применение холодильной техники началось лишь с середины XX в. [c.17] Однако летом в результате кондиционирования воздуха перегружаются некоторые электроэнергетические сети и нарушается их работа — свидетельством тому являются крупные аварии, имевшие место в энергосистеме, обслуживающей Нью-Йорк. Строится больше, электростанций для производства большего количества электроэнергии, что ведет к увеличению сопутствующих выбросов (дым, углекислый газ, теплота и т.п.). Более того, многие установки по кондиционированию воздуха, особенно мощные, очень неэффективны. [c.17] В данной книге исследуются различные физические процессы, используемые для- извлечения энергии из первичного топлива и преобразования ее в форму, пригодную для использования. Исследуется влияние этого преобразования на окружающую среду с позиций, изложенных выше. Неизбежно будут проводиться сопоставления, встретятся неясности и неопределенности. Для их разъяснения возникнет необходимость рассмотреть некоторые фундаментальные понятия как в области энергетических ресурсов, так и в области изики. [c.18] Вернуться к основной статье