Техника - молодёжи 1953-01, страница 35

сланцев и нефти, из которых только и можно добывать химическую энергию.

Мы живем буквально среди складов ядерного горючего; каждый предмет — стакан воды, обломок камня, ломоть хлеба, кусок железа — заряжены колоссальным количеством энергии, только и ждущей, чтобы ее высвободили.

Если серебро является единственным устойчивым с точки зрения ядерных превращений элементом, если атомы, всех более легких элементов имеют тенденцию к слиянию, пока они не станут атомами серебра, а все более тяжелые элементы могли бы превратиться в серебро в результате распада ядра,

то почему же это превращение не осуществилось много времени тому назад? И почему вселенная не состоит вся из чистого серебра?

Ответ заключается в том, что ядра атомов требуют известной энергии активации, для того чтобы могло произойти превращение.

Любые два легких ядра сольются, если они очень близко подойдут друг к другу, но такому тесному сближению обычно препятствуют электрические силы отталкивания, действующие между их положительными зарядами. Точно так же и ядра тяжелых элементов могут распасться на части, если их сильно деформировать и привести в состояние вибрации, например столк

нув их с каким-либо другим ядром. Но в обычных земных условиях такие энергичные столкновения и сближения атомных ядер очень маловероятны.

Здесь есть сходство со случаями, о которых мы говорили, — кусок дерева не будет гореть, если его -сначала не разогреть. Динамит не детонирует, если его не подвергнуть мощному удару.

Наряду с колоссальными энергиями ядерных реакций они отличаются соответственно высокими энергиями активации. Поэтому проблема организации ядерных превращений в широком масштабе нелегка, здесь человек вступает в соревнование с самыми основными силами космоса.

ИСТОЧНИКИ И СКЛАДЫ ЭНЕРГИИ

(См. таблицу на стр. 30—31)

По вертикали графика отложены величины запаса энергии в одном килограмме запасителя.

В современной технике широко применяются электрические единицы; энергию измеряют в ватт- и киловатт-секундах, |Ватт~ и киловатт-часах. В качестве единицы для измерения удельного запаса энергии приняты киловатт-секунды на килограмм. Каждое деление графика соответствует десятикратному изменению удельного запаса энергии.

Но запас энергии можно измерять не только в электрических, но и в различных других единицах. Поэтому с левой стороны графика помещено еще несколько шкал.

Энергия, которую может отдать груз, спускаясь с некоторой высоты, равна произведению этой высоты на вес груза. Поэтому удельный запас энергии, то-есть запас энергии, отнесенный к одному килограмму веса, можно измерять просто высотой подъема. Это первая слева шкала от основной сетки графика.

Запас энергаи движущейся массы равен половине произведения этой массы на квадрат ее скорости. Удельный запас энергии, следовательно, зависит только от скорости. Скорость лзджет служить мерой удельного запаса энергии. Шкала скоростей построена левее шкалы высот.

Когда движущаяся масса несет электрический заряд и движение происходит под действием электрических сил, то энергию этой заряженной массы можно выразить через произведение величины заряда е на разность электрического потенциала U по пути перемещения. Удельный запас энергии можно получить, поделив произведение eU на массу ш. Единицей электрического заряда является заряд электрона. Если за единицу массы взять также массу электрона, то [удельная энергия будет выражаться в электроновольтах на электрон. Можно в качестве единицы массы взять также массу самого легкого (водородного) ядра, тогда удельная энергия будет выражаться в электроновольтах на нуклон. В ядерной физике и энергетике часто применяются такие единицы измерения удельной энергии. Соответствующая шкала дана левее шкалы скоростей.

Часто выражают запас (энергии в тепловых единицах — в калориях, а удельный запас — в калориях на килограмм. Изменение запаса тепловой

энергии равно произведению массы на теплоемкость и на изменение температуры. Изменение удельного запаса энер1ии равно произведению изменения температуры °К на теплоемкость С. Эта шкала °КС построена левее шкалы электроновольт. Если принять теплоемкость за единицу (теплоемкость воды), то деления шкалы будут соответствовать градусам (абсолютной шкалы температур). При высоких Температурах [все вещества переходят в состояние одно-атомных газов, у которых теплоемкость (при /постоянном объеме) рав-3 кал

на —- . Для водорода при вы-

°К-моль

соких температурах значение абсолютной температуры можно получить, поделив цифры шкалы °КС на три.

Наконец крайняя левая шкала нашего графика выражает запас энергии в долях от так называемой «массы покоя». При накоплении энергии [любое тело или система тел становится тяжелее, а с отдачей энергии — легче.

Наличие нескольких шкал позволяет сопоставлять запасы энергии в разных единицах.

Не на всех шкалах деления равномерны и не все шкалы даны по всей высоте графика. Например, шкала высот дана только в нижней части графика. Можно приближенно считать, что энергия прямо пропорциональна высоте подъема груза над землей лишь в том случае, когда высота подъема мала по сравнению с радиусом земного шара. При малой высоте можно считать, что сила притяжения к земле мало изменяется. При большом удалении от земли надо учитывать, что притяжение изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния.

Шкала запаса энергии в долях от массы покоя хотя и дана вдоль всего графика, но ^пользуются практически этой шкалой обычно только в верхней части графика — в области ядерных превращений, (при больших удельных энергиях. В нижней части графика — при малых удельных энергиях — изменения массы настолько малы, что .практически не поддаются измерению. Заведенные часы или патефон весят больше, чем незаведеи-ные, но, как видно из графика, эта разность весов равна 10 —1.0" ¹⁸ части всего веса. Нет весов, которые могли бы {измерить такое незначительное изменение массы.

На шкале скоростей деления расположены равномерно только в нижней части графика. Вверху деления неразномерны, так как скорость любой массы, любого процесса ,не iuo-жет стать рвыше |скорости света в пустоте »— 300 ООО км/сек. В fcepx-ней части шкалы скоростей незначительное изменение скорости соответствует большому изменению удельной энергии. Ускоряемые в циклотронах, реотронах и тому подобных приборах заряженные частицы (электроны и ионы) Заращивают свою энергию за счет увеличения (своей массы. Масса искусственно ускоренного электрона может в десятки, сотни раз превышать его массу (покоя.

Отметим также, что в нижней части шкалы скоростей, там, где деления еще равномерны, эти деления в 2 раза крупнее делений на других шкалах, так как энергия зависит не от скорости в квадрате, а от других величин, как-то: высота, температура, напряжение — в первой степени.

На шкалах отмечены некоторые характерные точки, например так называемая «удельная энергия отрыва от земли». Эту величину важно знать тем, кто готовится к межпланетным путешествиям. Чтобы удалить тело с поверхности земли в бесконечность, надо совершить такую же работу, какая потребовалась бы для того, чтобы поднять это тело на высоту земного радиуса при условии, что сила притяжения оставалась бы. неизменной на всей этой высоте. Эта работа — 6 370 кгкм/кг — соответствует скорости около 11 км/сек., тепловому запасу энергии около 9 000 кал/кг, электрической энергии в 0,5 эв/нуклон in изменению массы на 5.10 ¹⁰ от (массы покоя.

По горизонтали графика отложены времена. Каждое деление по горизонтали, так же как и по вертикали, соответствует ' десятикратному изменению.

Всякая горизонтальная линия на графике соответствует постоянной величине удельного запаса энергии, всякая вертикальная — постоянной величине времени протекания процесса. Кроме того, йа графике нанесены пунктирные линии, которые идут снизу-слева, вверх-направо. Это линия равной удельной мощности (энергия в единицу 'времени, отнесенная к одному килограмму). Склад с (большим запасом энергии при медленном разряде 1дает {малую удельную мощность, и; наоборот, склад с >малым запасом, но с 'большой скоростью разряда может развить большую удельную мощность, правда на короткое время.

зз