Энергия, получаемая из окружающей среды; ветряная мельница и солнечный двигатель; движущая энергия земной теплоты; электричество от природных источников

 

Кроме горючих веществ мы могли бы со временем использовать другие имеющиеся в изобилии источники энергии. Необъятное количество энергии заключается, например, в известняке, и механизмы могут приводиться в действие благодаря выделению углекислоты под воздействием серной кислоты или другим способом. Когда-то я построил такой двигатель, и он работал удовлетворительно.

Но какими бы ни были наши источники первичной энергии в будущем, мы должны, действуя целесообразно, добывать ее с минимальными затратами. Я давно пришел к этому выводу, и для достижения этого результата виделись, как упоминалось выше, только два возможных пути: или обратиться к использованию энергии Солнца, накопившейся в окружающей среде, или передавать энергию Солнца через среду на большие расстояния из того пункта, где ее можно получить даром. В то время я сразу же отверг второй способ как совершенно неосуществимый и обратился к исследованию возможностей первого.

Трудно поверить, но тем не менее это факт: с незапамятных времен человек имел в своем распоряжении весьма надежный механизм, который дал ему возможность использовать энергию окружающей среды. Этим механизмом является ветряная мельница. Вопреки распространенному мнению, от ветра может быть получена значительная энергия. Многие введенные в заблуждение изобретатели потратили годы жизни в попытках обуздать приливы, а некоторые предлагали даже сжимать воздух с помощью их энергии, или волн, совершенно не понимая знаков, подаваемых ветряной мельницей на холме, когда она, полная печали, размахивала своими крылами и предлагала им остановиться. Дело в том, что мотор, работающий на энергии волны или прилива, как правило, едва ли имеет шансы на выгодное соперничество с ветряной мельницей, которая представляет гораздо лучший механизм, позволяющий получать значительное количество энергии простым способом. Значение энергии ветра для человека былых времен трудно переоценить, хотя бы потому, что она позволила ему пересекать моря и даже сейчас является важным фактором в осуществлении пассажирских и грузовых перевозок. Но этот идеально простой метод использования солнечной энергии обладает существенными ограничениями. Механизмы имеют большие размеры на единицу мощности, и выработка энергии носит прерывистый характер, что неизбежно влечет за собой аккумулирование энергии и удорожание агрегата.

Однако для получения энергии гораздо лучше было бы воспользоваться солнечными лучами, которые, непрерывно падая на землю, снабжают ее энергией с максимальной величиной более четырех миллионов лошадиных сил на квадратную милю. Хотя в среднем энергия, получаемая с одной квадратной мили в какой-либо местности за год, составляет лишь малую долю этого количества, всё же эффективное применение этого открытия могло бы дать неисчерпаемый источник энергии. Единственным рациональным способом, известным мне, когда я приступил к изучению этого предмета, стало использование какого-либо теплового или термодинамического двигателя, работающего на жидкости, которая выпаривается в котле под воздействием тепла лучей. Но более глубокое изучение этого метода и расчеты показали, что, несмотря на огромное количество энергии, поступающее с солнечными лучами, этим способом можно получить только ее небольшую часть. К тому же солнечное излучение обладает определенной периодичностью, и я убедился в существовании тех же ограничений, что выявились в работе ветряных мельниц. После долгого изучения способов получения энергии Солнца, учитывая неизбежность котла большого объема, низкую эффективность теплового двигателя, дополнительные расходы на аккумулирование энергии и другие недостатки, я пришел к заключению, что, за исключением немногих случаев, успешная промышленная эксплуатация «солнечного двигателя» невозможна.

Другой способ получения движущей энергии из окружающей среды без расходования какого-либо вещества мог бы состоять в использовании тепла, которое содержится в земле, воде или воздухе, для запуска и дальнейшей работы двигателя. Хорошо известно, что внутренние слои земного шара очень горячие: как показывают измерения, температура по мере приближения к центру возрастает примерно на 1 °C на каждую сотню футов глубины. Трудности углубления шахтного ствола и помещения котлов на глубину, скажем, двенадцати тысяч футов, соответствующую увеличению температуры до 120 °C, не являются непреодолимыми, и, таким образом, мы несомненно могли бы пользоваться внутренним теплом земного шара. В действительности же нет вообще необходимости углубляться, чтобы получать энергию от накопившегося тепла Земли. Поверхностные слои Земли и находящиеся рядом с ними слои воздуха имеют температуру, достаточно высокую, чтобы испарять определенные чрезвычайно летучие вещества, которые мы могли бы использовать в наших котлах вместо воды. Нет сомнений, что с помощью двигателя, работающего на такой летучей жидкости, можно было бы приводить в движение судно в океане, не используя никакой иной энергии, кроме тепла, взятого у воды. Но количество энергии, которое возможно получать в этом случае, оказалось бы, без соблюдения дополнительных условий, очень небольшим. Электричество, образующееся естественным путем, является еще одним источником энергии, который может стать доступным. В разрядах молнии содержится огромное количество электрической энергии, которую мы могли бы использовать путем ее преобразования и аккумуляции. Несколько лет тому назад я опубликовал описание метода преобразования электричества, который представляет первую часть задачи по аккумулированию энергии разряда молнии, хотя осуществить это будет трудно. Кроме того, известно, что электрические токи постоянно циркулируют сквозь землю, и между землей и каким-либо воздушным слоем существует разность электрических напряжений, которая изменяется пропорционально высоте.

В ходе недавних экспериментов я, в этой связи, открыл два новых важных явления. Одно из них состоит в том, что в проводе, один конец которого заземлен, а другой уходит высоко вверх, возникает ток, что происходит либо благодаря вращению Земли вокруг своей оси, или благодаря ее поступательному движению. Однако еще нет уверенности в том, что ток станет постоянно проходить по проводу до тех пор, пока электричеству не будет создана возможность просачиваться в воздух. Его истекание в большой степени облегчится, если поднятый конец провода подсоединить к терминалу с большой поверхностью и множеством острых граней и шипов. Так мы сможем получать постоянный приток электрической энергии, просто удерживая провод на высоте, но, к сожалению, количество электричества, которое может быть получено таким способом, мало.

Второе явление, установленное мной, заключалось в том, что верхние слои воздуха имеют постоянные электрические заряды, противоположные заряду Земли. Так, по крайней мере, я интерпретировал свои наблюдения, из которых следует, что Земля с ее внутренней изолирующей и верхней проводящей оболочками образует сильно заряженный электрический конденсатор, содержащий, по всей вероятности, огромное количество электрической энергии, которую можно обратить на пользу человеку, если иметь возможность поднять терминал на большую высоту.

Возможно, и даже вероятно, что со временем будут открыты другие источники энергии, о которых мы сейчас ничего не знаем. Может быть, для обеспечения энергией механизмов, мы даже найдем способы применения таких сил, как магнетизм или гравитация. Хотя реализация подобных проектов — дело невероятное, отрицать такую возможность нельзя. Один пример наилучшим образом выразит идею того, на достижение чего мы можем надеяться и чего мы никогда не достигнем. Представьте себе диск из какого-либо однородного материала, обработанный с максимальной точностью и смонтированный таким образом, чтобы он вращался над Землей на горизонтальном валу в подшипниках качения. Абсолютно точно сбалансированный благодаря такому монтажу, он будет находиться в состоянии покоя в любом месте. Предположим, мы изыщем способ, как заставить этот диск непрерывно вращаться и совершать работу под действием силы тяжести без каких-либо дополнительных усилий с нашей стороны. Но без воздействия внешней силы диск никогда не сможет вращаться и совершать работу. Если бы это случилось, он стал бы тем, что на научном языке называется perpetuum mobile — механизмом, создающим свою собственную движущую энергию. Чтобы заставить диск вращаться под действием силы тяжести, нам нужно лишь изобрести экран, отражающий эту силу. С помощью такого экрана мы могли бы не допускать воздействия этой силы на одну половину диска, что привело бы к вращению последнего. По крайней мере, нельзя отрицать данную возможность, пока не будем знать досконально природу гравитации. Допустим, эта сила обязана производить движение, подобно потоку воздуха, нисходящего с высоты к центру Земли. Воздействие такого потока на обе половины диска окажется одинаковым, и последний в таком положении не будет вращаться, но если одну половину оградить пластиной, задерживающей движение потока, диск начнет вращаться.

 

Отход от известных методов; возможность создания «самодействующего» двигателя или механизма, неодушевлённого, тем не менее способного, подобно живому существу, извлекать энергию из среды; идеальный способ получения движущей энергии

 

В процессе исследования различных способов использования энергии среды мне впервые явились предварительные наброски идеи, и хотя я не был знаком с рядом упомянутых явлений, стало очевидным, что для успешного их решения необходим радикальный отход от уже известных способов. Ветряная мельница, солнечный двигатель, двигатель, работающий на теплоте Земли, ограничены количеством вырабатываемой энергии. Необходимо открыть новый способ, который бы давал возможность получать больше энергии. В окружающей среде достаточно тепловой энергии, но только небольшая часть ее использовалась для приведения в действие двигателя известными тогда способами. Очевидно, что проблема нуждалась в открытии нового метода, который позволил бы использовать больше тепловой энергии среды и извлекать ее с большей скоростью.

 

Ил. 12. Схема извлечения энергии из окружающей среды.

А — среда с малым количеством энергии, ВВ — среда с большим количеством энергии, О — путь энергии, Т — ограждение

 

Я тщетно пытался мысленно представить, как это можно осуществить, когда прочитал высказывания Карно и лорда Кельвина (тогда сэра Уильяма Томсона), где говорилось, что «самодействующая» машина, лишенная помощи внешних воздействий, не может охладить часть среды так, чтобы ее температура была ниже температуры окружения, и работать на извлеченной теплоте. Эти заявления возбудили мой интерес. Очевидно, именно этот процесс может осуществить человек, а так как опыт моей юности, о котором рассказывал, убедил меня, что человек есть лишь автомат, или, другими словами, «самодействующая» машина, я пришел к выводу, что можно построить машину, которая выполнит то, о чем говорилось выше. В качестве первого шага на пути осуществления представьте себе следующее устройство: термоэлемент, состоящий из ряда металлических полос, которые идут от Земли вверх в околоземное пространство за пределы атмосферы. Теплота, передающаяся снизу вверх по этим металлическим полосам, будет охлаждать землю, или море, или воздух в зависимости от расположения нижних частей полос, а в результате, как известно, возникнет электрический ток, который будет проходить по этим полосам. Тогда к двум клеммам этого термоэлемента возможно присоединить электрический мотор, и теоретически этот мотор станет непрерывно работать до тех пор, пока среда внизу не охладится до температуры межпланетного пространства. Это будет неодушевленная машина, которой, со всей очевидностью, предстоит охлаждать часть среды до температуры более низкой, чем ее окружение, и работать на извлеченной теплоте.

А нет ли возможности создать подобные условия без подъема на высоту? Чтобы было понятно, представьте себе своего рода ограждение Т, как показано на схеме (Ил. 12), энергия не может проходить сквозь него, а только по каналу О, и в этом закрытом пространстве тем или иным способом сохраняется среда с низкой энергетикой, а с внешней стороны вышеупомянутого ограждения обычная окружающая среда имеет высокую энергетику. При соблюдении таких условий энергия пойдет по проводящему пути О, как указывает стрелка, и тогда в процессе прохождения ее можно будет превращать в нужную форму энергии. Вопрос стоял таким образом: можно ли создать такие условия? Можем ли мы создать такой искусственный «сток», чтобы туда устремлялась энергия окружающей среды? Предположим, что в данном пространстве с помощью какого-либо процесса возможно поддерживать чрезвычайно низкую температуру; тогда окружающая среда будет вынуждена отдавать тепло, которое можно превращать в механическую или иную форму энергии и использовать последнюю. Осуществив такой план, мы сможем получать постоянный приток энергии в любой точке земного шара днем и ночью. Более того, рассуждая теоретически, представляется возможным вызвать быструю циркуляцию энергии в среде и извлекать ее таким образом с очень большой скоростью.

Итак, такова была идея, которая, в случае осуществления, позволяла удачно решить проблему получения энергии из окружающей среды. Но была ли она реальной? Я убедился, что это так, и для этого есть несколько способов, один из которых состоит в следующем. Что касается теплоты, пусть она будет на большой высоте, которую можно представить как поверхность горного озера, находящегося намного выше уровня моря, температура которого будет обозначать абсолютный нуль, существующий в межзвездном пространстве. Пусть теплота, подобно воде, стекает сверху вниз, и, следовательно, как мы можем открыть путь воде из озера к морю, так же мы можем направить теплоту с поверхности Земли в более высокие холодные слои. Теплота, подобно воде, может совершать работу, проходя сверху вниз, и если бы мы сомневались в возможности извлечения энергии из среды посредством термоэлемента, как описано выше, эта аналогия рассеяла бы все сомнения. Но можем ли мы создать холод в определенной части пространства и заставить теплоту постоянно вливаться туда? Создать такой «сток» или, если можно так выразиться, «холодную дыру» в среде было бы эквивалентно созданию в озере пространства — или пустого, или заполненного чем-либо намного более легким, чем вода. Мы могли бы сделать это, поместив в озеро резервуар и откачав из него всю воду. В таком случае вода, как мы знаем, вливаясь обратно в резервуар, будет способна теоретически совершать ровно столько работы, сколько было затрачено на откачивание, но не больше. Следовательно, нет никакой выгоды в этой двойной операции первоначального откачивания воды и последующего вливания ее обратно. Это будет означать, что создать такой сток в среде невозможно. Но давайте порассуждаем. Теплота, хотя и подчиняется определенным общим законам механики, подобно жидкости, отличается от нее; это — энергия, которая может быть преобразована в другие формы энергии, когда она проходит путь от верхнего уровня до нижнего. Чтобы провести полную и точную аналогию с механикой, мы должны, следовательно, допустить, что вода, втекая в резервуар, превращается в нечто другое, что может быть выделено из нее без энергетических затрат или с небольшим расходом энергии. Например, если теплота в этом случае представлена озерной водой, кислород и водород, из которых состоит вода, могут означать другие формы энергии, в которые превращается теплота, проходя путь от горячего к холодному. Если бы процесс преобразования теплоты был абсолютно совершенным, до нижнего уровня вообще не дошло бы нисколько теплоты, поскольку вся она превратилась бы в другие формы энергии. По аналогии с этим идеальным процессом вся вода, втекающая в резервуар, распадалась бы на кислород и водород, не достигая дна, и результат был бы таков, что вода постоянно втекала бы, и резервуар оставался бы совершенно пустым, а образующиеся газы улетучивались. Таким образом, затратив первоначально определенное количество работы на образование стока теплоты или, соответственно, стока воды, мы смогли бы создать условие, которое позволило бы нам получать любое количество энергии без дополнительных усилий. Это был бы идеальный способ получения движущей энергии. Но нам не известен такой абсолютно совершенный процесс преобразования энергии, и, следовательно, некоторое количество теплоты всё-таки достигнет нижнего уровня, в нашей механической аналогии это означает: некоторое количество воды выльется на дно резервуара, и произойдет постепенное и медленное наполнение последнего, что сделает необходимым ее постоянное откачивание. Но очевидно — откачиваться будет меньше, чем втекать, или, иными словами, для сохранения первоначального условия понадобится меньше энергии, чем ее вырабатывается при сливе, и, надо сказать, некоторое количество энергии будет извлечено из среды. То, что не преобразовывалось на пути сверху вниз, может вернуть себя наверх своей же энергией, а то, что преобразовалось, есть чистая прибыль. Таким образом, действие открытого мной закона полностью основывается на преобразовании энергии в процессе ее прохождения сверху вниз.