Energia – história

Energia – história 

História

Slovo energia je nerozlučne spojené s predstavou pohybu. Na základe fyzikálnych a astronomických výskumov bol vesmír na začiatku, asi pred 15miliardami rokov veľká hustá hmota  s obrovskou teplotou a energiou. V okamihu Veľkého tresku sa vesmír začal rozťahovať, priestor sa zaplnil žiarením, potom časticami, atómmi a nakoniec sa vytvorili galaxie, hviezdy a planéty. Naša Zem má veľkú zásobu energie. Je to hlavne energia jej mechanického pohybu.

Zem sa otáča okolo svojej osi raz za 24hodín a tomu zodpovedá pohybová energia asi  J. Zem sa súčasne pohybuje okolo Slnka(translačná energia) ale táto energia sa nedá využiť. Každých 100m smerom do stredu Zeme narastá teplota asi o 3stupne Celzia. Táto geotermálna energia sa prejavuje zemetraseniami alebo ako vyvierajúce horúce pramene. Zem nemá tvar gule, je trochu sploštená a tiež, nieje úplne nezdeformovateľná. Na Zem pôsobia svojimi silami hlavne Slnko a Mesiac, ktorý na Zemi spôsobuje slapové javy – príliv, odliv a slabší pohyb zemskej kôry. Slapová energia je obrovská a pokúšame sa ju využiť v prílivových elektrárňach. Pre život na Zemi je však najdôležitejšia slnečná energia.

Pri prechode zemskou atmosférou sa slnečné žiarenie oslabuje, niektoré zložky viac, niektoré menej. Asi 31% slnečného žiarenia sa odráža späť do vesmíru, 17% je atmosférou pohltených, 4% sa odrazia od zemského povrchu, 33% pohltia oceány, 14% pevniny. Iba 0,1% prijímajú rastliny pri fotosyntéze, a tak dávajú základ pre život. Samozrejme, aj ostatné živé organizmy, aj ľudia žijú vďaka tomuto zlomku slnečného žiarenia. Táto časť slnečného žiarenia dodáva silu našim svalom a oživuje náš mozog. V dávnych dobách sa táto energia chemicky viazala v pravekých rastlinách a organických látkach a zostala uchovaná v podobe fosílnych palív - uhlie, ropa a zemný plyn. Tieto zdroje sú však vyčerpateľné – neobnoviteľné.

Všetka slnečná energia, ktorá sa dostane na Zem sa nakoniec zmení na teplo a vyžiari späť do vesmíru. Energia pohltená zemským povrchom zohrieva  priľahlé vrstvy atmosféry a uvádza ich do pohybu. Mení sa v energiu vetra, tornád, ale aj v energiu morského vlnenia a prúdov. Časť kolujúcej vody je viazaná v podobe snehu a ľadu, ktorého množstvo závisí na otepľovaní našej planéty. Využitím spádu vytvoreného na tokoch čerpáme vodnú energiu. Vyžarovanie zahriateho zemského povrchu má podobu infračerveného žiarenia.

To je pohlcované niektorými súčasťami zemskej atmosféry, najmä oxidom uhličitým, metánom a ďalšími plynmi a prispieva tak k rastu priemernej teploty ovzdušia. Je to takzvaný skleníkový jav ku ktorému prispieva aj ľudská činnosť, predovšetkým spaľovanie fosílnych palív, ako je uhlie alebo ropa. Dlhodobé dôsledky skleníkového javu môžeme vidieť na Venuši, kde teplota dosahuje až 470stupňov Celzia. Prvý človek na Zemi  - Homo habilis mal spotrebu asi 3GJ na rok. Situácia sa veľmi zmenila, keď začal človek používať oheň.

Stalo sa to rodu Homo erectus, ktorý pravdepodobne najprv oheň získal náhodne (po údere blesku), udržoval ho a až neskôr sa ho naučil vyrábať. Vynález ohňa zvýšil ročnú spotrebu na 6GJ. Vznik hospodárskej činnosti a využívanie sily ťažných zvierat v dobe pred 10000 rokmi zdvihlo spotrebu na 20-30GJ na človeka. V antike a stredoveku ľudia využívali energiu vodných tokov a vetra. Na prelome 18.teho a 19.teho storočia bol vynájdený parný stroja dochádza k priemyselnej revolúcie, ktorá zvýšila spotrebu na 100GJ na človeka za rok. V dnešnej dobe fosílnych palív a jadrovej energie je spotreba na jedného človeka veľmi nerovnomerná. V Amerike to je 350GJ na človeka, zatiaľ čo v Afrike je to len 20GJ.

Spotreba energie nemôže rásť neobmedzene. Keby sme napríklad zvýšili produkciu energie 10x  začali by sme narušovať prírodnú energetickú bilanciu Zeme. Ľudia oddávna pozorovali v prírode neustály pohyb. Fylozofici starých Egypťanov, Indov a Číňanov predpokladali, že v prírode pôsobí nejaká sila, ktorá to všetko uvádza do pohybu a udržuje v ňom. Pozorovanie neustáleho pohybu Slnka, Mesiaca a planét na oblohe spolu s otáčajúcou sa hviezdnou oblohou ľuďom čoraz viac pripomínalo stroj, ktorý akonáhle bol uvedený do pohybu, zostane v ňom. To ľudí priviedlo na myšlienku zostrojiť zariadenie, ktoré by sa večne pohybovalo bez ďalších zásahov a uľahčilo by človeku prácu. Také zariadenie dostalo názov Perpetuum mobile – večný samohyb.

Prvý nákres takéhoto stroja vymyslel indický matematik a astronóm Bhaskara, ktorý žil v 12.storočí. Malo ísť o koleso upevnené na vodorovnom hriadeli, ktoré na obvode nieslo trubičky naplnené ortuťou. Tie sa mali preklápať takže ortuť v nich pretekala z jedného konca na druhý. V tej časti kolesa, kde váha ortuti pôsobila ďalej od osy malo byť koleso roztáčané väčšou silou a tak udržované v pohybe. Prvé perpetuum mobile v Európe postavil francúzsky architekt Villard de Honnecourt v roku 1245. Predpokladal, je sedem kladív výkyvne pripevnených ku kolesu rozloží svoju hmotnosť tak, aby na jednej strane vždy bola prevaha hmotnosti, ktorá by koleso otáčala a to by poháňalo mlyn.

Podobný princíp použil aj Leonardo da Vinci, len namiesto kladív použil guličky, ktoré sa pohybovali v zakrivených kanálikoch vnútri kolesa.  Perpetuum mobile Jacopa Stradyho z roku 1580 malo poháňať brús a tiež špirálovité čerpadlo, ktoré využitú vodu malo vracať späť do hornej nádrže. Snahu zostrojiť stroj, ktorý by sa večne pohyboval vynaložilo veľa vynálezcov, ale ani jeden zo perpetuum mobile nefungoval. Nemožnosť zostrojiť perpetuum mobile vyplýva zo zákona o zachovaní energie. Každý pohyb sprevádza trenie a odpor, čo spôsobuje, že mechanická pohybová energia sa mení na tepelnú. Keby takýto stroj mal ešte konať prácu, zdvíhal bremená alebo poháňal vozidlá, menila by sa pohybová energia na polohovú energiu závažia a stroj by sa skôr či neskôr zastavil.

Aj keď fyzikova ešte zákon zachovania energie nepoznali, už v 16. a 17.tom storočí si uvedomili, že zostrojiť perpetuum mobile je nemožné. Jeden zprvých bol Simon Stevin, ktorý analyzoval činnosť perpetua mobile tvoreného uzavretým reťazcom ťažkých gulí, ktorého horná časť leží na dvoch nerovnako naklonených rovinách. Zatiaľ čo na ďalšom úseku menej naklonenej roviny leží viac gulí, na kratšom a strmšom úseku roviny menej gulí. Zdalo by sa, že prevaha gulí na dlhšom úseku by mala uviesť reťaz do večného pohybu. Stevin však ukázal, že sily pôsobiace na gule sú vyvážené a pohyb nemôže nastať.

Podal tak prvé vedecké vysvetlenie prečo perpetuum mobile nefungovalo. Zatiaľ čo na ďalšom úseku menej naklonenej roviny leží viac gulí, na kratšom a strmšom úseku roviny menej gulí. Zdalo by sa, že prevaha gulí na dlhšom úseku by mala uviesť reťaz do večného pohybu. Stevin však ukázal, že sily pôsobiace na gule sú vyvážené a pohyb nemôže nastať. Podal tak prvé vedecké vysvetlenie prečo perpetuum mobile nefungovalo. Napriek tomu až v roku 1775 Francúzska akadémia vied ako prvá na svete rozhodla, že nebude prijímať žiadosti o patenty na akékoľvek perpetuum mobile.

V zemskom ovzduší a povrchových vodách riek a oceánov je nahromadené obrovské množstvo tepelnej energie. Niektorí vynálezci sa preto pokúšali zákon zachovania energie obísť a vytvoriť stroj, ktorý by tepelnú energiu odoberal a menil ju v pohybovú energiu. Takéto zariadenie sa nazýva Perpetuum mobile druhého druhu. Nie je síce v rozpore so zákonom zachovania energie ale aj tak sa nemôže pohybovať večne. Práca sa totižto nedá konať len tým, že by sme odoberali teplo z okolia. Nádeje, že by sme niekedy mohli zostrojiť večne pohybujúci sa stroj sú teda márne. 

DRUHY ENERGIE

Existuje veľa druhov energie. Energiu získavame napríklad z elektrární – tepelných, atómových, veterných, vodných alebo z fosílnych palív. Energiou by sme mali šetriť. Medzi hlavné dôvody šetrenia energiou patrí najmä vyčerpateľnosť väčšiny prírodných zdrojov, nedostatočné využívanie netradičných zdrojov energie (slnka, vetra, geotermálnych prameňov, vody), nepriaznivé vplyvy na životné prostredie a človeka (dym, kyslé dažde, globálne otepľovanie, úbytok lesa, úhyn vzácnych živočíchov a rastlinných druhov...). Podiel na svetovej spotrebe v %:
- USA 24,6 - SNŠ 16,8 - Čína 8,4 - Japonsko 5,4 - Nemecko 4,3 - Stredná Európa 4,2 - Kanada 3 - Francúzsko 2,6