Энергия есть главная причина, позволившая создать и удерживать в равновесии движение физических структур нашего Мироздания. Понятие “энергия” охватывает обширную область знаний. Мудрецы Древней Греции понимали это понятие как “действие”, а современный перевод с греческого говорит, что это “деятельность”. Наука считает, что энергия – это “Общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи. Она не возникает из ничего и не исчезает. Она может только переходить из одной формы в другую. Понятие “энергия” связывает воедино все явления природы” и т. д. Это определение многословно, разнопланово, не отражает действительность и требует переосмысления.

Энергия – не только одно из чаще всего обсуждаемых сегодня понятий; помимо своего основного физического (а в более широком смысле – естественнонаучного) содержания, оно имеет многочисленные экономические, технические, политические и иные аспекты. Человечеству нужна энергия, причем потребности в ней увеличиваются с каждым годом. Существует два пути получения дополнительной энергии: строгая экономия при расходовании энергоресурсов и использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии.

Поэтому энергохимия, водородная энергетика, космические электростанции, энергия, запечатанная в антивеществе, кварках, "черных дырах", вакууме, - это всего лишь наиболее яркие вехи, штрихи, отдельные черточки того сценария, который пишется на наших глазах и который можно назвать Завтрашним Днем Энергетики.

Целью данной работы станет описание энергии и ее преобразования.

Необходимо будет решить следующие задачи:

-       Дать определение энергии в общем и энергии человека;

-       Рассмотреть возможности преобразования различных состояний энергии.

1. Определение энергии

1.1. Общее понятие энергии

"Энергия - общая мера различных форм движения материи. Для количественной характеристики качественно различающихся форм движения и соответствующих им взаимодействий вводят различные виды энергии: механическую, внутреннюю, гравитационную, электромагнитную, ядерную и т.д…"[1]

Любая энергия, которой обладает некоторый объект, позволяет вызвать изменения другого объекта. Понятие энергии возникло именно по этой причине, по причине возможности переноса части свойств одного объекта на другой объект. Говоря по другому, понятие "энергия" определяет свойства объекта, но определяет их не сами по себе, а в аспекте возможности передачи этих свойств другому объекту. Говорить об энергии одного объекта, не подразумевая при этом присутствия где-то рядом другого объекта, попросту бессмысленно. Понятие "энергия" определяет свойства объектов, взаимодействующих друг с другом. Другой смысловой нагрузки у данного понятия нет и быть не может. Понятие энергии - относительно.

Если говорить об известных и широко употребляемых видах энергии, то каждая из них представляет собой какое-либо одно или несколько свойств объекта из их полной совокупности. Но каждое из свойств объекта, относительно данного здесь определения объекта, также представляет собой объект. Почему? Потому, что в определении объекта говорится, что объектом является материальная среда, выделенная из общего материального мира непосредственной или косвенной границей. Косвенную же границу можно провести по любому выбранному свойству или по их совокупности. Исходя из этого любой объект, обладающий множеством свойств, можно представить как систему взаимодействующих между собой объектов, или, - ошибки не будет, - систему взаимодействующих между собой энергий; поскольку любое свойство объекта находится в движении. Очевидно, что в связи с отсутствием свойств объекта, находящихся вне движения, весь объект в целом также можно представить в виде энергии. В существующих представлениях, основанных на человеческих ощущениях, объект выглядит объектом, а не энергией по той причине, что изменение (движение) части его свойств, относительно других наблюдаемых изменений, кажется незначительным (невидимым или неощущаемым). Но недвижимых свойств объекта нет.

«Энергия (от греч. energeia - действие, деятельность) - общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи».[2] Энергия не возникает из ничего и не исчезает, она может только переходить из одной формы в другую (закон сохранения энергии). Понятие энергии связывает воедино все явления природы.

В соответствии с различными формами движения материи рассматриваются разные виды энергии: механическую, внутреннюю, электромагнитную, химическую, ядерную и пр. Это деление до известной степени условно. Так химическая энергия складывается из кинетической энергии движения электронов и электрической энергии их взаимодействия друг с другом и с атомными ядрами. Внутренняя энергия равна сумме кинетической энергии хаотического движения молекул относительно центра масс тел и потенциальной энергии взаимодействия молекул друг с другом. Энергия системы однозначно зависит от параметров, характеризующих состояние системы. В случае непрерывной среды или поля вводятся понятия плотности энергии, то есть энергии в единице объема, и плотности потока энергии, равной произведению плотности энергии на скорость ее перемещения."

Далее: энергия звуковой волны, энергия ионизации, энергия покоя частицы, энергия связи, энергия электромагнитного поля. Научившись различать виды материи (макротела, атом, электрон и т.п.), формы ее движения (механическая, химическая, электрическая и т.п.) и виды взаимодействий (элементарные: ядерные, электромагнитные слабые, гравитационные и различные производные), естествоиспытатели и инженеры все чаще стали говорить: "механическая энергия", "электрическая энергия", "химическая энергия" и т.д. Так стихийно возникло понятие "виды энергии", которое и в наше время не имеет точного определения.

1.2. Понятие энергии человека

Теория относительности показала, что энергия тела E неразрывно связана с его массой m соотношением E = m*c^2. Любое тело обладает энергией; если масса покоящегося тела m0, то его энергия покоя E0=m0*c^2. Эта энергия может переходить в другие виды энергии, при превращениях частиц (в распадах, ядерных реакциях и т.п.). Так оказывается, что энергия есть источник массы и "понятие энергии связывает воедино все явления природы". Все очень просто - энергия вот суть вещей. Нужно наконец-то считать человека не вещественным объектом, а признать его энергией. А потом уже на энергетический каркас "оседает" вещество.[3]

Сегодня довольно распространено широко употребляемое понятие «психическая энергия». И это уже ни для кого не секрет, что большую часть сил организм черпает именно в виде трансформированной психической энергии. Условимся о значении понятия покоя. Около него наслоилось много неверных толкований. Люди привыкли считать покой бездействием, и таким путем он превращается в психическое расслабление. Самое разлагающее для психической энергии будет бездействие. Всякая духовная неподвижность будет утомлять, но не возрождать. Врачи предписывают отдых, успокоение, явление бездействия и полагают, что в мертвенном состоянии можно восстановить силы. Но те же врачи понимают, что упадок сил происходит от нарушения равновесия. Так покой есть ничто иное как равновесие. Но истинное равновесие есть равномерное напряжение энергии. Только таким путем можно возродить и укрепить силы. Не в том дело, что равновесие будет приобретаться в пустыне или в городе, - главное заключается в постоянном напряжении. Путь напряжения есть путь стремления, иначе говоря - путь жизни. Несовершенство врачей предостерегает от израсходования сил, но они расходуются при неравновесии. Наоборот, равновесие будет одной и лучшей панацеей. Одно можно иметь в виду, как средство помогающее, именно разумное пользование воздухом (дыхательная гимнастика), но и это условие не требует долгого времени.[4]

Второе понятие, требующее рассмотрения, - это понятие о запасе психической энергии. Первооткрыватель концепции стресса Ганс Селье считал, что человеку еще в момент рождения "придается" определенный запас жизненной энергии, и вся последующая жизнь проходит лишь в пределах расходования этого конечного запаса. Но сегодня современные ученые представляют принципиально иную точку зрения: "Называем психическую энергию неутомимой. Правда, организм человеческий может утомляться от напряжения энергии, но сама энергия будет неисчерпаема. Такое качество энергии показывает на космический источник. Не может энергия исчерпаться ни возрастом, ни болезнью. Она может замолкнуть, если не будет призываема к действию. Но какая вместимость должна быть в сознании человека, чтобы не утеснить размеры мощи, доверенной человеку?"[5]

Запасы энергии человека непрерывно пополняются из внешних источников - излучений живых растений, влияний поверхности и недр планеты, специфического энерговоздействия небесных тел.

Медики в своей практике очень часто сталкиваются с ситуациями проявления феноменов действия психической энергии - случаи самопроизвольного выздоровления, неожиданно мощная мобилизация сил в стрессовой ситуации, вдохновение, исцеляющее поэта, и тому подобное. Во всех подобных случаях люди, критически относящиеся к самому факту реального существования психической энергии, скептически бросают: "Все это - обычное самовнушение или просто внушение". Но кто выяснил наверняка - что такое самовнушение? Каковы подлинные, а не гипотетические механизмы передачи мысли внушающего на расстоянии? Что такое "открытия второго дыхания" - и при физических, и при экстремальных психологических нагрузках? И что это вообще такое - резервы человеческой психики, резервы организма человека?

Проявления психической энергии, если повнимательнее присмотреться к событиям реальной жизни, прямо-таки бросаются в глаза. Механизмов действия энергии одного человека на состояние другого пока не ведают даже те, кто практически использует этот эффект целительной психической энергии в своей повседневной лечебной практике.

2. Преобразование энергии

Неумолимые законы природы утверждают, что получить энергию, пригодную для использования, можно только за счет ее пре­образований из других форм. Вечные двигатели, якобы производя­щие энергию и ниоткуда ее не берущие, к сожалению, невозможны.

"Понятие "энергия" стало постепенно выделяться из многозначного понятия "сила", когда "движущая сила огня" начала использоваться в паровых машинах, где тепло от сжигаемого угля превращалось в механическую работу поршня, который перемещался под давлением пара. Незадолго до этого интенсивность движения тел оценивали "живой силой" - произведение массы тела m на квадрат скорости v его движения mv^2. Одним из первых в 1807 г. термин "энергия" применительно к живой силе стал использовать английский ученый Т.Юнг.[6] В 1829 г. француз Г.Кориолис уточняет выражение живой силы поделив его пополам - mv^2/2.[7] Позже энергию движущейся системы, например камня или газа, стали называть кинетической, а энергию системы, приведенной в "напряженное" состояние, которое позволяет получить движение, хотя такового пока и нет - камень поднят над землей, газ сжат в баллоне, - потенциальной.

То есть исторически понятие энергии не может быть причислено к первоначальным понятиям.

Согласно классической физике, энергия любой системы меняется непрерывно и может принимать любые значения. Квантовая теория утверждает, что энергия микрочастиц, движение которых происходит в ограниченном объеме пространства (напр., электронов в атоме), принимают дискретный ряд значений. Так, атомы испускают электромагнитную энергию в виде дискретных порций - световых квантов, или фотонов.

И здесь энергия есть функция от движения - то есть ее форма и характер есть функция отношений между атомами.

Энергия звуковой волны - добавочная энергия среды, обусловленная наличием звуковых волн. А здесь вообще открыто - энергия обусловлена наличием в среде звуковых волн, механических волн.

Энергия ионизации - минимальная энергия, необходимая для отрыва электрона (ионизации) от атома, иона или молекулы, находящихся в основном энергетическом состоянии.

А здесь энергия - так просто работа сил на отрыву электрона от атома.

Энергия покоя частицы - энергия частицы в системе отсчета, в которой она покоится: E0=m0*c^2, где m0 - масса покоя частицы.

Здесь, при правильной трактовке соотношения, энергия есть функция от массы.

Энергия связи - минимальная энергия, необходимая для разделения системы на составляющие ее части; определяется взаимодействием между частицами, входящими в систему. Для устойчивых систем энергия связи характеризуется прочностью системы: чем больше энергия связи, тем прочнее система.

Здесь опять же энергия - это есть работа необходимая для разделения на части, механического разделения.

Энергия электромагнитного поля - количественная характеристика электромагнитного взаимодействия. Величина энергии электромагнитного поля может быть установлена на основании измерений работы, производимой электромагнитным полем (силой Лоренца) над носителями электрических зарядов.

А здесь прямо пишется, что это работа.

Принцип наименьшего действия в той новой, по существу, форме, которая была дана ему Гамильтоном и Гельмгольцем, стал важнейшим законом физики, о котором говорил М.Планк (1858-1947) в своих лекциях по теоретической физике: "Все обратимые процессы, будь они по природе механического, электродинамического или термического характера, - все они подчинены одному и тому же принципу, дающему однозначный ответ на все вопросы, касающиеся этого процесса. Этот закон не есть принцип сохранения энергии, который хотя и приложим ко всем явлениям, но определяет их ход не однозначно: это - принцип более общий - принцип наименьшего действия"[8]

И еще одна мысль. Герц предложил свой принцип наипрямейшего пути, из которого получил дифференциальные уравнения прямейшего пути. Из этих уравнений получены уравнения Лагранжа первого и второго рода для свободной системы. То есть уравнения, которые можно получить из принципа наименьшего действия путем его расширения, у Герца эти же уравнения получаются при применении с уравнению прямейшего пути дополнительных ограничений. Кроме того, как писал Макс Планк принцип наименьшего действия позволяет получать описание для обратимых процессов. Но именно для обратимых процессов и справедлив закон сохранения энергии всегда.

Сегодня нам может казаться, что развитие и совершенствование человека происходило невообразимо медленно. Ему в буквальном смысле слова приходилось ждать милостей от природы. Он был практически беззащитен перед холодом, ему непрестанно угрожали дикие звери, его жизнь постоянно висела на волоске. Но постепенно человек развился настолько, что сумел найти оружие, которое в сочетании со способностью мыслить и творить окончательно возвысило его над всем живым окружением.

Шло время. И все же постепенно, мало-помалу они стали использовать силу прирученных животных, ветра и воды. По данным историков, первые тягловые животные была запряжены в плуг около 5000 лет назад. Упоминание о первом использовании водной энергии – запуске первой мельницы с колесом, приводимым в движение водяным потоком,– относится к началу нашего летосчисления. Однако потребовалась еще тысяча лет, прежде чем это изобретение получило распространение. А древнейшие из известных сегодня ветряных мельниц в Европа были построены в XI в.

На протяжении столетий степень использования новых источников энергии - домашних животных, ветра и воды – оставалась очень низкой. Главным же источником энергии, при помощи которой человек строил жилье, обрабатывал поля, «путешествовал», защищался и нападал, служила сила его собственных рук и ног. И так продолжалось примерно до середины нашего тысячелетия. Правда, уже в 1470 г. был спущен на воду первый большой четырехмачтовый корабль; около 1500 г. гениальный Леонардо да Винчи предложил не только весьма остроумную модель ткацкого станка, но и проект сооружения летающей машины. Ему же принадлежат многие другие, для того времени просто фантастические идеи и замыслы, осуществление которых должно было способствовать расширению знаний и производительных сил. Но подлинный перелом в технической мысли человечества наступил сравнительно недавно, немногим более трех столетий назад.

Одним из первых гигантов на пути научного прогресса человечества, несомненно, был Исаак Ньютон. Этот выдающийся английский естествоиспытатель всю свою долгую жизнь и незаурядный талант посвятил пауке: физике, астрономии и математике. Он сформулировал основные законы классической механики, разработал теорию тяготения, заложил основы гидродинамики и акустики, в значительной мере способствовал развитию оптики, вместе с Лейбницем создал начала теории исчисления бесконечно малых и теории симметричных функций. Физику XVIII и XIX столетий по праву называют ньютоновской. Труды Исаака Ньютона во многом помогли умножить силу человеческих мускулов и творческие возможности человеческого мозга.

Вслед за кембриджскими исследованиями Ньютона в Лондоне в 1633 г. выходит книга «Сто примеров изобретений». Ее автором был мало кому известный сегодня лорд Эдвард Сомерсет (маркиз Вустер). Один из примеров, приведенных в этой книге под номером 68, настолько напоминает водяной насос с паровым приводом, что многие специалисты приписывают Сомерсету честь изобретения паровой машины.

Промышленная революция – так мы часто называем эту эпоху великих открытий – существенно изменила течение жизни на нашей планете.[9] Одним из ее последствий было окончательное падение феодализма, который уже не мог приспособиться к развитию новых производительных сил, и упрочение капиталистических производственных отношений. Джеймс Уатт изобрел паровую машину, которая раскрутила колесо истории до небывалых прежде оборотов.

Паровую машину низкого давления Уатта совершенствовали многие мастера и инженеры. Среди них следует выделить американца Оливера Эванса. Преодолев многие препятствия, этот талантливый механик, полный энтузиазма и смелых идей, в 1801 г, приступил к сооружению малой паровой машины, в которой давление пара в десять раз превышало атмосферное. Уже первые две машины получились необычайно удачными, и в 1802 г. Эванс открыл в Филадельфии первый завод паровых машин высокого давления. Он поставил заказчикам до 50 машин мощностью от 7,4 до 29,4 кВт (10–40 л. с.).

В 1807 г. американский изобретатель Роберт Фултон сконструировал первый пароход «Клермонт», который совершал регулярные рейсы по реке Гудзон между Нью-Йорком и Олбани. Успех «Клермонта» оказался настолько убедительным, что в 1819 г. в США был спущен на воду морской пароход.

Английский техник Джордж Стефенсон в 1823 г. основал завод по изготовлению подвижного состава для общественного транспорта, и в 1825 г.– через шесть лет после смерти Уатта – на трассе Стоктон – Дарлингтон начала действовать первая железная дорога.

В наши дни паровую машину скоро можно будет увидеть только в технических музеях, но и там мы будем смотреть на нее с уважением.

Итальянский физик Алессандро Вольта родился в 1745 г. Он продолжил эксперименты своего земляка Луиджи Гальвани и прославился изобретением электрической батареи (1800). В его честь мы называем основную единицу электрического напряжения вольтом. (В). Вольтову батарею – так называемый элемент – составляли два разных проводника электрического тока (электроды), погруженные в жидкость (электролит), через которую протекал электрический ток. В качестве электродов Вольта использовал медь и цинк, а электролитом служила соленая вода. Долгим и трудным был путь от этого первого источника постоянного тока до современной электрификации большей части нашей планеты. Остановимся на некоторых знаменательных событиях из истории электричества.

Первым убедительным доказательством полезности вольтова элемента было изобретение электрического телеграфа, которое чаще всего приписывают немецкому врачу и натуралисту Самуэлю Земмерингу (1809). Через два года английскому физику и химику Гемфри Дэви удалось получить между двумя угольными электродами электрическую дугу – светящуюся струю электрически заряженных частиц необычайно высокой температуры. Дэви был автором и ряда других открытий в зарождающейся области науки–электрохимии, изучающей связь между электрическими и химическими процессами и явлениями.

Затем последовало множество открытий, связанных с магнитными свойствами электрического тока. Французский физик Андре Ампер стал основоположником новой науки – учения об электромагнетизме. Отсюда оставался один шаг до создания электродвигателя, Этот решающий шаг помогли сделать великий английский физик и химик, бывший ученик переплетчика Майкл Фарадей, немецкий физик, живший и работавший в России, Герман Якоби и многие другие известные и неизвестные механики, физики и химики. Первые электродвигатели работали от усовершенствованных вольтовых элементов. Они обладали малой мощностью и постепенно были вытеснены двигателями переменного тока. Для этого потребовалось  создать новые источники такого тока – генераторы, а затем турбины, чтобы приводить их в движение.

Путь к всеобщей электрификации проходил через множество крупных и мелких открытий и изобретений. Но это был логичный и целенаправленный путь. Электрическую энергию легко можно передавать на большие расстояния и непосредственно использовать для самых разнообразных целей. Все прежние машины и механизмы требовали «топлива», т. е. источника энергии, непосредственно на месте: паровая машина не в состоянии работать без достаточного количества топлива, ветряная мельница – без ветра, водяная мельница – без потока воды. А электрический двигатель работает и за сотни километров от источника потребляемой им энергии.

Заключение

Целью данной работы являлось описание энергии и ее преобразования.

Решены были следующие задачи:

-       Дано определение энергии в общем и энергии человека;

-       Рассмотрены возможности преобразования различных состояний энергии.

Неоспорима роль энергии в поддержании и дальней­шем развитии цивилизации. В современном обществе трудно найти хотя бы одну область человеческой дея­тельности, которая не требовала бы – прямо или кос­венно – больше энергии, чем ее могут дать мускулы человека.

Потребление энергии – важный показатель жизнен­ного уровня. В те времена, когда человек добывал пи­щу, собирая лесные плоды и охотясь на животных, ему требовалось в сутки около 8 МДж энергии. После овла­дения огнем эта величина возросла до 16 МДж: в при­митивном сельскохозяйственном обществе она составля­ла 50 МДж, а в более развитом – 100 МДж.

За время существования нашей цивилизации много раз происходила смена традиционных источников энергии на новые, более совершенные. И не потому, что старый источник был исчерпан. Сегодня нужен новый лидер энергетики. Им, несомненно, станут ядерные источники. Запасы урана, если, скажем, сравнивать их с запасами угля, вроде бы не столь уж и велики. Но зато на единицу веса он содержит в себе энергии в миллионы раз больше, чем уголь.  Сейчас начинается новый, значительный этап земной энергетики. Появилась энергетика "щадящая". Построенная так, чтобы человек не рубил сук, на котором он сидит. Заботился об охране уже сильно поврежденной биосферы. Яркий пример тому - быстрый старт электрохимической энергетики, которую позднее, видимо, дополнит энергетика солнечная. Энергетика очень быстро аккумулирует, ассимилирует, вбирает в себя все самые новейшие идей, изобретения, достижения науки. Это и понятно: энергетика связана буквально со Всем, и Все тянется к энергетике, зависит от нее.

Список литературы

1.                Аугуста Голдин. Океаны энергии. – Пер. с англ. – М.: Знание, 2002.

2.                Баланчевадзе В. И., Барановский А. И. и др.; Под ред. А. Ф. Дьякова. Энергетика сегодня и завтра. – М.: Энергоатомиздат, 2001.

3.                Более чем достаточно. Оптимистический взгляд на будущее энергетики мира/ Под ред. Р. Кларка: Пер. с англ. – М.: БЭК, 1999.

4.                Бурдаков В.П.. Электроэнергия из космоса. – М.: Андромит, 1998.

5.                Вершинский Н. В. Энергия океана. – М.: Наука, 2003.

6.                Гуревич Ю. Холодное горение. – СПб.: Питер, 2004.

7.                Ивасько П. Р. Источники энергии. Факты, проблемы, решения. – М.: Наука и техника, 2000.

[1] Ивасько П. Р. Источники энергии. Факты, проблемы, решения. – М.: Наука и техника, 2000. – с. 94.

[2] Гуревич Ю. Холодное горение. – СПб.: Питер, 2004. – с. 133.

[3] Аугуста Голдин. Океаны энергии. – Пер. с англ. – М.: Знание, 2002. – с. 201.

[4] Бурдаков В.П.. Электроэнергия из космоса. – М.: Андромит, 1998. – с. 71.

[5] Ивасько П. Р. Источники энергии. Факты, проблемы, решения. – М.: Наука и техника, 2000. – с. 199.

[6] Более чем достаточно. Оптимистический взгляд на будущее энергетики мира/ Под ред. Р. Кларка: Пер. с англ. – М.: БЭК, 1999. – с. 164.

[7] Там же. – с. 165.

[8] Аугуста Голдин. Океаны энергии. – Пер. с англ. – М.: Знание, 2002. – с. 266.

[9]Ивасько П. Р. Источники энергии. Факты, проблемы, решения. – М.: Наука и техника, 2000. – с. 289.