Хронология событий эпохи химической теплоэнергетики

Тысячелетиями люди пользовались тем, что теперь называется «энергия», не задумываясь над сущностью происходящего или сводя все к действию сверхъестественных сил. В течение этого периода такие понятия, как энергия, работа, импульс, количество движения, собственно сила и другие, обозначались чаще всего одним термином «сила». Источники всех этих сил рассматривались, как правило, в рамках соответствующих религиозных представлений.

Так было даже тогда, когда человек научился использовать энергию ветра и движущейся в реках воды.

Появились реальные тепловые двигатели в виде паровых машин и другие изобретения. Изложим краткую хронологию событий тех лет.

Папен (Papin) Дени (1647-1714), французский физик, один из изобретателей теплового двигателя. С 1675 г. работал в Лондоне (в 1688-1707 в Германии). Изобрел паровой котел с предохранительным клапаном (1680), несколько машин для подъема воды. В 1690 г. правильно описал замкнутый термодинамический цикл паро-атмосферного парового двигателя, но создать работоспособный двигатель не смог.

Ползунов Иван Иванович, сын солдата Екатеринбургской горной роты, родился в 1728 г. (по другим источникам — в 1730 г.). Его по праву называют первым российским теплотехником.

В первой половине XVIII в. в России, так же как и в других странах, широко применялся универсальный двигатель — водяное колесо.

На протяжении долгих лет, до появления теплового двигателя, именно водяное колесо использовалось для привода механизмов, позволяющих преобразовывать вращательное движение в возвратно-поступательное и наоборот, связывать два периодически действующих агрегата для непрерывной их работы.

Но постепенно становилось все более очевидным, что растущее производство в России нуждается в более мощном двигателе, не зависящем от местных условий: водяное колесо, как известно, работает только при наличии расхода воды и перепада высот. Это хорошо понимали передовые люди своего времени, и один из них — механик Ползунов — попытался изменить ситуацию. В докладной записке к проекту теплового двигателя он писал, что наличие руды и леса в одном и том же месте не позволяет организовывать «горный промысел», т.к. «...редко угодные к заводам при самих рудниках, купно с лесами, места встречаются... чего для, обычно в Российском государстве почти все заводы на реках построены».

В 1742 г., по окончании арифметического отделения Горной школы, И.И. Ползунов был назначен на должность «механического ученика» Екатеринбургского завода. Здесь он впервые познакомился с основными типами горнозаводских машин и устройством водяных колес.

В 1748 г. Иван Ползунов переводится на Колывано-Воскресенс-кие заводы на Алтае. Работая в Барнауле шихтмейстером, он по книге Шлаттера изучает конструкцию паровой машины Ньюкомена. В 1763 г. Ползунов представляет проект «огнедействующей» машины, в которой был впервые использован принцип сдваивания цилиндров, что обеспечивало равномерный ход машины. В рабочих цилиндрах двигались поршни, соединенные между собой цепью, перекинутой через зубчатое колесо. Автоматическое парораспределение, впервые примененное Ползуновым, позволяло подавать пар от котла к нужному поршню. В то же время в другом поршне происходила конденсация пара за счет впрыска воды, что и обеспечивало перемещение поршней в цилиндрах. Для подвода в цилиндры пара и охлаждающей воды, а также для удаления конденсата из цилиндров имелось автоматически действующее клапанное устройство, механизм которого состоял из двух зубчатых колес, соединенных цепью, и зубчатого сегмента, регулирующего действие кранов посредством тяг.

С позиций сегодняшнего дня механизм представляется достаточно простым, но не следует забывать, что во времена Ползунова еще не существовало теории тепловых процессов, отсутствовала надежная экспериментальная база и необходимые теоретические исследования.

Правда, незадолго до указанного времени, в 1745 г., М. В. Ломоносов в работе «Размышления о причине теплоты и холода» верно определил природу тепловых явлений и опроверг ложную теорию «теплорода». В те же годы Ломоносов заложил основы кинетической теории и, применяя закон сохранения движения к тепловым явлениям, объяснил процесс теплообмена. Развивая теорию теплоты, Михаил Васильевич пришел к утверждению закона сохранения материи и движения.

И все же работы Ломоносова, касающиеся сущности теплоты и ее распространения, не могли дать конкретных указаний для практики создания тепловых двигателей. По существу, практика шла впереди теории, в связи с чем И. И. Ползунов писал: «Теория, а особливо в воздушных и огненных делах, бывает многим слабее практики, потому как сила воздушного знания поныне не далеко найдена и при том еще будучи великой тьмой закрыта».

И в этих условиях именно практика решила сложную проблему превращения теплоты в механическую работу, опираясь на весьма неполные знания в области теоретической теплотехники.

После длительной борьбы Ползунову удалось склонить на свою сторону администрацию завода, и ему разрешили приступить к постройке машины. Несмотря на косность чиновников и недостаток квалифицированных помощников, в конце 1765 г. Ползунов завершил монтаж своего уникального парового двигателя, который решено было использовать в качестве привода к воздуходувной установке

рудоплавильной печи.

В мае 1766 г., за несколько дней до пуска машины, Иван Ползунов, подорвавший здоровье на тяжелых работах, скончался в возрасте 38 лет. А установка Ползунова при первом же пуске проработала непрерывно 43 дня. За этот период она не только окупила себя, но и принесла около 12 тыс. рублей дохода. Но, несмотря на такой успех, испорченная неумелым вмешательством машина была выведена из строя и постепенно забыта. А 18 лет спустя универсальный паровой двигатель был создан англичанином Джеймсом Уаттом. Этот двигатель получил всеобщее признание.

Следует отметить, что в 1769 г. французский инженер Кюньо построил трехколесную механическую повозку, снабженную котлом и двухцилиндровой паровой машиной.

Паровая машина Уатта. Впервые патент на универсальную паровую машину в 1784 г. получил английский изобретатель Джеймс Уатт. Как и Ползунов, Уатт не имел специального образования. Он работал мастером-инструментальщиком при университете в Глазго (Шотландия). Путь к всемирной славе начался с обычной рутинной работы. Ему поручили отремонтировать модель машины Ньюкомена. Работа не ладилась до тех пор, пока Уатт не понял, что виновата не модель, а принципы, на которых она была построена.

После долгих раздумий Уатт пришел к идее, которая на многие годы определила путь развития паровых машин. Основная часть его машины — чугунный цилиндр, в котором ходит поршень. Рядом с цилиндром расположен парораспределительный механизм — золотниковая коробка, сообщающаяся с паровым котлом. Кроме котла коробка соединена еще с конденсатором и с цилиндром посредством двух окон. В коробке находится золотник — стержень с двумя клапанами, ведающий переменной передачей пара то с одной, то с другой стороны поршня. Разность давлений в правой и левой частях приводит в движение поршень. Для повышения КПД машины Уатт применил конденсатор, в котором пар превращается в воду.

Давление в конденсаторе падало ниже атмосферного, что значительно увеличивало разность давлений, действующих на поршень. Вода из конденсатора направлялась обратно в котел, что позволяло создать замкнутую систему. Паровая машина Уатта сыграла исключительную роль в прогрессе мировой промышленности и транспорта. А главное ее достоинство состоит в том, что в ней был впервые использован ряд технических решений, которые не забыты до сих пор (конденсатор, золотниковая решетка и др.).

В 1774 г. Пристли и Шесле определили горение как результат соединения веществ с кислородом.

XVIII — XIX вв. Фултон (Fulton) Роберт (1765-1815), американский изобретатель. Построил (1807) первый в мире колесный пароход «Клермонт». Причем на его пароходе был использован водотрубный котел. А для первых паровозов да и впоследствии использовались дымогарные котлы, в которых дымовые газы проходили внутри трубок.

Стефенсон (Stephenson) Джорж (1781-1848), английский изобретатель, положивший начало паровому железнодорожному транспорту. С 1814 г. строил паровозы, создал первые практически пригодные модели, в том числе «Ракету» (1829).

Черепановы: отец, Ефим Алексеевич (1774-1842), и сын, Мирон Ефимович (1803-1849), русские изобретатели, крепостные заводчиков Демидовых. Построили первый в России паровоз (1833-1834) и железную дорогу длиной 3,5 км.

После появления паровых машин с КПД до 10-15%, где теплота от сжигаемого топлива превращалась в механическую работу поршня (под давлением пара), кроме многозначного понятия «сила» стала рассматриваться отдельно «движущая сила огня», «живая сила». Последней начали оценивать интенсивность движения тел в виде произведения массы тела т на квадрат скорости ωего движения mω².

XIX век

1807 г. Одним из первых термин «энергия» применительно к живой силе стал использовать английский ученый Т. Юнг.

1808 г. Английский химик Г. Дэви впервые получил из навоза хорошо известный сейчас всем горючий газ метан и углекислоту. На фоне выдающихся открытий того времени лабораторный опыт Дэви выглядел более чем скромно, и вряд ли кто-нибудь, даже сам ученый, мог предположить, что в конце XX в. биохимики и микробиологи, вооруженные самыми современными приборами, будут в мельчайших подробностях изучать этот процесс, математики моделировать его с помощью ЭВМ, а инженеры — конструировать специальные двигатели, работающие на биогазе.

Хотя первый в мире аппарат по переработке навоза в биогаз был создан в 1895 г. в Англии, долгое время считалось, что биогазовая энергетика — удел слаборазвитых стран, где ее развитию способствуют и дефицит топливных ресурсов, и жаркий климат.

Действительно, на сегодняшний день основное количество биогазовых установок (БГУ) сосредоточено в Индии, Китае, Бангладеш, Пакистане, Таиланде, Новой Зеландии. Только в Индии ежегодно вводят в эксплуатацию 5-6 тыс. БГУ.

Специалисты Бангладеш утверждают, что навоза от четырех коров вполне достаточно, чтобы дать энергию средней сельской семье — и для отопления, и для хозяйственных нужд. В Китае работают более 7 млн. мелких БГУ, которые вырабатывают топливо для местных электростанций, а также несколько крупных, обеспечивающих работу ТЭЦ.

Без каких-либо преувеличений можно считать, что в 1808 г., а затем в 1895-м г. английские ученые и специалисты подарили миру одну из самых универсальных энергосберегающих технологий, которая получила мировое признание, но в России до сих пор эта технология не используется в необходимых масштабах.

1824 г. С. Карно предсказал рабочий цикл другой тепловой машины — поршневого двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Этот цикл соответствовал четырем ходам поршня: 1 — всасывание воздуха; 2 — сжатие его, в конце которого подается и сгорает топливо; 3 — рабочий ход — расширение газообразных продуктов сгорания; 4 — выпуск их. Забегая вперед, отметим, что изобретатели не сразу осуществили этот цикл — в их машинах вначале отсутствовал ход сжатия, вследствие чего КПД первых ДВС был невысок (до 10-15%). С введением хода сжатия КПД возрос до 25-40%, значительно превысив КПД паровых машин (до 10-15%).

Дату опубликования указанной работы С. Карно называют также днем рождения термодинамики.

1829 г. Г. Кориолис уточняет выражение живой силы, поделив ее пополам – тω²/ 2. Позже энергию движущей системы, например камня или газа, стали называть кинетической, а энергию системы, приведенной в «напряженное» состояние, которое позволяет получить движение — камень поднят над землей и т. п. — потенциальной.

1830 -1840 гг. Появились определения «механическая энергия», «химическая энергия» и др.

1834 г. Опубликовано сочинение «О движущей силе теплоты» член-корреспондента Петербургской Академии наук Б. Клапейрона, в котором он «перевел» труд С. Карно (1824 г.) на математический язык, вскрыв его великое содержание. Он впервые стал применять графический метод теоретического исследования работы тепловых машин.

1847 г. Получил обоснование закон сохранения количества энергии при взаимопревращениях ее видов в изолированных системах — всеобщий закон природы (первый закон термодинамики).

Осознается решающая роль энергии в жизни и прогрессе человечества. Энергия получает титул «царицы мира».

1850 г. «Царствование его величества пара, перевернувшего мир в прошлом столетии, окончилось; на его месте станет неизмеримо более революционная сила — электрическая искра» (из разговора К. Маркса с К. Либкнехтом).

1852 г. Английский ученый Кельвин создал первый тепловой насос. Он назвал это устройство «умножителем тепла». Тепловой насос — это устройство, в котором тепло передается от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой. Несмотря на то, что тепловые насосы были изобретены 150 лет назад, принцип их действия у многих вызывает недоверие и по сей день. Действительно, не так-то просто поверить в то, что наружный воздух с минусовой температурой может быть источником тепла для обогрева помещения зимой! И тем не менее, это вполне доказанный факт. Бытовые кондиционеры, которые, по существу, являются тепловыми насосами, зимой работают именно по такому принципу. С помощью теплонасосной установки можно, затратив 1 кВт ч, получить 2, 3, 4 и более кВт ч. Невероятно? Но ничего противоестественного, идущего вразрез с законами термодинамики и тем более с законом сохранения энергии здесь нет.

Термодинамически тепловой насос идентичен холодильнику. Но только холодильник производит холод, а тепловой насос — тепло. При этом количество тепловой энергии, производимой тепловым насосом, всегда больше энергии, затраченной на работу агрегата, за счет добавочного тепла от низкотемпературного источника.

Так уж случилось, что Англия в XIX в. подарила миру еще одну энергосберегающую технологию — тепловой насос (умножитель тепла), которая у нас в России используется достаточно ограниченно. Объективная причина этому — более суровые климатические условия, чем во всех остальных странах мира.

1853 г. Английский ученый В. Томсон (лорд Кельвин) предложил первое строгое определение энергии: энергия материальной системы в определенном состоянии есть измеренная в единицах механической работы сумма всех действий, которые производятся вне системы, когда она любым способом переходит из этого состояния в произвольно выбранное нулевое состояние.

1865 г. Впервые сформулировано определение «тени» энергии — энтропии — меры рассеяния энергии. Слово «энтропия» предложил немецкий ученый Р. Клаузиус.

Изменение энергии системы определяется только разностью ее значений в начальном и конечном состоянии перехода, в противном случае система стала бы источником энергии «из ничего», что противоречит закону сохранения энергии. Поэтому энергию и подобные ей в указанном отношении величины называют «функциями состояния».

Энтропия тоже есть функция состояния системы, но количество тепла Q = TΔS, выражающее «потерю» энергии, зависит от характеpa совершающегося процесса, поскольку от него зависит количество тепла, рассеивающееся вследствие прямой теплоотдачи системы в окружающую среду и выделяющееся и рассеивающееся вследствие трения. Поэтому-то и действительная работа тоже зависит от характера процесса и никогда не бывает равна максимальной, то есть изменению энергии системы.

Поскольку опыт свидетельствует, что все процессы в реальных условиях сопровождаются трением и теплообменом, энтропия систем всегда возрастает при условии их полной изоляции (то есть без подвода энергии извне и утечек ее). В противном случае энтропия системы может возрастать и убывать уже под действием внешних сил. Это и дало возможность Р. Клаузиусу, В. Томсону и другим исследователям сформулировать новый закон — закон возрастания энтропии (ставший позже вторым началом, или законом, термодинамики): какие бы изменения ни происходили в реальных изолированных системах, они всегда ведут к увеличению энтропии.

1872 г. Больцман Л. выявил связь между энтропией S и термодинамической вероятностью А состояния систем в виде:

S=KlnA,

где k = 1,380 • 10^-23 Дж/к (К — градус в абсолютной шкале температур Кельвина) — постоянная Больцмана.

Поскольку беспорядок всегда вероятнее, чем относительный порядок — энтропия увеличивается и становится максимальной, когда для данной системы в данных условиях наступает максимальный беспорядок (например, сгорели дрова в печке, разбилась тарелка и т. д.).

1878 г. «До сих пор неизмеримая сила, достигающая ежедневно Земли в виде лучеиспускаемой солнечной теплоты, почти нигде не имела промышленного применения. На Всемирной промышленной выставке впервые был выставлен аппарат-рефлектор, концентрировавший солнечные лучи, которые падали уже в таком виде на сосуд с водой, очень скоро приходившей в кипение. В последнее время эти солнечные машины нашли применение в земледелии». Это сообщение российский журнал «Техника» напечатал в 1883 г. Как видим, применением солнечной энергии люди интересовались еще в позапрошлом веке.

Солнечная паровая электростанция, основной частью которой было большое зеркало, фокусирующее солнечные лучи на специальный котел, демонстрировалась в Париже на Всемирной промышленной выставке 1878 г. Такие же установки были построены в 1901 г. в США (штат Калифорния) и в 1913 г. в Египте.

1880 г. Начало развития теории энергоэнтропийной картины жизни в работах С. А. Подолинского.

С. А. Подолинский (1850-1891), украинский марксист, получивший физико-математическое образование в Киевском университете и медицинское — во Вроцловском. Известно, что он в 1872 г. встречался с К. Марксом.

В русском журнале «Слово» (1880, № 4-5) была опубликована работа С. А. Подолинского «Труд человека и его отношение к распределению энергии». В ней он утверждал, что в растениях совершается работа по «подъему» части солнечной энергии с низшей ступени на высшую, а вся механическая работа в организме животных имеет своим началом энергию, «сбереженную растениями в пище в виде химической энергии». Причем он отмечал, что только часть этой энергии может быть превращена во внешнюю работу в процессе труда.

Он считал, что организмы выживают в борьбе с неорганической природой, если у них запас «превратимой энергии» больше, чем в неорганических веществах вокруг.

С.А. Подолинский сумел в основном правильно сформулировать главные принципы и закономерности и прийти к удивительно современно звучащему выводу: «усовершенствование» человеческой жизни должно заключаться главным образом в количественном увеличении энергетического бюджета каждого человека, а не только в качественном превращении низшей энергии в высшую, так как последнее возможно только в очень ограниченной степени, значительно меньшей, чем количественное накопление. Поэтому только общество, стремящееся к быстрому накоплению энергии, может быстро идти вперед. Застой в данном случае почти равносилен рассеянию накопленной энергии, так как общественная жизнь без развития теряет всякую ценность и всякий смысл. На этом основании С.А. Подольский считал и произвольное ограничение населения Земли равноценным рассеянию энергии — росту энтропии.

Используя в своих работах труды К. Маркса, Подолинский вместе с тем высказывает свои соображения о роли двигателя как одного из трех элементов любой машины (двигатель + передаточный механизм + рабочая машина) в социально-экономическом прогрессе человечества. «Очень может быть, — писал он, — что Маркс прав и что промышленная революция XVIII в. была совершена изобретением инструментов для рабочих машин, а не применением пара, как обыкновенно думают, но в таком случае это чисто случайный факт и произошел оттого, что ко времени применения пара эти инструменты рабочих машин еще не были изобретены. Если бы они уже существовали в то время, то все-таки применение пара произвело бы немалый переворот в промышленности». В подтверждение своего мнения он приводил слова Маркса: «Если мы всмотримся поближе в рабочую машину, то мы откроем в ней, хотя нередко в очень измененной форме, те же самые аппараты и инструменты, которыми работают ремесленник или мануфактурный работник; но только они являются теперь не инструментами человека, а инструментами механизма или механическими инструментами. Итак, —резюмирует Подолинский,— рабочей машине мы можем приписать только сбережение энергии при работе, в том же смысле, как мы его приписываем нашим простейшим орудиям вроде ножа, топора, веретена и т.п.».

Иными словами, с технической точки зрения машина-двигатель, выполняющая функции человека-двигателя, по существу, тоже представляет собой «рабочую машину», которая с помощью «орудий труда — водяных колес, ветряных крыльев, поршней, турбинных дисков и т.д. — преобразует энергию природных источников в упорядоченную полезную энергию — работу инструментальных машин. Ведь если бы и при К. Марксе рабочий выполнял, как в древности, и функции двигателя, то применение паровой машины увеличило бы армию безработных еще в большей степени, чем передача технологических, инструментальных функций человека машинам.

Ф. Энгельс высоко оценил статью С. А. Подолинского и в письме К. Марксу специально подчеркнул, что его действительное открытие состоит в том, что человеческий труд в состоянии удержать на поверхности земли и заставить действовать солнечную энергию более продолжительное время, чем это было бы без него».

Но основной итог здесь, пожалуй, в том, что на основании своих рассуждений С. А. Подолинский приходит к заключению, что «с увеличением потребностей... идет увеличение производительности самого труда, т. е. благодаря различным усовершенствованиям меньшее количество превратимой энергии человеческого труда способно превращать большие количества низшей энергии в высшие формы, чем это делалось прежде». Иными словами, в ходе исторического развития возрастают возможности людей совершать все большую работу при все меньших затратах физического труда. Эта особенность представляет собой закон роста производительности тру да. Здесь он является частным случаем общего принципа.

Таким образом, труд есть управление энергетическими потоками окружающей человека природной среды, причем источником энергии для этого служит сама природа.

Шитье одежды и постройку жилищ Подолинский тоже считал полезным трудом, потому что их конечная цель та же самая — сберечь часть превратимой энергии, накопленной в человеческом теле, защищая его от холода, ветра, дождя и т.д. При этом он подчеркивал, что одежда и жилище точно так же ведут к сбережению и наивыгоднейшему распределению энергии в теле человека, как, например, обучение ведет к наивыгоднейшему потреблению энергии во время работы.

Вместе с тем С. А. Подолинский не упускает из виду, что такой, казалось бы, самый энергетически выгодный труд, как добыча угля и торфа, позволявший получить в те времена в 20 раз больше энергии, чем затрачивалось, лишь относительно выгоден. «Не следует забывать, — писал он, — что каменный уголь есть запас солнечной энергии, собранный за громадный период времени, и что, потребляя его в большом количестве, мы вводим в наш бюджет случайно собравшиеся доходы прежних лет, а расчет ведем так, как будто мы действительно сводим концы с концами. Если бы мы посредством того труда, который идет на добывание каменного угля, умели фиксировать ежегодно такое количество солнечной энергии на земной поверхности, которое равняется энергии добытого угля, тогда действительно весь этот труд мог бы считаться полезным».

Высказав эти чрезвычайно современные (сейчас, спустя 120 лет!) соображения, С. А. Подолинский отмечал, что потребность в каменном угле так неизбежна, запасы его еще так велики и возможность новых изобретений (позволяющих использовать другие источники энергии) до их истощения так вероятна, что люди не могут поступать иначе, как до сего времени поступали, т. е. стараясь, по возможности, увеличить добыванием угля свой запас «превратимой энергии».

И здесь же он рассматривает возможности практического использования солнечной энергии в виде сконцентрированного зеркалами тепла: солнечный насос Соломона де Ко, испытанный в Англии в 1616 г.; солнечную паровую машину-двигатель А. Мушо, построенную во Франции в 1861 г, и показанную на Всемирной выставке в Париже в 1878 г.; воздушный поршневой солнечный двигатель шведского инженера (переселившегося в Америку) Эриксена и т.д.

Подолинский считал, что и умственный труд, и труд в области искусства может в определенных условиях способствовать накоплению энергии. Интеллектуальные решения, способствующие рационализации человеческой деятельности в различных областях, музыка, поэзия, живопись и т.д., вызывая прилив психической энергии, благородных чувств, взлет творческой мысли, тоже преобразуются в дальнейшем в новые запасы энергии.

Он отмечал также, что человеческая деятельность, противоположная труду, например войны, есть расхищение энергии, т. е. увеличение количества энергии, рассеиваемой в пространстве.

1886 г. Л. Больцман в докладе о втором законе говорил, что всеобщая борьба за существование живых существ — это борьба за энергию, которую можно использовать при переходе энергии от Солнца к Земле.

1892 г. Дизель Рудольф получил патент на четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. Началось все с того, что Р. Дизель хотел повысить КПД паровой машины, который был в то время около 10%. В результате появился совсем другой двигатель. В его цилиндре сжималась не горючая смесь, а чистый воздух. И только к концу сжатия, когда температура достигала 600-650°С, в цилиндр под большим давлением впрыскивалось жидкое топливо. Оно воспламенялось, а газы, расширяясь, перемещали поршень. За счет этого Р. Дизелю удалось значительно повысить КПД двигателя. Система зажигания оказалась вообще не нужной, а работать данный двигатель мог на относительно дешевом топливе. Первый двигатель Р. Дизеля начал эксплуатироваться в 1897 г. и продолжает служить человечеству до сих пор. А появление его вызвано было сильным желанием конкретного человека повысить эффективность использования энергии топлива.

Некоторые итоги XIX века.

Из работ, выполненных в России за этот период, хочется отметить работы, связанные с созданием теоретических основ теплотехники. Среди них открытие в 1840 г. академиком Г. И. Гессом закона сохранения энергии при химических реакциях. В те же годы академик Э. X. Ленц провел важные исследования по взаимопревращениям электричества и теплоты (закон Джоуля-Ленца).

В области теоретических основ горения и газификации топлива огромный вклад в науку внес Дмитрий Иванович Менделеев. Он вывел применяемую и в наше время формулу для подсчета теплоты сгорания органического топлива, ввел понятие «жаропроизводительности» применительно к топливу, высказал идею подземной газификации угля.

В последующие годы А. Н. Бахом были проведены важные для науки и практики исследования по вопросам химического взаимодействия кислорода с углеродом топлива; Н. А. Шиловым и его учениками доказана возможность образования поверхностных оксидов углерода при горении; В. А. Михельсоном построена тепловая теория распространения пламени; В. Ф. Лучинным введено понятие о высшей и низшей теплоте сгорания топлива, и им же разработана методика определения теплоты сгорания органических соединений, используемая при расчетах процессов горения топлива.

Этот век можно назвать основополагающим как в плане формирования теоретических основ энергетики, создания не только принципиально нового энергетического оборудования, но и новых технологий, в которых заложен энергосберегающий принцип потребления энергии. В работах С.А. Подолинского и других были сформулированы основные принципы теории энергоэнтропийной картины человеческой жизни. Основные из этих принципов:

• Закон роста производительности труда — в ходе исторического развития возрастают возможности людей совершать все большую работу при все меньших затратат физического труда.

• Труд есть управление энергетическими потоками окружающей человека природной среды, причем источником энергии для этого служит сама природа.

• «Усовершенствование» человеческой жизни должно заключаться главным образом в количественном увеличении энергетического бюджета каждого человека.

• Человеческая деятельность, противоположная труду, например войны, есть расхищение энергии.

По мере поиска в XIX в. количественно-качественных закономерностей развития различных систем, разработки их теорий сформировались на научном уровне основные представления о неизбежности создания системы эффективного управления энергетическими потоками окружающей человека природной среды. И, пожалуй, о неизбежности энергосберегающего принципа развития человечества ярче всех в XIX в. сказал Д. И. Менделеев: «Топить нефтью — все равно что сжигать ассигнации».

XX в. 1906 г. Нернст В. сформулировал третье начало термодинамики (теорема Нернста). Он предположил, что с приближением абсолютной температуры к нулю энтропия тоже стремится к нулю — «тепловая теорема В. Нернста», или третий закон термодинамики. Основываясь на этом законе, за нулевую точку отсчета энтропии любой системы можно принимать ее максимально упорядоченное состояние.

Эти три закона (1847 г., 1865 г.) вместе с молекулярно-кинетической теорией составили основу термодинамики, сформировавшейся в конце XIX в. как теория теплового двигателя и развившейся затем в самую универсальную дедуктивную и строго логическую научную дисциплину.