Еще сто лет тому назад из земли добывали каменного угля во всех странах только около 10 миллионов тонн [3] в год. В настоящее время ежегодная добыча угля превышает уже тысячу миллионов тонн! Вся эта масса потребляется в промышленности, на железных дорогах и пароходах, для отопления жилищ, получения электричества и т. д. Четыре пятых всей работы, которая делается на земле машинами, получается от разных сортов каменного угля.
Трудно себе представить, как могла бы обойтись современная промышленность без каменного угля; последний необходим ей, буквально, как хлеб человеку. И поэтому невольно возникает вопрос:
— Велики ли запасы каменного угля на земле, надолго ли их хватит?
Ученые примерно прикинули, сколько каменного угля должно еще быть в тех месторождениях его, которые человечеству известны. Запасы эти на первый взгляд могут показаться неисчерпаемыми. Оказалось, что если бы вырыть весь имеющийся на земле каменный уголь и сложить его в кучу, то образовалась бы гора в 25 километров высотой и 125 километров в окружности! Махина огромная, однако… ее хватит не на очень продолжительное время. Правда, если бы жечь и в дальнейшем столько каменного угля, сколько его жгут ежегодно теперь, то им можно было бы пользоваться еще несколько тысяч лет. Но ведь население земли все время увеличивается, промышленность развивается и, как установлено, потребление угля возрастает через каждые 18 лет ровно вдвое. При таком положении его хватит всего на каких-нибудь 200—250 лет.
Выводы как будто бы не утешительные. Но не будем приходить в отчаяние. На наш век и на век наших детей, внуков и правнуков угля во всяком случае хватит, а наука ведь идет все время вперед. Уже теперь, как мы увидим дальше, часть работы каменного угля берут на себя слуги другого цвета, а в будущем наши потомки сумеют извлекать из них такие количества энергии, которые нам и не снятся.
Скажем несколько слов о нефти и торфе. У нас на Кавказе есть город Баку. Это поистине черная жемчужина нашего Союза. Ибо в окрестностях Баку сосредоточена половина союзных запасов ценнейшего топлива — нефти. Из нефти мы получаем бензин, керосин, жидкое машинное масло, густое машинное масло, вазелин, мазут… Какое значение имеет керосин, это хорошо помнят те, кому приходилось оставаться вечерами без света в 1918 — 19 годах. Баку был в руках белых и мы не могли получить керосина. Но еще большее значение имеет бензин. Достаточно сказать, что без бензина не могут обходиться, например, современные аэропланы и автомобили. Современная промышленность нуждается в огромных количествах нефти. Недаром ведь капиталистические государства всеми силами стараются захватить такие места, где есть нефть! В Соединенных Штатах Северной Америки ежегодно добывается больше 60 миллионов тонн нефти. При таком потреблении они истратят свою нефть через 10 лет. Положение с нефтью в нашем Союзе несравненно лучше. Больше трети мировых запасов нефти находится у нас и они еще сравнительно мало затронуты.
Много у нас и торфа,— больше половины мирового запаса. Этот сорт топлива до сих пор использовался мало, но теперь, как мы увидим дальше, находится широкое применение и для него.
Какую же службу нам служит уголь во всех его видах теперь и что можно рассчитывать получить от него в будущем?
Мы уже говорили, сколько каменного угля добывается ежегодно в настоящее время. Если подсчитать всю получаемую от него работу, прибавить сюда работу, даваемую дровами, торфом, нефтью, и поделить всю эту работу между населением земного шара, то получится, что ил каждого человека придется мощность, примерно… в одну десятую лошадиной силы.
Как много еще недостает до 3 лошадиных сил, необходимых для освобождения всего человечества от тяжелого физического труда!
Мало того. Если бы даже теперь намного увеличить добычу каменного угля так, чтобы распределить все запасы его на 10 ближайших поколений, то и тогда (как показывают расчеты ученых) он дал бы только 2 1/3 лошадиных силы на человека, т.-е. на 2/3 лошадиной силы меньше, чем нужно…
Однако и здесь дело обстоит не так плохо, как кажется. Подсчитано, что в настоящее время килограмм угля, т.–е. кусок, свободно умещающийся на ладони, дает нам ту же работу, которую в старое время выполняли два раба в течение длинного рабочего дня. Так было, однако, не всегда. При прежних машинах работы от угля было гораздо меньше. А раз так, то, значит, в будущем от него можно рассчитывать получить еще большую работу, чем теперь.
Как одно и то же количество топлива может дать в одной машине меньшую работу, а в другой большую — это нам покажет история покорения силы пара и дальнейших побед техники в области использования доставляемого углем тепла для работы.
3. Покорение силы пара.
Каждый видел, как подпрыгивает крышка чайника, когда в нем бурно кипит вода. Тепло, получившееся от сжигаемого топлива, нагрело воду и обратило ее в пар расширяется и подбрасывает крышку чайника, т.-е. производит определенную работу. Здесь эта работа идет впустую и пропадает для нас бесполезно, да она и не велика. Но работу, производимую расширяющимся паром, можно превратить и в полезную для нас работу, что и делается в паровых машинах.
Когда появилась первая паровая машина?
Приборы, которые приводились в движение силой пара, были известны довольно давно, но они долгое время оставались только забавными игрушками. Настоящие же паровые машины начали появляться всего лет 200—250 тому назад. К этому времени стала развиваться промышленность, которая нуждалась в двигателе.
Первую такую машину построил французский врач; Денис Папин в 1690 году. Родился он во Франции, там учился, а потом занимался лечением. Но так как Папин был более свободных религиозных убеждений чем те, которые господствовали тогда во Франции, то его стали преследовать попы и он принужден был покинуть родину. Пришлось ему жить и в Англии, и в Италии, и в Германии. Везде Папин с увлечением занимался наукой и особенно интересовался техникой. Изобретенная им паровая машина работала следующим образом (рис. 13).
В металлическом цилиндре мог двигаться плотно пригнанный поршень. К поршню привязывалась веревка, перекидывалась через блоки, а на другом конце веревки подвешивался груз. Внутрь цилиндра, под поршень, Папин наливал воды и нагревал ее снизу. Получавшийся из воды пар давил на поршень и поднимал его, при чем груз, конечно, опускался. После этого Папин быстро убирал из под цилиндра огонь. Тогда охлаждавшийся пар снова сгущался в воду, под поршнем получалась пустота, а снаружи ведь на него давил воздух. Этим давлением поршень опять вгонялся глубоко в цилиндр и тянул за собой груз, т.-е. поднимал его.
Само собой разумеется, что такая машина работала очень медленно и плохо. Однако Папин пытался приспособить ее и для полезной работы. Пробовал он заставлять работать машину и с помощью взрывов пороха. Тут ему опять не повезло. При одном из опытов, производившихся в тогдашних владениях "великого герцога Гессенского", цилиндр разорвало, при чем пострадало несколько зрителей. Герцог стал преследовать Папина и последнему пришлось бежать в Англию. Там он попробовал приспособить свою машину для движения лодки и истратил на это все свое состояние. Дело было пошло на лад, но темные лодочники, боявшиеся лишиться заработков, разгромили "дьявольское изобретение" Папина. После этого у него уже не оставалось средств на продолжение опытов и он умер в бедности, всеми позабытый.
А между тем наступало время, когда применение паровой машины начинало становиться насущной необходимостью. В Англии сильно развивалась промышленность, требовавшая все большего и большего количества топлива. Уничтожение лесов приняло угрожающие размеры. Для того чтобы избежать полного обезлесения страны, пришлось приняться за разработку запасов другого топлива—залежей каменного угля. Каменный уголь, как известно, лежит довольно глубоко в земле, и для извлечения его нужно прокладывать глубокие шахты. В шахтах скопляется подземная вода, которая мешает работе: ее нужно откачивать. Сначала для откачки воды из шахт применяли силу людей и лошадей. Но чем глубже становились шахты, тем труднее было устранять воду из шахт силами людей и животных. Нужда заставила приспособить для этого силу пара.
После многих и трудных опытов это удалось впервые сделать англичанину Ньюкомену. Он поставил в 1712 году для откачки воды паровую машину, которая делала всего на всего десять подъемов в минуту. Но эта машина заменяла уже работу 50 лошадей и требовала в шесть раз меньше расходов. Устроена она была так (рис. 14).
Необходимый для приведения машины в движение пар получался уже не под поршнем (как у Панина), а в отдельном котле (внизу), в котором нагревалась вода. Пар по трубке проходил в цилиндр и гнал поршень вверх. Как только поршень доходил до верху, внизу поворотом особого крана закрывали доступ пара в цилиндр, а цилиндр обливали холодной водой. Тогда от охлаждения пар сгущался в воду, под поршнем образовывалась пустота, а сверху на поршень давил воздух. Поэтому поршень снова шел вниз. Как видно из рисунка, поршень своим движением качал коромысло, которое опускало и поднимало связанную с ним штангу водяного насоса и таким образом откачивало воду.
