Ami mozgatja a világot
Az energia

 

Érdemes megjegyezni azt a számadatot, hogy ma a világátlagban a termelőmunkának csak 1/25 részét végzi emberi-állati izomerő, a többit gépi erő. (1962-es adat)
Ez az 1/25 rész 4%. Tehát a termelőmunkában csak 4% az izomerő munkája, 96% az olyan gépek munkája, amelyeket nem izomerő működtet.
Jó lenne, ha ez az arány hevonulna a háztartásokba is, és a háztartási munka 96%-át is gépi erő végezné. Lassanként ez is megvalúsul, mert ez a fejlődés útja. Sok feltétele van annak hogy az erőgépek a háztartási kisgépek alakjában a háztartási munkát is elvégezzék. Hazánkban éppen napjainkban indult meg ez a folyamat.
Mivel látjuk, hogy a munkavégzés, méghozzá az izomerőnkhöz képest alig elképzelhetően sok munkavégzés annyira fontos a termelésben, jólétünk anyagi alapjainak megteremtésében, ezért nézzünk meg közelebbről néhány fogalmat, amelyek már eddig is előfordultak.
Például használtuk ezt a két kifejezést:
erőgép és munkagép. Mi a különbség a kettő között?

 

Munkagép, erőgép

A varrógép termel, a cséplőgép termel, termel az eke, az eszterga is, az anyagot alkalmasan megmunkálják. Ezek tehát munkagépek (ábra).

A erőgépek valamiféle iparcikket, fogyasztási cikket állítanak elő, vagy az anyagot munkálják meg, hogy ilyen cikkek előállltására alkalmas legyen.
A erőgépek végzik a termelést, a termelőmunkát.
Ezeket a termelőgépeket, a erőgépeket természetesen bizonyos erővel hajtani kell. De honnét vegyük az erőt? Külön gépek szolgáltatják.
Például a varrógépet kis elektromos motor hajtja, ez a motor az erőgép.
Az ekét a robbanómotorral működtetett traktor húzza. Ez a robbanómotor vagy akár az egész traktor az erőgép. Vele a legkülönbözőbb erőgépeket (cséplőgép, daráló, tejszeparátor, szecskavágó, stb.) lehet hajtani.
Vagy nézzük a szélkereket, a vízkereket, a vízturbinát. Ezek önmagukban semmit sem termelnek, csupán az erőt adják a termelőmunkát végző gép mőködtetéséhez.

 

Mi hajtja az erőgépeket?

A szélkerék szárnyainak a mozgó levegő, a vizikerék lapátjainak a mozgó víz ütközik neki, nyomja és mozgásba hozza őket. A nyersolajmotor dugattyúját az olaj hirtelen elégésekor keletkező forró gázok nyomóereje löki és így tovább.
Az erőgőpeket valamiféle, a természetben készen megtalálható erő hajtja, mozgatja.
Sok esetben könnyű észrevenni ezt a természetben készen levő erőt, például a szél erejét. De magával a széllel még nem lehet fát fűrészelni. Ezért a széllel szélkereket hozunk mozgásba. A kerék tengelyén fellépő erővel már könnyen lehet erőgépet, fűrészt működtetni, könnyen lehet célunknak megfelelő munkát végeztetni.

 

Mikor végez az erő munkát?

A munkavégzés mindennapi fogalom, állandóan használjuk. Hogy a munkát számítani is tudjuk, pontosan meg kell fogalmaznunk azt,
bogy mi is az a munkavégzés.
Gondoljunk megint az áramló levegőre, a szélre. Tegyük fel, hogy a szél 1000 kilogramm súlyerővel feszíti a lehorgonyzott hajó vitorláját. Amíg a hajó áll, nincs munkavégzés, hiába van jelen az erő. De ha ezt a hajót feszülő vitorlája mozgatni kezdi (ábra), akkor már van munkavégzés.

Például ha a hajó 100 méter utat tesz meg a szél irányában, és közben a szél 1000 kilogrammsúly (10.000 N) erővel nyomja a vitorlát, akkor
a végzett munka 1000 kgs . 100 méter =100 000 mkgs (1.000.000 J)

Általában

a munka = az erő szorozva az erő irányában megtett úttal. Tehát az erő (illetve az a test, amely ezt az erőt kifejti) csak akkor végez munkát ha elmozdul, és közben egy másik test ellenállását győzi le.
A szél nyomóereje elmozdította a hajót, és közben legyőzte a víz ellenállását.

Ezért ha egy munkás mozdulatlanul a vállán tartja az egymázsás zsákot, lehet, hogy egy óra alatt nagyon megizzad és elfárad, de munkát nem végzett. Hiszen ha egy oszlopra tette volna a zsákot, az oszlop is tartotta volna bármennyi ideig, de senkinek se jutna eszébe azt mondani, hogy az oszlop munká végzett, munkabért érdemel.
De ha az a munkás 1 méterrel feljebb emeli azt a zsákot, ha 1 méter úton át legyőzi a 100 kg súlyerőt, akkor 100 mkgs munkát végez.

 

Mivel mérjük a munkát?

Mindenféle erőt ki lehet fejezni kilogrammsúlyban. Mindenféle elmozdulást meg lehet mérni méterben. Ezért mindenféle fizikai munkát ki lehet fejezni méterkilogrammsúlyban.
Mivel minden munkát méterkilogrammsúlyban fejezhetünk ki ezért a különféle munkákat összebasonlíthatjuk egymással.
Íme egy meggyőző példa. Itt van előttünk az asztalon egy darabka jó minőségű kőszén. Súlya csupán egy kilogramm. Végez-e ez a kőszéndarabka munkát e pillanatban?
Semmi esetre sem, hiszen nincs elmozdulás.
De ha jó gőzgépben elégetnénk, akkor a tapasztalat szerint a gőzgép körülbelül 500.000 méterkilogrammsúly munkát tudna végezni. Tehát abban a kis kőszéndarabkában, amely olyan szelíden pihen az asztalon, 500.000 méterkilogrammsúly kihasználható munkavégző képesség pihen.
Hasonlítsuk össze ezt a kőszéndarabot az erős testi munkással.
Egy erős testi munkás napi munkavégzése 120.000-170.000 méterkilogrammsúly. Ez az 500.000-ben körülbelül 3-4-szer van meg.
Az 1 kilogramm súlyú kőszéndarabkából felszabadítható munkavégzés 3-4 erős ember napi izommunkája (8 órás munkaidőben).

 

Különféle energiafajták

Ezt úgy mondjuk, hogy ebben a kőszéndarabkában 500.000 méterkilogrammsúly felszabadítható munkaképesség, más szóval energia szunnyad. Mivel ezt a munkavégző képességet égéssel, egy kémiai folyamattal lehet felszabadítani, ezért kémiai energiának nevezzük (ábra).

Különféle energiafajták, különféle energiaátalakító gépek.

Vagy ott van a hegyoldalon, 100 méter magasan egy köbméter víz. Ez az 1.000 liter, 1.000 kg súlyú vízmennyiség ott a tartályban nem végez munkát. Pedig amikor felvittük ezt az 1.000 kilogrammsúlyú vizet 100 méter magasra, akkor 1.000 kgs . 100 m =100.000 méterkilogrammsúly munkát kellett végezni.
Ez a munka, mint munkavégzőképesség ott van abban a vízben, ha csövön át a hegy lábánál levő turbinába vezetjük, elvégezheti ezt a munkát.
Annak a magasban levő vízmennyiségnek helyzeténél fogva van munkavégző képessége, azt mondjuk, hogy helyzeti energiája van.
Egy kilogramm uránfém látszólag ártatlan kis fémdarab. De ha alkalmas gépbe helyezzük, 3 milliószor több munkavégzésre képes, mint az azonos súlyú kőszéndarab.
Az uránban is van szunnyadó munkavégzőképesség, energia, és az atommagok széthasításával lehet felszabadítani.
A munkavégzőképességnek ez a fajtája az atomenergia.

 

Mi különbség van az energia és a tényleges munkavégzés között?

Körülbelül akkora és olyan különbség van, mint egy ötmillió forintos takarékbetétkönyv, és egy gépkocsi vagy lakás között. A betétkönyv holt valami szunnyadnak benne a valóság lehetőségei. De életre ébredhet, ha megfelelő körülmények között átalakul gépkocsivá, lakássá vagy bármely egyéb tárggyá.
Ugyanígy, abban az egy kilogrammos kőszéndarabkában szunnyadó 500.000 méterkilogrammsúlynyi felhasználható energia is csupán
szunnyadó lehetőség, amit alkalmas gép valóban élő munkává alakíthat. Ekkor az életre kelt energia árkot áshat, vizet emelhet, tehenet fejhet és így tovább.
Példáinkból látható, hogy ez az emberiség számára létfontosságú természeti munkavégzőképesség, energia mindenütt az anyaghoz kötve és sokféle formában jelentkezik, mint például helyzeti, mozgási, kémiai, atomenergia ás másféle energiák (elektromos, mágneses, stb.).
Ismerjük-e már az energiák minden fajtáját?
Nem! Hiszen éppen a mi korunkban lett ismeretessé az energiának nem is sejtett új formája:

A tudomány nagy feladata az, hogy egyre újabb energiafajtákat, újabb energiaforrásokat fedezzen fel a természetben.
A technika feladata pedig az, hogy az energia felszabadítására és felhasználására alkalmas készülékeket szerkesszen. Így sikerült például az atomenergia fölismerése után mintegy negyven évvel az atomenergiát felszabadítani az atomreaktorban.
De ez csak a kezdet, amint az égéskor felszabaduló energia hasznosításának is csak kezdete volt a gőzgép, mert utána következtek a többi hőerőgépek.
Az emberiség történelmének legnagyobb eseményei közé tartozik az, ha egy-egy új természeti energiát sikerül felfedezni vagy természeti energiával működtetett újfajta erőgépet sikerül alkotni.

 

Kimeríthetetlenek-e a természeti energiaforrások?

Ha az emberiségnek a ma felhasznált energiánál tízszer, százszor többre lenne szüksége, hogy a jólét, a bőség elképzelhetetlenül magas fokát valósítsa meg, lehetséges-e ez?
Ma miből fedezi az emberiség a szükséges energiát? Szén - 43%, olaj - 27%, földgáz - 9% (kimerülő energiaforrások), vízierő - 6%, fa, növényi hulladék, izomerő - 15% (Ezek az adatok ma már biztosan változtak.)
A ma használt energiaforrások kb. 80 százaléka aránylag rövid időn belül kimerül. A szénkészletek mintegy 300 év múlva elfogynak. A nyersolaj talán még 30 évig lesz elég. (Úgy tűnik kicsit tovább - de nem akármeddig!)
De ott van a többi, ma még alig felhasznált, gyakorlatilag valóban kimeríthetetlen természeti energia, közöttük például a napsugárban rejlő munkavégző képesség.
Érdemes megjegyezni, hogy a Nap egy év alatt hatszor annyi meleget sugároz a Szahara sivatagos területének egy ezred részére, mint amennyit az egész világon egy év alatt kibányászott összes szén elégetésével nyernénk.
Ma már vannak olyan készülékeink, az úgynevezett fényelemek (napelemek), amelyek a rájuk eső napsugárzást azonnal elektromos árammá alakítják át, igen jó hatásfokkal. A fényelem egyik oldalára rásüt a napfény, a másik oldalához kapcsolt drótvezetéken pedig elektromos áram jön ki. A fényelemre eső napsugárzás hőenergiájának tíz százaléka alakul át az elektromos áram energiájává.
Az emberiség számára minden képzeletet felüImúló boldog jövő valósítható meg, ha erre használja fel tudását.

 

Két érdekes példa

Említettük, hogy mindenféle energia méterkilogrammban fejezhető ki, így könnyen végezhetünk összehaeonlításokat. Erre nézve két példát említünk meg: egyik a gyorsvonatra vonatkozik, a másik a lendítőkerékre.
A gyorsvonat megállása. Mint minden mozgó testben, a gyorsvonatban is mozgási energia halmozódik fel. Például egy 500 tonnás, 72 kilométer óránkénti sebességgel haladó gyorsvonat mozgási energiája 10 millió méterkilogramm. Ha a vonat az állomáson megáll, akkor ez az energia a vonat fékezéze közben a féktuskókon meleggé alakul és, a vonat számára elveszett.
Ha a megállás után elinduló vonat újra az előbbi sebességgel akar rohanni, akkor ezt a 10 millió méterkilogrammsúly energiát újra "közölni" kell vele.
Tehát ha csak a mozgási energiát tekintjük is, még akkor is 10 millió méterkilogramm munkavégzésbe kerül az államvasutaknak a gyorsvonat megállása egy állomáson (62 erős testimunkás 1 napi munkavégzése).
Mennyi energiát vehetünk ki 1 kg kitűnő minőségű szénből, ha jó erőgépben elégetjük? Emlékezhetünk rá, hogy 500.000 méterkilogramm súlyt.
De 500.000 a 10 millióban 20-szor van meg. Ezért a 10 millió méter kilogrammsúly munkavégzéshez kitűnő erőgépbe 20 kg kitűnő szén
kellene. De mozdonyaink legfeljebb csak kb. harmadrésznyire ilyen kitűnő energiaátalakítók, ezért 3 . 20 = 60 kg jó szénbe kerül a gyorsvonat meg állása az állomáson (ábra).

A gyorsvonat megállása egy állomáson - esetleg egyetlen utas miatt - 60 kg jó minöségű szénbe kerül

Az a felszálló egyetlen utas nem is sejti, hogy mennyit fizet rá az államvasút arra, hogy ő felléphet a gyoravonatra.

A lendítőkerék. - Gépeinken gyakran látunk Iendítőkereket. Aligha gondoltunk már arra, hogy a gyorsan forgó lendítőkerékben milyen sok mozgási energiát lehet felhalmozni, ami a gép működése közben újra munkává alakulhat.
Egy korong alakú, 2.000 kilogramm súlyú, 70 cm sugarú és másodpercenként 60-at forduló lendítőkerékben 3,5 millió méterkilogrammsúly munkavégzőképesség, energia van. Tegyük fel, hogy egy kocsi vagy más jármű mozgatásához 100 kg húzóerő szükséges. Akkor a lendítőkerékben rejlő energia elegendő ahhoz, hogy azt a járművet 35 kilométer messzire mozgassa el.


Felhasznált irodalom