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第20章 、闯进能源特区(3)

19世纪50年代,人们已经通过化学分析发现了许多元素,而有些”懒汉“却因为不参加化学反应躲过了人们的视线,一直在自然界过着清闲懒散的生活。

它们是后来用于光源的气体--惰性气体,人们发现了光谱分析法,即:每种物质发出的光线是不同的,利用由三棱镜制成的分光镜,可鉴别发光物质的成分。有人开始探寻光源世界的奥秘。

很凑巧,1860年在西班牙出现日全食,当月球遮住太阳时,人们看到太阳的边沿喷射出红色的火舌,形状有点像人的耳朵,叫做”日珥“.这种奇异的现象惊动了当时所有的天文学家。八年后,印度又发生日全食。一位法国天文学家带着分光镜,千里迢迢来到了印度,想在日全食时看着那红色的火舌究竟是什么东西。日食一开始,他就小心翼翼地将分光镜难准了太阳。突然,他发现了一个奇迹,分光镜里出现了一条从未见过的光谱线!这究竟是什么呢?他研究了许久才作出这样的结论:太阳上存在着一种地球上所没有的特殊物质。后来取名为”氦“,”氦“的希腊文意思是”太阳“.人们总想在地球上找到它,直到1895年,人们用光谱分析法分析钇矿的成分时,才无意中找到了氦。

29.放出生命的异彩

在夜晚仰望天空,无数颗恒星在闪亮,你可知道,它们都是由于内部物质的激烈”燃烧“而发出光亮的?

那么,恒星内部有什么物质呢?又是如何”燃烧“的呢?实际上,我们周围天天都有”物质燃烧“的现象。

城市家庭里使用的煤气就是例子。煤气的原本物质主要由氢、碳元素构成,这些物质的不完全燃烧便产生了煤气。

如四个氢原子核结合在一起,就会组成一个氦原子核。氦是一种密度略大于氢气的气体。代替氢气使气球飞起来的,就是这种气。我们把这种原子核反应叫做”氢原子核燃烧“.与此同时,原本非常坚硬的芯子会组成新的原子核。与普通的化学反应相比,组成新的原子核时所产生的能量非常大,大致要比普通化学反应大出100万倍左右。

这么大的能量以光的形式放射到宇宙空间,使得我们看到的恒星就是闪光耀眼的了。恒星由于大小、质量不同,他们的明亮度也有很大的差别,有的仅是太阳的1%,有的要比太阳大10000倍。此外,恒星并不是永远放射光芒的,它不断向各个阶段进化,最终将结束其闪闪发光的历史。

29.痴梦难圆

能不能从一种机器或装置中白白得到东西?这可能不是某一个人的幻想,虽然,根据热力学第一定律,能量不会”无中生有“,不可能造出一种没有外加的能源供应就会运行的机器。这是一条科学的定律,然而并没有能阻止人们在这方面的探求。有好几百年,发明家们在坚持设计永动机。

他们的设想中最典型的是由重力使其失去平衡的轮子。一个竖放的轮子,在接近顶端处放一个重物,轮子就会旋转,直到重物随轮子转到下方。如果轮子上有规则地安上许多重物,而且下行的重物的力距远大于上行重物的力距,照他们的想法,那轮子将永不休止地旋转。

还有的永动机采用液体作为工质。有一项天真的设计是1686年由阿贝·德拉罗格提出来的,这是一台漏斗形的装置。漏斗的下部是一条长长的管子,管子成弧形向上伸到漏斗的上方。漏斗泄出的水只能重新进入漏斗。发明者希望水的重量会使水沿着管子重新进入漏斗,如此循环往复直到永远。

然而,只有安装一台泵,才能使水重新进入漏斗。看来永动机这个千古夙愿是难以如愿的了。

30.太空发电厂

如果你见过帆船那巨大的风帆,或者雄鹰那张开的宽大翅膀的话,你就会想像出卫星的电池板,就如同巨大的风帆或者宽大的翅膀。科学家们把这样的电池板叫做”太阳翼“.你知道吗?它的作用是发电,而不是给卫星像鸟儿一样用来”飞“的。

由于太空中没有黑夜或阴天等气候的影响,太空发电厂受阳光照射的时间,可达到全年的90%;同时,阳光没有大气的吸收、散射、折射等损失,其发电效率是地面太阳能电站的5~10倍。

这是科学家发明的利用太阳能发电,只不过,这不是在地球上,而是在太空里。

太空发电厂的电力如何送到地面来呢?不知道要通过一根电线吗?

这个问题,科学家们也想到了。太空发电厂把光能转变成电能后,再把电能转换成微波或激光向地面发送;地面接到微波或激光后,再把它们转换成电力供人们使用,也可以直接用微波或激光做其他的事情。

31.借得东风不用愁

风力发电早已是开发能源的一种方法,但是,地球上的自然风并不十分均匀,那么对于风力小的地方,若想利用风力来发电就得另想办法,求借东风。

建造一个人造风发电装置就是一个不错的想法。

人造风发电装置,远看就像一座规模庞大的圆形温室,上面盖着透明的塑料薄膜;中间是个筒状的高塔,像个大烟囱;在高塔的中间有一个风轮发电机;塑料棚的地面是深色的,能大量吸收太阳的热量。

当太阳照射塑料棚时,从塑料棚底沿进来的冷空气,被晒热后沿着塑料棚向中心的高塔移动;在移动的过程中,空气的温度越来越高;热空气在高塔中形成一股巨大的抽力,推动风轮发动机转动并发出电来。

32.金色希望

世界面临着复杂而又紧迫的人口爆炸与粮食不足、资料枯竭、能源危机、环境恶化等问题。我国是一个拥有12亿人口的发展中国家,人均占有陆地面积0.008平方公里,远低于世界人均0.3平方公里的水平,淡水资源仅为世界平均水平的1/4,矿产资源占世界人均的一半,而现在对陆地资源的开发难度又越来越大。因此,向海洋要空间、要资源,将是21世纪我国发展的必然选择。

我国拥有1800多公里的大陆海岸线,拥有300万平方公里的管辖海域,有海岛6500多个,有4亿人口生活在沿海地区,目前沿海地区工农业总产值占全国工农业总产值的62.7%.我国近海和管辖海域蕴藏有丰富的能源、生物、矿产等资料。特别是近些年世界海洋开发技术的迅速发展,对我国海洋技术界是一个严峻的挑战。当今工业发达国家拼命发展海洋开发技术,争霸海洋。正如一位西方经济学家承认的那样:”今天很多大公司,犹如美国当年西部地区分得了耕地定居的移民,正排着队等到一声令下,就向海面大片区域竖起第一个标桩。“这种利用先进的技术争夺海洋的形势将会长期进行下去。为了保卫我国的海洋资料和人类共同的财富,我们必须站在历史的高度,重视新世界的海洋开发,走可持续发展道路,造福子孙后代。

33.向海水要热量

1加仑海水里的氢足以使10000台用电的空间对流加热器工作1小时。全世界的科学家都想通过类似太阳表面发生的那种反应来利用这种能量。这种反应叫作连续热核聚变,它使氢原子互相碰撞,释放出巨大的能量。这个过程产生的能量远远超过核聚变。

目前,聚变方面的研究已经达到制造氢弹的程度。但氢弹的热核聚变,就像太阳一样无法控制。科学家们探索的是一条为和平目而安全利用热核聚变的道路。

要使氢核熔合是不容易的。只有环境温度达到21200万度,并使这个温度维持1秒钟,氢核才会互相碰撞,导致热核反应产生。一旦氢原子熔合,反应就应加以控制,以防止能量的浪费和损失。

海洋里的氢是取之不尽,用之不竭的。而人们对氢的需求又在不断增加,总有一天,人类能不费气力地从海水中提取廉价的氢。一座现代化的火电厂每天需要10列火车的煤炭,而提供同样电力的热核电站,只需要1辆卡车的海水中所含的氢就能运转。

34.福星高照

二十一世纪有没有一种开发安全又取之不尽的能源呢?

科学家们的回答是:有。

建在美国中部新泽西州郊区普林斯顿大学等离子体物理实验室的”国家球形核聚变实验装置(NSTX)“,使支持提供聚变研究经费的官员们和参与此项全国性合作项目的物理学家和工程师们惊叹不已。能源部长比尔·理查森说:”NSTX是有关这项技术具有潜力的最佳例证,它缩短了我们与实际应用聚变能之间的距离。“聚变过程为太阳提供动力,它在高温高压条件下把特殊形态的微小氢原子聚集在等离子体内--等离子体是一团滚热的带电气体,与荧光灯泡中的物质相似。

可以预想,有朝一日,利用原子聚变释放的能量提供清洁能源将远比今天的商业核裂变反应堆安全。聚变所需的燃料--从水中提取的氢原子--十分丰富。此外,聚变过程既不会引起”熔化“反应,也不会造成空气污染、酸雨或温室效应。

35.日本”巨鲸“发电高

海洋掀起的海浪巨大而又惊人,它甚至可以掀翻巨轮,冲垮大堤……如果不能把它利用起来,那岂不是巨大的浪费吗?

别着急,日本科学家研制的”巨鲸“波能发电试验装置能让你笑逐颜开。

”巨鲸“实际上是一条大驳船,可以锚泊在海中。海浪涌动,水面升降就能驱动它内部的发电机,可以连续发出14千瓦的电力,这够四五户人家生活使用了。

目前波能发电存在的最大问题是成本太高,所以给边远地区供电还可以,供城市大规模使用就得不偿失了。

小档案

潮汐能电站

除了波浪能发电,海水的潮汐能也可以用来发电。1912年,德国人就建成了世界上首座潮汐能电站。1980年5月,中国在浙江南部乐清湾也建造了潮汐能电站--江厦电站,装机容量达3200千瓦。

海洋是真正的聚宝盆,不但给我们提供了无尽的资源,还能提供无尽的能量为我们使用。少年朋友们,爱护海洋吧!

36.奇异的发电玻璃

玻璃也能发电?当然不是普通的玻璃了。这种太阳能玻璃是一种多层夹心玻璃板,上下两面是玻璃,而玻璃里面涂一层薄薄的二氧化锡导电层,中间还有一种以碘为基础的电解质层和一种类似植物中的叶绿素的染色层及一层二氧化钛半导体薄膜。

光线穿过上层玻璃、二氧化锡、电解质层到达染色层时,染色层就吸收阳光中的光子。光子是带有能量的粒子,一个光子能从染色层中轰击出一个电子,轰击出来的电子进入二氧化钛半导体薄膜中。然后,二氧化钛层把吸收的电荷又转移到紧挨着它的二氧化锡导电薄膜中,形成电子流。这样在这上下两层玻璃上的二氧化锡导电膜之间就形成了电势差。连接上下两层二氧化锡导电膜后,电子就通过电解质层回到染色层形成一个完整的回路,只要在上下两层二氧化锡导电膜之间安上一个插座,就可以和灯泡、家用小电器(如收音机等)接通,用以照明和收听广播。

这种玻璃中夹层非常薄,仅10纳米,所以看起来仍是透明的。制造它的原料二氧化锡、二气化钛、玻璃板都是普通材料,成本比一般太阳能电池用的硅片低得多。只要在大规模生产中能保证夹层中的各种薄膜的质量,这种玻璃的推广前景是极为乐观的。

37.天然呵成新电池

美国一位研究人员1999年8月11日说,他在实验室中制成了一种燃料电池,这种电池比其他燃料电池更为简单,因为它使用的燃料是天然气,而不是纯氢。

如果这种电池能够大批量生产,那么人们就可以利用这项发明成果以较低的成本生产一种将来可普遍用作建筑物中低污染能源的燃料电池。