Энергию мало получить, важно уметь ее накапливать и хранить до тех пор, пока она не понадобится. Это как с урожаем, который нужно не только вовремя собрать, но и сберечь на потом, когда захочется есть. Для разных продуктов подходят разные способы хранения: заморозить, законсервировать, засолить… Для разных форм энергии тоже существуют разные накопители.
Есть накопители и для тепловой энергии, хранящие нагретые камни или специальные жидкости. Отдавая тепло, такой накопитель нагревает воду, получает пар – и, как обычно, крутит генератор. Кинетическую энергию накапливают маховики – тяжеленные стальные диски, раскрученные до очень большой скорости. А запас химической энергии в виде топлива хранится в бензобаке любого автомобиля.
Водохранилища накапливают гравитационную энергию воды для гидроэлектростанций. Инженеры разрабатывают такие накопители с тяжеленными мешками, заполненными песком, или с массивными гранитными глыбами. Мощный двигатель поднимает их на высоту, запасая гравитационную энергию. Когда она понадобится, груз будет опускаться на тросе, раскручивая генератор и вырабатывая электричество.
Всем известны и накопители электрической энергии: батарейки и аккумуляторы, которые работают в планшетах, смартфонах, игрушечных машинках и даже настоящих машинах. Когда аккумулятор заряжается, приходящие в него заряды накапливают энергию, образуя химические связи. Когда аккумулятор отдает энергию какому-нибудь прибору, связи распадаются, энергия уходит – и требуется снова искать розетку.
Химические вещества, которые сохраняют заряды внутри батарейки, очень ядовиты. Они могут нанести вред, даже просто попав на кожу, и опасны для живой природы. Поэтому старые испорченные батарейки и аккумуляторы нельзя выбрасывать как обычный мусор. Их собирают в специальные мусорные контейнеры, а потом увозят на химические фабрики для переработки.
Но зато аккумуляторы очень удобны. Их можно быстро зарядить и быстро разрядить, получив энергию сразу, как только она потребуется для дела. С водохранилищем такого не получится: попробуй наполни его хотя бы за неделю! Кроме того, аккумулятор можно сделать почти любого размера. Крошечные батарейки можно поместить и в игрушечную машинку, и даже в наручные часы. А накопитель с раскаленным камнем не поместится и в квартиру!
Не стоит даже пытаться разобрать аккумулятор. Во-первых, он может взорваться. Во-вторых, он содержит вещества и металлы, ядовитые для людей и для природы, такие как литий и кобальт. Поэтому старые батареи перерабатывают на специальных заводах, осторожно извлекая ценные металлы с помощью машин.
Но вообще-то далеко не у всех часов и машинок есть аккумулятор. Многие из них работают от заведенной пружины. Сжатая или растянутая, пружина старается вернуть свою обычную форму, как висящее яблоко стремится упасть на Землю. Поэтому сжатая пружина накапливает особую форму энергии, упругую.
Мы сталкиваемся с ней каждый раз, выходя из подъезда и с усилием толкая тяжелую дверь. При этом силы расходуются не только на то, чтобы сдвинуть саму дверь, но и на растяжение ее пружины. Удлиняясь, она накапливает упругую энергию. Как только мы выскочим наружу, пружина начнет ее отдавать, закрывая дверь обратно.
На этой упругой энергии работают заводные часы и машинки. Заводя их, мы сильно скручиваем пружинную спираль, накапливая запас упругой энергии. Стоит лишь слегка ее освободить – и спираль начнет раскручиваться, передавая усилие шестеренкам часового механизма или колесам игрушки.
Упругая энергия используется повсюду, и самые крошечные пружинки можно найти в механических наручных часах. А грузовые вагоны опираются на пружины из сверхпрочной стали, каждая из которых весит по 7–10 килограммов.
Благодаря упругой энергии стреляет и обыкновенный лук, спортивный или охотничий. Лучник накапливает ее, натягивая тетиву, – и она пускает стрелу в полет, как только стрелок разожмет пальцы. И лук, и заводная машинка, и дверная пружина превращают упругую энергию в кинетическую – в движение. Если как следует подумать, разве это не удивительно?
