Энергия и цивилизация

Научная шкала для измерения температуры, градусы Кельвина, начинается у абсолютного нуля. Шкала Цельсия (С) распространена много шире: она делит промежуток между точками замерзания и кипения воды на 100 градусов (°С). На этой шкале абсолютный нуль равняется – 273,15 °C, вода замерзает при 0 °C, приятный весенний денек ощущается при 20 °C, а нормальная температура человеческого тела составляет 37 °C. Вода кипит при 100 °C, бумага загорается при 230 °C, железо плавится при 1535 °C, термоядерные реакции на Солнце происходят при 15 миллионах градусов Цельсия.

Почти все остальные научные единицы измерения можно вывести из длины, массы, времени и температуры. Для энергии и мощности выведение имеет следующий вид. Сила, действующая на массу 1 кг, имеющую ускорение 1 м/с², равняется одному ньютону (Н). Сила в 1 Н, приложенная на расстоянии в 1 м, равняется 1 джоулю (Дж), базовой единице энергии. Калория, энергетическая единица, которую часто используют в исследованиях по питанию, равна 4,184 Дж. И то и другое – небольшие количества: дневное потребление пищи активной взрослой женщины должно составлять 2000 калорий (2 мкал), или 8,36 МДж. Мощность – это энергия в заданное время, поэтому 1 Дж/с равняется 1 ватту (Вт). Раздел «Мощность в истории», лежащий ниже, содержит внушительный список видов деятельности, расположенных по порядку затраченной на них мощности.

Многие единицы, например, для скорости – метры в секунду (м/с) или километры в час (км/ч), или для продуктивности – килограммы или тонны в час (кг/ч или т/ч), или тонны в год (т/г) – не имеют собственного названия. Работающая лошадь движется со скоростью около 1 м/с, ограничение на шоссе обычно устанавливают на 100 км/ч. Раб, моловший зерно с помощью каменной ручной мельницы, производил муку не быстрее, чем 4 кг/ч; хорошая пшеница позднего Средневековья давала урожай 1 т/га.

Не все единицы, упомянутые и описанные выше, часто появляются в тексте. Помимо мер для энергии и мощности, нам требовались две базовые физические единицы длины и массы (м и кг), две для площади (га и км²), и четыре – для времени (секунда, час, день и год). Полный список префиксов приведен ниже, но только немногие из них (по возрастанию: гекто, кило, мега, гига, по убыванию: милли, микро) использовались часто.

Научные единицы измерения, их множители и делители

Базовые единицы международной системы СИ

Другие единицы, использованные в тексте

Множители международной системы единиц

Делители международной системы единиц

Хронология достижений, связанных с энергией

Этот список составлен с помощью множества источников, упомятутых в тексте и библиографии. Более обширную хронологию технических достижений можно найти в Mumford (1934), Gille (1978), Taylor (1982), Williems (1987), Bunch and Hellemans (1993). Читатели, желающие ознакомиться с максимально подробными хронологиями событий, связанных с энергией (сведенными в списки по источникам энергии, способам применения и степени воздействия), должны обратиться к почти тысячестраничному тому Cleveland and Morris (2014). Соображения объема ограничивают наш список в основном практическими достижениями (и некоторыми заметными неудачами), в него не входят сопутствующие интеллектуальные, научные, политические факторы.

Все даты, относящиеся к древности, неизбежно приблизительны, и различные источники могут определять их по-разному. Расхождения существуют даже для недавнего времени: даты могут относиться к моменту возникновения оригинальной идеи или получения патента, первого практического использования или успешной коммерциализации. Если возникнут проблемы с датированием изобретений, можно обратиться к Petroski (1993).

До н. э.

Н. э.

Мощность в истории

Рейтинги мощности: от свечи до глобальной цивилизации

Максимальная мощность первичных движителей в полевых работах, 1700–2015

Максимальная мощность первичных движителей в наземном транспорте, 1700–2015

Среднее годовое потребление первичной энергии (ГДж/душу населения)

Примечание: все показатели округлены до ближайшей 5 и включают всю фитомассу (традиционное и современное биотопливо), ископаемое топливо и первичное электричество.

Библиографические заметки