169501 (Энергетический аспект взаимодействия человека и природы)

Реферат по экологии

Энергетический аспект взаимодействия человека и природы

ВВЕДЕНИЕ

Потребность в энергии – одна из основных жизненных потребностей человека. Энергия необходима не только для нормальной деятельности сложного современного общества, но и для физического существования каждого человеческого организма.

Развитие человеческого общества, так или иначе, связано с добычей и использованием энергии. Влияние энергетического потенциала на человечество очень велико – развитие промышленности, науки, культуры было бы невозможно без использования энергетических ресурсов Земли. Пользуясь энергией, человек создаёт для себя всё более комфортные условия жизни, резко увеличивая разрыв между собой и природой.

Процесс освоения способов добычи энергии начинается ещё в далёкие древние времена, когда научились добывать огонь и доходит до больших промышленно-городских систем движения топлива - сегодня.

Цель: Изучить основные источники добычи энергии сегодня их историю возникновения и использования.

Задачи:

изучить историю возникновения источников энергии от древних времён до наших дней

выделить основные источники добычи энергии сегодня

где и как они используются

оформить изученный материал в реферат.

1. Энергетический аспект взаимодействия человека и природы

Весь длительный период осво­ения энергии человеком можно разбить на несколько этапов, в котором появлялись новые источники добычи энергии.

1.1 Огонь и мускульная энергия

Первый этап начался с момента появления человека на Земле и продолжался до V—VII вв. н. э. — этап мускульной энергии. Человек нижнего палеолита поддерживал свое существование за счет энер­гии продуктов питания.

Около двухсот тысяч лет назад человек научился сохранять, а затем и добывать огонь. В тропиках, где жили первые люди, грозы были обычным явлением. Молнии без конца поджигали лес. А противостоять огненной стихии было некому. Зато после лесного пожара на земле оставались дымящиеся уголья, раздув которые можно было получить огонь. Трудно себе представить, но хранение горячих углей на кострище в течение десятков тысяч лет было единственным средством добывания огня. Затухал костер, и племя людей оставалось без огня. Приходилось разыскивать очередной лесной пожар, чтобы собрать дымящиеся угли и снова развести костер.

Позже человек научился добывать огонь самостоятельно. В зоне лесов огонь, скорее всего, добывался трением палочки о сухую древесину. При быстром прокручивании палочки древесина разогревалась до температуры, способной зажечь трут – пучок сухой травы, скрученной в жгут.

Подобным образом аборигены тихоокеанских островов и Австралии добывают огонь и по сей день. А в древней Европе, на севере Африки и в некоторых областях Америки для добывания огня люди применяли кремень и кресало. Эти нехитрые инструменты представляли собой пару камней – гальку твердых пород с большим содержанием природного кремния. Высекаемые камнями искры поджигали трут, в качестве которого в более поздние времена использовали промасленный кусок веревки.

Несмотря на то, что кремень и кресало считаются самыми древними инструментами для добывания огня, они вошли в быт человечества настолько прочно, что применялись вплоть до двадцатого столетия. Более того, кремнем и кресалом пользуемся и мы. Бензиновая или газовая зажигалка – это тоже кремень и кресало, точнее, металлическое зазубренное колесико и кремень из магниевого сплава. Вместо трута в зажигалке применяется либо пропитанный керосином хлопчатобумажный фитиль, либо миниатюрная газовая горелка.

С развитием цивилизации проблема добывания огня решалась по-разному. Сначала огонь просто хранили в виде горячих углей в кострищах или в глиняных горшках. Затем были изобретены способы добычи огня при помощи кремня с кресалом. Позже, когда человек научился делать и обрабатывать стекло, огонь можно было добыть зажигательным стеклом – линзой, фокусирующей солнечные лучи на поверхности сухого трута. Но прошло еще очень много времени, пока были изобретены спички. Первые спички появились в 30-е годы 19 века. Они представляли собой деревянные палочки, на которые была нанесена смесь, включающая в себя белый фосфор. При трении спички о любую шероховатую поверхность головка вспыхивала и поджигала деревянное основание спички. Позже спички стали производить из картона, что позволило упростить и удешевить их производство. Сегодня картонные спички распространены больше, чем деревянные, хотя в нашей стране спички по-прежнему производятся из древесины. Первые спички обладали отличными потребительскими качествами, но были небезопасны. Фосфорная спичка загоралась от случайного трения о твердую поверхность, что приводило к несчастным случаям. Но еще опасней был состав головки, поскольку белый фосфор очень ядовит. В 1855 году в Швеции были изобретены безопасные спички. Они были названы «шведскими», но быстро распространились по всему миру и известны нам сегодня, как обычные спички, которыми мы пользуемся каждый день. Головка современной спички состоит из окислителя, в качестве которого применяется бертолетова соль, горючего вещества – серы, и клеящего вещества. Таким образом, «шведская» спичка не содержала ядовитого белого фосфора, но утратила способность воспламеняться от трения о любую поверхность.

Что служило древнему человеку топливом? Прежде всего, древесина. Не стоит забывать, что пралюди обитали в лесах и рядом с лесами. Позже, когда человек научился разводить скот, в качестве топлива стали применять высушенный навоз животных – кизяк. Он применяется до сих пор – в степях, в пустынях, везде, где лесов мало или нет вовсе. Еще позже в качестве топлива стали использовать ископаемые – торф и каменный уголь.

Огонь применялся и в сельскохозяйственном производстве. Научившись разводить полезные растения, человек подготавливал поля к посеву, выжигая траву и кустарник. Пепел кострищ стал первым минеральным удобрением, которым воспользовался человек...

Из пещер и землянок, в которых обитали предки современного человека, огонь переселился в хижины и дома. Собственно, очаг, а затем печь были тем центром, вокруг которого возводились стены и крыша. .

С появлением государства и развитием технических аспектом цивилизации потребовались новые источники энергии - ими стали мускульная сила рабов. С помощью этой силы прокладывались каналы, создавались плотины, были построены грандиозные сооружения — египетские пирамиды.

В этот период на Земле произошли существенные изменения: погибли многие леса, началась активная эрозия почв, а интенсивная разработка месторождений меди привела к изменению ландшафта местности. Интенсификация человеческой деятельности требовала больших энергозатрат. Однако рабство с течением времени стало тормозить про­цесс развития энергетики, изживая себя. Человек стал искать новые источники энергии и обратил внимание на текущую воду и ветер.

1.2 Энергия воды и ветра

Второй этап освоения энергии человеком (VII—XVII вв.) связан с использованием движущейся воды и ветра. Упоминание о первой водяной мельнице относится к IV в., а в XI в. их насчитывалось уже десятки тысяч. Ветряные мельницы появились позже водяных, бы­стро получили широкое распространение, но из-за непостоянства энергоносителя (ветра) не могли заменить водяные мельницы, дей­ствующие непрерывно.

Ветряные мельницы

Первая ветряная мельница для производства электрической энергии была изобретена во второй половине 18 столетия в США Чарльзом Ф. Брашем (Charles F. Brush). К концу 18 столетия в США было 77 фабрик по производству ветряных мельниц и их экспорт в другие страны был весьма значительным.

К 1940 году сотни тысяч турбин были построены в США. Турбина ставилась недалеко от фермерского хозяйства и обеспечивала одну ферму минимальным количеством электроэнергии. С начале 50х годов центральная электрификация всех хозяйств приостановила рост и развитие ветряных турбин почти на 20 лет. В Дании небольшие маломощные мельницы для одной фермы широко использовались в 80х годах. Государство субсидировало постройку таких турбин.

В 1973 году ОПЕК ввело эмбарго на добычу нефти и с тех пор из года в год регулирует количество добываемой нефти. Уменьшение добычи нефти на Ближнем Востоке, увеличение за короткий период времени стоимости на нефть в несколько раз, а также понимание того, что ископаемые источники энергии не бесконечны, заставило ряд государств вернуться к изучению, развитию и внедрению нетрадиционных источников энергии. Одним из таких источников всегда являлась и энергия ветра.

США своим законом от 1978 года обязало коммунальные предприятия скупать лишнюю добытую при помощи ветра электрическую энергию у рядовых граждан. Калифорния – наиболее привлекательный регион в США для установки ветряных ферм не только из-за погодных условий и особенностей ландшафта. Также здесь наиболее привлекательные государственные программы по скупке «ветряного» электричества.

Такие программы по поддержке развития нетрадиционных источников энергии привели к тому, что в наше время на всей планете 2% от всего электричества добывается при помощи ветра и этот процент продолжает увеличиваться из года в год, благодаря уменьшению стоимости данной технологии.

На сегодняшний день Европа стоит на первом месте по использованию энергии ветра. Особенное развитие и использование ветроэнергетика приобрела в Германии, Дании и Испании. В Дании 20% используемой энергии добывается при помощи ветра, а к 2008 году планируется увеличить этот процент до 25.

Развитие технологий использования энергии ветра приводит к тому, что многие страны перешли с одиночных установок ветряных «мельниц», до образования многогектарных «ветровых полей», на которых на близком расстоянии друг от друга устанавливаются сотни ветряков. Так создаются так называемые ветровые фермы.

Ситуация с ветроэнергетикой в нашей стране, такой богатой на ветра и поля, оставляет желать лучшего. Еще при Советском Союзе были попытки организовать «добычу» безопасной энергии. Но низкая цена на ископаемые источники энергии не стимулировала к развитию технологий по использованию возобновляемых источников энергии. И если до 60х годов были неплохие результаты эксплуатации энергии ветра, то после был сделан упор на строительство ГЭС, ТЭС и АЭС.

Водяные мельницы

Не случайно, именно в мукомольном деле возникла первая в истории машина, работавшая без использования мускульной силы человека или животного. Речь идет о водяной мельнице. Но сначала древние мастера должны были изобрести водяной двигатель. Древние водяные машины-двигатели развивались, по видимому, из поливальных машин чадуфонов, при помощи которых поднимали из реки воду для орошения берегов. Чадуфон представлял собой ряд черпаков, которые насаживались на обод большого колеса с горизонтальной осью. При повороте колеса нижние черпаки погружались в воду реки, затем поднимались к верхней точке колеса и опрокидывались в желоб. Сначала такие колеса вращались вручную, но там, где воды мало, а бежит она по крутому руслу быстро, колесо стали снабжать специальными лопатками. Под напором течения колесо вращалось и само черпало воду. Получился простейший насос-автомат, не требующий для своей работы присутствия человека.

Изобретение водяного колеса имело огромное значение для истории техники. Впервые человек получил в свое распоряжение надежный, универсальный и очень простой в своем изготовлении двигатель. Вскоре стало очевидным, что движение, создаваемое водяным колесом, можно использовать не только для качания воды, но и для других надобностей, например, для перемалывания зерна. В равнинных местностях скорость течения рек мала для того чтобы вращать колесо силой удара струи. Для создания нужного напора стали запруживать реку, искусственно поднимать уровень воды и направлять струю по желобу на лопатки колеса. Однако изобретение двигателя сразу породило другую задачу: каким образом передать движение от водяного колеса тому устройству, которое должно совершать полезную для человека работу? Для этих целей был необходим специальный передаточный механизм, который мог бы не только передавать, но и преобразовывать вращательное движение.

Создание водяной мельницы считается важной вехой в истории техники. Она стала первой машиной, получившей применение в производстве, своего рода вершиной, которую достигла античная механика, и исходной точкой для технических поисков механики Возрождения. Ее изобретение было первым робким шагом на пути к машинному производству.

Этот период характерен также переходом от ручного производ­ства к машинному. Появляются ткацкие станки, бумагоделательные машины, лесопилки. Но в качестве тягловой силы по-прежнему используется лошадь. Среднее потребление энергии одним челове­ком возрастает до 1,1 • 10⁵ кДж/сут. Наблюдается рост числа городов и увеличение плотности населения. Увеличилась классовая диффе­ренциация общества. Большая часть энергии шла на удовлетворение потребностей малого количества людей. В это же время предприни­мались многочисленные попытки создать вечный двигатель, использующий кажущееся «самодвижение» воды и воздуха (реки, приливы и отливы, ветер). Это было своеобразным отражением энергетического кризиса, постигшего человечество.

Выход был найден с началом использования перехода химичес­кой энергии, накопленной в ископаемом топливе, в тепловую и применения силы сжатого пара.

1.3. Развитие энергетики

Переход к химичес­кой энергии, накопленной в ископаемом топливе, в тепловую и применения силы сжатого пара. Это — третий этап развития энергетики (с XVIII в. до начала XX в.). В XVII-XVIII вв. были созданы мерные длительно работающие паровые машины, вначале пригодные лишь для откачивания воды из шахт (паровые насосы). Их КПД был не выше 0,3%.

Первая паровая машина была разработана в Англии знаменитым изобретателем Джеймсом Уаттом во второй половине XVIII в.; одновременно с этим Иван Ползунов разработал двухцилиндровый двигатель. К середине XIX в. паровые машины практически везде пришли на смену воде и ветру. Были построены паровозы и пароходы. Однако их существенными недостатками были низкий КПД, Громадный расход топлива, сложность и громоздкость.

Первым в истории человечества искусственно вызванным химическим процессом было, пожалуй, горение - разложение при помощи окисления растительной массы, имеющей сложный химический состав, на вещества более простые такие, как вода, углекислый газ и др. Огонь помог человеку использовать и другие химические процессы: именно благодаря огню человек смог сделать свои продукты питания мягче, вкуснее и удобоваримее.