Энергия, ее виды, способы преобразования, транспортировки

Лекция 10.

Энергия, ее виды, способы преобразования, транспортировки.

Домашнее задание [6] c. 15-17, 83-97. [5] c. 308-310.

Энергия, от греческого слова energeia – деятельность или действие, - общая мера различных видов движения и взаимодействия.

В естествознании различают следующие виды энергии: механическую, тепловую, электрическую, химическую, магнитную, электромагнитную, ядерную, гравитационную. Современная наука не исключает существование и других видов энергии.

Энергия – плод мысли человека, созданный для описания различных явлений природы.

Энергия измеряется в Джоулях (Дж). Для измерения тепловой энергии используют калории, 1 кал=4.18 Дж, электрическую энергию измеряют в кВт*час=3.6*10⁶Дж=3.6 МДж, механическая энергия измеряется в кг*м, 1кг*м=9.8 Дж.

Различают энергию макромира, микромира и внутреннюю энергию.

Кинетическая энергия – результат изменения состояния движения материальных тел.

Рекомендуемые материалы

Потенциальная энергия – результат изменения положения частей данной системы.

Способы преобразования энергии:

Закон сохранения энергии – энергия не создается и не уничтожается, она переходит из одного вида в другой. Различают энергию упорядоченного движения (свободную – механическую, химическую, электрическую, электромагнитную, ядерную) и энергию хаотического движения – теплоту.

В настоящее время нет способов непосредственного превращения ядерной энергии в электрическую и механическую, нужно вначале пройти стадию превращения энергии в тепловую, а затем в механическую и электрическую.

Современная наука выделяет 4 силы, определяющие все многообразие мира: сила тяготения, электромагнитные и ядерные – сильные и слабые. Каждая из этих сил характеризуется мировой постоянной:

Сила тяготения - a_g=6*10^-39.

Электромагнитные силы - a_е=1/137.

Сильные ядерные взаимодействия - a_S=1.

Слабые ядерные взаимодействия - a_w=3*10^-12.

Из этих констант получаются все остальные физические постоянные.

Более 20 млрд. лет назад образовалась Вселенная, энергия «большого взрыва» - «родила» энергию, которая составляет основу нашей жизни, она «родила» Солнце и Землю. Энергия Солнца привела к образованию на Земле запасов топливных ресурсов, заставляет постоянно перемещаться водяные и воздушные массы на Земле. Тепловая энергия горячего ядра Земли также участвует в круговороте веществ и превращении энергии.

Человечество стремилось с начала своей истории овладеть энергией в своих интересах. Этапы «овладения» энергией:

1. огонь,

2. мускульная сила животных,

3. сила ветра, воды,

4. энергия пара

5. электроэнергия

6. ядерная энергия.

Во Вселенной происходят процессы преобразования энергии из одного вида в другой в огромных масштабах. Человечество находится в самом начале пути понимания этих процессов.

Механическая энергия преобразуется в тепловую – трением, в химическую – путем разрушения структуры вещества, сжатия, в электрическую – путем изменения электромагнитного поля генератора.

Тепловая энергия преобразуется в химическую, в кинетическую энергию движения, а эта – в механическую (турбина), в электрическую (термо э.д.с.)

Химическая энергия может быть преобразована в механическую (взрыв), в тепловую (тепло реакции), в электрическую (батарейки).

Электрическая энергия может быть преобразована в механическую (электромотор), в химическую (электролиз), в электромагнитную (электромагнит).

Электромагнитная энергия – энергия Солнца – в тепловую (нагрев воды), в электрическую (фотоэффект → гелиоэнергетика), в механическую (звонок телефона).

Ядерная энергия → в химическую, тепловую, механическую (взрыв), регулируемое деление (реактор) → химическая + тепловая.

Способы транспортировки ТЭР.

Транспортировка топливно-энергетических ресурсов осуществляется железнодорожным, воздушным, автомобильным, водным транспортом по трубопроводам, по проводам, электромагнитным излучением.

Транспортировка по трубопроводам.

Трубы магистральных трубопроводов имеют диаметр до 1.2 м. и длину – до нескольких тысяч километров. Давление внутри труб достигает 50 атм. и поддерживается компрессорами, установленными по трассе трубопровода.

Транспортировка электроэнергии по проводам.

Мощность Р=I*U, где I – ток, А; U – напряжение, В.

По закону Ома I=U/R, где R – сопротивление проводника.

Потери мощности на нагрев проводов определяются законом Джоуля-Ленца:

DP = R*I²*t , где t – время, сек.

Для сохранения мощности необходимо уменьшить ток и увеличить напряжение, потери

 снижаются при уменьшении сопротивления R проводов.

Поэтому передача электроэнергии  по проводам на большие расстояния осуществляется при очень высоком напряжении.

Снижение потерь тепла в трубопроводах.

Рекомендации:

1. применять теплоизолированные трубы.

2. по возможности, снижать температуру теплоносителя – воды, пара.

3. удалять конденсат из паропровода.

4. вовремя ликвидировать утечки теплоносителя.

5. применять автоматизированные системы регулирования подачи теплоносителя.

Воздействие различных источников энергии на окружающую среду.

1. Электромагнитные (ЭМ) поля токов промышленной частоты, наиболее опасные места – у трансформаторных подстанций, под линиями электропередач высокого напряжения. Интенсивность излучения пропорциональна четвертой степени частоты колебаний электромагнитного поля. Действие ЭМ поля вызывает нарушение функций нервной и сердечно-сосудистой систем, изменяет кровяное давление.

2. Тепловые источники.

Любое нагретое тело излучает инфракрасное излучение в окружающую среду. Чем выше температура нагрева, тем выше энергия инфракрасного излучения. Опасность оценивается по плотности потока энергии (ПДУ = 500 Вт/м²). При действии ИК-излучения может повышаться температура тела, кровяное давление, развиваться болезни глаз.

3. Электромагнитные поля радиочастот. Наиболее неблагоприятное воздействие оказывает сверхвысокочастотное излучение (длина волн от 1 мм до 1 м.). Радиоволны действуют на нервную и сердечно-сосудистую системы живых организмов, вызывает чувство тревоги, снижение памяти у человека.

Контрольные вопросы:

Лекция "15 Субъективно-психологические истоки права и закона" также может быть Вам полезна.

1. Оцените влияние линий электропередач на окружающую среду.

2. Объясните, как снизить потери тепла в трубопроводах.

3. Назовите этапы овладения энергией человечеством.

4. Обоснуйте необходимость применения высокого напряжения при передаче электроэнергии по проводам.

5. Опишите, как транспортируется газ по трубопроводам.

6. Назовите методы преобразования электроэнергии.