Занятие №10. Тема: Энергия, ее виды, способы преобразования, транспортировки
Скачать 97.45 Kb.
|
  ЗАНЯТИЕ № 10.
Тема: Энергия, ее виды, способы преобразования, транспортировки. Цели: 1. Сформировать знания об энергии, ее видах, способах преобразования и транспортировки.. 2. Развивать память, умение логически мыслить, находить причинно-следственные связи в природных явлениях, целесообразности их использования. 3. Воспитывать трудолюбие, стремление к самопознанию, экологическую культуру, осознание важности сохранения природной среды для потомков.
Энергия, от греческого слова energeia – деятельность или действие, - общая количественная мера движения и взаимодействия различных форм материи. В природе существует около 20 научно обоснованных видов энергии Различают следующие виды энергии: механическую, тепловую, электрическую, химическую, магнитную, электромагнитную, ядерную, гравитационную и др. на практике непосредственно применяются всего четыре вида: тепловая (70-75%), механическая (около 22%), электрическая (3-5%), электромагнитная – световая (менее 15 %). 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. Потенциальная энергия – результат изменения положения частей данной системы. Более двух третей всей потребляемой энергии исполь зуется в виде теплоты для технических нужд, отопления, приготовления пищи, оставшаяся часть - в виде механи ческой, прежде всего в транспортных установках, и элек трической энергии. Причем доля использования послед ней с каждым годом все более возрастает.
Механическая энергия проявляется при взаимодей ствии, движении отдельных тел или частиц. К ней отно сят энергию движения или вращения тел, энергию дефор мации при сгибании, растяжении, закручивании, сжатии упругих тел (пружин). Эта энергия наиболее широко ис пользуется в различных машинах и механизмах. Тепловая энергия представляет собой энергию неупо рядоченного (хаотического) движения и взаимодействия молекул веществ. Она широко используется в виде энер гии пара, горячей воды, продуктов сжигания топлива.) Электрическая энергия - энергия движущихся по элек трической цепи электронов (электрического тока). Она яв ляется одним из наиболее совершенных видов благодаря следующим факторам:
• возможности создания принципиально новых тех нологических процессов с высокой степенью автоматиза ции и роботизации производства. Химическая энергия - это энергия атомов веществ, которая высвобождается или поглощается при химиче ских реакциях между ними. Химическая энергия может) выделяться в виде теплоты при проведении экзотермиче ских реакций (горение топлива) либо преобразовываться в электрическую в гальванических элементах и аккуму ляторах. Магнитная энергия - это энергия постоянных маг нитов, обладающих большим потенциалом, но отдающим ее очень сложно. При прохождении электрического тока по цепи вокруг проводника создаются магнитные поля. Поэтому электри ческая и магнитная энергии тесно взаимосвязаны между собой и чаще на практике используется понятие электро магнитной энергии. Электромагнитная энергия - это энергия электромаг нитных волн, т. е. движущихся электрического и магнит ных полей. В зависимости от длины волны (λ) она включает радиоволны с λ > 10 -2 см; световые волны (инфракрасные с λ ~ 2 • 10-1-7,4 • 10-5 см, видимый свет с λ ~ 7,4 • 10-5-4 • 10-5 см, ультрафиолетовые с λ ~ 4 • 10-5-10-6 см); рентгеновское из лучение с λ ~ 10-5-10-12 см; гамма-излучение с λ < 10-8 см. Ядерная энергия представляет собой энергию, скон центрированную в ядрах атомов радиоактивных веществ. Гравитационная энергия - это энергия, обусловлен ная взаимодействием (тяготением) массивных тел. Эта энер гия наиболее ощутима в космосе, в земных условиях она является силой тяжести тела, поднятого на определенную высоту.
Исходя из закона 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. 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:
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. Энергия всех видов после выполнения полезной ра боты превращается в теплоту с более низкой температу рой, которая практически непригодна для дальнейшего использования. Энергия, содержащаяся в природных источниках (энергоресурсах), называется первичной или энергетическим топливом. Классификация первичной энергии К традиционным видам первичной энергии или энер горесурсам относятся органическое топливо (уголь, нефть газ, торф, сланцы, дрова и пр.), гидроэнергия рек и ядерное топливо (уран, торий и др.). Органическое топливо по агре гатному составу подразделяют на газообразное, жидкое и твердое (кусковое или пылевидное). Топливо обычно вклю чает углерод, водород, кислород, азот, серу, золу и влагу. В балансе первичной энергии Земли выделяют пото ки солнечной радиации на поверхность планеты, а также коротковолнового и длинноволнового (теплового) излуче ний в окружающую среду. Рис. Круговорот первичной энергии на земном шаре Коротковолновое излучение связано с прямым отра жением солнечной радиации, а длинноволновое является результатом природных процессов и антропогенной дея тельности. К природным процессам преобразования энергии относят:
Определение качества и оценка практической пригодности энергии Качество различных видов энергии оценивается эксергией - величиной, определяющей максимальную способ ность материи (вещества) к совершению работы в таком процессе, конечное состояние которого определяется усло виями термодинамического равновесия с окружающей сре дой. Например, для получения 1 кДж теплоты достаточно иметь 1 кДж механической или электрической энергии, но для получения этого же количества механической или электрической энергии потребуется более 1 кДж теплоты. Это связано с тем, что тепловая энергия является суммой энергий электронов, атомов, молекул, находящихся в со стоянии неупорядоченного движения. Упорядочить хаос гораздо сложнее, на это нужно затратить энергию. Вот почему тепловая энергия не полностью превращается в другие виды энергии. Для оценки практической пригодности энергии, со держащейся в материи, важно знать не только количество эксергии, но и ее концентрацию, т. е. отношение эксергии к объему термодинамического агента (энергоносителя). Чем выше концентрация эксергии, т. е. плотность энер гетического потока, тем лучше показатели устройства и эксплуатации энергетических установок.. Например, 1 Дж электрической энергии имеет большую ценность для по требителя, чем такое же количество энергии в виде низ котемпературного источника - теплой воды. 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. 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.
Получение и превращение энер гии производится на специальных станциях. Название станции, как правило, соответствует видам первичной энер гии, превращающейся в другие вторичные виды энергии, чаще всего в электрическую. Например, тепловая элек трическая станция (ТЭС) преобразует тепловую энергию в электрическую. В этот же вид энергии на гидроэлектро станции (ГЭС) или гидроаккумулирующей электростан ции (ГАЭС) превращается механическая энергия (кине тическая энергия движения воды); на атомной электро станции (АЭС) - атомная (энергия ядерного топлива); на приливной электростанции (ПЭС) - энергия приливов. В нашей республике более 95 % энергии вырабатыва ется на ТЭС, которые по назначению делятся на два типа: - конденсационные тепловые электростанции (КЭС), предназначенные только для выработки электроэнергии; - теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), на которых осущест вляется комбинированное производство электрической и тепловой энергии. Коэффициент полезного действия (КПД) КЭС состав ляет 36-39 %. Для ТЭЦ КПД в 1,5-1,7 раза выше и дости гает 65 % за счет того, что на этой станции производится комплексная выработка электроэнергии и теплоты горя чей воды или водяного пара за счет использования тепло ты отработавшего в турбинах пара или газа. Для производства водяного пара или горячей воды используют котельные установки. В зависимости от про изводительности они могут быть районными производ ственными котельными, служащими для централизован ного теплоснабжения жилищно-коммунального хозяйства, или локальными, которые обеспечивают тепловой энер гией одно или несколько зданий. счет того, что на этой станции производится комплексная выработка электроэнергии и теплоты горя чей воды или водяного пара за счет использования тепло ты отработавшего в турбинах пара или газа. Энергоресурсы неравномерно распределены на терри тории планеты. Места их наибольшего сосредоточения обычно не совпадают с местами потребления, что и пре допределяет необходимость в транспортировке энергии. Транспортировка энергии включает в себя перевозку (перекачку) первичных энергоресурсов, передачу теплоты и электроэнергии. Примерно 30-40 % от массы добытых первичных энергоресурсов теряется при добыче, транс портировке и хранении. Целесообразность передачи на расстояние тех или иных носителей энергии в основном определяется их энергоем костью - чем выше значение теплоты сгорания топлива, тем выгоднее его перевозить на большие расстояния 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 компрес-сорами, установленными по трассе трубопровода. Транспортировка тепловой энергии от источника до потреби-телей, осуществляется тепловыми сетями, суммарная протяжен-ность которых в однотрубном исчислении в республике составляет более 10 тыс. км. Снижение потерь тепла в трубопроводах. Рекомендации:
Транспортировка электроэнергии по проводам. Транспортировка электрической энергии от электро станций потребителям осуществляется с помощью элек трических сетей, представляющих собой совокупность трансформаторных и преобразовательных подстанций, распределительных устройств и соединяющих их элек трических линий (воздушных и кабельных), размещен ных на территории потребителя. Линии электропередачи (ЛЭП) осуществляют связи между электростанциями и энергетическими системами для их параллельной рабо ты. Такие межсистемные связи позволяют повысить на дежность режимов работы энергосистем, сократить необ ходимый резерв мощности, облегчить функционирование энергосистемы в периоды максимальной и минимальной нагрузок. Передача электроэнергии по проводам на большие расстояния осуществляется при очень высоком напряжении.
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.
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.
Минск, РИПО. 2011.
Рожкоў Л.М. Асновы экалогіі і рацыянальнага прыродакарыстання. – Мн.: Ураджай, 1999 Андрижиевский А.А., Володин В.Н. Энергосбережение и энергетический менеджмент. –Мн.: Высшая школа, 2005.
Каталог: Downloads Downloads -> Современный взгляд на значение ингибиторов ангиотензинпревращающего фермента в лечении артериальной гипертензии у пожилых Downloads -> Н. И. Доста, А. А. Вальвачев Доброкачественная гиперплазия предстательной железы: новый взгляд на этиопатогенез и лечение. Белмапо, Минск Эпидемиология Downloads -> «Доброкачественная гиперплазия предстательной железы (аденома)» Downloads -> Плейотропные эффекты статинов при ишемической болезни сердца Downloads -> Фундаментальная наука в современной медицине 2013 : материалы науч практич конф молодых учёных / под ред. А. В. Сикорского, О. К. Кулаги, А. В. Стахейко, Т. В. Тереховой Минск : бгму, 2013 208 с Downloads -> Переход белорусской психиатрии на мкб-10: первые итоги Downloads -> Курс лекций по психиатрии и наркологии (учебное пособие) Downloads -> Министерство здравоохранения республики беларусь Скачать 97.45 Kb. Поделитесь с Вашими друзьями:
|