Enerģija ir tā, kas padara dzīvību ne tikai uz mūsu planētas, bet arī Visumā. Tomēr tas var būt ļoti atšķirīgs. Tātad siltums, skaņa, gaisma, elektrība, mikroviļņi, kalorijas ir dažādi enerģijas veidi. Visiem procesiem, kas notiek mums apkārt, šī viela ir nepieciešama. Viss, kas pastāv uz Zemes, lielāko daļu enerģijas saņem no Saules, taču ir arī citi enerģijas avoti. Saule nodod to uz mūsu planētu tikpat daudz, cik 100 miljoni jaudīgāko spēkstaciju būtu ražoti tajā pašā laikā.
Kas ir enerģija?
Alberta Einšteina izvirzītā teorija pēta attiecības starp matēriju un enerģiju. Šis izcilais zinātnieks spēja pierādīt vienas vielas spēju pārveidoties par citu. Tajā pašā laikā izrādījās, ka enerģijas ir visvairāk svarīgs faktorsķermeņu esamība, un matērija ir sekundāra.
Enerģija kopumā ir spēja veikt kādu darbu. Tā ir viņa, kas stāv aiz jēdziena par spēku, kas spēj pārvietot ķermeni vai piešķirt tam jaunas īpašības. Ko nozīmē termins "enerģija"? Fizika ir fundamentāla zinātne, kurai savu dzīvi ir veltījuši daudzi zinātnieki. dažādi laikmeti un valstis. Pat Aristotelis lietoja vārdu "enerģija", lai apzīmētu cilvēka darbību. Tulkojumā no grieķu valodas "enerģija" ir "darbība", "spēks", "darbība", "spēks". Pirmo reizi šis vārds parādījās grieķu zinātnieka traktātā Fizika.
Tagad vispārpieņemtajā izpratnē šo terminu ikdienas dzīvē ieviesa kāds angļu fiziķis.Šis nozīmīgais notikums notika tālajā 1807. gadā. XIX gadsimta 50. gados. Angļu mehāniķis Viljams Tomsons pirmo reizi izmantoja jēdzienu "kinētiskā enerģija", un 1853. gadā skotu fiziķis Viljams Rankins ieviesa terminu "potenciālā enerģija".
Mūsdienās šis skalārs ir sastopams visās fizikas nozarēs. Tas ir vienots dažādu matērijas kustību un mijiedarbības formu mērs. Citiem vārdiem sakot, tas ir mērs dažu formu pārvēršanai citās.
Mērvienības un simboli
Tiek mērīts enerģijas daudzums Šai īpašajai vienībai atkarībā no enerģijas veida var būt dažādi apzīmējumi, piemēram:
- W ir sistēmas kopējā enerģija.
- Q - termiskais.
- U ir potenciāls.
Enerģijas veidi
Ir daudzi no visvairāk dažādi veidi enerģiju. Galvenās no tām ir:
- mehānisks;
- elektromagnētiskais;
- elektrisks;
- ķīmiskās vielas;
- termiski;
- kodols (atoms).
Ir arī citi enerģijas veidi: gaismas, skaņas, magnētiskā. V pēdējie gadi arvien vairāk fiziķu sliecas uz hipotēzi par tā sauktās "tumšās" enerģijas esamību. Katram no iepriekš uzskaitītajiem šīs vielas veidiem ir savas īpašības. Piemēram, skaņas enerģiju var pārraidīt, izmantojot viļņus. Tie veicina bungādiņu vibrāciju cilvēku un dzīvnieku ausīs, kā rezultātā ir dzirdamas skaņas. Dažādu ķīmisko reakciju gaitā izdalās enerģija, kas nepieciešama visu organismu dzīvībai. Jebkura degviela, pārtika, akumulatori, baterijas ir šīs enerģijas uzglabāšana.
Mūsu gaismeklis dod Zemei enerģiju elektromagnētisko viļņu veidā. Tikai tā viņa var pārvarēt Kosmosa plašumus. Pateicoties modernās tehnoloģijas piemēram, saules paneļi, mēs to varam izmantot ar vislielāko efektu. Neizmantotās enerģijas pārpalikums tiek uzkrāts speciālās enerģijas krātuvēs. Līdzās iepriekš minētajiem enerģijas veidiem bieži tiek izmantoti termiskie avoti, upes, okeāni un biodegviela.
Mehāniskā enerģija
Šis enerģijas veids tiek pētīts fizikas sadaļā ar nosaukumu "Mehānika". To apzīmē ar burtu E. To mēra džoulos (J). Kas ir šī enerģija? Mehānikas fizika pēta ķermeņu kustību un to mijiedarbību savā starpā vai ar ārējiem laukiem. Šajā gadījumā enerģiju, ko izraisa ķermeņu kustība, sauc par kinētisko (apzīmē ar Ek), un enerģiju, ko rada vai ārējie lauki, sauc par potenciālu (En). Kustības un mijiedarbības summa atspoguļo sistēmas kopējo mehānisko enerģiju.
Abu veidu aprēķināšanai ir vispārējs noteikums... Lai noteiktu enerģijas daudzumu, jāaprēķina darbs, kas nepieciešams ķermeņa pārnešanai no nulles stāvokļa uz šo stāvokli. Turklāt, jo vairāk darba, jo vairāk enerģijasķermenim piederēs šajā stāvoklī.
Sugu atdalīšana pēc dažādām pazīmēm
Ir vairāki enerģijas atdalīšanas veidi. Pēc dažādiem kritērijiem to iedala: ārējā (kinētiskā un potenciālā) un iekšējā (mehāniskā, termiskā, elektromagnētiskā, kodolenerģijas, gravitācijas). Savukārt elektromagnētiskā enerģija tiek iedalīta magnētiskajā un elektriskajā, bet kodolenerģija - vājas un spēcīgas mijiedarbības enerģijā.
Kinētiskā
Jebkurš kustīgs ķermenis izceļas ar kinētiskās enerģijas klātbūtni. To mēdz saukt tā – braukšana. Kustīga ķermeņa enerģija tiek zaudēta, kad tas palēninās. Tādējādi, jo lielāks ātrums, jo vairāk kinētiskā enerģija.
Kustīgam ķermenim saskaroties ar nekustīgu objektu, tas tiek pārnests uz kinētikas daļu, kas to arī iekustina. Kinētiskās enerģijas formula ir šāda:
- E k = mv 2: 2,
kur m ir ķermeņa masa, v ir ķermeņa kustības ātrums.
Vārdos šo formulu var izteikt šādi: objekta kinētiskā enerģija ir vienāda ar pusi no tā masas reizinājuma ar tā ātruma kvadrātu.
Potenciāls
Šāda veida enerģija pieder ķermeņiem, kas atrodas kaut kādā spēka laukā. Tātad magnētiskais rodas, ja objekts atrodas magnētiskā lauka ietekmē. Visiem ķermeņiem uz Zemes ir potenciālā gravitācijas enerģija.
Atkarībā no pētāmo objektu īpašībām tiem var būt dažāda veida potenciālā enerģija. Tātad, elastīgās un elastīgi ķermeņi, kas spēj stiepties, tiem piemīt potenciālā elastības vai spriedzes enerģija. Jebkurš krītošs ķermenis, kas iepriekš bija nekustīgs, zaudē potenciālu un iegūst kinētiku. Turklāt šo divu veidu apjoms būs līdzvērtīgs. Mūsu planētas gravitācijas laukā potenciālās enerģijas formulai būs šāda forma:
- E n =
mhg,
kur m ir ķermeņa svars; h ir ķermeņa masas centra augstums virs nulles līmeņa; g ir gravitācijas paātrinājums.
Vārdos šo formulu var izteikt šādi: objekta potenciālā enerģija, kas mijiedarbojas ar Zemi, ir vienāda ar tā masas, gravitācijas paātrinājuma un augstuma, kurā tas atrodas, reizinājumu.
Šis skalārais lielums ir tāda materiāla punkta (ķermeņa) enerģijas rezerves raksturlielums, kas atrodas potenciālā spēka laukā un tiek izmantots kinētiskās enerģijas iegūšanai lauka spēku darbības rezultātā. Dažreiz to sauc par koordinātu funkciju, kas ir termins sistēmas Lagranža valodā (Lagranža funkcija dinamiska sistēma). Šī sistēma apraksta to mijiedarbību.
Potenciālā enerģija noteiktai ķermeņu konfigurācijai, kas atrodas telpā, tiek pielīdzināta nullei. Konfigurācijas izvēli nosaka turpmāko aprēķinu ērtība, un to sauc par "potenciālās enerģijas normalizāciju".
Enerģijas nezūdamības likums
Viens no visvienkāršākajiem fizikas postulātiem ir Enerģijas nezūdamības likums. Saskaņā ar to enerģija nekur nerodas un nekur nepazūd. Tas pastāvīgi mainās no vienas formas uz otru. Citiem vārdiem sakot, notiek tikai enerģijas izmaiņas. Tā, piemēram, zibspuldzes akumulatora ķīmiskā enerģija tiek pārvērsta elektroenerģijā un no tās gaismā un siltumā. Dažādas sadzīves tehnikas pārvērš elektroenerģiju gaismā, siltumā vai skaņā. Visbiežāk izmaiņu gala rezultāts ir siltums un gaisma. Pēc tam enerģija nonāk apkārtējā telpā.
Enerģijas likums spēj izskaidrot daudzus Zinātnieki apgalvo, ka tās kopējais tilpums Visumā pastāvīgi paliek nemainīgs. Neviens nevar atjaunot vai iznīcināt enerģiju. Ražojot vienu no tā veidiem, cilvēki izmanto degvielas, krītoša ūdens un atoma enerģiju. Šajā gadījumā viens no tā veidiem pārvēršas par citu.
1918. gadā zinātnieki spēja pierādīt, ka enerģijas nezūdamības likums ir laika translācijas simetrijas – konjugētās enerģijas lieluma – matemātiskas sekas. Citiem vārdiem sakot, enerģija tiek saglabāta tāpēc, ka fizikas likumi dažādos laikos neatšķiras.
Enerģijas īpašības
Enerģija ir ķermeņa spēja veikt darbu. Slēgtās fiziskās sistēmās tas saglabājas visu laiku (kamēr sistēma ir aizvērta) un ir viens no trim papildu kustības integrāļiem, kas kustības laikā saglabā lielumu. Tajos ietilpst: enerģija, moments Jēdziena "enerģija" ieviešana ir lietderīga, ja fiziskā sistēma ir viendabīga laikā.
Ķermeņu iekšējā enerģija
Tā ir molekulu mijiedarbības un to veidojošo molekulu termisko kustību enerģijas summa. To nevar tieši izmērīt, jo tā ir nepārprotama sistēmas stāvokļa funkcija. Ikreiz, kad sistēma atrodas noteiktā stāvoklī, tās iekšējai enerģijai ir sava raksturīgā nozīme neatkarīgi no sistēmas pastāvēšanas vēstures. Izmaiņas iekšējā enerģija pārejot no viena fiziskais stāvoklis otrs vienmēr ir vienāds ar starpību starp tā vērtībām beigu un sākuma stāvoklī.
Iekšējā gāzes enerģija
Papildus cietām vielām gāzēm ir arī enerģija. Tas atspoguļo sistēmas daļiņu, kas ietver atomus, molekulas, elektronus, kodolus, termiskās (haotiskās) kustības kinētisko enerģiju. Ideālas gāzes iekšējā enerģija (gāzes matemātiskais modelis) ir tās daļiņu kinētisko enerģiju summa. Tas ņem vērā brīvības pakāpju skaitu, kas ir neatkarīgo mainīgo skaits, kas nosaka molekulas stāvokli telpā.
Katru gadu cilvēce patērē arvien vairāk enerģijas resursu. Visbiežāk mūsu māju apgaismošanai un apkurei, transportlīdzekļu un dažādu mehānismu darbībai nepieciešamās enerģijas iegūšanai tiek izmantoti fosilie ogļūdeņraži, piemēram, ogles, nafta un gāze. Tie ir neatjaunojami resursi.
Diemžēl tikai neliela daļa no mūsu planētas enerģijas nāk no atjaunojamiem resursiem, piemēram, ūdens, vēja un saules. Šobrīd to īpatsvars enerģētikas sektorā ir tikai 5%. Vēl 3% cilvēku iegūst atomenerģijas veidā, ko ražo atomelektrostacijās.
Viņiem ir šādas rezerves (džoulos):
- kodolenerģija - 2 x 10 24;
- gāzes un naftas enerģija - 2 x 10 23;
- planētas iekšējais siltums - 5 x 10 20.
Zemes atjaunojamo resursu gada vērtība:
- Saules enerģija - 2 x 10 24;
- vējš - 6 x 10 21;
- upes - 6,5 x 10 19;
- jūras plūdmaiņas - 2,5 x 10 23.
Tikai ar savlaicīgu pāreju no Zemes neatjaunojamo enerģijas rezervju izmantošanas uz atjaunojamām, cilvēcei ir iespēja uz mūsu planētas ilgi un laimīgi pastāvēt. Zinātnieki visā pasaulē turpina rūpīgi pētīt dažādas enerģijas īpašības, lai iemiesotu visprogresīvākos sasniegumus.
Cilvēki izmanto dažāda veida enerģiju visam, sākot no savām kustībām līdz astronautu nosūtīšanai kosmosā.
Ir divu veidu enerģija:
- spēja apņemties (potenciāls)
- faktiskais darbs (kinētiskais)
Piegādāts dažādas formas:
- siltums (siltums)
- gaišs (starojošs)
- kustība (kinētiska)
- elektrisks
- ķīmiska
- kodolenerģija
- gravitācijas
Piemēram, pārtika, ko cilvēks ēd, satur ķīmiskas vielas, un cilvēka ķermenis to uzglabā, līdz viņš to izmanto kā kinētisko darba vai dzīves laikā.
Enerģijas klasifikācija
Cilvēki izmanto dažāda veida resursus: elektrību savās mājās, ko ražo, sadedzinot ogles, kodolreakcijās vai hidroelektrostacijās upē. Tādējādi ogles, kodolenerģijas un ūdens tiek sauktas par avotu. Kad cilvēki degvielas tvertnē piepilda ar benzīnu, avots var būt eļļa vai pat graudu audzēšana un pārstrāde.
Enerģijas avoti ir sadalīti divās grupās:
- Atjaunojams
- Neatjaunojams
Atjaunojamos un neatjaunojamos avotus var izmantot kā primāros ieguves avotus, piemēram, siltumu, vai izmantot sekundāro enerģijas avotu, piemēram, elektrības, ražošanai.
Kad cilvēki izmanto elektrību savās mājās, elektroenerģiju, visticamāk, ražo, sadedzinot ogles vai dabasgāzi, kodolreakciju vai hidroelektrostaciju upē vai no vairākiem avotiem. Cilvēki izmanto jēlnaftu (neatjaunojamo), lai darbinātu savas automašīnas, taču viņi var izmantot arī biodegvielu (atjaunojamo), piemēram, etanolu, kas iegūts no apstrādātas kukurūzas.
Atjaunojams
Ir pieci galvenie atjaunojamās enerģijas avoti:
- Saulains
- Ģeotermālais siltums Zemes iekšienē
- Vēja enerģija
- Biomasa no augiem
- Hidroenerģija no tekoša ūdens
Biomasa, kurā ietilpst koksne, biodegviela un biomasas atkritumi, ir lielākais atjaunojamās enerģijas avots, kas veido aptuveni pusi no visiem atjaunojamajiem energoresursiem un aptuveni 5% no kopējā patēriņa.
Neatjaunojams
Lielākā daļa resursu, kas pašlaik tiek patērēti no neatjaunojamiem avotiem:
- Naftas produkti
- Ogļūdeņraža sašķidrināta gāze
- Dabasgāze
- Ogles
- Kodolenerģija
Neatjaunojamās enerģijas veido aptuveni 90% no visiem izmantotajiem resursiem.
Vai degvielas patēriņš laika gaitā mainās
Enerģijas avoti laika gaitā mainās, taču izmaiņas notiek lēni. Piemēram, ogles savulaik plaši izmantoja kā kurināmo māju un komerciālu ēku apkurei, taču ogļu īpašā izmantošana šiem mērķiem pēdējā pusgadsimta laikā ir samazinājusies.
Lai gan atjaunojamo kurināmo īpatsvars kopējā primārās enerģijas patēriņā joprojām ir salīdzinoši neliels, to izmantošana pieaug visās nozarēs. Turklāt dabasgāzes izmantošana enerģētikā pēdējos gados ir pieaugusi zemo dabasgāzes cenu dēļ, savukārt ogļu izmantošana šajā sistēmā ir samazinājusies.
Jeļena Panova
Bērnu pētnieciskais darbs
Enerģija dabā un manī
GBOU SOSH s. Bagāts kopuzņēmums Bērnudārzs"Kumelīte"
uzraugs: Panova Jeļena Viktorovna, audzinātāja
GBOU SOSH s. Bagāts kopuzņēmums Bērnudārzs"Kumelīte"
1. Ievads ---
2. Kas ir enerģiju? ---
3. Veidi enerģija ---
4. Praktisks Darbs ---
5. Kur tas iet enerģiju? ---
6. Secinājums ---
Pieteikumi ---
Bibliogrāfija ---
1. Ievads.
Daudzi pieaugušie runā par es: "Kādas enerģisks zēns... Cik daudz ir tevī enerģiju?" Vai tas ir labi vai slikti? Vispār, kas ir enerģiju? No kurienes tas radās? Un kāpēc viņa ir manī?
Tas ir tas, kas man ir jānoskaidro savā pētnieciskais darbs.
Mērķis pētījumiem: Paplašiniet zināšanas par enerģiju.
Uzdevumi: Izpētiet enerģijas veidus dabā.
Uzziniet, kādi veidi enerģija ir manī.
Objekts pētījumiem: enerģija dabā.
Lieta pētījumiem: enerģija manī.
Hipotēze: mana iepazans ar enerģija man palīdzēs uzzināt enerģiju kādi veidi enerģija piemīt cilvēkam... Un es atbildēšu jautājums: "Vai ir labi būt enerģisks zēns?»
Atbilstība: saskaņā ar S. I. Ožegovu “... enerģiju Ir kustības un ražošanas spējas mērs strādāt». Darbs un kustība ir mūsdienu dzīves pamats.
2. Kas ir enerģiju?
Jebkuram ķermenim, lai tas augtu, kustētos, sadedzinātu vai vispār kaut ko darītu, ir vajadzīgs enerģiju... Kas ir enerģiju?
S.I.Ožegova vārdnīcā teikts par enerģija nākamais:
1. Viena no matērijas galvenajām īpašībām ir tās kustības mērs, kā arī spēja ražot strādāt.
2. Apņēmība un neatlaidība darbībā (ņem līdzi enerģija jebkam) .
Tātad, enerģiju Ir spēja kustēties un ražot strādāt.
Gandrīz visa avots enerģiju saule parādās uz zemes. Saules siltums sasilda zemi, jūras un gaisu. Tas arī rada vējus, viļņus. Enerģija Pārtikā esošo saturu rada arī saule, jo augi absorbē saules gaismu. Enerģija kas atrodams gaļā, nāk no augiem, kurus ēd dzīvnieki. Ogles, eļļa, dabisks gāze pirms daudziem miljoniem gadu veidojās no dzīvnieku atliekām. UN enerģiju tā izcelsme ir ķīmiska enerģiju ko uzkrājuši šie augi un dzīvnieki.
3. Veidi enerģiju.
Es to uzzināju dabu ir daudz dažādu veidu enerģiju:
termiski.
To satur sakarsētas vielas. Termiskā enerģiju var izplatīties no vienas vietas uz otru.
ķīmiska.
Tas ir atrodams pārtikā, degvielā (eļļā, oglēs, dabasgāze, ķimikālijās.
potenciāls.
Šī ir iekšējā piegāde enerģiju... Piemēram, saspiestai atsperei ir potenciāls enerģiju... Ja tu viņu atlaidīsi, tad tas paslēpies enerģija tiks atbrīvota.
elektrisks.
Tas pārvietojas pa elektrības vadiem.
gaisma.
Šis ir īpašs veids enerģiju, kas pārvietojas taisnā līnijā ar milzīgu ātrumu. Nekas pasaulē nevar ceļot ātrāk par gaismu.
skaņu.
Tas izplatās viļņu veidā, ko sauc par skaņas viļņiem.
Izmanto atomelektrostacijās elektroenerģijas ražošanai.
kinētiskā.
Šis kustības enerģija... Visam, kas kustas, ir kinētika enerģiju.
4. Praktiskā daļa.
Iepazīšanās ar sugu daudzveidību enerģija dabā, ES izlēmu izpētīt dažus no tiem.
1. pētījums.
Es uzkarsēju katlu ar ūdeni virs uguns. Kad ūdens uzvārījās, konstatēju, ka sasilst arī apkārtējais gaiss. Tas ir siltums enerģiju, viņa pacēlās no ūdens katla gaisā.
Kad es skrienu, man kļūst karsts, ļoti izslāpis. Tas nozīmē, ka man ir siltuma enerģiju.
2. pētījums.
Skatoties uz spuldzīti, es ieraudzīju pavedienu. Tad es ieslēdzu spuldzi, kvēldiegs acumirklī iedegās, un gaisma piepildīja visu telpu. Šis ir lampas kvēldiegs, kas izplata gaismu enerģiju... Pieskāros spuldzītei, tā kļuva karsta - to sildīja vītne, jo gaisma enerģiju izdala ļoti karstus ķermeņus. Kaut man būtu gaisma enerģiju.
3. pētījums.
Iezvanījās telefons, es piecēlu klausuli pie auss un dzirdēju mammas balsi. Šī ir skaņa enerģiju... Kad tie iet cauri gaisam, skaņas viļņi izraisa tā vibrāciju, radot skaņas.
Es nolēmu to pārbaudīt pats. Viņš uzlika roku uz rīkles un izdvesa skaņu, uzreiz sajuta vibrācijas. Ir skaņas viļņi. Tas nozīmē, ka es varu izplatīt skaņu enerģiju.
4. pētījums.
Mūsu dzīvoklī ir elektrības vadi, pa tiem iet elektriskā strāva un piespiež elektriskās ierīces strādāt... Elektriskā strāva ir nedaudz līdzīga upei, upē plūst tikai ūdens, un pa vadiem plūst mazas, ļoti mazas daļiņas-elektroni. Mums ir daudz palīgu, bet tie ir pareizi jāizmanto! Zinu, ka elektrība ar kuru strādāt elektroierīces ir bīstamas cilvēkiem. Tāpēc ar elektrību nē pētījumiem Es neuzdrošinājos to īstenot. Bet ir elektrība, kas nav bīstama, klusa, nemanāma. Tas dzīvo visur, pats par sevi un, ja tā ir "noķert", tad ar to ir ļoti interesanti spēlēties. Es paņēmu bumbu, ierīvēju to matos un pieliku pie sienas ar to pusi, ar kuru to berzēju. Šeit bumba karājas. Tas notika tāpēc, ka elektrība dzīvo mūsu matos, un es "Noķerts" kad bumba sāka berzēties gar matiem. Viņš elektrizējās, tāpēc viņu piesaistīja siena.
Tas nozīmē, ka elektrība dzīvo matos.
5. pētījums.
Es uzzināju, ka augi absorbē saules gaismu un pārvērš to ķīmiskā veidā enerģiju kas glabājas kātos un lapās. Enerģija gaļas saturs ir iegūts no augiem, ko ēd dzīvnieki.
Mēs ēdam dārzeņus, augļus, maizi, gaļu. Tas nozīmē, ka kopā ar pārtiku mēs iegūstam ķīmisko vielu enerģiju kas palīdz mums skriet, staigāt, elpot, dzīvot.
6. pētījums.
Visam, kas kustas, ir kinētika enerģiju... Paņēmu divas dažādas masas bumbiņas un aizsūtīju pa slīpo dēli.
Bumba, kura bija vieglāka, nespēja izlauzties cauri rāmim, un bumba, kura bija smagāka, viegli izlauzās cauri rāmim. Tas liecina, ka kustīgajiem ķermeņiem ir kinētika enerģiju, un jo smagāks ir ķermenis, jo ātrāk tas kustas un nes lielāku kinētikas piegādi enerģiju.
Tas nozīmē, ka jebkurai kustībai man ir arī kinētika enerģiju... Kļūstot vecākam, nēsāšu vēl kustības enerģija.
5. Kur tas iet enerģiju?
No veiktajiem pētījumu, ko es uzzināju ka galvenais avots enerģija ir saule... Bet kur tas iet enerģiju? Izteikšu dažus novērojumus.
Novērojums 1.
Es vērošu kaķi. Ēdot kaķi, kaķis iegūst ķīmisku vielu enerģiju... Kad kaķis lec, tā ķīmiskā viela enerģiju nonāk kinētikā. Ar jebkuru kustību rodas siltums enerģiju... Izrādās, ka ķīmiskā viela enerģiju pārgāja kinētiskajā un termiskajā.
2. novērojums.
Skatoties salūtu, sapratu, ka ķīmiskā enerģiju, kas tajā atrodas, sprādziena laikā pārgāja kinētiskajā, skaņā, termiskajā un gaismā.
Tas nozīmē, ka enerģiju Tas nekur nepazūd un nerodas no nekā, tas pastāvīgi pāriet no viena veida uz otru.
6. Secinājums.
Mana iepazans ar Dažādi enerģija man palīdzēja uzzināt no kurienes tas nāk un kurp dodas enerģiju kādi veidi enerģija piemīt cilvēkam.
Nav nejaušība, ka viņi tā saka «… enerģija ir dzīvība» ... Tāpēc nav tik slikti, ka es esmu ļoti enerģisks zēns... Tas man dzīvē noderēs.
Bibliogrāfija.
1. Dousvels Pols. Nezināmais par zināmo. - M .: ROSMEN, 2001
2. Ožegova SI Krievu valodas vārdnīca. - M .: krievu valoda. 1999, lpp. 911
3. Internets. Vietne "Idejas jums"
4. Internets. Vietne "Gudrs un gudrs, pirmklasnieks, izpēte - kurš paskaidros?»
5. Enciklopēdija "Tuvumā nezināms"- M .: ROSMEN, 2001
6. Enciklopēdija "Es atveru pasauli"- M .: ASTEL, 2002
Lekcija 2. Enerģijas veidi. Enerģijas uztveršana, pārveidošana un izmantošana
2. TĒMA. ENERĢIJAS VEIDI. ENERĢIJAS SAŅEMŠANA, PĀRVĒRŠANA UN IZMANTOŠANA
Pamatjēdzieni:
enerģija; kinētiskā un potenciālā enerģija; enerģijas veidi; enerģija; energosistēma; elektroenerģijas sistēma; enerģijas patērētāji; tradicionālā un netradicionālā enerģija; slodzes grafiki; enerģijas patēriņš uz vienu iedzīvotāju; ekonomikas energointensitāte; energoefektīva ražošanas līmeņa rādītājs.
Enerģija ir universāls pamats dabas parādības, kultūras un visas cilvēka darbības pamats. Tajā pašā laikā zem enerģijas(grieķu — darbība, darbība) tiek saprasts kā kvantitatīvs dažādu matērijas kustības formu novērtējums, kas var pārveidot vienu citā.
Saskaņā ar fiziskās zinātnes jēdzieniem enerģija ir ķermeņa vai ķermeņu sistēmas spēja veikt darbu. Pastāv dažādas enerģijas veidu un formu klasifikācijas. Cilvēks savā Ikdiena visbiežāk ar šādus veidus enerģijas: mehāniskā, elektriskā, elektromagnētiskā, termiskā, ķīmiskā, atomu (intranukleārā). Pēdējie trīs veidi attiecas uz iekšējo enerģijas formu, t.i. ķermeni veidojošo daļiņu mijiedarbības potenciālās enerģijas vai to nejaušās kustības kinētiskās enerģijas dēļ.
Ja enerģija rodas materiālo punktu vai ķermeņu kustības stāvokļa izmaiņu rezultātā, tad to sauc kinētiskā ; tajā ietilpst ķermeņu kustības mehāniskā enerģija, siltumenerģija molekulu kustības dēļ.
Ja enerģija rodas, mainoties noteiktas sistēmas daļu savstarpējam izvietojumam vai tās novietojumam attiecībā pret citiem ķermeņiem, tad to sauc potenciāls ; tajā ietilpst universālās gravitācijas likuma piesaistīto masu enerģija, viendabīgu daļiņu stāvokļa enerģija, piemēram, elastīga deformēta ķermeņa enerģija, ķīmiskā enerģija.
Enerģija dabaszinātnēs atkarībā no dabas tiek iedalīta šādos veidos.
Mehāniskā enerģija - izpaužas mijiedarbības, kustības laikā atsevišķi ķermeņi vai daļiņas.
Tas ietver ķermeņa kustības vai rotācijas enerģiju, deformācijas enerģiju lieces, stiepšanās, griešanās, saspiešanas laikā elastīgi ķermeņi(atsperes). Šo enerģiju visplašāk izmanto dažādās mašīnās – transporta un tehnoloģiskajās.
Siltumenerģija- nesakārtotas (haotiskas) kustības un vielu molekulu mijiedarbības enerģija.
Siltumenerģija, ko visbiežāk iegūst no dažāda veida kurināmā sadedzināšanas, tiek plaši izmantota apkurei, veicot daudzus tehnoloģiskus procesus (karsēšanu, kausēšanu, žāvēšanu, iztvaicēšanu, destilāciju utt.).
Elektroenerģija – elektronu enerģija (elektriskā strāva), kas pārvietojas pa elektrisko ķēdi.
Elektroenerģiju izmanto mehāniskās enerģijas iegūšanai, izmantojot elektromotorus, un materiālu apstrādes mehānisko procesu veikšanai: drupināšanai, malšanai, sajaukšanai; elektroķīmisko reakciju veikšanai; siltumenerģijas iegūšana elektriskās apkures ierīcēs un krāsnīs; materiālu tiešai apstrādei (elektriskā izlādes apstrādei).
Ķīmiskā enerģija – tā ir vielu atomos "uzkrātā" enerģija, kas izdalās vai uzsūcas, kad ķīmiskās reakcijas starp vielām.
Ķīmiskā enerģija tiek izdalīta siltuma veidā eksotermisku reakciju (piemēram, degvielas sadegšanas) laikā vai pārveidota elektroenerģijā galvaniskajos elementos un baterijās. Šiem enerģijas avotiem raksturīga augsta efektivitāte (līdz 98%), bet zema jauda.
Magnētiskā enerģija- pastāvīgo magnētu enerģija, kuriem ir liels enerģijas krājums, bet no tā "atsakās" ļoti negribīgi. Taču elektriskā strāva ap sevi rada paplašinātus, spēcīgus magnētiskos laukus, tāpēc visbiežāk tiek runāts par elektromagnētisko enerģiju.
Elektriskā un magnētiskā enerģija ir cieši saistītas viena ar otru, katru no tām var uzskatīt par otras "apgriezto" pusi.
Elektromagnētiskā enerģija Vai elektromagnētisko viļņu enerģija, t.i. kustīgi elektriskie un magnētiskie lauki. Tas ietver redzamo gaismu, infrasarkano staru, ultravioleto starojumu, rentgenstarus un radioviļņus.
Tādējādi elektromagnētiskā enerģija ir starojuma enerģija. Radiācija nes enerģiju elektromagnētisko viļņu enerģijas veidā. Kad starojums tiek absorbēts, tā enerģija tiek pārvērsta citos veidos, visbiežāk siltumā.
Kodolenerģija- enerģija, kas lokalizēta tā saukto radioaktīvo vielu atomu kodolos. Tas izdalās smago kodolu dalīšanās (kodolreakcija) vai vieglo kodolu saplūšanas (termonukleārā reakcija) laikā.
Šim enerģijas veidam ir arī sens nosaukums – atomenerģija, taču šis nosaukums neprecīzi atspoguļo to parādību būtību, kas izraisa kolosālu enerģijas daudzumu izdalīšanos, visbiežāk termiskās un mehāniskās veidā.
Gravitācijas enerģija- enerģija masīvu ķermeņu mijiedarbības (gravitācijas) dēļ, tā ir īpaši pamanāma kosmosā. Sauszemes apstākļos tā ir, piemēram, enerģija, ko "uzglabā" ķermenis, kas pacelts noteiktā augstumā virs Zemes virsmas - gravitācijas enerģija.
Pa šo ceļu, atkarībā no izpausmes līmeņa var izolēt makrokosmosa enerģiju - gravitācijas, ķermeņu mijiedarbības enerģiju - mehānisko, molekulu mijiedarbības enerģiju - termisko, atomu mijiedarbības enerģiju - ķīmisko, starojuma enerģiju - elektromagnētisko, enerģiju ietverts atomu kodolos - kodols.
Mūsdienu zinātne neizslēdz arī citu enerģijas veidu esamību, kas vēl nav fiksēti, taču nepārkāpj vienotu dabaszinātnisko pasaules ainu un enerģijas jēdzienu.
Starptautiskajā mērvienību sistēmā SI 1 džouls (J) tiek pieņemts kā enerģijas mērvienība. 1 J ekvivalents
1 ņūtonmetrs (Nm). Ja aprēķini ir saistīti ar siltumenerģiju, bioloģisko un daudziem citiem enerģijas veidiem, tad kā enerģijas vienību izmanto ārpussistēmas vienību - kaloriju (cal) vai kilokaloriju (kcal), 1cal = 4,18 J. Lai mērītu elektrisko enerģiju, izmantojiet tādu mērvienību kā vats · stunda (Wh, kWh, MWh), 1 Wh = 3,6 MJ. Lai izmērītu mehānisko enerģiju, izmantojiet vērtību 1 kg m = 9,8 J.
Enerģija, kas iegūta tieši no dabas(degvielas, ūdens, vēja, Zemes siltumenerģija, kodolenerģija), ko var pārvērst elektriskajā, termiskajā, mehāniskajā, ķīmiskajā primārs... Atbilstoši energoresursu klasifikācijai pēc izsmelšanas pamata var klasificēt arī primāro enerģiju. attēlā. 2.1 parāda primārās enerģijas klasifikācijas shēmu.
Rīsi. 2.1. Primārās enerģijas klasifikācija
Klasificējot primāro enerģiju, tie izstaro tradicionālā un netradicionāls enerģijas veidi. Tradicionālie enerģijas veidi ir tie, kurus cilvēki ir plaši izmantojuši daudzus gadus. Lai nē tradicionālie veidi Enerģijas ietver tos veidus, kurus sāka izmantot salīdzinoši nesen.
Tradicionālie primārās enerģijas veidi ir: fosilais kurināmais (ogles, nafta utt.), upju hidroenerģija un kodoldegviela (urāns, torijs utt.).
Enerģija, ko cilvēks saņem pēc primārās enerģijas pārveidošanas īpašās iekārtās - stacijās, sauc par sekundāro (elektriskā enerģija, tvaika enerģija, karsts ūdens utt.).
Elektriskās enerģijas priekšrocības. Elektroenerģija ir ērtākais enerģijas veids, un to var pamatoti uzskatīt par mūsdienu civilizācijas pamatu. Lielākā daļa mehanizācijas un automatizācijas tehnisko līdzekļu ražošanas procesiem(iekārtas, datorierīces), cilvēka darba aizstāšanai ar mašīnu darbu ikdienas dzīvē ir elektrisks pamats.
Nedaudz vairāk kā puse no visas patērētās enerģijas tiek izmantota siltumenerģijas veidā tehniskajām vajadzībām, apkurei, ēdiena gatavošanai, pārējā - mehāniskā, galvenokārt transporta instalācijās, un elektroenerģija. Turklāt elektroenerģijas īpatsvars katru gadu pieaug.
(2.2. att.).
Elektroenerģija- daudzpusīgāks enerģijas veids. Viņa atrada plašu pielietojumu ikdienas dzīvē un visās tautsaimniecības nozarēs. Ir vairāk nekā četri simti sadzīves elektrisko ierīču nosaukumu: ledusskapji, veļas mašīnas, gaisa kondicionieri, ventilatori, televizori, magnetofoni, apgaismes ierīces utt. Rūpniecība nav iedomājama bez elektroenerģijas. V lauksaimniecība Elektrības izmantošana nemitīgi paplašinās: dzīvnieku barošana un dzirdināšana, kopšana, apkure un ventilācija, inkubatori, sildītāji, žāvētāji u.c.
Elektrifikācija- tehniskā progresa pamats jebkurā tautsaimniecības nozarē. Tas ļauj aizvietot lietošanai neērtos energoresursus ar universālu enerģijas veidu - elektroenerģiju, ko var pārvadīt jebkurā attālumā, pārvērst par cita veida enerģiju, piemēram, mehānisko vai termisko, un sadalīt starp patērētājiem. Elektrība - ļoti ērts un ekonomisks enerģijas veids lietošanai.
Rīsi. 2.2. Elektroenerģijas patēriņa dinamika
Elektroenerģijai ir tādas īpašības, kas padara to par neaizstājamu ražošanas mehanizācijā un automatizācijā un cilvēka ikdienas dzīvē:
1. Elektroenerģija ir universāla, to var izmantot dažādiem mērķiem. Jo īpaši to ir ļoti viegli pārvērst siltumā. Tas tiek darīts, piemēram, in elektriskie avoti gaismas (kvēlspuldzes), tehnoloģiskajās krāsnīs, ko izmanto metalurģijā, dažādās apkures un apkures ierīcēs. Elektromotoru piedziņās tiek izmantota elektriskās enerģijas pārveidošana mehāniskajā enerģijā.
2. Kad elektroenerģija tiek patērēta, to var bezgalīgi sadalīt. Tātad elektrisko mašīnu jauda atkarībā no to mērķa ir atšķirīga: no vata daļas mikromotoros, ko izmanto daudzās tehnoloģiju nozarēs un sadzīves produktos, līdz milzīgām vērtībām, kas pārsniedz miljonu kilovatu spēkstaciju ģeneratoros.
3. Elektroenerģijas ražošanas un pārvades procesā ir iespējams koncentrēt tās jaudu, palielināt spriegumu un pārvadīt jebkuru elektroenerģijas daudzumu no elektrostacijas, kurā tā tiek ražota, visiem tās patērētājiem gan īsos, gan lielos attālumos.
Kāds ir jēdziens "enerģija", ko mēs tik bieži lietojam? "Enerģija" (grieķu ενεργια — darbība, darbība) ir dažādu matērijas kustības formu vispārējs kvantitatīvs mērs. Kopumā enerģijas jēdziens, enerģijas ideja ir mākslīga un radīta īpaši, lai būtu rezultāts mūsu pārdomām par apkārtējo pasauli. Atšķirībā no matērijas, par kuru mēs varam teikt, ka tā pastāv, enerģija ir cilvēka domu auglis, viņa "izgudrojums", kas uzbūvēts tā, lai būtu iespējams aprakstīt dažādas izmaiņas apkārtējā pasaulē un vienlaikus runāt par pastāvību, kuras saglabāšana ir kaut kas nosaukts par enerģiju. Šim fiziskajam daudzumam ilgu laiku tika lietots termins "dzīvais spēks", ko ieviesa I. Ņūtons. Pirmo reizi vēsturē “enerģijas” nozīmi, pat neizrunājot šo vārdu, jēdzienā “dzīvais spēks” iekļāvis Roberts Meijers savā rakstā “Piezīmes par nedzīvās dabas spēkiem”, kas publicēts 1842. gadā. Īpašo terminu "enerģija" 1807. gadā ieviesa angļu fiziķis Tomass Jangs, un tas apzīmēja lielumu, kas ir proporcionāls kustīga ķermeņa masai un ātruma kvadrātam. Zinātnē terminu "enerģija" tā mūsdienu izpratnē ieviesa Viljams Tomsons (lords Kelvins) 1860. gadā.
Enerģija izpaužas dažādās matērijas kustības formās, kas aizpilda visu pasaules telpu. Īpašība, kas raksturīga visiem enerģijas veidiem un tos apvieno, ir katra enerģijas veida spēja noteiktos apstākļos pāriet uz jebkuru citu veidu stingri noteiktā kvantitatīvā proporcijā. Pats šīs īpašības nosaukums - "enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likums" - zinātniskajā apritē ieviesa F. Engelss, kas ļāva izmērīt visus enerģijas veidus vienās un tajās pašās mērvienībās. Par šādu vienību ņem džoulu (1 J = 1 H · m = 1 kg · m 2 / s 2). Tajā pašā laikā siltuma daudzuma mērīšanai izmantojiet "veco" mērvienību - 1 cal (kalorija), mehāniskās enerģijas mērīšanai - 1 kgm = 9,8 J, elektriskā enerģija - 1 kWh = 3,6 MJ, ar 1 J = 1 W s.
Gandrīz visi tehniskajā termodinamikā aplūkotie enerģijas veidi, izņemot siltumu, ir virzītas kustības enerģija. Tātad, mehāniskā enerģija izpaužas tieši novērojamā ķermeņu kustībā, kurai ir noteikts virziens telpā (gāzes kustība pa cauruli, šāviņa lidojums, vārpstas griešanās utt.). Elektriskā enerģija izpaužas elektronu latentā kustībā pa vadītāju (elektriskā strāva). Siltumenerģija tiek izteikta molekulārā un intramolekulārā haotiskā kustībā, kas atspoguļo vielas atomu un molekulu haotiskas kustības enerģiju. Gāzu siltumenerģija izpaužas molekulu vibrācijas, rotācijas un translācijas kustībā, kas pastāvīgi maina savu ātrumu pēc lieluma un virziena. Turklāt katra molekula var nejauši pārvietoties visā gāzes tilpumā. Cietās vielās siltumenerģija izpaužas molekulu un atomu vibrācijās attiecībā pret pozīcijām, ko nosaka vielas kristāliskā struktūra, šķidrumos - molekulu vai to kompleksu vibrācijā un kustībā. Līdz ar to būtiskā atšķirība starp siltumenerģiju un citiem enerģijas veidiem ir tāda, ka tā atspoguļo nevis virzītas, bet haotiskas kustības enerģiju. Rezultātā siltumenerģijas pārveidošanai jebkura veida virzītas kustības enerģijā ir savas īpašības, kuru izpēte ir viens no tehniskās termodinamikas galvenajiem uzdevumiem.
Katram ķermenim jebkurā tā stāvoklī vienlaikus var būt dažāda veida enerģija, tai skaitā termiskā, mehāniskā, elektriskā, ķīmiskā, intranukleāro, kā arī dažādu fizisko lauku (gravitācijas, magnētiskā, elektriskā) potenciālā enerģija. Visu ķermeņa enerģijas veidu summa atspoguļo tā kopējo enerģiju.
Termiskā, ķīmiskā un intranukleārā enerģija ir daļa no ķermeņa iekšējās enerģijas. Visi citi enerģijas veidi, kas saistīti ar ķermeņa kustību, kā arī ārējo fizisko lauku potenciālā enerģija attiecas uz tā ārējo enerģiju. Piemēram, lidojoša šāviņa ārējā enerģija gravitācijas spēku darbības zonā būs tā kinētiskā E k un gravitācijas lauka potenciālās enerģijas E p.y summa. Ja caurulē nepārtrauktā plūsmā kustas gāze vai šķidrums, tad to ārējā enerģija papildus ietver spiežot enerģiju, dažreiz sauc spiediena enerģija E utt.
Tāpēc ārējā enerģija ir summa
E in n = E k + Σ E p i + E p p, kur E p i ir i-tā lauka potenciālā enerģija (magnētiskā, elektrostatiskā utt.).
Ķermeņa U iekšējo enerģiju var attēlot tā, it kā tā sastāvētu no divām daļām: iekšējā siltumenerģija U T un U 0 - ķermeņa iekšējā nulles enerģija, kas nosacīti atdzesēta līdz absolūtai nulles temperatūrai:
U = U 0 + U T.
Iekšējā siltumenerģija ir ķermeņa kopējās iekšējās enerģijas daļa, kas saistīta ar molekulu un atomu termisko haotisko kustību un ko var izteikt ar ķermeņa temperatūru un citiem tā parametriem. Tā kā reāla ķermeņa temperatūra tikai daļēji atspoguļo tā iekšējo siltumenerģiju, pēdējās izmaiņas var notikt arī pie nemainīgas ķermeņa temperatūras. Piemēri tam ir iztvaikošanas, kušanas un sublimācijas procesi, kuros notiek fāzes transformācija un mainās molekulu kustības nejaušības pakāpe.
Tādējādi kopējā ķermeņa enerģija iekšā vispārējs gadījums var attēlot kā iekšējās nulles U 0, iekšējās termiskās U T, ārējās kinētiskās E pret enerģijām, kopējo ārējo potenciālo enerģiju Σ E n i un stumšanas enerģijas E p p summu: E = U 0 + U T + E līdz + Σ E pi + E lpp. lpp.
Katrs no šiem komponentiem pilna enerģija noteiktos apstākļos var pārveidot vienu par otru. Piemēram, ķīmiskajās reakcijās notiek savstarpēja U 0 pārvēršanās par U T. Ja reakcija ir eksotermiska, tad daļa nulles enerģijas pārvēršas siltumā. Iegūto vielu nulles enerģija izrādās mazāka nekā sākotnējām - notiek “siltuma izdalīšanās”. Endotermiskās reakcijās tiek novērota pretēja parādība: nulles enerģija palielinās siltumenerģijas samazināšanās dēļ - notiek "siltuma absorbcija".
Procesos, kas nav saistīti ar pārmaiņām ķīmiskais sastāvs viela, nulles enerģija nemainās un paliek nemainīga. Šādos apstākļos mainās tikai iekšējā siltumenerģija. Tas ļauj dažādos aprēķinu vienādojumos ņemt vērā tikai iekšējās siltumenerģijas izmaiņas, kas turpmāk tiks vienkārši sauktas par iekšējo enerģiju U. Ja viendabīgam ķermenim ar masu m ir iekšējā enerģija U, tad iekšējā enerģija no 1 kg šī ķermeņa ir u = U / m.
Daudzums tiek saukts specifiska iekšējā enerģija un mēra J / kg.
Ārējā kinētiskā enerģija (J) atspoguļo ķermeņa translācijas kustības enerģiju kopumā, un to izsaka ar formulu
E līdz = mw 2/2, kur m ir ķermeņa svars, kg; w - kustības ātrums, m / s.
Ārējo potenciālo enerģiju kā statisko lauku virzītas darbības enerģiju var izteikt caur iespējamās darba vietas katrs lauks no noteiktās pozīcijas līdz kaut kādai nullei. Tātad gravitācijas lauka potenciālā enerģija tiek izteikta kā šī ķermeņa gravitācijas spēka mg reizinājums ar tā augstumu H virs nulles atskaites:
Šeit augstums H ir atbilstošā koordināte.
Stumšanas enerģija E p p ir papildu enerģija viela, kas rodas sistēmā, iedarbojoties uz to citām sistēmas daļām, cenšoties izstumt šo vielu no aizņemtā trauka. Tātad, kad gāze (vai tvaiks) nepārtrauktas plūsmas apstākļos plūst pa cauruli vai kādu kanālu, katrs šīs gāzes kilograms, izņemot iekšējo un ārējo kinētisko un potenciālās enerģijas, ir papildu stumšanas enerģija, ko nes pati:
E pr. = p υ,
kur p ir īpatnējais spiediens; υ - īpatnējais tilpums (1 kg vielas masas tilpums).
Gāzēm, tvaikiem un šķidrumiem plūsmā p υ vērtība (vai pV uz m kg vielas) nosaka to neatņemamu sastāvdaļu.
enerģiju. Tāpēc vielām nepārtrauktā plūsmā noteicošais parametrs vairs nebūs iekšējā enerģija U, bet gan summa U + pV = I, ko sauc par entalpiju. Uz 1 kg vielas i = u + p υ, kur i ir J / kg.
Tāda pati enerģija i piemīt 1 kg gāzes cilindrā, kad to izspiež virzulis.
Aplūkojamās sistēmas, kas sastāv no 1 kg gāzes un virzuļa, kas iedarbojas uz to, kopējā enerģija būs vienāda ar iekšējās enerģijas un gāzes summu un tās izstumšanas enerģiju p υ, tas ir, vienāda ar tās izstumšanas enerģiju. entalpija. Pamatojoties uz to, bieži sauc entalpiju paplašinātās sistēmas enerģija.