Понятие энергии в физике.Энергетические системы. Альтернативные источники энергии: виды и использование

Энергия - это способность выполнять работу: двигаться, перемещать предметы, производить тепло, звук или электричество.

Что такое Энергия?

Энергия таится повсюду - в солнечных лучах в виде тепловой и световой энергии, в плеере в виде звуковой энергии и даже в куске угля в виде накопленной химической энергии. Мы получаем энергию из пищи, а автомобильный двигатель извлекает ее из горючего - бензина или газа. В обоих случаях это химическая энергия. Существуют и другие формы энергии: тепловая, световая, звуковая, электрическая, ядерная. Энергия -это нечто незримое и неосязаемое, но способное накапливаться и переходить из одной формы в другую. Она никогда не исчезает.

Механическое движение

Одним из основных видов энергии является кинетическая - энергия движения. Тяжелые предметы, движущиеся с огромной скоростью, несут больше кинетической энергии, чем легкие или медленно движущиеся. Например, кинетическая энергия легкового автомобиля меньше, чем энергия грузовика, едущего с той же скоростью.

Тепловая энергия

Тепловая энергия не может существовать без кинетической. Температура физического тела зависит от скорости движения атомов, из которых оно состоит. Чем быстрее движутся атомы, тем сильнее нагрет объект. Поэтому тепловую энергию тела считают кинетической энергией его атомов.

Круговорот энергии

Солнце - основной источник энергии на Земле. Она постоянно преобразуется в другие виды энергии. К природным источникам энергии также относятся нефть, газ и уголь, которые, по сути, обладают достаточным запасом солнечной энергии.

Запас впрок

Энергию можно накапливать. Пружина накапливает энергию при сжатии. Когда же ее отпускают, она распрямляется, преобразуя потенциальную энергию в кинетическую. Лежащий на вершине скалы камень тоже обладает потенциальной энергией, при его падении она преобразуется в кинетическую.

Превращение энергии

Закон сохранения энергии гласит, что энергия никогда не исчезает, она просто преобразуется в другой вид. Например, если мальчик, едущий на велосипеде, тормозит и останавливается, его кинетическая энергия падает до нуля. Но она не исчезает совсем, а переходит в другие виды энергии - тепловую и звуковую. Трение шин велосипеда землю порождает тепло, нагревающее и землю, и колеса. А звуковая энергия проявляется в скрипе тормозов и шин.

Работа, энергия и мощность

Передача энергии - это работа. Количество совершаемой работы зависит от величины силы и расстояния перемещения предмета. Например, тяжеловес, поднимая штангу, совершает большую работу. Скорость, с которой совершается работа, называется мощностью. Чем быстрее штангист поднимает вес, тем больше его мощность. Энергию измеряют в джоулях (Дж), а мощность в ваттах (Вт).

Расход энергии

Энергия никогда не исчезает, по, если ее не использовать для работы, она будет попусту растрачена. Чаще всего энергия растрачивается на производство тепла.

Например, электрическая лампочка превращает в свет лишь пятую А часть энергии электричества, а все остальное переходит в ненужное тепло. Низкий коэффициент полезного действия автомобильных двигателей ведет к тому, что изрядное количество топлива сжигается впустую.

Энергетика игры в пейнтбол

При игре в энергия постоянно меняет свое состояние - потенциальная переходит в кинетическую. Движущийся шарик стремится остановиться из-за трения о детали автомата. Его энергия расходуется на преодоление силы трения, но не исчезает, а превращается в тепло. Когда игрок сообщает шарику дополнительную энергию толчком лопатки, движение шарика ускоряется.

Назовите основные этапы в истории использования энергии человеком, укажите их значение.

Какая связь между развитием цивилизации человечества и энергопотреблением? Объясните характер их изменения во времени и укажите тенденции.

Что такое энергетическая система? Ее основное назначение. Какие системы в ней функционируют?

Что представляют собой топливно-энергетические ресурсы? Как они классифицируются?

Что такое вторичные энергетические ресурсы? Назовите их и укажите способы их получения.

Что такое энергоемкость первичных энергоресурсов? Для чего введено понятие условного топлива?

Каковы основные тенденции мирового потребления ТЭР?

В чем суть энергетического кризиса 70-х гг. в Западной Европе и в 90-х гг. в странах СНГ? Какие Вы видите пути преодоления энергетического кризиса в Беларуси?

Чем можно объяснить интенсивное использование нефти в мировом энергобалансе и каковы дальнейшие перспективы ее использования?

Поясните возможности и перспективы использования водорода в энергетике.

Что такое энергоэффективные технологии? Каковы мотивы их внедрения?

Тема 2. Виды энергии. Получение, преобразование и использование энергии Лекция 2. Виды энергии. Получение, преобразование и использование энергии

Основные понятия:

энергия; кинетическая и потенциальная энергия; виды энергии; энергетика; энергосистема; электроэнергетическая система; потребители энергии; традиционная и нетрадиционная энергетика; графики нагрузки; энергопотребление на душу населения; энергоемкость экономики; показатель энергоэкономического уровня производства .

Энергия и ее виды

Энергия – всеобщая основа природных явлений, базис культуры и всей деятельности человека. В то же время под энергией (греческое –действие, деятельность )понимается количественная оценка различных форм движения материи, которые могут превращаться одна в другую .

Согласно представлениям физической науки, энергия –это способность тела или системы тел совершать работу. Существуют различные классификации видов и форм энергии. Человек в своей повседневной жизни наиболее часто встречается со следующими видами энергии: механическая, электрическая, электромагнитная, тепловая, химическая, атомная (внутриядерная). Последние три видаотносятся к внутренней форме энергии, т.е. обусловлены потенциальной энергией взаимодействия частиц, составляющих тело, или кинетической энергией их беспорядочного движения.

Если энергия – результат изменения состояния движения материальных точек или тел, то она называется кинетической ; к ней относят механическую энергию движения тел, тепловую энергию, обусловленную движением молекул.

Если энергия – результат изменения взаимного расположения частей данной системы или ее положения по отношению к другим телам, то она называется потенциальной ; к ней относят энергию масс, притягивающихся по закону всемирного тяготения, энергию положения однородных частиц, например, энергию упругого деформированного тела, химическую энергию.

Энергию в естествознании в зависимости от природы делят на следующие виды.

Механическая энергия – проявляется при взаимодействии, движении отдельных тел или частиц.

К ней относят энергию движения или вращения тела, энергию деформации при сгибании, растяжении, закручивании, сжатии упругих тел (пружин). Эта энергия наиболее широко используется в различных машинах – транспортных и технологических.

Тепловая энергия – энергия неупорядоченного (хаотического) движения и взаимодействия молекул веществ.

Тепловая энергия, получаемая чаще всего при сжигании различных видов топлива, широко применяется для отопления, проведения многочисленных технологических процессов (нагревания, плавления, сушки, выпаривания, перегонки и т.д.).

Электрическая энергия – энергия движущихся по электрической цепи электронов (электрического тока).

Электрическая энергия применяется для получения механической энергии с помощью электродвигателей и осуществления механических процессов обработки материалов: дробления, измельчения, перемешивания; для проведения электрохимических реакций; получения тепловой энергии в электронагревательных устройствах и печах; для непосредственной обработки материалов (электроэрозионная обработка).

Химическая энергия – это энергия, «запасенная» в атомахвеществ, которая высвобождается или поглощается при химических реакциях между веществами.

Химическая энергия либо выделяется в виде тепловой при проведении экзотермических реакций (например, горении топлива), либо преобразуется в электрическую в гальванических элементах и аккумуляторах. Эти источники энергии характеризуются высоким КПД (до 98%), но низкой емкостью.

Магнитная энергия – энергия постоянных магнитов, обладающих большим запасом энергии, но «отдающих» ее весьма неохотно. Однако электрический ток создает вокруг себя протяженные, сильные магнитные поля, поэтому чаще всего говорят об электромагнитной энергии.

Электрическая и магнитная энергии тесно взаимосвязаны друг с другом, каждую из них можно рассматривать как «оборотную» сторону другой.

Электромагнитная энергия – это энергия электромагнитных волн, т.е. движущихся электрического и магнитного полей. Она включает видимый свет, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские лучи и радиоволны.

Таким образом, электромагнитная энергия – это энергия излучения. Излучение переносит энергию в форме энергии электромагнитной волны. Когда излучение поглощается, его энергия преобразуется в другие формы, чаще всего в теплоту.

Ядерная энергия – энергия, локализованная в ядрах атомов так называемых радиоактивных веществ. Она высвобождается при делении тяжелых ядер (ядерная реакция) или синтезе легких ядер (термоядерная реакция).

Бытует и старое название данного вида энергии – атомная энергия, однако это название неточно отображает сущность явлений, приводящих к высвобождению колоссальных количеств энергии, чаще всего в виде тепловой и механической.

Гравитационная энергия – энергия, обусловленная взаимодействием (тяготением) массивных тел, она особенно ощутима в космическом пространстве. В земных условиях, это,например, энергия, «запасенная» телом, поднятым на определенную высоту над поверхностью Земли – энергия силы тяжести.

Таким образом, в зависимости от уровня проявления, можно выделить энергию макромира – гравитационную, энергию взаимодействия тел – механическую, энергию молекулярных взаимодействий – тепловую, энергию атомных взаимодействий – химическую, энергию излучения – электромагнит ную, энергию, заключенную в ядрах атомов – ядерную.

Современная наука не исключает существование и других видов энергии, пока не зафиксированных, но не нарушающих единую естественнонаучную картину мира и понятие об энергии.

В Международной системе единиц СИ в качестве единицы измерения энергии принят 1 Джоуль (Дж). 1 Дж эквивалентен 1 ньютон метр (Нм). Если расчеты связаны с теплотой, биологической и многими другими видами энергии, то в качестве единицы энергии применяется внесистемная единица - калория (кал) или килокалория (ккал), 1кал=4,18 Дж. Для измерения электрической энергии пользуются такой единицей, как Ватт·час (Вт·ч, кВт·ч, МВт·ч), 1 Вт·ч=3,6 МДж. Для измерения механической энергии используют величину 1 кг·м=9,8 Дж.

Энергия, непосредственно извлекаемая в природе (энергия топлива, воды, ветра, тепловая энергия Земли, ядерная), и которая может быть преобразована в электрическую, тепловую, механическую, химическую называетсяпервичной . В соответствии с классификацией энергоресурсов по признаку исчерпаемости можно классифицировать и первичную энергию. На рис. 2.1 представлена схема классификации первичной энергии.

Рис. 2.1. Классификация первичной энергии

При классификации первичной энергии выделяют традиционные инетрадиционные виды энергии. К традиционным относятся такие виды энергии, которые на протяжении многих лет широко использовались человеком. К нетрадиционным видам энергии относят такие виды, которые начали использоваться сравнительно недавно.

К традиционным видам первичной энергии относят: органическое топливо (уголь, нефть и т.д.), гидроэнергию рек и ядерное топливо (уран, торий и др.).

Энергия, получаемая человеком, после преобразования первичной энергии на специальных установках - станциях, называется вторичной (электрическая энергия, энергия пара, горячей воды и т.д.).

Преимущества электрической энергии. Электрическая энергия является наиболее удобным видом энергии и по праву может считаться основой современной цивилизации. Подавляющее большинство технических средств механизации и автоматизации производственных процессов (оборудование, приборы ЭВМ), замена человеческого труда машинным в быту имеют электрическую основу.

Немногим более половины всей потребляемой энергии используется в виде тепла для технических нужд, отопления, приготовления пищи, оставшаяся часть - в виде механической, прежде всего в транспортных установках, и электрической энергии. Причем доля электрической энергии с каждым годом растет (рис. 2.2).

Электрическая энергия – более универсальный вид энергии. Она нашла широкое применение в быту и во всех отраслях народного хозяйства. Насчитывается свыше четырехсот наименований электробытовых приборов: холодильники, стиральные машины, кондиционеры, вентиляторы, телевизоры, магнитофоны, осветительные приборы и т.д. Нельзя представить промышленность без электрической энергии. В сельском хозяйстве применение электричества непрерывно расширяется: кормление и поение животных, уход за ними, отопление и вентиляция, инкубаторы, калориферы, сушилки и т.д.

Электрификация – основа технического прогресса любой отрасли народного хозяйства. Она позволяет заменить неудобные для использования энергетические ресурсы универсальным видом энергии – электрической энергией, которую можно передавать на любое расстояние, превращать в другие виды энергии, например, в механическую или тепловую, делить ее между потребителями.Электричество – очень удобный для применения и экономичный вид энергии.

Рис. 2.2. Динамика потребления электрической энергии

Электрическая энергия обладает такими свойствами, которые делают ее незаменимой в механизации и автоматизации производства и вповседневной жизни человека:

1. Электрическая энергия универсальна, она может быть использована для самых различных целей. В частности, ее очень просто превратить в тепло. Это делается, например, в электрических источниках света (лампочках накаливания), в технологических печах, используемых в металлургии, в различных нагревательных и отопительных устройствах. Превращение электрической энергии в механическую используется в приводах электрических моторов.

2. При потреблении электрической энергии ее можно бесконечно дробить. Так, мощность электрических машин в зависимости от их назначения различна: от долей ватта в микродвигателях, применяемых во многих отраслях техники и в бытовых изделиях, до огромных величин, превышающих миллион киловатт, в генераторах электростанций.

3. В процессе производства и передачи электрической энергии, можно концентрировать ее мощность, увеличивать напряжение и передавать по проводам как на малые, так и на большие расстояния любое количество электрической энергии от электростанции, где она вырабатывается, всем ее потребителям.

Все это разные виды энергии. Для всех происходящих в природе процессов требуется энергия. При любом процессе один вид энергии преобразуется в другой. Продукты питания – картофель, хлеб и т.д. – это хранилища энергии. Почти всю используемую на Земле энергию мы получаем от Солнца. передает Земле столько энергии, сколько произвели бы 100 миллионов мощных электростанций.

Виды энергии

Энергия существует в самых разных видах. Кроме тепловой, световой и энергии есть еще химическая энергия, кинетическая и потенциальная. Электрическая лампочка излучает тепловую и световую энергию. Энергия звука передается при помощи . Волны вызывают вибрацию барабанных перепонок, и поэтому мы слышим звуки. Химическая энергия высвобождается в ходе . Продукты питания, топливо (уголь, бензин), а также батарей­ки - это хранилища химической энергии. Пищевые продукты - это склады химической энергии, высвобождающейся внутри организма.

Движущиеся тела обладают кинетической энергией, т.е. энергией движения. Чем быстрее движется тело, тем боль­ше его кинетическая энергия. Теряя скорость, тело теряет кинетическую энергию. Ударяясь о неподвижный объект, движущееся тело передает ему часть своей кинетической энергии и при­водит его в . Часть энергии, получаемой с пищей, животные обращают в кинетическую.

Потенциальной энергией обладают тела, находящиеся в силовом поле, например в гравитационном или магнитном. Эластичные или упругие тела (обладающие способностью вытягиваться) имеют потенциальную энергию натяжения или упругости. Маятник обладает максимальной потенциальной энергией, когда находится в верхней точке. Разворачиваясь, пружина освобождает свою потенциальную энергию и заставляет колёсики в часах вращаться. Растения получают энергию от и производят питательные вещества - создают запасы химической энергии.

Превращение энергии

Закон сохранения энергии говорит, что энергия не создается из ничего и не теряется бесследно. При всех происходящих в природе процессах один вид энергии превращается в другой. Химическая энергия батареек фонарика превращается в электрическую. В лампочке электрическая энергия превращается в тепловую и световую. Мы привели пример этой «энергетической цепочки» чтобы показать вам, как один вид энергии превращается в другой.

Уголь - это спрессованные останки растении, живших много лет назад. Когда-то они получили энергию от Солнца. Уголь представляет собой запас химической энергии. Когда уголь сгорает, его химическая энергия прекращается в тепловую. Тепловая энергия нагревает , и она испаряется. Пар вращает турбину. производя тем самым кинетическую энергию - энергию движения. Генератор преобразует кинетическую энергию в электрическую. Разнообразные устройства - лампы, обогреватели, магнитофоны - потребляют электроэнергию и переводят в звук, свет и тепло.

Конечными результатами во многих процессах превращения энергии являются свет и тепло. Хотя энергия не пропадает, она уходит в пространство, и её трудно уловить и использовать.

Солнечная энергия

Энергия Солнца доходит до в виде электромагнитных волн. Только так энергия может передаваться через открытый космос. Она может использоваться для создания электроэнергии при помощи фотоэлементов или для нагревания воды в солнечных коллекторах. Панель коллектора поглощает тепловую энергию Солнца. На рисунке показана панель коллектора в разрезе. Черная панель поглощает поступающую от Солнца тепловую энергию, и вода в трубах нагревается. Так устроена крыша дома, обогреваемого Солнцем. Солнечная энергия передаётся воде, используемой для бытовых нужд и отопления. В энергохранилище попадают излишки тепла. Энергия сохраняется при помощи химических реакций.

Энергетические ресурсы

Энергия нужна нам для освещения и обогрева жилищ, для приготовления пищи, для того, чтобы могли работать заводы и двигать­ся автомобили. Эта энергия образуется при сгорании топлива. Есть и другие способы получения энергии - к примеру, ее производят гидроэлектростанции . Для приготовления пищи и обогрева жилья почти половина сжигает дрова, навоз или уголь.

Древесина, уголь, нефть и природный газ называются невозобновимыми ресурса­ми , так как их используют только один раз. Солнце, ветер, вода - это возобновимые энергоресурсы , так как сами они не исчезают при производстве энергии. В своей деятельности человек использует для добычи энергии ископаемые ресурсы – 77%, древесину – 11%, возобновляемые энергоресурсы – 5% и – 3%. Уголь, нефть и природный газ мы называем ископаемым топливом , так как мы добываем их из недр Земли. Образовались они из останков растений и животных. Почти 20% используемой нами энергии производится из угля. При сгорании топлива в попадают углекислый газ и другие газы. В этом отчас­ти заключается причина таких явлений, как кислотные дожди и парниковый эффект. Только около 5 процентов энергии добывается из возобновимых источников. Это энергия Солнца, воды и ветра. Еще один возобновимый источник энергии - газ, образующийся при гниении. Когда органические вещества гниют, выделяются газы, в частности метан. Из него в основном и состоит природный газ, который используется для обогрева домов и нагревания воды. На протяжении нескольких тысячелетий люди используют энергию ветра для пере­движения парусных судов и вращения ветряных мельниц. Ветер также может произ­водить электричество и перекачивать воду.

Единицы измерения энергии и мощности

Для измерения количества энергии употребляется специальная единица - джоуль (Дж). Тысяча джоулей составля­ют один килоджоуль (кДж). Обыкновенное яблоко (около 100 г) содержит 150 кДж химической энергии. В 100 г шоколада содержится 2335 кДж. Мощность - это количество энергии, используемой за единицу времени. Мощность измеряется в ваттах (Вт). Один ватт равен одному джоулю за секунду. Чем больше энергии за определенное время произ­водит тот или иной механизм, тем боль­ше его мощность. Лампочка мощностью в 60 Вт использует 60 Дж в секунду, а лампочка в 100 Вт использует за секунду 100 Дж.

Коэффициент полезного действия

Любой механизм потребляет энергию од­ного вида (например, электрическую) и превращает ее в энергию другого вида. Коэффициент полезного действия (КПД) механизма тем больше, чем большая часть потребляемой энергии превращается в необходимую энергию. КПД почти всех автомобилей невысок. В среднем автомобиль преобразует лишь 15% химической энергии бензина в кинетическую энергию. Вся остальная энергия превращается в тепло. КПД флуоресцентных ламп выше КПД обычных электрических лампочек, поскольку во флуоресцентных лампах больше электричества превращается в свет и меньше уходит на производство тепла.

Транскрипт

1 Формы энергии и виды энергии Коган И.Ш. 1. Путаница в определениях форм и видов энергия 2. Что следует называть формами энергии и видами энергии? 3. Классификация форм и видов энергии в термодинамике 4. Краткая история появления понятий, связанных с энергией 5. Кинетическая и потенциальная энергии принадлежат каждой форме энергии 6. Сколько может быть всего видов энергии? 7. Что следует назвать формами и видами энергообмена? 8. Биологическая форма энергии и спекуляции вокруг нее 1. Путаница в определениях форм и видов энергия Понятие энергия в современной научной, учебной и справочной литературе и, особенно, в средствах массовой информации обросло большим количеством дополняющих слов, которые иногда не имеют никакого отношения к физике. Но и в самой физике в вопросе систематизации этих дополняющих слов тоже нет четкости. И прежде всего этого касается таких понятий, как формы энергии и виды энергии. В словаре Глоссарий.ру энергия это скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения материи и мерой перехода движения материи из одних форм в другие. (Здесь и далее подчеркивания в цитатах наши - И.К.). О том же говорит и БСЭ: Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает; она только может переходить из одной формы в другую. В приведенных определениях речь идет только о формах движения и о формах энергии. Но можно привести и другие примеры. В популярном метрологическом справочнике сказано так: Различным видам движения и взаимодействия материи соответствуют разные виды энергии: механическая (кинетическая и потенциальная), внутренняя, электромагнитная, ядерная и др.. Здесь речь идет уже о видах движения и видах энергии. В популярном справочнике по физике приведено такое словосочетание: различные виды (формы) энергии. Здесь формы и виды энергии приравнены друг другу. А вот в учебнике по физике энергия делится только на виды: В соответствии с различными формами движения материи рассматривают разные виды энергии - механическую, внутреннюю, электромагнитную, ядерную и др.. И далее: Механическая энергия бывает двух видов - кинетическая и потенциальная. Здесь уже виды энергии соответствуют формам движения. В статье вводятся понятия упорядоченных и неупорядоченных форм энергии, выведенные из упорядоченной работы технических устройств, предназначенной для целенаправленного преобразования одних видов энергии в другие, и неупорядоченной работы, при которой отсутствует упорядоченное движение физической системы. Приведенные сведения свидетельствуют о том, что в современной физике и в современной метрологии энергия на формы и виды не подразделяется вообще. А если подразделяется, то формы и виды энергии трактуются по-разному. Однако таким терминам, как формы энергии и виды энергии следует обязательно придать однозначность, и это сделано в работах . 2. Что следует называть формами энергии и видами энергии?

2 Словарь русского языка так толкует понятия форма и вид: Форма устройство, тип, структура, характер которой обусловлен содержанием. Вид понятие, обозначающее ряд предметов, явлений с одинаковыми признаками и входящее в более общее понятие рода. В соответствии с такой трактовкой форма является более общим, а вид менее общим понятием. Следовательно, вид должен входить в форму как ее составная часть. Применим этот вывод к понятию энергия. В БСЭ в словарной статье энергия указывается: В соответствии с различными формами движения материи рассматривают различные формы энергии. Это напрямую вытекает из закона сохранения энергии, в котором приращение энергии системы равно сумме приращений энергии во всех формах движения системы. Поэтому в соответствии с различными формами движения материи, следует рассматривать и различные формы энергии: механическую, гидравлическую, тепловую, электромагнитную, ядерную и т.д.. Для выяснения того, что следует понимать под видами энергии, приведем обобщенное уравнение состояния в виде:, (1) где dw приращение полной энергии системы; i номер элементарной формы движения; U i разность потенциалов i-ой формы движения; q i координата состояния i-ой формы движения системы; n количество элементарных форм движения в системе; k порядок производной по времени; m наивысший рассматриваемый порядок производной по времени. Уравнение (1) включает в себя в виде выражения в скобках уравнение динамики в i- ой форме движения системы в виде: a 0 q i + a 1 (dq i /dt) + a 2 (d 2 q i /dt 2) + = U i, (2) где a 0, a 1 и a 2 коэффициенты пропорциональности при производных по времени t, разность потенциалов U i рассматривается как воздействие на физическую систему, а слагаемые в левой части как противодействия системы. В современной физике рассматриваются обычно лишь три разных вида противодействий системы, что соответствует в уравнении (1) m = 2, а противодействия при m > 2 пренебрегаются. При порядке производной k = 0 речь идет о противодействии жесткости системы при ее дефлормации, при k = 1 о диссипативном противодействии среды и при k = 2 о противодействии инертности системы. Каждое из этих трех противодействий определяет одну из трех составляющих энергии i-ой формы движения: потенциальной энергии, энергии диссипации и кинетической энергии. Все слагаемые уравнения состояния (1) как раз и следует называть видами энергии. 3. Классификация форм и видов энергии в термодинамике Особую важность представляет собой решение проблемы классификации понятий, связанных с энергией, в термодинамике, поскольку там это невозможно сделать без классификации так называемых термодинамических потенциалов. Последние по своей физической природе являются разновидностями энергии, а вовсе не разновидностями потенциалов, как это следует из их названия.

3 Воспользовавшись справочником , статьей и словарными определениями, на рис. 1 представлена схема классификации понятий, связанных с энергией. При записи определяющих уравнений на этой схеме использованы стандартные обозначения. Схема на рис. 1 используется при систематизации физических понятий. Рис. 1 Классификация понятий, связанных с энергией 4. Краткая история появления понятий, связанных с энергией Появление понятий, приведенных на рис. 1, связано с введением У.Томсоном (Кельвином) в 1851 г. понятия внутренняя энергия, из которого следовало, что полная энергия системы является суммой внешней и внутренней энергии системы. Внешняя энергия состоит из кинетической и потенциальной энергий системы как целого. Внутренняя энергия это энергия системы, зависящая только от ее внутреннего состояния и не включающая в себя виды энергии системы как целого. Она включает в себя энергии всех форм движения, существующих в системе. Связи между полной

4 энергией и ее составными частями указаны на схеме сплошными линиями. Правда, в 2006 г. В.Эткин показал, что часть внешней энергии системы зависит от внутреннего состояния системы. И что деление энергии на внешнюю и внутреннюю не позволяет в полной мере отразить в терминологии качественные различия форм энергии. В 1865 г. после введения Р.Клаузиусом физической величины S под названием энтропия появились дополнительные варианты. Энергию системы стали различать по признаку работоспособности системы. В г.г. Дж.Гиббс разработал метод термодинамических потенциалов и ввел понятие энтальпии (теплосодержания) системы, равной сумме внутренней энергии системы и совершенной ею работы взаимодействия со средой. Эта сумма на схеме указана штриховыми линиями. Работоспособная часть энтальпии (энергия Гиббса) была названа свободной энтальпией. А неработоспособная часть, связанная с хаотическим движением составляющих систему частиц, была названа связанной энергией. Это так называемая обесцененная энергия системы, которую называют также энергией Гельмгольца. Эта сумма на схеме указана пунктирными линиями. В 1882 г. Г.Гельмгольц ввел деление внутренней энергии системы на свободную и связанную энергию. Свободная энергия это работоспособная часть внутренней энергии системы. Классификация Гельмгольца показана на схеме штрих-пунктирными линиями. В 1955 г. З.Рант ввел новые два новые понятия эксергию и анергию, призванных различать полную энергию системы только по признаку работоспособности. Эксергия это работоспособная (технически пригодная) часть полной энергии. Согласно БСЭ, это максимальная работа, которую может совершить система при переходе из данного состояния в равновесие с окружающей средой. Анергия это неработоспособная (технически непригодная) часть полной энергии. Это деление на схеме показано штрихпунктирными линиями с двумя точками. В 2006 г. В.Эткин указал на то, что работа совершается системой не только за счет энергии самой системы, но и окружающей среды (пополняясь в процессе теплообмена с ней) и что эксергия З.Ранта тоже зависит от параметров окружающей среды. А это делает понятие эксергии неоднозначным и неполным. В.Эткин предложил взамен термина эксергия ввести для превратимой (неравновесной) составляющей полной энергии новое понятие инергия, определив ее как способность системы к внутренним превращениям безотносительно к тому, в чем эти превращения будут выражаться в совершении полезной или диссипативной, внешней или внутренней работы. В.Эткин утверждает, что информативнее и вернее деление полной энергии системы на инергию (превратимую часть) и анергию (непревратимую часть). В 2007 г. И.Коган разделил понятия формы энергии и виды энергии и опубликовал схему, представленную на рис. 1, где каждой форме энергии соответствуют (m + 1) видов энергии, показанных на схеме в последнем ряду. 5. Кинетическая и потенциальная энергии принадлежат каждой форме энергии Совершенно неверно приписывать кинетическую и потенциальную энергию только механической форме движения, как это сделано, например, в справочнике по физике . Все виды энергии относятся к любой форме движения и к любой форме энергии. Например, имеется кинетическая электрическая энергия, и это не то же самое, что кинетическая механическая энергия.

5 Конечно, в основе любой формы энергии лежит механическое движение энергоносителей (движение электронов, ионов, молекул газа или жидкости). Но в механической форме движения подразумевается энергия движения тела в целом, а не движение энергоносителей внутри тела. Поэтому, например, кинетическая энергия движения электронов не является кинетической энергией движения тела. Точно так же потенциальная электрическая энергия это не то же самое, что потенциальная механическая энергия. Обычно вместо слов кинетическая электрическая энергия говорят просто об электрической энергии, не подразумевая слово кинетическая. Но слово электрическая определяет форму энергии, а не вид энергии. Точно так же, когда произносят два слова кинетическая энергия, то имеют обычно в виду только кинетическую механическую энергию, а слово механическая при этом опускают. В плане сказанного выше это неверно. В результате смешения понятий формы энергии и виды энергии возникают подчас неверные физические аналогии. Иногда считается, что кинетическая механическая энергия может быть аналогична потенциальной электрической энергии, но такая аналогия неверна, она не отражает физическое содержание явлений. Виды энергии могут переходить друг в друга, при этом оставаясь принадлежащими одной и той же форме энергии. При этом не исключается перенос любого вида энергии данной формы движения в любой вид энергии другой формы движения. В разных разделах физики иногда меняется математическая запись одного и того же вида энергии при переходе от одной формы энергии к другой, а иногда меняется и название. Но это лишь затрудняет понимание сути происходящего. 6. Сколько может быть всего видов энергии? Поскольку в уравнении динамики современная физика рассматривает лишь три слагаемых, то и рассматриваются только три вида энергии (потенциальная, кинетическая и диссипации). Но в уравнениях (1-2) нет запрета на существование видов энергии, определяемых порядком производной по времени k > 2. В частности, четвертый вид энергии (при k = 3) интересует исследователей процессов разгона и торможения двигателей в энергетике, на транспорте, в космонавтике, в теории удара. В работе , например, в систему физических величин включены величины, связанные с четвертым видом энергии. Специалисты по теории удара называют коэффициент a 3 из уравнения (2) резкостью. Пятый вид энергии (при k = 4) может интересовать, например, специалистов по взрывным процессам. Отметим также, что энергия диссипации связана не просто с энергетическим противодействием, а с качественным изменением энергии. К слову, применяемый иногда термин диссипативные потери энергии некорректен, ибо энергия теряться не может. Точнее было бы сказать о диссипативных потерях энергии упорядоченных форм движения. Вместо термина энергия диссипации (в переводе на русский язык энергия рассеяния) в некоторых научных работах применяют термин энергия деградации (в переводе на русский язык энергия вырождения). Но и это не точно, вырождается не энергия, а способность системы производить механическую работу. К числу противодействий системы внешнему энергетическому воздействию следует добавить возможное противодействие физического поля, связанное с перемещением системы в этом поле или с ее возможным поворотом относительно силовых линий поля. Это противодействие является удельным изменением еще одного вида энергии, называемого в физике потенциальной энергией в физическом поле или сокращенно

6 потенциальной энергией положения. Поэтому вид энергии, связанный с противодействием жесткости, следует называть потенциальной энергией деформации. Этот вид потенциальной энергии, в отличие от предыдущего, связан с внутренним силовым полем (полем упругих сил). 7. Что следует назвать формами и видами энергообмена? При переходе энергии из систему в окружающую среду или наоборот следует применять обобщающий термин энергообмен и говорить не о формах и видах энергии, а о формах и видах энергообмена, что и отражено на схеме рис. 2 . Рис. 2 Классификация форм и видов энергообмена Такие общепринятые понятия, как работа силы, теплообмен, количество электроэнергии, являются различными формами энергообмена в различных формах движения. Каждой из них соответствуют виды энергообмена внутри одной и той же формы энергообмена (изменение потенциальной и кинетической энергии, диссипативный

7 энергообмен). Причинами изменения видов энергообмена становятся различные виды противодействий системы (изменения жесткости, сопротивления, инертности). А суммарное противодействие системы, равное и противоположное по знаку энергетическому воздействию dw на систему, состоит из суммы изменений видов противодействий системы. 8. Биологическая форма энергии и спекуляции вокруг нее К формам энергии, естественно, относятся формы энергии любого вида излучения, в том числе, и так называемая биоэнергия. Ей в средствах массовой информации придают какое-то мистическое значение, хотя последнее можно отнести только к желанию неграмотных в физике журналистов придать своим статьям привлекательность и характер сенсации. Дилетанты в области естественных наук авторитетно рассуждают о хорошей и плохой энергии, о положительной и отрицательной энергии, об энергетике души и об энергетике космоса. При этом они не утруждают себя тем, чтобы точно определить, что они понимают под словами энергия и энергетика. Автор тщетно пытается найти в многочисленных публикациях на тему энергетики человека четкое определение этого понятия, пока ему это не удается. В БСЭ имеется определение биоэнергетики, но там недвусмысленно указывается на то, что все исследования в области биоэнергетики основываются на единственно научной точке зрения, согласно которой к явлениям жизни полностью применимы законы физики и химии, а к превращениям энергии в организме основные начала термодинамики. Ничего похожего в публикациях об энергетике человека не имеется. Говорить об энергии в том смысле, хорошая она или плохая, это значит присваивать энергии свойства, в природе отсутствующие. Энергия это мера движения, говорить о хорошем или плохом движении бессмысленно. Короче говоря, журналисты и разные экстрасенсы играются с термином, который им непонятен. Такое положение оказалось возможным по разным причинам. Во-первых, энергия связана с человеческой деятельностью, а в таком смысле это слово хорошо знакомо всем людям, и поэтому хорошо воспринимается в средствах массовой информации. Во-вторых, в других областях науки (не в физике) понятие энергия пытаются трактовать иначе, чем в физике. Различное понимание одного и того же термина явление не такое уж и редкое. Потому-то и следует определять тот или иной термин, прежде чем им пользоваться. В-третьих, жизнь живых существ действительно связана с энергией, особенно с энергий излучения, которое исходит от любых живых существ и в них же извне и входит. На людей влияют энергия магнитного поля Земли, Солнца и других небесных тел, энергия техногенного происхождения и т.д. Но это область биофизики, а не эзотерики. Последняя не дает определения понятию энергия, говоря вместо этого о каких-то неопределенных силах природы, карме, ауре и проч. Воздействие внешнего излучения на человека зависит не только от энергии, но и от частоты излучения. А это еще важнее, так как восприятие излучения носит, как правило, резонансный характер. Энергия воспринимаемого человеком внешнего излучения обычно настолько мала, что она чаще всего пока не фиксируется современными измерительными средствами из-за их относительного высокого порога чувствительности. Но в любом

8 случае энергия излучения остается характеристикой излучения именно в физическом смысле этого слова, а не в каком-нибудь ином. Конечно, одни излучения влияют на самочувствие человека положительно, другие отрицательно. Одно и то же излучение на разных людей может влиять по-разному. Для этого и существуют научные методы исследования, в том числе, и биоэнергетические, ничего общего с магией, колдовством и мистикой не имеющие. Никто не собирается отрицать мудрость древней восточной медицины, но ее достижениям следует давать естественно-научное объяснение, а не пользоваться словесной эквилибристикой. Литература 1. Чертов А.Г., 1990, Физические величины. М.: Высшая школа, 336 с. 2. Яворский Б.М., Детлаф А.А., 1990, Справочник по физике. 3-е изд. М.:Наука, Физматгиз, 624 с. 3. Савельев И.В., 2005, Курс общей физики (в 5 книгах). М.: АСТ: Астрель 4. Эткин В.А., 2008, Энергодинамика (синтез теорий переноса и преобразования энергии). СПб.: Наука, Коган И.Ш., 2007, Систематизация и классификация определений и дополнений к понятию энергия 6. Коган И.Ш., 1998, О возможном принципе систематизации физических величин. Законодательная и прикладная метрология, 5, с.с Эткин В.А., 2006, Энергия и анергия Pirnat P., 2005, Physical Analogies Коган И.Ш., 2009, Систематизация и классификация определений и дополнений к понятию энергия. Автоматизация и IT в энергетике, 2-3, с.с

Виды движения и формы движения в механике Коган И.Ш. СОДЕРЖАНИЕ. 1. Современная классификация видов движения и ее недостатки. 2. Уточненная классификация форм механического движения. 3. Угол поворота и

13 Работа и механическая энергия 131 Энергия как универсальная мера различных форм движения и взаимодействия 132 Работа Кинетическая энергия 133 Поле центральных сил 134 Консервативные и неконсервативные

Государственное бюджетное образовательное учреждение города Севастополя «Средняя общеобразовательная школа 52 имени Ф.Д.Безрукова» Рабочая программа по предмету «Физика» для 7 класса на 2016/2017 учебный

Глава 7 ТЕОРИЯ ПОРЯДКА И ХАОСА. ЭНТРОПИЯ И ИНФОРМАЦИЯ 7.1. План семинарского занятия 1. Обратимые и необратимые процессы для замкнутых и открытых систем. 2. Термодинамическая вероятность данного состояния.

Закон сохранения энергии Работа и кинетическая энергия Работа силы Определения Работа силы F на малом перемещении r определяется как скалярное произведение векторов силы и перемещения: A F r Расписывая

Классификации физических систем и их реальные примеры Коган И.Ш. СОДЕРЖАНИЕ 1. Понятие о дисбалансе между физической системой и окружающей средой. 2. Классификация физических систем по основным признакам.

10 ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. ЗАКОН ОМА Электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц в пространстве. В связи с этим свободные заряды принято называть также

Основные положения термодинамики (по учебнику А.В.Грачева и др. Физика: 10 класс) Термодинамической системой называют совокупность очень большого числа частиц (сравнимого с числом Авогадро N A 6 10 3 (моль)

На изучение предмета «Физика» в 7 классе отводится 70 часов в год (2 часа в неделю). В конце изучения каждой главы учащиеся выполняют контрольную работу. Всего предусмотрено 5 контрольных и 10 лабораторных

Пояснительная записка Данная рабочая программа предназначена для учащихся 8 и 9 классов общеобразовательных организаций и составлена в соответствии с требованиями: 1. Федерального компонента государственного

Пояснительная записка Рабочая программа по физике для 9 класса составлена в соответствии с правовыми и нормативными документами: Федеральный Закон «Об образовании в Российской Федерации» (от 29.2. 202

ЛЕКЦИЯ 15 Статистический характер II начала термодинамики. Теорема Нернста. Недостижимость абсолютного нуля температуры. II начало термодинамики, как физическая закономерность отличается от первого начала

Не станем прогибаться под изменчивый мир уж лучше он прогнется под нас. «Машина Времени» Изменчивость и отрицательная энтропия В настоящей работе, в свете гипотезы о дискретности природы времени предлагается

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ 1.1. Основные понятия и определения Измерительное преобразование представляет собой отражение размера одной физической величины размером другой физической

Физические поля (поля взаимодействия и поля переноса) Коган И.Ш. СОДЕРЖАНИЕ 1. Краткая история определений понятия "физическое поле". 2. Краткий анализ истории представлений о природе физического поля.

Ошибка Лоренца и Воронежской группы АНАЛИЗ. Беляев Виктор Григорьевич, гор. Фастов. [email protected] Аннотация. Применение, каких либо преобразований координат к уравнениям Максвелла с целью доказательства

Химическая термодинамика ЗАКОНОМЕРНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ 1 Основные понятия и определения Химическая термодинамика это раздел химии, изучающий взаимные превращения различных

Занятие 8. Термодинамика Вариант 4... Как изменяется внутренняя энергия идеального газа при повышении его температуры?. Увеличивается. Уменьшается. Не изменяется 4. Это не связанные величины 4... Давление

Коган И.Ш. Классификация токов (потоков зарядов) СОДЕРЖАНИЕ 1. Неопределенность определений электрического тока. 2. Электрический ток векторная величина. 3. Виды электрических токов и их наименования 4.

Планируемые результаты изучения учебного предмета Выпускник научится: знать/понимать: - смысл понятий: физическое явление, физический закон, вещество, взаимодействие, электрическое поле, магнитное поле,

ЭНЕРГИЯ И АНЕРГИЯ В.А. Эткин В.А. Обсуждаются попытки определить понятие энергии и обосновывается возможность вернуть ей близкий к изначальному смысл меры работоспособности системы ENERGY AND ANERGY V.A.

ТЕМА 16 УРАВНЕНИЯ МАКСВЕЛЛА 161 Ток смещения 162 Единая теория электрических и магнитных явлений Максвелла Система уравнений Максвелла 164 Пояснения к теории классической электродинамики 165 Скорость распространения

3.. Работа и количество тепла. 3... Работа внешних сил и работа тела. Запишем работу da, совершаемую внешней силой -F x (минус означает, что внешняя сила направлена против внутренних сил давления газа)

3 СОДЕРЖАНИЕ Введение 4 Параметры состояния тела 5. Удельный объем и плотность 5.2 Давление 5.3 Температура 6 2 Идеальный газ, уравнение состояния идеального газа 7 3 Газовые смеси 9 3. Понятие о газовой

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Программа составлена на основе Федерального компонента государственного стандарта среднего (полного) общего образования и Примерной программы по физике. Федеральный базисный учебный

I. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ПОДГОТОВКИ УЧАЩИХСЯ При обучении физики в курсе 10 класса применяются вербальные, визуальные, технические, современно-информационные средства обучения; технологии проблемного и развивающего

Тема 1. Кинематика материальной точки и твердого тела 1.1. Предмет физики. Связь физики с другими науками и техникой Слово "физика" происходит от греческого "physis" природа. Т. е. физика это наука о природе.

Преобразование энергии пара в соплах Рис. 12.1. Поток пара в сопле Уравнение энергии. Теоретическая скорость истечения пара из сопл. Уравнение энергии (одно из основных уравнений газодинамики) является

Муниципальное казённое общеобразовательное учреждение «Петровская средняя общеобразовательная школа» «Рассмотрено» Методическое объединение МКОУ «Петровская СОШ» /Рябикина Е.И./ Протокол 1 от «30» августа

АВТОНОМНАЯ НЕКОММЕРЧЕСКАЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ «ШКОЛА СОСНЫ» УТВЕРЖДАЮ Директор И.П. Гурьянкина Приказ 8 от «29» августа 2017 г. Рабочая программа по предмету «Физика» 11 класс Среднее общее

1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Рабочая программа по физике для 7 класса составлена на основе следующих нормативноправовых и инструктивно-методических документов: - Федерального закона от 29.12.2012 г. 273-ФЗ

Адаптированная рабочая программа для обучающихся с ОВЗ С ЗПР по физике 8 класс Разработчик: Петренко Т.А., учитель физики 2017 г. 1. Пояснительная записка Настоящая программа составлена на основе авторской

М. Петуховский к.т.н., лауреат Государственной премии ИЗЛУЧЕНИЕ ФОТОНОВ И СТРУКТУРА АТОМА В предлагаемой статье автор пытается в популярной форме изложить свой взгляд на процесс излучения света и переноса

«Химическая термодинамика» Лекция 4 Дисциплина «Общая неорганическая химия» для студентов очного отделения Лектор: к.т.н., Мачехина Ксения Игоревна * План лекции 1. Основные понятия. 2. Первый закон термодинамики.

ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК Причины возникновения электрического тока Заряженные объекты являются причиной не только электростатического поля, но еще и электрического тока. В этих двух явлениях, есть

I. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА по учебному предмету «Физика» для 11 класса 2016 г. II. Пояснительная записка Рабочая программа по физике для 11 класса составлена на основе «Программы для общеобразовательных учреждений.

В технике и окружающем нас мире часто приходится сталкиваться с периодическими (или почти периодическими) процессами, которые повторяются через одинаковые промежутки времени. Такие процессы называют колебательными.

Ã. À. Áîðäîâñêèé ÔÈÇÈ ÅÑÊÈÅ ÎÑÍÎÂÛ ÅÑÒÅÑÒÂÎÇÍÀÍÈß УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ АКАДЕМИЧЕСКОГО БАКАЛАВРИАТА 3-е издание, исправленное и дополненное Ðåêîìåíäîâàíî Ó åáíî-ìåòîäè åñêèì îòäåëîì âûñøåãî îáðàçîâàíèÿ â

Пояснительная записка 0 класс. Стандарт среднего общего образования по физике Изучение физики на ступени среднего общего образования направлено на достижение следующих целей: - освоение знаний о механических,

ЛЕКЦИЯ 11 ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ В КВАНТОВОЙ МЕХАНИКЕ. МОМЕНТ ИМПУЛЬСА 1. Симметрия гамильтониана и законы сохранения Гамильтониан системы определяет ее поведение и свойства и может зависеть от ряда параметров.

Аннотация к рабочей программе по физике для 7-9 классов Программа составлена в соответствии с Федеральным компонентом государственного стандарта основного общего образования по физике (приказ Минобразования

Аннотация к рабочей программе по физике 10 класс Рабочая программа по физике для 10 класса составлена на основе: - Закона РФ «Об образовании» 273 от 29.12.2012 г. - федерального компонента государственного

ФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ Крисюк Борис Эдуардович Основы химической термодинамики. Системой будем называть тело или группу тел, отделенных от окружающей среды реальной или мысленной границей. Система

Unified Fields in Disguise Теория единого поля под маской (Единые поля под маской) Известные уравнения Ньютона и Кулона представляют собой уравнения единого поля в замаскированном виде. Это было непонятно

Лекция 3. Химическое равновесие. Понятие о кинетике химических реакций. Равновесное состояние это такое состояние системы, при котором: а) еѐ интенсивные параметры не изменяются во времени (p, T, C); б)

Пояснительная записка Рабочая программа разработана на основе Федеральной примерной программы и примерной программы среднего общего образования Физика 10-11 кл. Авторы Л.Э. Генденштейн, Ю.И.Дик, Л.А.Кирик.

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный университет (ГОУ ВПО ИГУ) Физический факультет ОБЩАЯ ФИЗИКА

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа» Рабочая программа по учебному предмету «Физика» для 9 класса на 68 часов. Составлена на основе Программы основного

Лекция 3 Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов. Постоянная Больцмана. Температура и давление как статистические величины. Одной из особенностей физики является использование абстракций

Мунииипальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Райковская ередняя общеобразовательная школа имени Н.И. Носова» Рассмотрено на заседании ШІѴІО математического цикла Руков

I. Планируемые результаты освоения учебного предмета «Физика» Личностные результаты обучения: сформированность познавательных интересов на основе развития интеллектуальных и творческих способностей учащихся;

При составлении программы следующие правовые документы 10-11классы были использованы федеральный компонент государственного стандарта среднего (полного) общего образования по физике, утвержденный в 2004

Пояснительная записка. Рабочая программа составлена на основе: *федерального закона Российской федерации от 29.2 202г. 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» * федерального компонента государственного

Цель работы: ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 9 ИЗМЕРЕНИЕ МОДУЛЯ ЮНГА МЕТОДОМ СТОЯЧИХ ВОЛН В СТЕРЖНЕ 1.Изучить условия возникновения продольной стоячей волны в упругой среде..измерить скорость распространения упругих

Цель работы: познакомиться с одним из методов определения коэффициента внутреннего трения. Задача: с помощью измерительного микроскопа измерить диаметр шариков, измерить время падения их и высоту падения.

Хмельник С. И. Математическая модель песчаного вихря Аннотация Рассматривается вопрос об источнике энергии в песчаном вихре. Атмосферные явления не могут быть единственным источником энергии поскольку

6 Лекция 1 КОЛЛИГАТИВНЫЕ СВОЙСТВА РАСТВОРОВ Основные понятия: идеальный раствор; снижение давления пара растворителя над раствором р; снижение температуры кристаллизации (замерзания) t з и повышение t

ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЭДС ПРИ ДВИЖЕНИИ ПРОВОДНИКА В МАГНИТНОМ ПОЛЕ М.Г. Колонутов канд. техн. наук, доцент Контакт с автором: [email protected] http://kolonutov.mylivepage.ru Аннотация В работе отвергается привлечение

Лекция 4. Динамика материальной точки Содержание 1. Понятие о силе и ее измерении 2. Фундаментальные взаимодействия 3.Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета (ИСО) 4. Второй закон Ньютона. Масса

Московский государственный университет иммвломоносова Химический факультет Успенская ИА Конспект лекций по физической химии (для студентов биоинженерии и биоинформатики) wwwchemmsuru/teachg/useskaa/ Москва

3.1 Энергия и её виды

3.2 Способы получения и преобразования энергии

3.3 Электрические и тепловые нагрузки и способы их регулирования

3.4 Прямое преобразование солнечной энергии в тепловую и электрическую

3.5 Ветроэнергетика

3.6 Гидроэнергетика

3.7 Биоэнергетика

3.8 Транспортирование тепловой и электрической энергии

3.8.1 Транспортирование тепловой энергии

3.8.2 Транспортирование электрической энергии

3.9 Энергетическое хозяйство промышленных предприятий

3.1 Энергия и её виды

Энергия (от греч. energeie - действие, деятельность) представляет собой общую количественную меру движения и взаимодействия всех видов материи. Это способность к совершению работы, а работа совершается тогда, когда на объект действует физическая сила (давление или гравитация). Работа - это энергия в действии.

Во всех механизмах при совершении работы энергия переходит из одного вида в другой. Но при этом нельзя получить энергии одного вида больше, чем другого, при любых ее превращениях, т. к. это противоречит закону сохранения энергии.

Различают следующие виды энергии: механическая; электрическая; тепловая; магнитная; атомная.

Электрическая энергия является одним из совершенных видов энергии. Её широкое использование обусловлено следующими факторами:

Получением в больших количествах вблизи месторождения ресурсов и водных источников;

Возможностью транспортировки на дальние расстояния с относительно небольшими потерями;

Способностью трансформации в другие виды энергии: механическую, химическую, тепловую, световую;

Отсутствием загрязнения окружающей среды;

Внедрением на основе электроэнергии принципиально новых прогрессивных технологических процессов с высокой степенью автоматизации.

Тепловая энергия широко используется на современных производствах и в быту в виде энергии пара, горячей воды, продуктов сгорания топлива.

Преобразование первичной энергии во вторичную, в частности, в электрическую, осуществляется на станциях, которые в своем названии содержат указания на то, какой вид первичной энергии преобразуется на них в электрическую:

На тепловой электрической станции (ТЭС) - тепловая;

Гидроэлектростанции (ГЭС) - механическая (энергия движения воды);

Гидроаккумулирующей станции (ГАЭС) - механическая (энергия движения предварительно наполненной в искусственном водоеме воды);

Атомной электростанции (АЭС) - атомная (энергия ядерного топлива);

Приливной электростанции (ПЭС) - приливов.

В Республике Беларусь более 95 % энергии вырабатывается на ТЭС, которые по назначению делятся на два типа:

Конденсационные тепловые электростанции (КЭС), предназначенные для выработки только электрической энергии;

Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), на которых осуществляется комбинированное производство электрической и тепловой энергии.

3.2 Способы получения и преобразования энергии

Тепловая электростанция включает комплект оборудования, в котором внутренняя химическая энергия топлива (твердого, жидкого или газообразного) превращается в тепловую энергию воды и пара, преобразующуюся в механическую энергию вращения, которая и вырабатывает электрическую энергию. Схема выработки электроэнергии на ТЭС представлена на рисунке 6.

Как видно из представленной схемы, поступающее со склада (С) в парогенератор (ПГ) топливо при сжигании выделяет тепловую энергию, которая, нагревая подведенную с водозабора (ВЗ) воду, преобразует ее в энергию водяного пара с температурой 550 °С. В турбине (Т) энергия водяного пара превращается в механическую энергию вращения, передающуюся на генератор (Г), который превращает ее в электрическую. В конденсаторе пара (К) отработанный пар с температурой 123 …125 °С отдает скрытую теплоту парообразования охлаждающей его воде и с помощью циркулярного насоса (Н) в виде конденсата вновь подается в котел-парогенератор.

Рисунок 6 - Схема работы ТЭС

Схема ТЭЦ отличается от ТЭС тем, что взамен конденсатора устанавливается теплообменник, где пар при значительном давлении нагревает воду, подаваемую в главные тепловые магистрали.

Котельная установка представляет собой комплекс устройств для получения водяного пара под давлением или горячей воды. Она состоит из котлоагрегата и вспомогательного оборудования, газо- и воздухопроводов, трубопроводов пара и воды с арматурой, тягодутьевых устройств и др.

Районные , или производственные котельные предназначены для централизованного теплоснабжения жилищно-коммунального хозяйства или самого предприятия. С вводом в действие ТЭЦ некоторые из них остались без дела и могут использоваться как резервные и пиковые, и тогда их называют резервно-пиковыми.

Газотурбинная установка - это двигатель, в лопаточном аппарате которого потенциальная энергия газа преобразуется в кинетическую энергию и затем частично превращается в механическую работу, которая преобразуется в электрическую энергию.

Рисунок 7 - Схема газотурбинной установки с подводом тепловой энергии при  = с onst

1 - воздушный компрессор; 2 - газовая турбина; 3 - электрогенератор; 4 - топливный насос; 5 - камера сгорания

В простейшей газотурбинной установке постоянного горения (рисунок 7) воздух, сжатый до некоторого давления в компрессоре 1, поступает в камеру сгорания 5, где его температура повышается за счет сжигания топлива, подающего топливным насосом 4, при постоянном давлении. Продукты сгорания под давлением и при высокой температуре подводятся к турбине 2, в которой совершается работа расширения газа. При этом давление и температура падают. Далее продукты сгорания выбрасываются в атмосферу.

Парогазовая установка - это турбинная теплосиловая установка, в тепловом цикле которой используются два рабочих тела - водяной пар и дымовые газы, поступающие из котлоагрегата.

Поступающий из атмосферы в компрессор 1 (рисунок 8) воздух сжимается с повышением температуры и подается в камеру сгорания 5, в которую при помощи топливного насоса и впрыскивается топливо. В камере сгорания 5 происходит горение топлива, а образующиеся газы поступают в газовую турбину 2, где и совершается работа.

Рисунок 8 - Схема парогазовой установки

1 - воздушный компрессор; 2 - газовая турбина; 3 - электрогенератор; 4 – топ-ливный насос; 5 - камера сгорания; 6 - подогреватель; 7 - котел; 8 - паровая турбина; 9 - конденсатор водяного пара; 10 - питательный насос

Отработанные газы с температурой 350 °С и пониженным давлением поступают в подогреватель 6, где отдают часть теплоты для подогрева питательной воды, поступающей в котел 7 и, охладившись при этом, сбрасываются в атмосферу. Питательная вода используется в котле для получения пара, который поступает в паровую турбину 8 с температурой

540 °С. В ней пар расширяется, производя техническую работу. Отработанный в турбине пар поступает в конденсатор 9, в котором конденсируется, а образовавшийся конденсат при помощи насоса 10 направляется сначала в подогреватель 6, где воспринимает тепло отработавших в газовой турбине газов, а затем - в паровой котел 7. Расходы пара и газа подбираются таким образом, чтобы вода воспринимала максимальное количество теплоты газов. Термический коэффициент полезного действия установок - свыше 60 %.

О том, насколько эффективно внедрение паротурбинных установок, показывает внедрение в Витебском производственном объединении «Витязь» двух паротурбинных установок, которые способны вырабатывать 1500 кВт электроэнергии (по 750 кВт каждая) и ежемесячно экономить до 30 тыс. долларов на покупку энергии. Срок окупаемости проекта - чуть больше года.

Гидроэлектростанция представляет собой комплекс гидротехнических сооружений и энергетического оборудования, посредством которых энергия водных потоков или расположенных на относительно более высоких уровнях водоёмов преобразуется в электрическую энергию.

Технологический процесс получения электроэнергии на ГЭС включает:

Создание разных уровней воды в верхнем и нижнем бьефах;

Превращение энергии потока воды в энергию вращения вала гидравлической турбины;

Превращение гидрогенератором энергии вращения в энергию электрического тока.

Гидроаккумулирующая электростанция представляет собой такую гидроэлектростанцию, в которой поступление воды в водоем верхнего бьефа обеспечивается искусственно, посредством насосов, работающих за счет электроэнергии из системы. Она оборудована кроме турбин насосами (помпами) или только турбинами, которые могут работать в режиме помп (обратные турбины) для подъема воды в часы малых нагрузок в энергосистеме с нижнего бьефа в водохранилище верхнего бьефа за счет подключения к энергосистеме. При больших нагрузках ГАЭС работают как обычные ГЭС.

Тепловые схемы АЭС зависят от типа реактора; вида теплоносителя; состава оборудования и могут быть одно-, двух-, и трехконтурными.

Схема выработки электроэнергии на одноконтурной АЭС представлена па рисунке 9. Пар вырабатывается непосредственно в реакторе и поступает в паровую турбину. Отработанный пар конденсируется в конденсаторе, и конденсат подается насосом в реактор. Схема проста, экономична. Однако пар (рабочее тело) на выходе из реактора становится радиоактивным, что предъявляет повышенные требования к биологической защите и затрудняет проведение контроля и ремонта оборудования.

Рисунок 9 - Тепловая схема простейшей одноконтурной атомной электростанции

1 - атомный реактор; 2 - турбина; 3 - электрогенератор; 4- конденсатор водяных паров; 5 - питательный насос

В двухконтурных схемах производства электроэнергии на АЭС имеется два самостоятельных контура (рисунок 10) - теплоносителя и рабочего тела. Общее оборудование у них - парогенератор, в котором нагретый в реакторе теплоноситель отдает свою теплоту рабочему телу и при помощи циркуляционного насоса возвращается в реактор.

Рисунок 10 - Тепловая схема простейшей двухконтурной атомной электростанции

1 - атомный реактор; 2 - теплообменник-парогенератор; 3 - главный циркуляционный насос; 4 - турбина; 5 - электрогенератор; 6 - конденсатор водяных паров; 7 - питательный насос

Давление в первом контуре (контуре теплоносителя) значительно выше, чем во втором. Полученный в теплогенераторе пар подается в турбину, совершает работу, затем конденсируется, и конденсат питательным насосом подается в парогенератор. Хотя парогенератор усложняет установку и уменьшает её экономичность, но препятствует радиоактивности во втором контуре.

В трехконтурной схеме теплоносителями первого контура служат жидкие металлы (например, натрий). Радиоактивный натрий из реактора поступает в теплообменник промежуточного контура с натрием, которому отдает теплоту и возвращается в реактор. Давление натрия во втором контуре выше, чем в первом, что исключает утечку радиоактивного натрия. В промежуточном втором контуре натрий отдает теплоту рабочему телу (воде) третьего контура. Образовавшийся пар поступает в турбину, совершает работу, конденсируется и поступает в парогенератор.

Трехконтурная схема требует больших затрат, но обеспечивает безопасную работу реактора.

Отличие ТЭС от АЭС состоит в том, что источником теплоты на ТЭС является паровой котел, в котором сжигается органическое топливо; на АЭС -ядерный реактор, теплота в котором выделяется делением ядерного топлива, обладающего высокой теплотворной способностью (в миллионы раз выше, чем органическое топливо). Один грамм урана содержит 2,6 10 ядер, при делении которых выделяется 2000 кВт ч энергии. Для получения такого же количества энергии нужно сжечь более 2000 кг угля.

Однако при эксплуатации АЭС образуется большое количество радиоактивных веществ в топливе, теплоносителе, конструкционных материалах. Поэтому АЭС является источником радиационной опасности для обслуживающего персонала и проживающего вблизи населения, что повышает требование к надежности и безопасности её эксплуатации.

Теплоэлектрацентраль (ТЭЦ) - это тепловая электростанция, выраба-тывающая не только электрическую энергию, но и тепло, отпускаемое потре-бителям в виде пара и горячей воды для коммунально-бытового потребления. При такой комбинированной выработке тепловой и электрической энергии в тепловую сеть отдается главным образом теплота отработавшего в турбинах пара (или газа), что приводит к снижению расхода топлива на 25-30 % по сравнению с раздельной выработкой энергии на КЭС или ГРЭС (государственные районные электростанции) и теплоты в районных котельных.