В какие виды энергии может превращаться работа тока приведите примеры: назовите известные вам источники электрического тока. какие превращение энергии в них происходят ? – Превращение одних видов энергии в другие и их использование — ТАРЫ — БАРЫ

Превращение одних видов энергии в другие и их использование — ТАРЫ — БАРЫ

Энергия (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 вида относятся 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 атомах веществ, 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. Электромагнитнаяэнергия — 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 электромагнитную; 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 называется первичной. В соответствии с классификацией энергоресурсов по признаку исчерпаемости можно классифицировать и первичную энергию.

При классификации первичной энергии выделяют традиционные и нетрадиционные 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.).

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

ТЭС тепловая электрическая станция преобразует тепловую энергию в электрическую;

ГЭС гидроэлектростанция преобразует механическую энергию движения воды в электрическую;

ГАЭС гидроаккумулирующая электростанция

преобразует механическую энергию движения предварительно накопленной в искусственном водоеме воды в электрическую;

АЭС атомная электростанция преобразует атомную энергию ядерного топлива в электрическую;

ПЭС приливная электростанция преобразует энергию океанических приливов и отливов в электрическую;

ВЭС ветряная электростанция преобразует энергию ветра в электрическую;

СЭС солнечная электростанция преобразует энергию солнечного света в электрическую, и т.д.

Электричество — очень удобный для применения и экономичный вид энергии и по праву может считаться основой современной цивилизации.

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.

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

При любых обсуждениях вопросов, связанных с использованием энергии, необходимо отличать энергию упорядоченного движения, известную в технике под названием свободной энергии (механическая, химическая, электрическая, электромагнитная, ядерная) и энергию хаотического движения, т.е. теплоту.

Любая из форм свободной энергии может быть практически полностью использована. В то же время хаотическая энергия тепла при превращении в механическую энергию снова теряется в виде тепла. Мы не в силах полностью упорядочить случайное движение молекул, превратив его энергию в свободную. Более того, в настоящее время практически нет способа непосредственного превращения химической и ядерной энергии в электрическую и механическую, как наиболее используемые. Приходится внутреннюю энергию веществ превращать в тепловую, а затем в механическую или электрическую с большими неизбежными теплопотерями.

Таким образом, все виды энергии после выполнения ими полезной работы превращаются в теплоту с более низкой температурой, которая практически непригодна для дальнейшего использования.

Развитие естествознания на протяжении жизни человечества неопровержимо доказало, какие бы новые виды энергии ни открывались, вскоре обнаруживалось одно великое правило. Сумма всех видов энергии оставалась постоянной, что, в конечном счете, привело к утверждению:

энергия никогда не создается из ничего и не уничтожается бесследно, она только переходит из одного вида в другой.

В современной науке и практике эта схема настолько полезна, что способна предсказывать появление новых видов энергии.

Если будет обнаружено изменение энергии, которая не входит в список известных в настоящее время видов энергии, если выяснится, что энергия исчезает или появляется из ничего, то будет сначала «придуман», а затем найден новый вид энергии, который учтет это отклонение от постоянства энергии, т.е. закона сохранения энергии.

Закон сохранения энергии нашел подтверждение в различных областях — от механики Ньютона до ядерной физики. Причем закон сохранения энергии — это не только плод воображения или обобщения экспериментов. Вот почему можно полностью согласиться с утверждением одного из крупнейших физиков-теоретиков Пуанкаре: «Так как мы не в силах дать общего определения энергии, принцип ее сохранения означает, что существует

нечто, остающееся постоянным. Поэтому, к каким бы новым представлениям о мире не привели нас будущие эксперименты, мы заранее знаем: в них будет нечто остающееся постоянным, что можно назвать ЭНЕРГИЕЙ».

Превращения энергии

У всех видов энергии есть общее свойство: энергия ниоткуда не возникает и никуда не исчезает; она лишь переходит из одного вида в другой или от одного тела к другому. Это утверждение называется законом сохранения энергии. Пока мы изучим его качественно, поскольку количественный аспект рассматривается в старших классах.

_?_

Колебания нитяного маятника. На рисунке слева вы видите груз, качающийся на нити. Сначала его оттянули вправо, и он приподнялся на высоту h над своим нижним положением. В этот момент груз имел наибольшую потенциальную энергию под действием силы тяжести.

Когда груз отпустили, он начал двигаться влево, увеличивая скорость. Следовательно, кинетическая энергия груза возрастает. Одновременно груз опускается, и в среднем положении его потенциальная энергия становится наименьшей. Однако в этот момент скорость груза является наибольшей. Поэтому за счёт запаса кинетической энергии, продолжая двигаться влево, груз поднимается всё выше. Это приводит к возрастанию его потенциальной энергии. Одновременно скорость груза уменьшается, что вызывает уменьшение кинетической энергии.

В этом примере энергия одного и того же тела переходит из одного вида в другой: из кинетической энергии в потенциальную и наоборот. Рассмотрим теперь примеры, когда энергия переходит не только из одного вида в другой, но и от одного тела к другому.

_?_

Колебания пружинного маятника. Взгляните на рисунок. Сначала груз на пружине оттянули вниз. Пружина растянулась, следовательно, сила упругости возросла. Увеличение этой силы означает увеличение потенциальной энергии пружины.

После отпускания груза пружина сжимается. По мере её сжатия сила упругости пружины уменьшается, значит, уменьшается потенциальная энергия пружины. Однако одновременно возрастает кинетическая энергия груза, так как при разгоне вверх увеличивается его скорость. Одновременно возрастает потенциальная энергия груза под действием силы тяжести, так как груз поднимается выше. Эти превращения энергии из одного вида в другой и переходы от тела к телу происходят периодически.

В только что рассмотренном примере энергия переходила из одного вида в другие: из потенциальной под действием силы упругости в кинетическую, а также в потенциальную под действием силы тяжести, и наоборот. Кроме того, энергия переходила от одного тела к другому: от пружины к грузу, и наоборот.

_?_

Торможение тела силой трения. На правом рисунке сверху изображено колесо едущего поезда; снизу – то же колесо, но при торможении поезда: тормозные колодки прижались к колесу. Возникшая сила трения замедляет вращение колёс, а значит, и скорость поезда. Это приводит к уменьшению его кинетической энергии. Колодки и колесо в нижней части рисунка не случайно выделены красным цветом: они настолько сильно нагреваются из-за трения, что при касании рукой можно получить ожог.

В этом примере мы наблюдали превращение механической энергии во внутреннюю энергию: кинетическая энергия всего поезда превращалась во внутреннюю энергию его тормозных колодок, колёс и воздуха, который тоже нагревался (соприкасаясь с горячими колёсами и тормозными колодками).

Итак, все рассмотренные в этом параграфе примеры являются качественными подтверждениями всеобщего закона сохранения энергии, который иногда называют законом сохранения и превращения энергии.

Самостоятельная работа по физике Электрический ток. Источники электрического тока. Электрическая цепь и ее составные части для 8 класса

Самостоятельная работа по физике Электрический ток. Источники электрического тока. Электрическая цепь и ее составные части для 8 класса с ответами. Самостоятельная работа включает 2 варианта, в каждом по 5 заданий.

Вариант 1

1. Как называются приборы, создающие электрическое поле?

2. Какие превращения энергии происходят в термоэлементе?

3. Приведите примеры источников тока, в которых используется химическая энергия.

4. Чем аккумуляторы отличаются от источников тока?

5. На рисунках 1 и 2 представлены схематические изображения двух элементов электрической цепи. Назовите их.

Схематические изображения двух элементов электрической цепи 1 вариант

Вариант 2

1. Какими заряженными частицами может создаваться электрический ток?

2. Какие превращения энергии происходят в электрофорной машине?

3. Приведите пример источников тока, в которых используется световая энергия.

4. Какие источники тока используются на электростанциях для промышленного получения тока?

5. На рисунках 1 и 2 представлены схематические изображения двух элементов электрической цепи. Назовите их.

Схематические изображения двух элементов электрической цепи 2 вариант

Ответы на самостоятельную работа по физике Электрический ток. Источники электрического тока. Электрическая цепь и ее составные части для 8 класса
Вариант 1
1. Приборы, создающие электрическое поле, называются источниками электрического тока.
2. В термоэлементе происходит превращение внутренней энергии нагревателя в электрическую энергию.
3. Гальванический элемент, щелочной аккумулятор, генератор.
4. Аккумулятор можно заряжать. Источники тока только лишь преобразует подводимую к ним энергию.
5.
1) Лампа
2) Соединительный провод
Вариант 2
1.Ток может создаваться отрицательно заряженными частицами — электронами, положительными и отрицательными ионами.
2. В электрофорной машине механическая энергия превращается в электрическую энергию.
3. Фотоэлемент, солнечные батареи.
4. Используются электрогенераторы, которые превращают солнечную или механическую энергию в электрическую.
5.
1) Ключ
2) Гальванический элемент

Энергия

Только благодаря энергии на нашей планете существует жизнь. Энергия бывает разная. Тепло, свет, звук, микроволны, электричество — 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. Солнце передает Земле столько энергии, сколько произвели бы 100 миллионов мощных электростанций.

Виды энергии

Энергия существует в самых разных видах. Кроме тепловой, световой и энергии звука есть еще химическая энергия, кинетическая и потенциальная. Электрическая лампочка излучает тепловую и световую энергию. Энергия звука передается при помощи волн. Волны вызывают вибрацию барабанных перепонок, и поэтому мы слышим звуки. Химическая энергия высвобождается в ходе химических реакций. Продукты питания, топливо (уголь, нефть, 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 движение. 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 Солнца и производят питательные вещества — создают запасы химической энергии.

Химическая энергия батареек фонарика превращается в электри-ческую Химическая энергия батареек фонарика превращается в электри-ческуюПревращение 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 воду, и она испаряется. Пар вращает турбину. производя тем самым кинетическую энергию — энергию движения. Генератор преобразует кинетическую энергию в электрическую. Разнообразные устройства — лампы, телевизоры, 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.

панель коллектора в разрезеСолнечная энергия

Энергия Солнца доходит до Земли 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.

сжигание дров, навоза и угля для приготовления пищиЭнергетические 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 населения Земли 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 ядерную энергию – 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.

производства газа образующегося при гниенииПри сгорании топлива в атмосферу 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.

Превращение одного вида механической энергии в другой. Закон сохранения энергии

Превращение одного вида механической энергии в другой. Закон сохранения энергии

«Всё изменяется, ничто не исчезает»

Овидий

Энергия может превращаться из одного вида в другой и переходить в другие формы. Об этом будет разговор в данной теме.

В прошлой теме речь шла об энергии. Энергией обладает то тело, которое способно совершить работу. Механическая энергия делится на два вида: потенциальная энергия и кинетическая энергия. Потенциальная энергия определяется взаимным расположением взаимодействующих тел (или частей одного и того же тела). Кинетическая энергия – это энергия, которой обладает всякое движущееся тело. Потенциальная энергия тела, поднятого над землей пропорциональна массе этого тела и высоте, на которую это тело поднято.

Кинетическая энергия пропорциональна массе тела и квадрату скорости, с которой это тело двигается.

Что будет происходить с энергией при падении тела?

Рассмотрим этот процесс поэтапно на примере падения яблока с яблони.

Изначально, яблоко покоится, то есть, его скорость равна нулю. Значит и кинетическая энергия – тоже равна нулю. Но яблоко находится на определенной высоте, поэтому, оно обладает потенциальной энергией. Итак, яблоко начинает падать, и его высота постепенно уменьшается. Но, вместе с тем, увеличивается скорость. В момент, когда яблоко коснется земли, его высота будет равна нулю, а скорость будет максимальной. Таким образом, вся потенциальная энергия яблока превратилась в кинетическую энергию. Возникает вопрос: какую энергию переходит кинетическая энергия после удара яблока об землю? Она переходит в иной вид энергии, который будет изучаться в 8 классе.

Рассмотрим другой пример: бросим футбольный мяч с определенной высоты. Точно также, как и в предыдущем примере, мяч будет набирать скорость и терять высоту, то есть его потенциальная энергия будет превращаться в кинетическую. При ударе о землю, мяч деформируется: таким образом, кинетическая энергия мяча перейдет в энергию упруго деформированного тела. Стремясь вернуть исходную форму, силы упругости, действующие в мяче, совершат работу, в результате чего мяч снова подпрыгнет, почти на ту же высоту, что и раньше. В этом случае, его скорость, наоборот, будет уменьшаться, а высота увеличиваться. То есть, теперь, кинетическая энергия будет превращаться в потенциальную. Мяч достигнет максимальной высоты и на мгновение зависнет в воздухе, а потом, снова начнет падать, и процесс превращения энергии повторится. В конце концов мяч прекратит прыгать и упадет на землю. Дело в том, что в этом случае, энергия расходуется на преодоление сопротивления воздуха, а также теряется при ударах мяча о землю.

Рассмотрим пружинный маятник. В момент, когда пружина расслаблена, и потенциальная, и кинетическая энергия равна нулю.

Стоит растянуть пружину, как она начнет обладать потенциальной энергией.

Пружина, стремясь вернуть свою исходную форму, будет терять потенциальную энергию, но приобретать скорость, то есть её кинетическая энергия будет увеличиваться. Оказавшись в исходном положении, маятник будет обладать максимальной кинетической энергией, а его потенциальная энергия будет равна нулю.

Из-за явления инерции, маятник продолжит движение. Теперь уже его скорость будет уменьшаться, а пружина все больше деформироваться. Таким образом, кинетическая энергия перейдет в потенциальную. Так будет повторяться снова и снова. То же самое можно сказать и о движении обычного маятника.

Многие природные явления сопровождаются превращением одного вида энергии в другой. Классическим примером является течение воды в реках: ведь реки текут с гор в моря. То есть, изначально, вода находится на определенной высоте, и обладает потенциальной энергией, которая впоследствии превращается в кинетическую энергию – энергию течения реки.

Другой пример – это ветер, гнущий деревья. Ветер – это движение воздушных масс, то есть, воздух, в данном случае обладает кинетической энергией. Эта кинетическая энергия расходуется на то, чтобы согнуть дерево (то есть, деформировать его). В результате, дерево начинает обладать потенциальной энергией.

Овидий говорил, что «Всё изменяется, ничто не исчезает». Конечно, речь шла не только об энергии, но к понятию энергии это подходит как нельзя лучше. Действительно, из всех рассмотренных примеров следует, что энергия не исчезает, а только изменяет свой вид. Энергию нельзя создать или уничтожить. Можно только заставить один вид энергии превратится в другой. Если в рассматриваемой системе отсутствуют силы сопротивления, то энергия полностью сохраняется. То есть, в момент удара о землю, кинетическая энергия упавшего тела будет в точности такой же, какой была его потенциальная энергия до начала падения. Более того, на протяжении всего полета, сумма кинетической и потенциальной энергии будет оставаться постоянной. Это можно изобразить графически.

На графике показаны кинетическая энергия, потенциальная энергия и полная механическая энергия. Потенциальная энергия уменьшается ровно на столько, насколько увеличивается кинетическая энергия. Таким образом, полная механическая энергия остается величиной постоянной (именно поэтому, она обозначена на графике горизонтальной прямой). Итак, закон сохранения механической энергии звучит следующим образом:  если в замкнутой системе не действуют силы трения и силы сопротивления, то сумма кинетической и потенциальной энергии всех тел системы остается величиной постоянной. Под замкнутой системой понимают систему, которая не взаимодействует с телами вне системы.

Упражнения.

Закон сохранения энергии нередко упрощает решение довольно сложных задач, а некоторые задачи и вовсе можно решить только с помощью закона сохранения энергии.

Задача 1. Из ружья вертикально вверх вылетела пуля со скоростью 1300 км/ч. Пренебрегая сопротивлением воздуха, найдите максимальную высоту, на которую взлетит пуля.

Задача 2. Мальчик, находясь на балконе, подбрасывает мяч вертикально вверх с начальной скоростью 3 м/с. После этого мяч падает на землю. Пренебрегая сопротивлением воздуха, найдите скорость мяча в момент удара о землю, если расстояние между землей и балконом равно 5 м.

Задача 3. Барон Мюнхгаузен утверждал, что он может летать на ядре. Как-то раз, он сказал, что спустившись с высоты 80 м, на высоту 60 м, его скорость увеличилась на 20 м/с. Могло ли высказывание барона быть правдивым?

Основные выводы:

Энергия не исчезает и не появляется, а просто переходит из одной формы в другую.

Законом сохранения механической энергии: при отсутствии сил трения и сил сопротивления в замкнутой  системе, сумма кинетической и потенциальной энергии всех тел системы остается величиной постоянной.

. Превращение энергии в свет

Почитай им о плазме

<a href=»/» rel=»nofollow» title=»38835397:##:http://www.polnaja-jenciklopedija.ru/nauka-i-tehnika/jenergija.html» target=»_blank» >[ссылка заблокирована по решению администрации проекта]</a>

Только благодаря энергии на нашей планете существует жизнь. Энергия бывает разная. Тепло, свет, звук, микроволны, электричество — 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. Солнце передает Земле столько энергии, сколько произвели бы 100 миллионов мощных электростанций. Виды энергии Энергия существует в самых разных видах. Кроме тепловой, световой и энергии звука есть еще химическая энергия, кинетическая и потенциальная. Электрическая лампочка излучает тепловую и световую энергию. Энергия звука передается при помощи волн. Волны вызывают вибрацию барабанных перепонок, и поэтому мы слышим звуки. Химическая энергия высвобождается в ходе химических реакций. Продукты питания, топливо (уголь, нефть, 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 движение. 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 Солнца 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 воду, и она испаряется. Пар вращает турбину. производя тем самым кинетическую энергию — энергию движения. Генератор преобразует кинетическую энергию в электрическую. Разнообразные устройства — лампы, телевизоры, 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 Земли 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.

Химические источники энергии.- DjVu

HEKOTOPЫЕ БECCИCTEMHO И HEУBEPEHHO PACПOЗHAHHЫE ФPAГMEHTЫ КНИГИ
      ГЛАВА I ЭНЕРГИЯ
      § 1. Работа и энергия
      Слово «работа» известно каждому. Работа играет огромную роль в жизни как отдельного человека, так и всего человеческого общества. В процессе эволюции живой природы именно работа выделила человека из животного мира.
      Обычно под работой мы понимаем различного рода деятельность людей в народном хозяйстве, которая направлена на удовлетворение потребностей общества. Так, сев и уборка урожая, добыча руды, разливка металла, вождение поезда и автомашины, пиление и строгание, стирка и домашняя уборка, деятельность инженера, врача и писателя, функционирование государственного аппарата и правосудия — примеры работы. В противоположность этому туризм, шахматная игра, танцы и многие другие подобные виды деятельности обычно считаются отдыхом и рассматриваются как развлечение. В действительности же работа неотделима и от этих видов деятельности человека. Рассмотренное выше понятие работы необходимо отличать от понятия работы в физшмском смысле, которое много шире и сложней.
      Легче всего дать определение механической работы, которая была первой ступенью в познании характерных особенностей работы. Чтобы производить работу, нужна сила, и по известному всем определению работа L, совершенная при помощи силы Р, равна произведению этой силы на путь s в направлении действия силы (без учета ускорения), то есть
      L == Ps,
      если сила при этом не меняется.
      В качестве простого примера механической работы мы можем рассмотреть работу, совершаемую телом с массой т при свободном падении под действием земного притяжения (характеризуемого ускорением силы тяжести g) с некоторой высоты h. Эта работа в соответствии с формулой равна mgh. Таким образом, тело, покоящееся на высоте й, обладает тем свойством, что при определенных условиях, то есть при падении, оно может производить работу. В таком случае говорят, что тело с массой т на высоте й (относительно высоты й = 0) обладает потенциальной энергией {энергией положения) mgh. После падения на уровень й = 0 потенциальная энергия становится равной нулю (тело уже не способно производить дальнейшую работу), но теперь тело приобретает «новое» свойство, а именно скорость v(v = Y2gh)> и, следовательно, обладает кинетической энергией {энергией движения), равной mv2/2.
      Итак, механическая работа совершается при изменении состояния тела, производящего работу. В приведенном примере тело в начальном состоянии вследствие своего положения обладало способностью производить работу, а в конечном состоянии его положение уже не обеспечивало ему этой возможности. Однако способность тела производить работу ни в коей мере не исчезла, она лишь видоизменилась. Теперь тело способно производить работу за счет скорости; оно может даже (при условии незначительного трения во время движения) практически произвести столько работы, сколько ее производит в своем начальном состоянии на высоте h. Примером могут служить колебания маятника без трения (рис. 1). Если принять, что в самом нижнем положении А = 0, то маятник, представляющий собой шарик, висящий на тонкой (почти невесомой) нити, отклонившись в левое крайнее положение, будет находиться на высоте А. С этого положения шарик падает до уровня А = 0 и благодаря этому производит работу mgh2. Самое нижнее положение (А = 0) он проходит со скоростью v, которой он достиг в результате этого движения, так как его потенциальная энергия mgh перешла в кинетическую энергию mv2/2. Если трение маятника ничтожно мало, то приобретенная скорость обеспечивает шарику возможность пройти через нижнюю точку и подняться на ту же высоту А. При этом он совершает работу mgh против силы гравитационного поля, а скорость его падает до 0. Таким образом, работа совершается благодаря постоянному превращению энергии. При свободных,колебаниях маятника без трения будет непрерывно происходить переход потенциальной энергии в кинетическую и обратно. Поскольку этот простой пример помогает понять, как производится механическая работа при переходе потенциальной энергии в кинетическую и обратно, его стоит рассмотреть подробнее.
      Наши рассуждения ясно показывают, что механическая энергия означает способность производить работу, но не идентична самой работе. Работа же совершается при превращении одного вида энергии в другой, причем результатом такого превращения не всегда является именно механическая работа, как в рассмотренном выше примере. Если, например, маятник будет двигаться с очень сильным трением (допустим, в вязкой жидкости), то при возвращении ш верхнего положения в нижнее он остановится, то есть его скорость уменьшится до 0. В этом случае потенциальная энергия маятника превращается в кинетическую энергию лишь временно; к концу движения вся энергия маятника переходит в тепло, вследствие чего повышается внутренняя энергия всей системы маятник — окружающая среда (см. гл. II, §2).
      Работа, которую мы можем непосредственно воспринять нашими органами чувств, совершается благодаря движению макроскопических тел. Способность производить работу, а следовательно, и энергия неразрывно связаны сдвижением. Однако это — необязательно непосредственно наблюдаемое движение макроскопических тел. Энергия может быть также обусловлена движением атомов и молекул, которое не вес финимается нашими органами чувств. К такому движенлю относится, например, непрерывное хаотическое движение атомов и молекул, соответствующее термической энергии (энергии теплового движения). При определенных условиях это движение все же частично можно упорядочить, и тогда оно проявляется макроскопически и может быть использовано для получения работы. Об этой возможности получения работы мы еще подробно расскажем позднее.
      Выводы, полученные из примера с механической энергией и работой, могут быть обобщены. Работа — это всегда результат превращения одной формы энергии в другую, и она неизбежно связана с какими-либо изменениями, процессами.
      Существование различных видов энергии вызывается разнообразием форм движений (кинетическая энергия, например, упорядоченным движением тела как целого, термическая энергия — хаотическим движением молекул или атомов, электрическая — движением электронов или других заряженных частиц). Следовательно, работа производится при взаимном превращении различных форм движения различных тел. Иными словами, работа есть количественная мера качественного взаимного превращения движений, представляющих различные формы энергии.
      Эти формы энергии могут превращаться друг в друга или переходить от одного тела к другим. Работа возникает лишь как следствие этих превращений. Кроме того, работа, которая является результатом изменения состояния тела или системы тел, может изменить состояние других тел. В пределах установленных законами природы границ мы можем целесообразно управлять этими превращениями в нужном для нас направлении. Мы можем, например, в водяных мельницах превратить кинетическую энергию речной воды во вращательную энергию жерновов и использовать ее для размола зерна. Мы можем химическую энергию, освобождающуюся при сжигании угля, нагревающего котел, превратить в механическую энергию и с помощью произведенной при этом работы изготовить из металлических болванок необходимые нам предметы, из нитей — ткани и т. д. Таким образом, работа становится средством для переработки природных материалов и тем самым важнейшим фактором для человека и общества в целом. Так как мы можем запасать впрок (то есть накапливать) только энергию, а не работу, то важнейшей задачей является найти вещества, содержащие такой вид энергии, который при производстве работы относительно просто может превращаться в другой вид энергии. Эти вещества мы называем источниками, или носителями энергии (энергоносителями).
     
      § 2. Необходимые для общества формы энергии
      Простейшая деятельность человека — целесообразное изменение первоначальных продуктов природы, защита от неблагоприятных внешних условий (холода, непогоды или диких зверей) — требует в первую очередь механической работы. Большое значение для человека имеет и тепло — явление, также связанное с изменением энергии и в известном смысле аналогичное работе (см. гл. II, § 1).
      Первобытный человек собирал пищу, создавал свои примитивные орудия, охотился и рыбачил, устраивал жилье, применяя механическую работу. Даже в современном обществе энергия используется преимущественно в форме механической работы; в промышленности и сельском хозяйстве, строительстве и транспорте, быту и т. д. машины производят для нас механическую работу. Кроме того, еще и сегодня очень важна механическая работа, производимая самим человеком.
      Огонь
      Наряду с механической работой с древних времен большую роль в жизни человека играло тепло. В древности, чтобы получить его искусственным путем, то есть добыть огонь, нужно было затратить очень много механической работы на трение сухого дерева и разогрев его до такой температуры, чтобы оно воспламенилось. Мы и сейчас не можем обойтись без механической энергии для получения огня, но наши нынешние остроумные приспособления (спички, зажигалки) позволяют это сделать с ничтожными затратами сил. Открытие способа добывать огонь означало большой шаг в развитии человечества. С тех пор огонь сделался неизменным слугой человека.
      Тепло, которое освобождается в результате химического превращения и проявляется в виде огня, используется современным человеком не только непосредственно для обогрева, но и как некая переходная ступень превращения химической энергии в механическую работу. Нужно заметить, что образование тепла не всегда желательно. Однако почти каждое превращение энергии сопровождается образованием тепла. Поскольку тепло не может быть полностью превращено в работу (см. гл. II, § 1), в ряде случаев (например, при трении) его можно считать формой энергии, полностью потерянной для человека.
     
      Химическая энергия
      Первым в истории человечества искусственно вызванным химическим процессом было, пожалуй, горение — разложение при помощи окисления растительной массы, имеющей сложный химический состав, на вещества более простые, такие, как вода, углекислый газ и др. Огонь помог человеку использовать и другие химические процессы, именно благодаря огню человек смог сделать свои продукты питания мягче, вкуснее и удобоваримее. Позднее при помощи огня удалось из руды получить металл.
      Со временем люди научились использовать не только огонь, но и другие химические процессы. Однако только к концу XVIII века человек овладел законами природы настолько, что научился искусственно вызывать химические процессы и проводить их целенаправленно. Но теперь уже в большинстве случаев целью этих процессов было не разложение вещества, то есть получение более простых по своему составу соединений, а наоборот, синтез веществ более сложного состава из простых «кирпичиков». Разумеется, химическое разложение сложных веществ ни в коей мере не потеряло своего значения; на нем основана, например, выплавка металлов из руды, при которой металлы высвобождаются из соединений. Продукция многих других отраслей промышленности есть результат разложения вещества сложного состава на более простые, но не простейшие (например, производство спирта из крахмала или глюкозы). Превращение одних химических веществ в другие сопровождается изменением химической энергии. Целесообразное и хорошо продуманное применение определенных видов энергии дает возможность в границах, установленных объективными законами природы, планомерно управлять химическими реакциями. На этой основе в последнее время стремительно развивается химическая промышленность, требующая все больших затрат энергии.
     
      Световая энергия
      Долгое время человек получал световую энергию исключительно при помощи сжигания (окисления) нагретых до каления твердых веществ. В факелах, масляных лампах, в свечах, керосиновых лампах и газовых фонарях свет излучают либо возникающие в результате неполного сгорания раскаленные угольные частички, либо введенные в пламя другие твердые вещества (например, так называемая калильная сетка). В современных лампах накаливания свет дает также раскаленное твердое вещество (вольфрамовая нить накаливания), но здесь свет излучается не благодаря освобождающейся в результате окислительного процесса химической энергии, а за счет превращения электрической энергии в световую1. Даже наша повседневная речь отражает эти изменения: раньше мы говорили «зажечь свет», сейчас мы все чаще говорим «включить свет».
      Все же превращение электрической энергии в световую при посредстве тепла неэкономично. Поэтому ныне прилагаются усилия к исключению тепла как посредника при этом превращении. В новейших осветительных приборах электрическая энергия превращается в световую без сколько-нибудь значительного выделения тепла, поэтому такие приборы отдают при одинаковом потреблении электрической энергии в три-четыре раза больше световой энергии, чем лампы накаливания.
     
      Электрическая энергия
      В энергетическом балансе современного высокоразвитого общества электрическая энергия играет все большую и. большую роль. В действительности нам, разумеется, не нужна электроэнергия как таковая, поскольку мы не можем
      1 Косвенно эта энергия еще и сегодня имеет преимущественно химическое происхождение, так как электрический ток в большинстве случаев получают на тепловых электростанциях.
      ее ни воспринимать, ни непосредственно употреблять. Электрическую энергию можно, однако, относительно простыми средствами превращать в тепло, механическую работу или другие формы энергии. Производство электрической энергии, то есть превращение имеющихся в природе других форм энергии в электрическую, в больших масштабах (на крупных электростанциях) экономически сравнительно выгодно.
      Электрическую энергию можно передавать на большие расстояния с относительно малыми потерями и, таким образом, легко подводить к потребителям, поэтому ее следует считать лучшей и наиболее легко поддающейся использованию формой энергии, с помощью которой имеющиеся в природе энергетические ресурсы распределяются в соответствии с нашими нуждами.
      Ныне электрическая энергия производится в основном в результате превращения химической энергии угля или нефти сначала в тепло, которое дает возможность получать механическую работу; за счет этой работы и получается в дальнейшем электрическая энергия. Такое непрямое превращение весьма неэкономично, так как при этом пропадает значительная часть энергии. При современном состоянии науки и техники мы не можем обойтись без такого, связанного с большими потерями, способа получения электрической энергии, хотя теоретически мы уже знаем, как можно избежать этих потерь. Соответствующие методы уже применяются в лабораторных условиях. Однако надежное и экономически оправданное непосредственное превращение в больших масштабах химической энергии в электрическую потребует еще очень большой исследовательской работы.
      Незначительная часть электрической энергии производится не из химической, а из механической (потенциальной и кинетической) энергии воды на гидроэлектростанциях. В последнее время начинает получать некоторое распространение новый метод получения электроэнергии — путем превращения атомной энергии в электрическую, — однако и здесь потери энергии в виде тепла значительны.
      В настоящее время находят также применение, правда в весьма ограниченных масштабах, такие виды энергии, как акустическая и магнитная.
     
      Источники энергии
      В большинстве случаев природа поставляет нам энергию не в той форме, в какой она- нужна для наших конкретных целей. Поэтому мы вынуждены преобразовывать имеющуюся в нашем распоряжении энергию. Для получения работы мы должны найти соответствующие источники энергии, то есть такие вещества, которые являются носителями наиболее пригодного для реализации (с учетом современного состояния науки и техники) вида энергии.
      Следует заметить, что живые организмы (в том числе человек) сами являются носителями значительных запасов энергии. Живые организмы содержат относительно большое количество химической энергии, характер которой будет рассмотрен в § 6 настоящей главы. В ходе тонких и до сих пор еще недостаточно изученных химических процессов происходит превращение энергетически богатых сложных веществ живого организма в простые вещества, которое, сопровождается выделением энергии. Эти превращения являются источником мускульной работы человека и животных, при помощи которой они поддерживают свои жизненные функции, перемещаются, обеспечивают себе пропитание, а также могут производить необходимые и полезные изменения окружающей среды. Эти «естественные» источники энергии, питаемые химической энергией собственного тела, удовлетворяли человека только на ранней стадии развития человеческого общества, длившейся, однако, многие тысячелетия. Уже в первобытную эпоху человек поставил себе на службу «внешний» энергетический источник — мускульную силу животных, что позволило ему значительно увеличить объем производимых работ1. Позднее, еще через многие тысячелетия, человек заставил работать на себя энергию воды, которая приводила в движение мельничные колеса и устройства оросительных систем, и ветра, который вращал крылья мельниц и надувал паруса судов.
      Можно считать, что первые сознательные действия для получения энергии человек совершил тогда, когда научился извлекать огонь из сухих растений. Огонь давал человеку тепло, помогал улучшать пищу и отпугивать диких зверей. Однако использовать огонь для получения механической работы наши предки еще не умели. Известно, что уже во II веке до нашей эры Герон в Александрии открыл способ превращения тепла с помощью пара в кинетическую энергию вращающегося тела (в сущности, он открыл паровую турбину), но в течение двух тысячелетий никто не попытался использовать это явление для получения работы. Такое пренебрежение к неживым источникам энергии объясняется не только относительно низкими потребностями тогдашнего общества, но и дешевизной рабочей силы, легкостью ее эксплуатации — не было нужды в изобретении сложных орудий для замены этой силы.
      Только с развитием капиталистического способа производства потребности в энергии настолько возросли, что не могли уже полностью удовлетворяться за счет эксплуатации существовавших в то время источников энергии. Появилась острая необходимость в открытии новых и привлечении не использованных ранее источников энергии. Примерно 200 лет назад был открыт пар нак носитель энергии. Во второй половине XVIII века в Англии, в то время наиболее развитой индустриальной стране, была сконструирована паровая машина, которая начала применяться в широких масштабах и обеспечила невероятно высокий, невиданный до тех пор темп промышленного развития. Поэтому XIX век, а также начало XX по праву считают веком пара. На исходе прошлого столетия у паровой машины появились конкуренты — двигатели внутреннего сгорания (бензиновые и дизельные). Преимущества двигателей внутреннего сгорания особенно велики для машин малой и средней мощности; для очень больших мощностей все же выгоднее паровая машина.
      Уже в конце XIX века наряду с паром начала получать распространение электрическая энергия, а в первые десятилетия XX века она заняла ведущее место. Мы можем с полным правом сказать, что живем в век электричества. Правда, большую часть электрической энергии еще~и сегодня получают с помощью паровых машин, но производство ее сосредоточено преимущественно на огромных тепловых электростанциях. Мощные паровые турбины электростанций гораздо рентабельнее малых паровых машин. Электрические моторы и двигатели внутреннего сгорания все больше вытесняют паровую машину как силовую установку. Электромоторы имеют высокий коэффициент полезного действия, работают без отходов и бесшумно, электроэнергия может передаваться по проводам на расстояние многих тысяч километров от источника.
      Наряду с тепловыми электростанциями растет значение гидроэлектростанций, где генераторы электрического тока приводятся в движение не паровыми, а гидротурбинами. Однако при строительстве современных гидроэлектростанций необходимо сооружать водяные плотины и производить другие дополнительные работы, и в большинстве своем они требуют больших капиталовложений, чем тепловые электростанции. Все же производство электроэнергии на гидростанциях обходится дешевле благодаря использованию энергии воды, поставляемой самой природой, но распространение их ограничено в связи с тем, что экономичны они только там, где достаточно воды и благоприятен рельеф местности. Топливо же для котлов тепловых электростанций (уголь, нефть или газ) необходимо добывать из недр Земли весьма трудоемким путем и доставлять к месту потребления.
     
      Энергетические источники будущего
      Наряду с тепловыми электростанциями, использующими химическую энергию, источниками которой являются уголь, нефть и газ, начинает завоевывать признание атомная энергия, носителем которой в настоящее время практически прежде всего является уран. Первая атомная электростанция, давшая промышленный ток, была построена в 1954 году в СССР, а в 1959 году со стапелей был спущен атомоход «Ленин». С тех пор построено много более мощных атомных электростанций. Запасы урана достаточно велики, он дешев для транспортировки, отдаленность мест его добычи не имеет экономического значения. Если в будущем удастся осуществить управляемую термоядерную реакцию, то есть синтез ядер гелия из водорода, то топливо (водород, получаемый из воды) для производства электроэнергии мы будем иметь практически в неограниченном количестве.
      В настоящее время электроэнергия в большинстве случаев получается с помощью механических устройств, отдельные части которых движутся со значительным трением. На электростанциях химическая энергия превращается в тепло путем окисления топлива, а атомная в ядерных реакторах — в результате ядерных превращений. Полученный при
      помощи этого тепла пар приводит в движение турбины генераторов тока. Это в общем невыгодно, и не только потому, что значительное количество энергии из-за трения частей машин превращается в тепло (при этом часть полезной мощности пропадает), но главным образом вследствие того, что тепло, являющееся здесь промежуточным продуктом превращения энергии, может переходить в другие, нужные виды энергии лишь с очень низким коэффициентом полезного действия (см. гл. II, § 3). Поэтому целесообразно превращать энергию, заключенную в энергоносителях, в электрическую, минуя стадию тепла, поскольку электрическая энергия может быть принципиально полностью, а практически с- хорошим к. п. д. переведена в работу. Здесь открываются большие возможности, практическое осуществление которых — задача ближайшего будущего.
      Одна из этих возможностей заключается в том, что в некоторых химических соединениях под воздействием света может возникать до некоторой степени направленное движение ^электронов, то есть начинает течь ток1. Это так называемый фотоэлектрический эффект, который используется в фотоэлементах. Здесь можно говорить о превращении световой энергии в электрическую без выделения сколько-нибудь значительного количества тепла. Принципиально световое излучение Солнца можно таким образом превращать в электрическую энергию без потерь. На практике из-за технического несовершенства фотоэлементы работают пока с к. п. д., не превышающим 10 — 12%, следовательно, превращают в электрическую энергию только 10 — 12% падающего на них излучения. На пути широкого внедрения фотоэлементов в технику имеются и другие препятствия, однако в особых условиях (например, в приборах, установленных в отдаленных пунктах, на космических кораблях и т. д.) они незаменимы.
      В гальванических элементах возможно почти полное превращение химической энергии в электрическую, минуя стадию тепла. Этот вопрос мы разберем подробнее в главе III.
      На обычных электростанциях потери полезной работы возникают не только в связи с тем, что при превращении энергии она вначале переходит в тепло, но также из-за трения и износа твердых частей машины. Поэтому предпочтительнее такие машины (даже в случае неизбежного превращения энергии в тепло при их работе), которые не имеют твердых движущихся частей. Теоретически, а в какой-то мере и практически такое устройство можно выполнить при помощи термоэлементов, состоящих из двух различных спаянных между собой металлов или полупроводников, где тепло непосредственно превращается в электрический ток. Магнитогидродинамические генераторы также не содержат твердых движущихся частей, электрический ток возникает здесь в сильно нагретом ионизированном газе, пропущенном через магнитное поле. Однако эти установки вследствие их технического несовершенства пока еще не могут обеспечить производство электроэнергии в широких масштабах.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о