Энергия и работа реферат
Обновлено: 04.07.2024
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Выберите документ из архива для просмотра:
Выбранный для просмотра документ Доклад Энергия в нашей жизни.docx
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение г. Иркутска
средняя общеобразовательная школа
с углублённым изучением отдельных предметов № 64
Энергия в нашей жизни
Классный руководитель 2Д класса Галянт Е.И.
Ученик 2Д класса Тузов Никита
Иркутск, 201 8 г.
Узнать какие существуют виды энергии, как энергия появляется и как она переходит из одного состояния в другое.
Найти информацию об энергии и проанализировать её.
Провести домашний эксперимент: Как появляется энергия?
Исследовать, что думают одноклассники об энергии и рассказать им об энергии.
Я предположил и выдвинул гипотезу, что энергия окружает нас повсюду, а за альтернативными источниками энергии будущее и в скором времени они заменят традиционные.
Изучение специальной литературы.
Просмотр телевизионных программ по теме.
Проведение эксперимента с помощью конструктора Lego education .
Анализ и обобщение полученной информации.
В нашем обществе от энергии зависит всё. С ее помощью можно приготовить еду, обогреть и осветить жилище, улицы, привести в действие кондиционеры, погладить белье, вывести в море корабли, запустить в космос ракеты. Ведь любой объект, чтобы расти, двигаться, гореть или вообще делать что бы то ни было, нуждается в энергии. Без энергии не может быть жизни. Энергия — это способность выполнять работу. А работа совершается, когда на объект действует физическая сила. Понятие Энергии впервые введено английским физиком Т.Юнгом в начале XIX века. Думаю, вы не раз видели, как подпрыгивает крышка кастрюли с кипящей водой, как несутся тюбы или санки по склону горы, как набегающая волна при встрече с ветром толкает парусник. Подпрыгивание крышки кастрюли было вызвано давлением пара, возникшем при нагревании жидкости. Санки ехали потому, что существуют гравитационные силы. Энергия волн и ветра двигала парусник.
Таким образом, энергия может быть разной и возникать из разных источников, поэтому я начал изучать, какие виды энергии бывают.
Наиболее часто в нашей повседневной жизни нам встречается механическая энергия. Механическая энергия широко известна человеку с древнейших времен, она применялась в таких устройствах, как стрела, копье, нож, топор, повозка, маятник, ветряная мельница, водяное колесо, парус, гончарный круг, часы, и другие самые разнообразные механизмы… Самые распространенные примеры механической энергии: ветер, течение рек, приливы и отливы морей и океанов, сельскохозяйственные животные, и сам человек.
Механическая энергия делится на кинетическую (энергия движения) и потенциальную (энергия взаимодействия), причем эти две энергии перетекают друг в друга. Например, я стою на земле и нахожусь в состоянии покоя, тогда относительной нашей планеты моя кинетическая энергия равна нулю, но если посмотреть на меня с Луны, то я уже буду обладать кинетической энергией относительно Луны. Если я неожиданно побежал, то я стал обладать кинетической энергией, причем чем больше моя скорость и мой вес, тем большей энергией я обладаю. Потенциальная энергия зависит от положения, где находится объект. Например, я прыгаю с крыльца на землю. Ниже земли я упасть не могу, следовательно, здесь я буду обладать нулевым уровнем потенциальной энергии, а стоя на крыльце, я буду обладать большей потенциальной энергией. Или мяч, когда он на земле, он обладает кинетической энергией, а потенциальная = 0, когда он отскакивает от земли и летит в вверх, то кинетическая энергия переходит в потенциальную, и в верхней точке уже кинетическая энергия =0.
Очень часто механическая работа используется как промежуточный этап при выработке электроэнергии. Преобразование механической энергии в электрическую энергию осуществляется генераторами тока. В генераторе происходит превращение вращательного движения вала в электричество. Для вращения вала применяют следующие источники механической энергии: течение рек, океанские и морские приливы-отливы, ветер. Однако основное количество генераторов тока по-прежнему работает на тепловых станциях. Здесь химическая энергия ископаемого топлива преобразуется в тепловую энергию пара, которая затем превращается в электрическую энергию.
Вторым, после механической, видом энергии, которой человек пользуется на протяжении почти всей своей истории является тепловая энергия. Мы с рождения сталкиваемся с этим видом энергии: это горячая пища, тепло систем отопления в квартире, или тепло печки в деревенском доме. Тепловая энергия в основном получается за счет сжигания природного топлива: угля, нефти и газа. У нас распространены тепловые электростанции, которые работают по следующему принципу: сжигаемое топливо нагревает воду в паровом котле до состояния очень горячего пара высокого давления. Пар через паропровод подается на сопла. Струи пара, вырываясь из них с большой скоростью попадают на лопатки турбины, заставляя ее вращаться. Турбина начинает вращать вал электрического генератора. Генератор – это устройство обратное электродвигателю. Он предназначен для превращения энергии вращения в электрический ток. Таким образом, сейчас вырабатывается более 80% электроэнергии в мире.
Электрическая энергия – это энергия, заключенная в электромагнитном поле. Электромагнитная энергия известна и используется людьми издревле. Известны посеребренные и позолоченные древнеегипетские изделия, покрытие которых выполнено электрохимическим методом. Широко известен с древности эффект накопления электрического заряда при трении янтаря о шерсть.
Человечество издавна знакомо с естественными источниками электромагнитной энергии, такими как: молнии, космические электромагнитные волны, магнитное поле Земли, некоторые виды рыб, например, электрический угорь. Однако, человек пока не умеет эффективно использовать естественные источники электрической энергии в своих целях. Исключение, пожалуй, составляет только компас, использующий линии магнитного поля Земли. Поэтому эта энергия обычно получается из других видов энергии путем использования устройств — преобразователей. Сегодня для производства электрической энергии применяют: топливные, гальванические элементы (химическая энергия), генераторы электрической энергии (механическая, химическая, ядерная энергия), солнечные батареи (световая энергия).
Световая энергия знакома всем людям всех времен с самого рождения. С древности известны такие источники световой энергии, как Солнце, Луна и Звезды, костер, факел. В настоящее время Солнце продолжает оставаться основным и главнейшим источником энергии на Земле вообще и световой энергии в частности.
Все живое на Земле существует только благодаря энергии солнечного света. Хотя, если бы на нашей планете не было атмосферы, которая отражает и лишь частично поглощает световую энергию Солнца, то поверхность земного шара была бы превращена в пустыню. А если представить, что солнце вдруг исчезнет, то уже через 8 минут и 21 секунду на Земле установится ночь, Земля начнет остывать, исчезнет гравитация и наша планета превратится в огромный космический корабль, потому что сойдет с орбиты. По мнению ученых через 7 дней на планете установится температура -17 градусов, но у нашей планеты есть большой запас геотермальной энергии, которая будет использоваться для поддержания жизни. Но как говорят ученые, Солнце еще будет жить от 1 до 4,5 млрд. лет.
Стоит отметить, что Солнце освещает только половину поверхности земного шара, и за секунду оно посылает на нашу планету энергию, которая выделилась бы при сгорании 40 млн. тонн каменного угля. Крупнейшая в мире электростанция могла бы выработать такое количество энергии лишь за 30 лет. Солнечная энергия является самой мощной на земле, т.к. все живое существует за счет энергии Солнца. Например, сжигая в печах каменный уголь и нефть, мы расходуем световую энергию, когда-то запасенную растениями. Включая электрическую лампочку, электромотор, мы потребляем солнечную энергию, т.к. когда-то вода, вращающая турбины гидроэлектростанции, была превращена солнечной энергией в пар и перенесена в тучах на возвышенности. Также Солнце приносит и тепловую энергию, разогревая поверхность Земли и атмосферу. Таким образом, световая энергия Солнца является первопричиной появления таких источников механической энергии, как ветер и течение рек, таких источников химической энергии, как нефтяные, газовые, угольные, торфяные месторождения, леса, луга и поля, морская растительность.
Ядерная энергия образуется при расщеплении ядра Урана. В этот момент из него выделяются 2 частицы протоны. Они расщепляют следующие ядра, из которых тоже выделяется энергия, и из них тоже вылетают протоны. И так атом за атомом. Это называется цепная реакция. В результате образовывается гигантское количество энергии. Чтобы затормозить цепную реакцию и энергию высвобождать не сразу, а постепенно, используют атомные электростанции. За сутки АЭС расходует 10 кг урана, а выдает энергии столько, сколько можно было бы получить из 930 вагонов угля или 670 цистерн с нефтью. В качестве выбросов только вода, поэтому ядерную энергетику считают одной из самых экологичных в мире. И не смотря на то, что атомная энергия используется во благо, она создает очень большую опасность для человечества. Существует большая проблема утилизации ядерных отходов при замене урана, которые требуется перерабатывать, перевозить, захоранивать, и хранить продолжительное время в безопасных условиях, а также опасность использования ядерной энергии в военных целях, причем обе этих проблемы угрожают жизни на Земле.
Химическую энергию можно назвать наиболее распространенной и широко используемой с древности и до наших дней. Любой процесс, связанный с горением, имеет в своей основе энергию химического взаимодействия органического вещества и кислорода. Но между превращением химической энергией в электрическую есть посредник – тепловая энергия. Поэтому в процессе преобразования часть энергии теряется в виде выделяющегося тепла и рассеивается, что наносит вред окружающей среде и атмосфере. Также химическая энергия используется человеком, т.к. человек способен выполнять механическую энергию (двигаться и выполнять действия), потому что питается растениями и животными, получая из них энергию, которая состоит из белков, жиров и углеводов.
Источники энергии делятся на возобновляемые и невозобновляемые.
К невозобновляемым источникам энергии относятся природные источники, которые образуются или восстанавливаются гораздо медленнее, чем расходуются: уголь, нефть, природный газ, торф, уран. По оценкам ученых, запасов ископаемых хватит на 40-100 лет, т.к. с каждым годом их добывают все в более труднодоступных местах. Поэтому их добыча становится все дороже, следовательно, уменьшается экономическая эффективность от использования ископаемого топлива. Кроме этого при сжигании ископаемого топлива в атмосферу выбрасывается множество вредных соединений. Эти вредные вещества отрицательно влияют на здоровье человека и живых организмов, а также усиливается парниковый эффект в атмосфере, что оказывает существенное влияние в изменение климата на Земле. Например, тепло нашей планеты сохраняет атмосфера, работая как парник, но в 20 веке парниковый эффект начал усиливаться. После того, как началась промышленная революция, для работы фабрик и заводов стало требоваться все больше энергии, которую добывали путем сжигания ископаемого топлива: угля, нефти, природного газа, а также значительными вырубками древесины. За год по всему миру сжигается топлива столько, сколько Земля его формировала на протяжении 1 млн.лет. Поэтому сейчас ученые всего мира думают над новыми альтернативными источниками энергии, которые будут способны заменить традиционные источники энергии. Я тоже решил изучить альтернативные источники энергии. Одним из таких источников является Солнце.
Растения с помощью энергии Солнца становятся пищей для всех живых организмов на Земле. Энергия Солнца участвует и в таком важном процессе, как круговорот воды. Нагревая водоёмы, солнечная энергия заставляет воду испаряться, а потом охлаждаться в облаках и выпадать в виде осадков.
Часть солнечной энергии поглощается и повышает температуру Земли. Воздух, соприкасающийся с Землёй, подогревается и расширяется, становится менее плотным, чем воздух над ним, и поднимается. Это создаёт восходящий поток воздуха. Водяной пар в потоке воздуха конденсируется и образует облако. Окружающий воздух замещает поднявшийся вверх, при этом образуются ветры.
Когда часть поступающей от Солнца энергии поглощается Землёй, то наблюдается увеличение внутренней энергии Земли и соответствующее повышение температуры. Часть этой энергии передаётся воздуху, соприкасающемуся с Землёй. Кинетическая энергия молекул газов воздуха увеличивается. С подъёмом молекул газов и капелек воды уменьшается кинетическая энергия и возрастает потенциальная энергия. Рано или поздно потенциальная энергия капель высвобождается в виде кинетической энергии, когда капли выпадают в виде дождя или града.
Как видим, в неживой природе происходит превращение одного вида энергии в другой, при этом всегда оказывается, что энергия не создаётся и не исчезает, а лишь переходит из одной формы в другую.
Например, тепловая энергия Солнца превращается в механическую энергию в виде ветра, дождя, града. Атмосферные осадки – основной источник питания рек. На пути своего течения река собирает сама и с помощью притоков выпадающие атмосферные осадки с огромной территории. Значит, вода тоже может служить источником энергии. Благодаря солнечной энергии и воде растут растения, которые являются кормом для животных, животные и растения становятся пищей для человека, давая ему энергию для жизни. Перегнивая растения на протяжении миллионов лет формировали такие источники энергии, как уголь, нефть, газ, которые сейчас используются для формирования тепловой энергии, преобразующейся в электрическую.
Вода уже давно считается источником жизни на Земле. Она имеет большое число уникальных свойств, которые человечество может выгодно для себя во многих случаях использовать. Энергию воды, наряду с солнечной энергией, а также ветровой энергией можно рассматривать как возобновляемый источник энергии. Исследования показывают, что энергия воды, была освоена людьми для своих целей еще в древности, например, архимедов винт и речные мельницы. Основная идея их работы достаточно проста: под действием движущегося потока воды вращается колесо. При этом происходит превращение кинетической энергии воды в механическую работу колеса. Интересно, что такой же принцип наблюдается на современных гидроэлектростанциях. Но на них происходит переход механической энергии в электрическую. Вода в реках обладает как кинетической, так и потенциальной энергией относительно Земли. Поднимая уровень воды в реке с помощью плотины, мы увеличиваем её потенциальную энергию. Например, высота Саяно-Шушенской ГЭС на Енисее 124 м. На такой высоте даже 1 м3 воды обладает потенциальной энергией, превышающей миллион джоулей. При падении воды её потенциальная энергия переходит в кинетическую. Кинетическую энергию движущейся воды используют для приведения в движение лопастей турбины. Эта турбина заставляет вращаться вал электрического генератора, вырабатывающего электрический ток.
Энергию воды можно использовать несколькими способами:
Энергия приливов и отливов. В течение прилива происходит заполнение специальные больших емкостей, которые находятся на береговой линии. Эти емкости возникают благодаря дамбам. При прохождении отлива вода будет двигаться в обратном направлении. Это движение используется для вращения турбин, а также для преобразования энергии.
Энергия морских волн. Процесс очень похож на использование приливов и отливов, но есть и некоторые отличия. Такой вид энергии имеет весьма большую удельную мощность (при этом мощность волнения океанов может достигать 15 кВт/м). Если происходит увеличение высоты волны до 2 метров, то мощность может составить до 80 кВт/м.
3. Гидроэлектростанции (ГЭС). Такой вид энергии стал возможным для осуществления вследствие использования одновременного взаимодействия солнца, ветра и водных масс. Происходит испарение воды за счет Солнца с поверхности водоемов. В результате формируются облака. Вследствие дуновения ветра вода в виде газа переносится к горам, где происходит ее охлаждение и она выпадает как осадки. После этого она стекает назад к своим первоисточникам.
Энергия ветра – неисчерпаемый источник энергии. Много веков человечество использует энергию ветра, например, ветряные мельницы использовались еще в Персии до нашей эры, чтобы перемалывать зерно. Сначала они были козловыми, но сильный порыв ветра их быстро опрокидывал, позже были придуманы более устойчивые конструкции. В современном мире заводами выбрасывается значительный объем газов в атмосферу, а это влияет на разность температур и увеличение активности ветра в разных частях света. Поэтому сейчас актуально строительство ветростанций для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую, тепловую или любую другую, которую можно будет использовать в хозяйстве. Следует отметить, что есть и минусы при использовании энергии ветра – это большой уровень шума, поэтому ветряные станции строят подальше от населенных пунктов. Запасы ветряной энергии на планете в сто с лишним раз больше, чем запасы гидроэнергии всех рек Земли. А мощность высотных потоков сильнее в 15 раз, чем приземных. Одной из перспектив развития ветроэнергетики можно считать использование высотных потоков. Это можно было бы сделать без ущерба для хозяйства даже крупных городов. На сегодняшний день в России действует семь ветряных электростанций:
Но уже к 2022 году планируется запустить еще 21 ветряную станцию в европейской части России (Краснодарский Край, Ростовская, Ульяновская, Мурманская, Астраханская, Оренбургская, Курганская области).
Я провел исследование между 2, 3 и 4 классами, чтобы узнать, а что известно об энергии ребятам разного возраста.
В исследовании принимало участие 76 человек: 21 из второго класса, 26 из третьего класса и 29 из четвертого класса. В результате анализа анкет было выявлено, что многие ребята знают только несколько видов энергии, а многие путают источники энергии с видами энергии. Также необходимо учесть, что солнечной, ветряной и водной энергии не существует, солнечная энергия относится к световой, а ветер и вода служат источниками для выработки в основном электрической энергии.
В 4 классе самыми полярными ответами стали: солнечная, механическая, водная, ветряная и электрическая виды энергии. Всего ребята 4 класса знают также всего 4 вида энергии.
Затем я решил выявить, знают ли ребята традиционные источники энергии: Оказалось, что во всех трех классах ребята путают традиционные и альтернативные источники энергии.
В третьем классе процент ребят, которые знают традиционные источники энергии составил 43%. Самыми популярными ответами стали: солнце, вода, ветер, уголь и нефть.
Проанализировав ответы на вопрос про традиционные источники энергии в 4 классе, выяснилось, что еще больший процент ребят считают альтернативные источники традиционными. Всего 38% ребят знают традиционные источники энергии.
Решение. Согласно формуле (2.88) работа равна конечной кинетической энергии корабля. По формуле (2.85) находим Т= 1,3тс2. Переводить эту величину в джоули нет смысла, а оценить ее можно следующим образом. Солнце за 1 с теряет на излучение 4 млн т. На Землю падает порядка 30 кг солнечной энергии. Энергия, вырабатываемая всеми устройствами на Земле, на два порядка меньше. Таким образом, для разгона… Читать ещё >
Работа и энергия ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )
Обратимся к уравнениям движения. Как мы видели,.
Умножим это равенство слева и справа скалярно на вектор скорости:
Можно показать, что левая часть равенства (2.77) равна ——, тС ,.
так что равенство (2.77) принимает вид.
Это уже знакомое нам равенство (2.75). Учитывая, что vdt = dr, вместо (2.78) можно написать.
Здесь dr — малое перемещение частицы, а в левой части равенства стоит малое изменение величины, стоящей в скобках. Обозначая эту величину буквой ?, равенство (2.79) запишем в виде.
Величина называется энергией частицы, величина.
называется работой силы на малом перемещении dr (малость предполагает, что силу можно считать постоянной в пределах перемещения).
Равенство (2.80) означает, что изменение энергии частицы на малом перемещении равно работе на этом перемещении.
Суммируя малые изменения энергии, мы получим полное изменение энергии на определенном куске траектории, а разбив этот кусок на малые перемещения и просуммировав элементарные работы, получим полную работу. Формально, интегрируя равенство (2.80), будем иметь.
Здесь Ev Ех — конечное и начальное значения энергии, интеграл в правой части вычисляется вдоль траектории.
Работа может быть как положительная, так и отрицательная, и энергия частицы соответственно будет возрастать или убывать. Если скорость частицы равна нулю, формула (2.81) дает.
Эта величина называется энергией покоя частицы. Величина.
называется кинетической энергией частицы.
Задача 2.13. Заряженный аккумулятор обладает энергией 2 10 5 Дж. На сколько уменьшится его масса при полной разрядке?
Решение. Указанной энергии соответствует масса Дот = ДЕ/с 1 = = 2−10 5 /(3 10 8 ) 2 = 2,2 10~ 12 кг. Это слишком малая величина для того, чтобы как-то проявиться (но, с другой стороны, это масса 10 IS атомов водорода).
Можно ли, однако, считать, что вся величина отс 2 есть энергия в смысле способности совершения работы, или есть какой-то остаток, из которого уже ничего извлечь нельзя? Оказывается, можно. В принципе из любого тела массой от можно извлечь энергию отс 2 и превратить ее в работу (хотя, при существующем положении дел, это будет себе дороже).
Задача 2.14. В задаче 2.10 рассматривались кинематические аспекты ускорения космического корабля. Какую работу нужно совершить, чтобы разогнать корабль массой 1000 т до скорости 0,9с?
Решение. Согласно формуле (2.88) работа равна конечной кинетической энергии корабля. По формуле (2.85) находим Т= 1,3тс 2 . Переводить эту величину в джоули нет смысла, а оценить ее можно следующим образом. Солнце за 1 с теряет на излучение 4 млн т. На Землю падает порядка 30 кг солнечной энергии. Энергия, вырабатываемая всеми устройствами на Земле, на два порядка меньше. Таким образом, для разгона корабля нужна энергия порядка той, что вырабатывается на Земле за год.
Формулу (2.82), определяющую работу, можно представить, в другом виде. Малое перемещение dг = ids, где т — единичный касательный вектор к траектории в точке нахождения частицы, a ds — длина дуги, соответствующая перемещению. Имеем:
Здесь Fx = F i — тангенциальная составляющая силы (заметьте, эта величина отрицательна, если угол между векторами силы и перемещения тупой).
Видим, что изменение кинетической энергии частицы обусловлено только тангенциальной силой.
Работа, совершаемая за единицу времени, называется мощностью. Обозначая мощность буквой N, будем иметь.
Возвращаясь к формуле (2.78), видим, что скорость изменения кинетической энергии частицы равна мощности действующей силы.
Замечание. Говоря о силе, действующей на частицу, мы имели в виду полную (результирующую) силу. Если частица взаимодействуете несколькими телами, результирующая сила представится векторной суммой всех действующих сил, и работа этой силы представится суммой работ всех сил. Если автомобиль движется с постоянной скоростью, его кинетическая энергия не изменяется, и работа действующих на автомобиль сил равна нулю. Куда же девается энергия, получаемая при сгорании топлива в двигателе автомобиля? Она идет на работу силы тяги, а эта работа идет на работу против силы сопротивления, возникающей при взаимодействии автомобиля с воздухом и дорогой. Работа силы сопротивления в конечном итоге переходит в кинетическую энергию молекул воздуха. Таким образом, сжигая топливо в двигателе, мы просто обогреваем атмосферу (но автомобиль при этом движется). При ускорении автомобиля энергия топлива идет еще и на увеличение кинетической энергии, но эта энергия безвозвратно теряется при торможении. Самая экономичная езда — это езда с постоянной скоростью (при этом обогрев атмосферы минимален).
Резюмируя все сказанное, отметим, что работа — это механизм, посредством которого другие виды энергии переводятся в кинетическую энергию частицы и кинетическая энергия частицы переводится в другие виды энергии.
Слово энергия мы слышим очень часто. Жизненная энергия, внутренняя энергия, электроэнергия, атомная энергия. Но попробуйте дать точный ответ на вопрос, что такое энергия? Здесь задумается практически каждый. Так же и с работой. Все ходят на работу, у всех полно работы. Но что такое работа? А ответ прямо здесь, в нашей статье!
Полезная и интересная информация по другим темам – на нашем канале в телеграм.
Энергия
Энергия – одно из основных свойств материи и мера способности совершать работу.
Энергия в классической механике измеряется в Джоулях и чаще всего обозначается буквой E.
И тут мы плавно подходим к работе. Конечно, работать мало кто любит, отдыхать гораздо приятнее. Но давайте и про работу почитаем.
Работа
Работа – мера воздействия силы на тело или систему тел.
И работа, и энергия – скалярные физические величины. Как и энергия, работа в классической механике измеряется в Джоулях.
Допустим, мы взяли тележку c кирпичами (пусть она весит m килограмм), начали ее толкать с определенной силой F и переместили тем самым все это добро на расстояние s.
Тогда работа, которую мы совершили (а мы определенно совершили работу, пусть и бессмысленную), будет вычисляться по соответствующей формуле для работы в механике:
При этом пока мы толкали тележку, она приобрела какую-то скорость v, а значит, и энергию.
Кинетическая энергия (энергия движения) тележки вычисляется по формуле:
Если мы поднатужимся и закатим нашу телегу на горку высотой h, то она приобретет потенциальную энергию, которую тоже легко можно вычислить:
Кстати! Для всех наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы.
Работа не совершается сама по себе. Работа совершается за счет изменения энергии. Какова связь между работой и энергией?
Например, работа силы тяжести по модулю равна изменению потенциальной энергии тела.
Существует теорема о кинетической энергии системы. Она гласит, что изменение кинетической энергии системы равно работе всех внутренних и внешних сил, действующих на тела системы.
Закон сохранения энергии
Закон сохранения энергии – фундаментальный закон природы, о котором никогда не стоит забывать.
Общее количество энергии замкнутой физической системы не прибывает и не убывает, а переходит из одной формы в другую, всегда оставаясь постоянным.
Так, если телега скатится с горки, ее потенциальная энергия перейдет в кинетическую. Силы трения (диссипативные силы) мы здесь не рассматриваем. В реальном мире телега, конечно, затормозит, но энергия не исчезнет, а перейдет во внутреннюю энергию молекул вследствие трения колес о поверхность.
Закон сохранения энергии применим не только в рамках классической механики. Это закон, применимый к целой Вселенной. Вот что говорил о законе сохранения энергии Ричард Фейман:
Это математический принцип, утверждающий, что существует некоторая численная величина, которая не изменяется ни при каких обстоятельствах. Это отнюдь не описание механизма явления или чего-то конкретного… Просто отмечается то странное обстоятельство, что можно подсчитать какое-то число и затем спокойно следить, как природа будет выкидывать любые свои трюки, а потом опять подсчитать это число — и оно останется прежним.
Пример решения задачи
А теперь рассмотрим пример задачи, в которой нужно найти работу
Какой бы сложной ни казалась задача, эксперты профессионального студенческого сервиса обязательно смогут быстро подобрать к ней ключ! Не стесняйтесь обращаться к нам, помощь профессионалов еще ни для кого не была лишней!
Слово "энергеа" при переводе с греческого означает "деятельность".
Ученые первоначально называли энергией способность различных предметов совершать работу: например, молот, падая, плющит металл.
После того как было непреложно доказано, что движение материи может превращать один вид энергии в другой можно сказать - энергия выражает общую меру различных форм движения материи: и крупных тел, и атомов, и электромагнитных волн, и всякого рода физических полей.
Стало возможным измерять различные по внешним признакам движения - одним общим "масштабом". Нашли точные соотношения, по которым одни виды движения (виды энергии, как говорят для удобства) переходят в другие - закон сохранения и превращения энергии. Иначе говоря, окружающий нас мир есть "вечно" движущаяся и развивающаяся материя. Всеобщей мерой движения материи во всех ее формах является энергия, а неуничтожимость движения материи выражается в науке законом сохранения энергии.
Наиболее общие формы движения материи называются физическими. К ним относятся: механическая, тепловая, электромагнитная, внутриатомная и внутриядерная формы движения материи.
Однако, чтобы эта энергия стала нужной человеку, он должен был научиться "обращаться" с ней - преобразовать одни виды энергии в другие.
Преобразование любых энергий (тепловой, механической, молекулярной, ядерной и т.д.) в электрическую энергию и обратно называется энергетикой.
Овладеть энергией можно только с помощью каких-либо устройств и машин. Поэтому вся история технического прогресса - это история изобретения и создания этих устройств и машин. Под энергетической техникой понимают совокупность средств производства, преобразования, передачи и распределения между потребителями различных форм энергии.
1. История развития энергии
Современную жизнь невозможно представить без электричества и тепла. Материальный комфорт, который окружает нас сегодня, как и дальнейшее развитие человеческой мысли накрепко связаны с изобретением электричества и использованием энергии.
С древних времен люди нуждались в силе, точнее в двигателях, которые давали бы им силу большую человеческой, для того, чтобы строить дома, заниматься земледелием, осваивать новые территории.
Описав удивительные свойства янтаря в поэтических легендах, древние греки так и не продолжили его изучение. Следующего прорыва в деле покорения свободной энергии человечеству пришлось ждать много веков. Зато когда он все-таки был совершен, мир в буквальном смысле слова преобразился. Еще в 3 тысячелетии до н.э. люди использовали паруса для лодок, но только в VII в. н.э. изобрели ветряную мельницу с крыльями. Началась история ветряных двигателей. Водяные колеса использовали на Ниле, Эфрате, Янцзы для подъема воды, вращали их рабы. Водяные колеса и ветряные мельницы вплоть до ХVII века являлись основными типами двигателей.
2. Энергия и её 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 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 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.
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.
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 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.
2.1. Классификация первичной энергии
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.).
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
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.
2.2. Динамика потребления электрической энергии
Электрическая энергия обладает такими свойствами, которые делают ее незаменимой в механизации и автоматизации производства и в повседневной 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.
3. Закон сохранения энергии
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.
Роль энергии в поддержании и дальнейшем развитии цивилизации очень велика. В современном обществе трудно найти хотя бы одну область человеческой деятельности, которая не требовала бы – прямо или косвенно – больше энергии, чем ее могут дать мускулы человека. Потребление энергии – важный показатель жизненного уровня. В процессе развития цивилизации много раз происходила смена традиционных источников энергии на новые, более совершенные не потому, что старый источник был исчерпан, а потому что данную необходимость диктовало время.
Самым мощным источником энергии является ядерный – лидер энергетики. Запасы урана, если сравнивать их с запасами угля, не столь уж и велики. Но зато на единицу веса он содержит в себе энергии в миллионы раз больше, чем уголь.
Сейчас, в начале 21 века, начинается новый, значительный этап земной энергетики. Появилась энергетика "щадящая", альтернативная, не загрязняющая уже сильно поврежденную биосферу.
В будущем при интенсивном развитии энергетики возникнут рассредоточенные источники энергии не слишком большой мощности, но зато с высоким КПД, экологически чистые, удобные в обращении.
Энергетика очень быстро аккумулирует, ассимилирует, вбирает в себя все самые новейшие идей, изобретения, достижения науки. Это и понятно: энергетика связана буквально со всем, всё зависит от нее.
В заключении можно сделать вывод, что альтернативные формы использования энергии неисчислимы при условии, что нужно разработать для этого эффективные и экономичные методы. Главное – проводить развитие энергетики в правильном направлении.
Список использованной литературы
1. Веселовский О.Н., Шнейберг Я.А. Энергетическая техника и ее развитие.-М.: Высшая школа, 1976.-304с.
2. Давыдова Л.Г., Буряк А.А. Энергетика: пути развития и перспективы .-М.: Наука, 1981.-120с.
Читайте также: