Сообщение о видах энергии

Обновлено: 02.07.2024

Пять видов энергии, которые начнут вытеснять нефть и газ в 2022 году

2022 год станет рекордным по масштабам перехода от ископаемого топлива к возобновляемым источникам, пишет эксперт. | 02.03.2022, ИноСМИ

Сегодня почти все согласны: чтобы свести к минимуму ущерб нашей планете и окружающей среде, мы должны отказаться от ископаемого топлива. А для этого потребуются научные и деловые новшества, пока мы ищем экологичные и возобновляемые альтернативы углю, нефти и газу.Мысль, что каждый захочет внести свою лепту в спасение мира, конечно, греет, но есть и мощные финансовые стимулы. Ожидается, что объем рынка возобновляемых источников энергии вырастет к 2030 году с 880 миллиардов долларов до почти 2 триллионов. А поскольку власти все яснее осознают важность экологического и социального управления (ESG), то и политические стимулы тоже крепнут.2022 год станет рекордным по масштабам перехода от ископаемого топлива к возобновляемым источникам. В этом году мы увидим, как новые, пока еще экзотические источники энергии, появившиеся в результате лабораторных исследований и пилотных проектов, постепенно входят в повседневную жизнь. Итак, давайте ознакомимся со списком главных трендов в энергетическом секторе на ближайший год…ИИ в энергетикеИскусственный интеллект (ИИ) в корне меняет энергетику и коммунальные услуги. В этой отрасли он используется для прогнозирования спроса и распределения ресурсов, чтобы обеспечить доступность электроэнергии в нужное время и в нужном месте с минимальными потерями. Это особенно важно для энергии из возобновляемых источников: она не может долго хранится, и ее необходимо использовать быстро и недалеко от места выработки.Всемирный экономический форум прогнозирует, что ИИ сыграет важную роль в мировом переходе к экологически чистой энергии. Эффективность повысится за счет более точного прогнозирования спроса и предложения. Кроме того, происходит переход от централизованных моделей производства и распределения электроэнергии к децентрализованным, где больше энергии вырабатывают небольшие энергосети на местах (например, солнечные фермы), а как раз для их координации и интеграции и потребуются сложные алгоритмы искусственного интеллекта. Стратегия здесь заключается в создании "интеллектуальной координации" между энергетической инфраструктурой и домами и предприятиями, где электроэнергия непосредственно потребляется.В 2021 году мы увидим больше новшеств от стартапов с творческим подходом к ИИ. Например, немецкая компания Likewatt создала сервис под названием Optiwize, который рассчитывает энергопотребление и выбросы углекислого газа. С его помощью потребители смогут отслеживать свое энергопотребление в режиме реального времени и принимать осведомленные решения об источниках энергии. Другие компании разрабатывают технологии профилактического обслуживания, чтобы повысить эффективность производства возобновляемой энергии."Зеленый" водородВодород – самый распространенный элемент во Вселенной и при сгорании почти не выделяет парниковых газов. Благодаря этим двум качествам он – крайне перспективный источник энергии. Однако исторически главная загвоздка заключалась в том, что для его сжигания требуется ископаемое топливо – а это, в свою очередь, означает выбросы углерода. Например, из угля получают "коричневый" водород, а из природного газа – "серый".С другой стороны, "зеленый" углерод вырабатывается в ходе электролиза из воды, а выработка необходимой электроэнергии из возобновляемых источников – например, ветровой или солнечной – по сути переводит процесс на безуглеродные рельсы. В этом году ряд крупных европейских энергетических компаний, среди которых Shell и RWE, взяли на себя обязательство создать первый крупный трубопровод "зеленого" водорода от ветряных электростанций в Северном море в континентальную Европу. Хотя проект завершится лишь к 2035 году, Европейский Союз также взял на себя обязательства по ряду более мелких проектов – выработать к 2030 году 40 ГВт возобновляемой энергии, которая пойдет на производство "зеленого" водорода. Это означает, что в течение десятилетия следует ждать инноваций и новых проектов в этом направлении. Один из примеров тому – первый в мире электровелосипед на водородном приводе от голландской студии дизайна MOM и австралийского стартапа LAVO. Еще один – домашние решения для зарядки электромобилей на основе водородного топлива от американского стартапа ElektrikGreen.Интернет энергииИнтернет вещей (IoT) связан с производством и распределением энергии. В его основе лежит идея децентрализации энергии – тяга к более устойчивой инфраструктуре, где энергия используется как можно скорее и ближе к месту выработки.Новая концепция энергетической инфраструктуры предполагает значительный уровень автоматизации для управления новыми технологическими платформами, а также более современную финансовую структуру рынков для облегчения торговли и распределения энергии. Ключевую роль здесь сыграет искусственный интеллект – как и другие технологические новшества (например, блокчейн), которые обеспечат прозрачную и безопасную документацию сделок и платежей. Как и Интернет вещей, Интернет энергии включает в себя область граничных вычислений и облачную архитектуру, а датчики и сканеры обрабатывают информацию как вблизи источника (то есть в точке, где электроэнергия непосредственно вырабатывается или используется), так и через удаленные центры данных. Этот технологический уровень позволит коммунальщикам принимать решения в режиме реального времени и заранее планировать необходимое обслуживание – эффективность повысится, качество обслуживания улучшится, а клиенты будут довольны.Передовые разработки в сфере возобновляемых источников энергииТехнология производства возобновляемой энергии постоянно совершенствуется благодаря запросу на экономию, эффективность и безопасность. В 2022 году мы увидим новые технологические достижения – более мощные и адаптируемые фотоэлектрические панели для выработки солнечной энергии, и лопасти турбин для гидроэнергетики и ветроэнергетики. Например, в лопастях от американского стартапа Helicoid используются структурные волокна новой конструкции, более прочные и устойчивые к повреждениям, которым не страшна ни эрозия, ни структурная усталость. Это повышает эффективность: сокращается время простоя, поскольку замена и ремонт требуются реже.В области солнечной энергетики компании вроде голландского стартапа Lusoco проектируют новые фотоэлектрические панели с использованием различных отражающих и преломляющих материалов (в том числе флуоресцентных чернил) – ускоряется процесс поглощения энергии. Панели становятся легче, дешевле и менее энергоемки в производстве и установке. Также разрабатываются новые материалы, более эффективно преобразующие энергию. Например, слитки монокристаллического кремния от Norwegian Crystals производятся с помощью гидроэнергетического процесса со сверхнизким уровнем выбросов углерода. В 2022 году совершенствование инженерных процессов станет на широкую ногу – это повысит эффективность и надежность возобновляемой энергетики.БиоэнергетикаИз биомассы или биотоплива можно получить гораздо больше потребительской энергии, чем сегодня, и в последние годы мы наблюдаем мощные попытки раскрыть ее потенциал. Для создания более эффективных видов топлива из биологических материалов (например, древесины, сельскохозяйственных культур вроде сахарного тростника или даже отходов) используются термические, химические и биологические процессы – вплоть до ферментации для производства биоэтанола и биодизеля.Хотя классификация возобновляемых источников несколько противоречива, Международное энергетическое агентство прогнозирует, что к 2023 году на биоэнергетику будет приходиться 30% производства возобновляемой энергии. Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) считает, что это гарантирует, что глобальное потепление в течение века не превысит 1,5 градуса цельсия.В 2022 году проектов, посвященных новым методам преобразования биологического вещества в энергию, а также ее практическому применению, прибавится. Так, пивоварня Heineken планирует запитать свое производство в камбоджийской столице Пномпене отходами рисовой шелухи с местных ферм. В рамках проекта Группы действий по Балтийскому морю сточные воды с грузовых судов превратятся в биогазовое топливо для транспортной отрасли. А французский стартап BeFC создал бумажные биотопливные элементы, которые преобразуют глюкозу и кислород в электричество для создания новых видов нетоксичных, подлежащих переработке и экологически чистых батарей для устройств с низким энергопотреблением – например, датчиков и передатчиков Интернета вещей.

Энергия — это способность выполнять работу, и как таковая, она проявляется по-разному. В этом смысле существует два основных типа энергии: энергия положения или состояния, также называемая потенциальной энергией, а другая — это энергия в действии или движении и называемая кинетической энергией.

Оба типа энергии могут преобразовывать друг друга и являются частью других форм энергии. В зависимости от источника, откуда они берутся, мы можем говорить об электрической, ядерной, химической, излучающей или магнитной энергии.

Кинетическая энергия

Кинетическая энергия шара для боулинга опрокидывает кегли.

Кинетическая энергия — это энергия в действии, энергия движения. Зависит от количества массы тела, а также от скорости. Таким образом, шар для боулинга выбьет больше кеглей, потому что он имеет большую массу. Более быстрый шар для боулинга будет более эффективным, чем медленный.

Человек может использовать в своих интересах кинетическую энергию многих природных ресурсов. Например, ветер движется воздухом, и ветрогенераторы используют это для производства электроэнергии.

Потенциальная энергия

Потенциальная энергия тела также зависит от массы объекта.

Потенциальная энергия является другим основным типом энергии и связана с положением или состоянием объекта по отношению к другому.

Потенциальная энергия увеличивается, когда притягиваемые тела отделяются или когда отбрасываемые или отталкиваемые тела объединяются. Область, в которой объекты притягиваются или отталкиваются, называется силовым полем. Примерами силовых полей могут быть, например, гравитационное силовое поле Земли или магнитное силовое поле.

Потенциальная и кинетическая энергия

Потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию, а также может быть найдена в других видах энергии, таких как потенциальная гравитационная энергия или упругая потенциальная энергия.

Гравитационная потенциальная энергия

В тот момент, когда спортсмен достигает высшей точки, он обладает большей потенциальной энергией.

Когда потенциальная энергия связана с гравитационной силой, она называется потенциальной гравитационной энергией. Гравитационное силовое поле вокруг нашей планеты притягивает объекты к ее центру. Когда мы поднимаем объекты, отделяя их от Земли, мы увеличиваем их гравитационную потенциальную энергию.

Существует потенциальная гравитационная энергия между Солнцем и планетами, а также между Луной и Землей. Фактически, приливы являются результатом притяжения, которое Луна создает на земных водоемах.

Упругая потенциальная энергия

Когда мы растягиваем пружину, энергия, чтобы вернуться к своей первоначальной форме, сохраняется как потенциальная энергия.

Другой формой потенциальной энергии является энергия, которую содержит пружина, когда мы растягиваем или сжимаем её. Эта энергия называется упругой потенциальной энергией: это энергия материалов, когда они растягиваются или скручиваются. Когда мы сжимаем пружину, мы увеличиваем ее потенциальную энергию.

Эластичная потенциальная энергия — это то, что движет в пружине. Также в прыжках с шестом в легкой атлетике у нас есть пример того, как упругая потенциальная энергия превращается в гравитационную потенциальную энергию.

Механическая энергия

Механическая энергия — это сумма энергии положения и движения.

Механическая энергия тела охватывает движение и положение объекта, то есть это сумма кинетической и потенциальной энергии этого объекта.

Когда мы качаемся, мы превращаем кинетическую энергию в потенциал и наоборот, поэтому мы можем двигаться быстрее и выше.

Например, ребенок на скейтборде на предыдущем изображении обладает кинетической энергией, которая позволяет ему закрепиться на стене, набирая потенциальную энергию. Когда оно начинает падать, потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию и набирает скорость.

Химическая энергия

Химическая энергия сохраняется в связях между атомами.

Химическая энергия — это форма потенциальной энергии, которая сохраняется в связях между атомами в результате сил притяжения между ними.

Во время химической реакции одно или несколько соединений, называемых реагентами, превращаются в другие соединения, называемые продуктами. Эти превращения происходят из-за разрыва или образования химических связей, которые вызывают изменения в химической энергии.

Энергия высвобождается, когда связи разрушаются во время химических реакций. Это то, что известно как экзотермическая реакция. Например, автомобили используют химическую энергию бензина для выработки тепловой энергии, которая используется для движения автомобиля. Точно так же пища хранит химическую энергию, которую мы используем живыми существами, чтобы функционировать.

Когда соединения образуются, требуется энергия; Это реакция эндотермического типа. Фотосинтез — это эндотермическая реакция, энергия которой исходит от Солнца.

Тепловая энергия

Тепловая энергия огня передается тепловой энергии горшка через тепло.

Тепловая энергия (внутренняя энергия) представляет собой тип кинетической энергии, являющейся продуктом движения или внутренней вибрации частиц в телах. Когда мы измеряем температуру с помощью термометра, мы измеряем то движение атомов и молекул, которые составляют тело. При более высокой температуре большее движение и, следовательно, большая тепловая энергия.

Кроме того, тепловая энергия перемещается между телами через тепло. Когда вы помещаете горячий предмет рядом с холодным, происходит передача энергии от самого горячего к самому холодному, до точки, где они имеют одинаковую температуру. Тепло также передается через инфракрасное излучение или движение горячих жидкостей или газов.

Электрическая мощность

Электрические батареи превращают химическую энергию в электрическую.

Электричество — это тип энергии, который зависит от притяжения или отталкивания электрических зарядов. Существует два вида электричества: статическое и текущее. Статическое электричество связано с наличием статических нагрузок, т.е. нагрузок, которые не двигаются. Электрический ток происходит из-за перемещение грузов.

Пример статического электричества — когда мы натираем воздушный шарик на волосы. Воздушный шар удерживает электроны от волос, заряжаясь отрицательно, в то время как волосы заряжены положительно. Если вы подойдете к воздушному шарику к своей голове, не касаясь его, вы увидите, как пряди волос тянутся к воздушному шарику.

Электрический ток — это поток зарядов из-за движения свободных электронов в проводнике. Это движение происходит в электрическом поле, то есть в области вокруг заряда, где действует сила. Электрические заряды легко переносятся такими материалами, как металлы, особенно серебро, медь и алюминий.

В батареях или электрических батареях происходит превращение химической энергии в электрическую энергию. Химическая энергия происходит в результате реакции между электродами и электролитом, когда положительный полюс соединен с отрицательным полюсом батареи. Вольт — это единица измерения потенциальной энергии на заряд в батарее.

Ядерная энергетика

Когда ядро атома разбивается, ядерная энергия высвобождается.

Ядерная энергия — это форма потенциальной энергии, которая накапливается в ядре атома и происходит от сил, удерживающих субатомные частицы вместе. Ядерная реакция похожа на химическую реакцию, в которой реагенты превращаются в продукты. Они отличаются тем, что в ядерной реакции один атом превращается в другой.

Существует три типа ядерной реакции: радиоактивный распад, слияние и деление. При радиоактивном распаде ядро радиоактивного атома самопроизвольно выделяет энергию. При делении ядра ядро бомбардируется нейтроном, что приводит к образованию двух новых атомов. При ядерном синтезе легкие ядра объединяются в тяжелые ядра.

Использование ядерной энергии

Реакции ядерного деления используются в ядерных реакторах, где ядерная энергия преобразуется в тепловую энергию, которая затем преобразуется в электрическую энергию. Энергия, исходящая от Солнца, является продуктом ядерного синтеза.

Магнитная энергия

Магниты используются для захвата магнитных материалов, таких как гайки и болты.

Способность объекта выполнять работу из-за его положения в магнитном поле является потенциальной энергией магнитного поля. Магниты имеют магнитное поле и две области, называемые магнитными полюсами. Равные полюса отбрасываются, а разные полюса притягиваются. Наиболее используемые магнитные материалы — это железо и его сплавы.

Например, железный винт, который приближается к магниту, но не касается его, обладает потенциальной магнитной энергией. Объекты движутся в направлении, которое уменьшает их потенциальную магнитную энергию.

Микрофоны, например, хорошо работают благодаря магнитной энергии. Операция заключается в следующем: микрофон имеет мембрану, которая вибрирует со звуком. Эта вибрация передается на кабель, обмотанный вокруг магнита, который посылает электрический сигнал на усилитель, делая звук громче. В этом случае мы имеем преобразование звуковой энергии в магнитную энергию, затем электрическую энергию и затем звуковую энергию.

Железные дороги с электромагнитной подвеской — еще один пример того, как мы можем использовать магнитную энергию для выполнения работы. Железная дорога движется через магнитное поле, которое движется вдоль ферромагнитного пути.

Звуковая энергия

Колокол вибрирует от удара и производит звуковые волны, которые распространяются по воздуху.

Звуковая энергия — это механическая энергия частиц, которые вибрируют в форме волн через среду передачи. Средой, через которую проходят звуковые волны, может быть воздух, вода или другие материалы. Все, что вызывает шум, генерирует звуковую энергию.

Звук распространяется в твердых телах быстрее, чем в жидкостях, и быстрее в жидкостях, чем в газах. Поэтому если прислонить ухо к полу, можно слышать, потому что скорость звука на земле в четыре раза выше, чем в воздухе.

Именно благодаря звуковой энергии мы можем слышать. Когда звуковые волны в воздухе проникают в ваши уши, они стимулируют специальные клетки, которые посылают информацию в мозг. Чем больше энергии имеет звуковая волна, тем громче будет звук.

Карты морского дна выполнены с использованием звуковой системы. Гидролокатор посылает звуковые волны и рассчитывает пройденное расстояние, используя скорость звука в воде.

В медицине ультразвук используется для удаления камней в почках. Эхокардиограмма является еще одной технологией, которая использует звуковые волны, чтобы увидеть плод у беременных женщин.

Лучистая энергия

Свет — это лучистая энергия, которая распространяется волнами.

Энергия в форме света или тепла — это лучистая энергия, более известная как излучение. Излучение — это электромагнитные волны, которым не нужны средства для перемещения подобно звуковым волнам, чтобы они могли перемещаться в космическом пространстве. Источником электромагнитных волн являются электроны, которые вибрируют, создавая электрическое поле и магнитное поле.

Различные типы лучистой энергии или излучения (потоки) упорядочены по уровням энергии в электромагнитном спектре. Они путешествуют в космосе со скоростью 300 миллионов метров в секунду, то есть со скоростью света.

Рентгеновские и гамма-лучи — это невидимые излучения с большим количеством энергии. Оба имеют важные применения в медицине. Рентген используется для диагностики переломов костей, в то время как гамма-излучение используется для диагностики неврологических заболеваний, таких как болезнь Паркинсона и Альцгеймера, или при заболеваниях сердца.

Ультрафиолетовые (УФ) лучи представляют собой тип невидимого излучения, создаваемого Солнцем и некоторых специальных ламп. Эти лучи отвечают за загар, который мы приобретаем, когда подвергаем себя воздействию солнца. Однако чрезмерное воздействие ультрафиолетовых лучей может вызвать ожоги и рак кожи. Вот почему вы должны защищать свое тело, когда вы долго на солнце, особенно кожу (чтобы защититься от рака кожи) и глаза.

Видимый свет излучения — это то, что человеческий глаз может воспринимать. Обычно мы видим белый свет, который является не более чем смесью огней разных цветов. Свет находится в энергетических пакетах, называемых фотонами, которые не имеют массу.

Инфракрасное излучение, микроволна и радиоволны менее энергичное излучение электромагнитного спектра. Радиоволны и микроволны — это волны, используемые в коммуникациях для передачи звука и изображений.

Солнечная энергия

Солнце — самый важный источник энергии для жизни на Земле.

Солнечная энергия — это лучистая энергия солнца. Он путешествует в пространстве, пока не достигнет Земли в виде электромагнитных волн. Большая часть солнечного излучения, которое достигает атмосферы Земли, — это ультрафиолетовое излучение, видимый свет и инфракрасные лучи.

Солнце состоит из водорода и гелия. В этом случае энергия исходит от процесса ядерного синтеза: ядра водорода объединяются, образуя гелий и лучистую энергию.

Люди научились использовать солнечную энергию. Сегодня энергия солнечного света используется для отопления домов и зданий, увеличения их тепловой энергии. Видимый солнечный свет проходит через стекла окон и поглощается материалами внутри комнаты. Это заставляет материалы нагреваться.

Лучистая энергия Солнца ответственна за существование жизни на Земле. Растения собирают эту энергию для производства пищи, превращая ее в химическую энергию. Солнечная энергия управляет движением воздуха в атмосфере, вызывая ветры.

Возобновляемые и невозобновляемые источники энергии

Такие ресурсы, как солнце и ветер, являются возобновляемыми источниками энергии.

Закон сохранения энергии гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена, может только быть преобразована. Это означает, что при подсчете количества энергии в системе это количество всегда будет одинаковым, хотя и по-разному.

Когда мы говорим о возобновляемых или невозобновляемых энергоресурсах, мы действительно имеем в виду источники или ресурсы, из которых люди извлекают энергию.

Уголь и нефть являются ископаемым топливом, в котором химическая энергия сохраняется в связях между атомами углерода. Ископаемое топливо не возобновимо, потому что оно было сформировано миллионы лет назад из доисторических организмов. Эти источники энергии, помимо ограниченного существования, наносят серьезный ущерб окружающей среде.

Наша цель должна заключаться в том, чтобы воспользоваться другими источниками энергии, такими как солнце, ветер, внутреннее земное тепло и океанские волны, которые являются возобновляемыми и не загрязняющими окружающую среду. Вода может использоваться снова и снова благодаря естественному процессу круговорота воды.

Другой аспект, который мы должны принять во внимание, это не тратить энергию. Электрическая энергия вашего дома имеет свою стоимость. Если у вас долгое время открыт холодильник или вы оставили лампы в своей комнате, особенно если вас там нет, вы увеличиваете потребление электроэнергии в своем доме, и это будет оплачиваться вашими родителями. Экономия энергии — это разумное и осознанное использование.

А именно, такая же энергия существует во Вселенной сейчас, что и 13,8 миллиарда лет назад. Единственное, что он сделал, - это преобразовал себя, то есть перешел от тепловой энергии к механической, световой, гравитационной, электрической, ядерной и т. Д.

Вот почему мы говорим, что энергия не создается (это могло быть сделано только во время Большого взрыва, но многие вещи все еще остаются загадкой) и не уничтожается, он просто переходит от одного типа энергии к другому. И в сегодняшней статье мы увидим, что они из себя представляют.

Что такое энергия?

Определить энергию непросто. В любом случае, давай попробуем.И в том, что энергия, в общем, способность материального объекта выполнять работуто есть заставить другое тело (или себя) изменить свое химическое и / или физическое состояние.

Это неотъемлемое свойство каждого тела во Вселенной., от субатомных частиц до скоплений галактик. Все, что имеет массу, связано с энергией, независимо от того, какого это типа и с какой интенсивностью присутствует.

Короче говоря, все, что подразумевает изменение физического или химического состояния объекта, происходит из-за другого смог преобразовать одну энергию в другую. И это происходит в любое время суток и происходило с момента возникновения Вселенной.

Тела потребляют энергию и вместе с ней могут изменять природу как самих себя, так и окружающих. От столкновения двух автомобилей на дороге до вспышки сверхновых звезд в нашей галактике, до сгорания топлива, молний, планет, вращающихся вокруг Солнца, нагрева, который мы включаем зимой, магнитов, которые притягиваются друг к другу. .

Вселенная - это материя и энергия. И оба по сути связаны. Все, что связано с изменением химического или физического состояния тела, опосредуется переходом от одного типа энергии к другому.

Какие виды энергии есть?

Другими словами, всякий раз, когда мы видим, как тело меняет свое химическое состояние (например, выделяет тепло) или физическое (меняет свою форму, например), это происходит потому, что тело с материей может изменить тип энергии в себе или в другом объекте. Теперь разберемся с этим лучше.

1. Механическая энергия

Механика - это тип энергии, при котором положение и движение объекта согласовываются для выполнения физической работы. Другими словами, материальное тело удается произвести движение, либо на себе, либо на другом объекте. Когда мы трансформируем нашу химическую энергию (из наших клеток), чтобы поднять карандаш, мы имеем дело с этим типом энергии.

2. Электроэнергия

Электрическая энергия - это то, что возникает из притяжение между положительно заряженными и отрицательно заряженными частицами. Электрический ток, который мы все знаем, рождается из этой энергии, в которой электроны атомов свободно проходят через проводящий материал. Позже электрическая энергия преобразуется в другой вид, например в свет, когда мы включаем свет в доме.

3. Магнитная энергия

4. Химическая энергия

Химическая энергия - это то, что возникает из-за объединение разных атомов, которое при разрыве высвобождает энергию. В зависимости от рассматриваемого элемента и его свойств энергия, которая будет храниться в его звеньях, будет разной. Важно то, что при разрыве этого союза, то есть при разложении молекулы, эта энергия высвобождается и превращается в другой вид энергии.

Когда наши клетки разрушают молекулы (которые поступают из пищи, которую мы едим), чтобы позволить нам развивать механическую энергию, мы имеем дело с этим типом энергии.

5. Звуковая энергия

Звуковая энергия - это то, в чем волны вибрируют с помощью физических средств, например воздух, вода или твердые материалы. Эта вибрация частиц достигает наших ушей, и мы преобразуем их в звук.

6. Ядерная энергия

Протоны и нейтроны в атомах невероятно крепко удерживаются вместе этим типом энергии: ядерной. Когда мы сломаем это ядро и протоны отделены от нейтронов, выделяется огромное количество энергии, которая превращается в тепловую энергию.

7. Электромагнитная энергия

Электромагнитная энергия - это то, что рождается из объединение электрических и магнитных сил, то есть телами, имеющими как электрическое, так и магнитное поле. Затем эта энергия преобразуется в тепловую, световую или лучистую.

8. Термодинамическая энергия.

Термодинамическая энергия относится к работе, которую может совершать система, в которой есть разные фазы теплопередачи. Другими словами, позволяет теплообмен между разными телами.

9. Лучистая энергия

Радиант - это тип энергии, возникающий из электронная вибрация в электромагнитном поле. Свет, рентгеновские лучи, гамма-лучи и т. Д. - все это формы лучистой энергии, поскольку они связаны с перемещением частиц в пространстве со скоростью света.

10. Связывающая энергия

Энергия связи тесно связана с химией в том смысле, что она измеряет силу связи между двумя атомами, хотя в данном случае она относится не к энергии, которая выделяется при их разрыве, а к энергии связи. энергия, необходимая для соединения двух атомов.

11. Гравитационная энергия.

Все тела с массой имеют силу тяжести, хотя это только ощутимо, когда мы изучаем массивные тела, такие как звезды, планеты, галактики, черные дыры . Как бы то ни было, сила притяжения между двумя телами с массой - это так называемая гравитационная энергия, которая заканчивается вверх влияя на движение обоих объектов.

12. Тепловая энергия

Тепловая энергия - это энергия, возникающая из движение частиц, составляющих тело. Чем выше температура в среде, тем быстрее будут двигаться атомы объекта, что приводит к более высокой тепловой энергии.

13. Геотермальная энергия

Геотермальная энергия - это вид тепловой энергии, относящейся к тепло, исходящее из глубин планеты Земля. Это форма возобновляемой энергии, которая начинает использоваться в разных частях мира.

14. Энергия диссоциации связи.

Энергия диссоциации связи связана с химией и связью, хотя в данном случае она относится не к энергии, которая высвобождается при разрыве связи, и не к энергии, необходимой для соединения двух атомов, соответственно, а скорее к энергии. сколько энергии мы должны ввести в систему, чтобы разорвать связь между двумя атомами.

15. Упругая энергия.

Эластичная энергия - это энергия, которая накапливается в теле, способном к растяжению, и высвобождается, когда мы перестаем прикладывать к нему силу. Эти упругие объекты возвращаются в исходное состояние, но по пути выделяют энергию. То, что происходит с луком и стрелами, является ярким примером, потому что, когда мы натягиваем лук, мы нагружаем его упругой энергией, которая высвобождается, когда мы отпускаем тетиву, и преобразуется в механическую энергию, способную перемещать стрелу.

16. Световая энергия

Световая энергия - это тип лучистой энергии, которая возникает из воздействие света на тело. Свет распространяется со скоростью 300 000 км / с, и частицы, из которых он состоит, могут изменять физику и химию объектов, трансформируясь, например, в тепловую энергию.

17. Солнечная энергия

Солнечная энергия - это вид световой энергии, которая возникает в результате ядерного синтеза водорода, процесс, который происходит внутри звезд и высвобождает огромное количество энергии. Ядерная энергия превращается в лучистую энергию, которая достигает Земли. Легкая часть этого излучения может быть использована в качестве возобновляемой энергии, не говоря уже о том, что солнечная энергия сделала возможным развитие жизни благодаря ее преобразованию в тепловую энергию.

18. Энергия ветра

Энергия ветра - это то, что возникает из движение ветра в атмосфере. Эта форма механической энергии широко используется в качестве возобновляемой энергии, поскольку движущийся воздух позволяет лопастям мельниц двигаться, что приводит к механической энергии, которая позже может быть преобразована в электрическую.

19. Гидравлическая мощность

Подобно воздуху, движущаяся вода также позволяет системам двигаться. В этом случае собственное сила тяжести заставляет воду двигаться, таким образом сохраняя механическую энергию, которая может быть преобразована в электрическую.

20. Приливная энергия

Приливная энергия - это форма гидравлической энергии, при которой не следует строить плотины или другие системы для перемещения воды, поскольку сила воды в море напрямую используется. Приливы, течения, волны . Все это имеет запасенную энергию, которая может быть преобразована в электрическую.

21. Темная энергия

Мы заканчиваем список самой странной формой энергии и одной из величайших загадок во Вселенной. Появление этого термина произошло в конце 90-х годов, когда было замечено, что расширение Вселенной происходило со слишком высокой скоростью. То есть это ускоренное расширение нельзя объяснить указанными выше энергиями.

Таким образом, астрономы пришли к выводу, что в Космосе должна быть энергия, пронизывающая все (на самом деле, считается, что составляет 70% Вселенной) и что мы не можем видеть или измерять. Этот коммерческий термин относится к энергии, которая вызывает отталкивание между телами Вселенной, заставляя их разделиться.

Содержание

Фундаментальный смысл

С фундаментальной точки зрения энергия представляет собой интеграл движения (то есть сохраняющуюся при движении величину), связанный, согласно теореме Нётер, с однородностью времени. Таким образом, введение понятия энергии как физической величины целесообразно только в том случае, если рассматриваемая физическая система однородна во времени.

Энергия и работа

Энергия является мерой способности физической системы совершить работу, поэтому количественно энергия и работа выражаются в одних единицах.

В специальной теории относительности

Энергия и масса

Согласно специальной теории относительности между массой и энергией существует связь, выражаемая знаменитой формулой Эйнштейна

где E — энергия системы, m — её масса, c — скорость света. Несмотря на то, что исторически предпринимались попытки трактовать это выражение как полную эквивалентность понятия энергии и массы, что, в частности, привело к появлению такого понятия как релятивистская масса, в современной физике принято сужать смысл этого уравнения, понимая под массой массу тела в состоянии покоя (так называемая масса покоя), а под энергией — только внутреннюю энергию, заключённую в системе.

Энергия тела, согласно законам классической механики, зависит от системы отсчета, то есть неодинакова для разных наблюдателей. Если тело движется со скоростью v относительно некоего наблюдателя, то для другого наблюдателя, движущегося с той же скоростью, оно будет казаться неподвижным. Соответственно, для первого наблюдателя кинетическая энергия тела будет равна, , где m — масса тела, а для другого наблюдателя — нулю.

Эта зависимость энергии от системы отсчета сохраняется также в теории относительности. Для определения преобразований, происходящих с энергией при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой используется сложная математическая конструкция — тензор энергии-импульса.

Зависимость энергии тела от скорости рассматривается уже не так, как в ньютоновской физике, а согласно вышеназванной формуле Эйнштейна:

$E = \frac<mc^2></p> <p>>$
,

где — инвариантная масса. В системе отсчета, связанной с телом, его скорость равна нулю, а энергия, которую называют энергией покоя, выражается формулой:

Это минимальная энергия, которую может иметь массивное тело. Значение формулы Эйнштейна также в том, что до неё энергия определялась с точностью до произвольной постоянной, а формула Эйнштейна находит абсолютное значение этой постоянной.

Энергия и импульс

Специальная теория относительности рассматривает энергию как компоненту 4-импульса (4-вектора энергии-импульса), в который наравне с энергией входят три пространственные компоненты импульса. Таким образом энергия и импульс оказываются связанными и оказывают взаимное влияние друг на друга при переходе из одной системы отсчёта в другую.

В квантовой механике

Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 12 мая 2011.

В квантовой механике величина энергии пропорциональна частоте и двойственна времени. В частности, в силу фундаментальных причин принципиально невозможно измерить абсолютно точно энергию системы в каком-либо процессе, время протекания которого конечно. При проведении серии измерения одного и того же процесса значения измеренной энергии будут флуктуировать, однако среднее значение всегда определяется законом сохранения энергии. Это приводит к тому, что иногда говорят, что в квантовой механике сохраняется средняя энергия.

В общей теории относительности

В общей теории относительности время не является однородным, поэтому возникают определённые проблемы при попытке введения понятия энергии. В частности, оказывается невозможным определить энергию гравитационного поля как тензор относительно общих преобразований координат.

Энергия и энтропия

Физическая размерность

Энергия E имеет размерность, равную:

Описание	Формула
Силе, умноженной на длину	E ~ F·l
Давлению, умноженному на объём	E ~ P·V
Импульсу, умноженному на скорость	E ~ p·v
Массе, умноженной на квадрат скорости	E ~ m·v²
Заряду, умноженному на напряжение	E ~ q·U
Мощности, умноженной на время	E ~ N·t

Соотношения между единицами энергии

Единица	Эквивалент
Единица	в Дж	в эрг	в межд. кал	в эВ
1 Дж	1	10 7	0,238846	0,624146·10 19
1 эрг	10 −7	1	2,38846·10 −8	0,624146·10 12
1 межд. Дж [1]	1,00020	1,00020·10 7	0,238891	0,624332·10 19
1 кгс·м	9,80665	9,80665·10 7	2,34227	6,12078·10 19
1 кВт·ч	3,60000·10 6	3,60000·10 13	8,5985·10 5	2,24693·10 25
1 л·атм	101,3278	1,013278·10 9	24,2017	63,24333·10 19
1 межд. кал (cal_IT)	4,1868	4,1868·10 7	1	2,58287·10 19
1 термохим. кал (кал_ТХ)	4,18400	4,18400·10 7	0,99933	2,58143·10 19
1 электронвольт (эВ)	1,60219·10 −19	1,60219·10 −12	3,92677·10 −20	1

Виды энергии

Механика различает потенциальную энергию (или, в более общем случае, энергию взаимодействия тел или их частей между собой или с внешними полями) и кинетическую энергию (энергия движения). Их сумма называется полной механической энергией.

Энергией обладают все виды полей. По этому признаку различают: электромагнитную (разделяемую иногда на электрическую и магнитную энергии), гравитационную и ядерную энергии (также может быть разделена на энергию слабого и сильного взаимодействий).

В химии рассматриваются такие величины, как энергия связи и энтальпия, имеющие размерность энергии, отнесённой к количеству вещества. См. также: химический потенциал.

Кинетическая

Кинетическая энергия — энергия механической системы, зависящая от скоростей движения её точек. Часто выделяют кинетическую энергию поступательного и вращательного движения. Единица измерения в системе СИ — Джоуль. Более строго, кинетическая энергия есть разность между полной энергией системы и её энергией покоя; таким образом, кинетическая энергия — часть полной энергии, обусловленная движением.

Потенциальная

$U(\vec r)$

Потенциальная энергия — скалярная физическая величина, характеризует запас энергии некоего тела (или материальной точки), находящегося в потенциальном силовом поле, который идет на приобретение (изменение) кинетической энергии тела за счет работы сил поля. Другое определение: потенциальная энергия — это функция координат, являющаяся слагаемым в лагранжиане системы, и описывающая взаимодействие элементов системы. [2]

Электромагнитная

Гравитационная

Гравитационная энергия — потенциальная энергия системы тел (частиц), обусловленная их взаимным тяготением. Гравитационно-связанная система — система, в которой гравитационная энергия больше суммы всех остальных видов энергий (помимо энергии покоя). Общепринята шкала, согласно которой для любой системы тел, находящихся на конечных расстояниях, гравитационная энергия отрицательна, а для бесконечно удалённых, то есть для гравитационно не взаимодействующих тел, гравитационную энергия равна нулю. Полная энергия системы, равная сумме гравитационной и кинетической энергии постоянна, для изолированной системы гравитационная энергия является энергией связи. Системы с положительной полной энергией не могут быть стационарными.

Ядерная

Ядерная энергия (атомная энергия) — это энергия, содержащаяся в атомных ядрах и выделяемая при ядерных реакциях.

Энергия связи — энергия, которая требуется, чтобы разделить ядро на отдельные нуклоны, называется энергией связи. Энергия связи, приходящаяся на один нуклон, неодинакова для разных химических элементов и, даже, изотопов одного и того же химического элемента.

Внутренняя

Внутренняя энергия тела (обозначается как E или U) — это сумма энергий молекулярных взаимодействий и тепловых движений молекулы. Внутреннюю энергию тела нельзя измерить напрямую. Внутренняя энергия является однозначной функцией состояния системы. Это означает, что всякий раз, когда система оказывается в данном состоянии, её внутренняя энергия принимает присущее этому состоянию значение, независимо от предыстории системы. Следовательно, изменение внутренней энергии при переходе из одного состояния в другое будет всегда равно разности между её значениями в конечном и начальном состояниях, независимо от пути, по которому совершался переход.

Химический потенциал

$\mu$

Химический потенциал — один из термодинамических параметров системы, а именно энергия добавления одной частицы в систему без совершения работы.

Энергия взрыва

Взрыв — физический или/и химический быстропротекающий процесс с выделением значительной энергии в небольшом объёме за короткий промежуток времени, приводящий к ударным, вибрационным и тепловым воздействиям на окружающую среду и высокоскоростному расширению газов.

При химическом взрыве, кроме газов, могут образовываться и твёрдые высокодисперсные частицы, взвесь которых называют продуктами взрыва. Энергию взрыва иногда измеряют в тротиловом эквиваленте — мере энерговыделения высокоэнергетических событий, выраженной в количестве тринитротолуола (ТНТ), выделяющем при взрыве равное количество энергии.

Проблемы энергопотребления

Существует довольно много форм энергии, большинство [3] из которых так или иначе используются в энергетике и различных современных технологиях.

Темпы энергопотребления растут во всем мире, поэтому на современном этапе развития цивилизации наиболее актуальна проблема энергосбережения.

Условно источники энергии можно поделить на два типа: невозобновляемые и постоянные. К первым относятся газ, нефть, уголь, уран и т. д. Технология получения и преобразования энергии из этих источников отработана, но, как правило, неэкологична, и многие из них истощаются. К постоянным источникам можно отнести энергию солнца, энергию, получаемую на ГЭС и т. д.

История термина

Несколько лет велись споры, является ли энергия субстанцией (теплород) или только физической величиной.

Само слово энергия, хотя и было впервые употреблено в современном смысле доктором Томасом Юнгом приблизительно в начале этого века, только сейчас входит в употребление практически после того, как теория, которая дала определение энергии, … развилась от просто формулы математической динамики до принципа, пронизывающего всю природу и направляющего исследователя в области науки.

The very name energy, though first used in its present sense by Dr Thomas Young about the beginning of this century, has only come into use practically after the doctrine which defines it had … been raised from mere formula of mathematical dynamics to the position it now holds of a principle pervading all nature and guiding the investigator in the field of science.

Особенности преобразования тепла и работы были показаны в первых двух законах термодинамики. Наука об энергии разделилась на множество различных областей, таких как биологическая термодинамика и термоэкономика (англ. thermoeconomics ). Параллельно развивались связанные понятия, такие как энтропия, мера потери полезной энергии, мощность, поток энергии за единицу времени, и так далее. В последние два века использование слова энергия в ненаучном смысле широко распространилось в популярной литературе.

В 1918 году было доказано, что закон сохранения энергии есть математическое следствие трансляционной симметрии времени, величины сопряжённой энергии. То есть энергия сохраняется, потому что законы физики не отличают разные моменты времени (см. Теорема Нётер, изотропия пространства).

В 1961 году выдающийся преподаватель физики и нобелевский лауреат, Ричард Фейнман в лекциях так выразился о концепции энергии: [6]

Существует факт, или, если угодно, закон, управляющей всеми явлениями природы, всем, что было известно до сих пор. Исключений из этого закона не существует; насколько мы знаем, он абсолютно точен. Название его — сохранение энергии. Он утверждает, что существует определённая величина, называемая энергией, которая не меняется ни при каких превращениях, происходящих в природе. Само это утверждение весьма и весьма отвлечено. Это по существу 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-напросто 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.

There is a fact, or if you wish, a law, governing natural phenomena that are known to date. There is no known exception to this law—it is exact so far we know. The law is called conservation of energy; it states that there is a certain quantity, which we call energy that does not change in manifold changes which nature undergoes. That is a most abstract idea, because it is a mathematical principle; it says that there is a numerical quantity, which does not change when something happens. It is not a description of a mechanism, or anything concrete; it is just a strange fact that we can calculate some number, and when we finish watching nature go through her tricks and calculate the number again, it is the same.

Читайте также: