Inimesed kasutavad erinevat tüüpi energiat kõigeks alates enda liigutamisest kuni astronautide kosmosesse saatmiseni.

Energiat on kahte tüüpi:

• võime pühenduda (potentsiaalne)
• tegelik töö (kineetiline)

Saadaval erinevates vormides:

• soojus (termiline)
• kerge (kiirgav)
• liikumine (kineetiline)
• elektriline
• keemiline
• tuumaenergia
• gravitatsiooniline

Näiteks toit, mida inimene sööb, sisaldab kemikaale ja inimese keha talletab seda seni, kuni ta selle töö või elu jooksul kineetikana ära kasutab.

Energialiikide klassifikatsioon

Inimesed kasutavad erinevat tüüpi ressursse: oma kodudes elektrit, mis on toodetud kivisöe põletamisel, tuumareaktsiooni või jõe hüdroelektrijaam. Seega nimetatakse allikaks kivisütt, tuumaenergiat ja hüdroenergiat. Kui inimesed täidavad oma kütusepaaki bensiiniga, võib allikaks olla nafta või isegi teraviljakasvatus ja -töötlemine.

Energiaallikad jagunevad kahte rühma:

• Taastuv
• Uuenematu

Taastuvaid ja taastumatuid allikaid saab kasutada primaarsete energiaallikatena, nagu soojus, või sekundaarsete energiaallikate, näiteks elektri tootmiseks.

Kui inimesed kasutavad oma kodudes elektrit, tekib elekter tõenäoliselt söe või maagaasi põletamisel, tuumareaktsiooni või hüdroelektrijaama toimel jõel või mitmest allikast. Inimesed kasutavad oma autode kütusena toornaftat (taastumatut), kuid nad võivad kasutada ka biokütuseid (taastuvad), nagu etanool, mis on valmistatud töödeldud maisist.

Taastuv

On viis peamist taastuvenergia allikat:

• Päikeseenergia
• Geotermiline soojus Maa sees
• Tuuleenergia
• Biomass taimedest
• Hüdroenergia voolavast veest

Biomass, mis hõlmab puitu, biokütuseid ja biomassi jäätmeid, on suurim taastuvenergia allikas, moodustades ligikaudu poole kogu taastuvenergiast ja ligikaudu 5% kogutarbimisest.

Uuenematu

Enamik praegu tarbitavatest ressurssidest pärineb taastumatutest allikatest:

• Naftatooted
• Veeldatud süsivesinikgaas
• Maagaas
• Kivisüsi
• Tuumaenergia

Taastumatu energia moodustab ligikaudu 90% kõigist kasutatavatest ressurssidest.

Kas kütusekulu muutub ajas?

Tarbitud energiaallikad muutuvad aja jooksul, kuid muutused toimuvad aeglaselt. Näiteks kivisütt kasutati kunagi laialdaselt kodude ja ärihoonete küttekütusena, kuid kivisöe konkreetne kasutamine nendel eesmärkidel on viimase poole sajandi jooksul vähenenud.

Kuigi taastuvkütuste osatähtsus primaarenergia kogutarbimises on veel suhteliselt väike, kasvab selle kasutamine kõigis sektorites. Lisaks on suurenenud maagaasi kasutamine elektrisektoris viimased aastad madalate maagaasihindade tõttu, samas kui kivisöe kasutamine selles süsteemis on vähenenud.

Tootmistehnoloogiate arengu ja keskkonnaseisundi olulise halvenemise tõttu paljudes piirkondades maakera, seisab inimkond silmitsi uute energiaallikate leidmise probleemiga. Ühelt poolt peaks toodetud energia hulk olema piisav tootmise, teaduse ja avaliku sektori arenguks, teisalt ei tohiks energia tootmine avaldada negatiivset mõju keskkonnale.

Selline küsimuse sõnastus viis nn alternatiivsete energiaallikate otsimiseni – allikate, mis vastavad ülaltoodud nõuetele. Maailmateaduse jõupingutuste kaudu on avastatud palju selliseid allikaid, Sel hetkel enamik neist on juba enam-vähem laialt kasutusel. Pakume teile nende lühiülevaadet:

Päikeseenergia

Päikeseelektrijaamu kasutatakse aktiivselt rohkem kui 80 riigis, need muudavad päikeseenergia elektrienergiaks. Olemas erinevaid viise selline ümberkujundamine ja vastavalt Erinevat tüüpi päikeseelektrijaamad. Levinuimad jaamad on need, mis kasutavad päikesepaneelideks kombineeritud fotoelektrilisi muundureid (fotoelemente). Enamik maailma suurimaid fotogalvaanilisi seadmeid asub Ameerika Ühendriikides.

Tuuleenergia

Tuuleelektrijaamu (tuuleelektrijaamu) kasutatakse laialdaselt USA-s, Hiinas, Indias, aga ka mõnes Lääne-Euroopa riigis (näiteks Taanis, kus sel viisil toodetakse 25% kogu elektrienergiast). Tuuleenergia on väga paljulubav allikas alternatiivenergia, praegu laiendavad paljud riigid seda tüüpi elektrijaamade kasutamist märkimisväärselt.

Biokütused

Selle energiaallika peamised eelised teiste kütuseliikide ees on selle keskkonnasõbralikkus ja taastuvus. Kõiki biokütuse liike ei peeta alternatiivseteks energiaallikateks: traditsioonilised küttepuud on samuti biokütused, kuid mitte alternatiivne allikas energiat. Alternatiivsed biokütused võivad olla tahked (turvas, puidujäätmed ja Põllumajandus), vedel (biodiisel ja biokütteõli, samuti metanool, etanool, butanool) ja gaasiline (vesinik, metaan, biogaas).

Loodete ja lainete energia

Erinevalt traditsioonilisest hüdroenergiast, mis kasutab veevoolu energiat, ei ole alternatiivne hüdroenergia veel laialt levinud. Loodete elektrijaamade peamisteks puudusteks on nende ehituse kõrge hind ja igapäevased võimsuse muutused, mille puhul on soovitatav seda tüüpi elektrijaamu kasutada ainult osana elektrisüsteemidest, mis kasutavad ka muid energiaallikaid. Peamised eelised on kõrge keskkonnasõbralikkus ja madalad energiatootmiskulud.

Maa soojusenergia

Selle energiaallika arendamiseks kasutatakse geotermilisi elektrijaamu, mis kasutavad kõrge temperatuuriga põhjavee energiat, aga ka vulkaane. Hetkel on enam levinud hüdrotermiline energia, mis kasutab kuumade maa-aluste allikate energiat. Petrotermiline energia, mis põhineb maa sisemuse "kuiva" soojuse kasutamisel, on praegu halvasti arenenud; Peamiseks probleemiks peetakse selle energiatootmisviisi madalat tasuvust.

Atmosfääri elekter

(Välgusähvatused Maa pinnal toimuvad enamasti peaaegu samaaegselt erinevad kohad planeedid)

Äikeseenergia, mis põhineb välguenergia püüdmisel ja akumuleerimisel, on alles lapsekingades. Äikeseenergia põhiprobleemid on äikesefrontide liikuvus, aga ka atmosfääri kiirus elektrilahendused(välk), muutes nende energia kogumise keeruliseks.

Energia liigid, saamise, muundamise ja kasutamise meetodid. Energia ja selle liigid. Eesmärk ja kasutamine

Energia ja selle liigid. Eesmärk ja kasutamine

Energia mängib inimtsivilisatsiooni arengus otsustavat rolli. Energiatarbimisel ja teabe kogumisel on aja jooksul ligikaudu sama muutumise muster. Energiatarbimise ja väljundmahu vahel on tihe seos.

Füüsikateaduse kontseptsioonide kohaselt on energia keha või kehade süsteemi võime teha tööd. Energia tüüpide ja vormide klassifikatsioone on erinevaid. Nimetagem need selle liigid, millega inimesed kõige sagedamini kokku puutuvad Igapäevane elu: mehaaniline, elektriline, elektromagnetiline ja sisemine. TO sisemine energia, hõlmavad termilisi, keemilisi ja tuumasisest (aatomit). Energia sisemine vorm määratakse keha moodustavate osakeste vastasmõju potentsiaalse energia või nende juhusliku liikumise kineetilise energiaga.

Kui energia on materiaalsete punktide või kehade liikumisseisundi muutumise tulemus, siis nimetatakse seda kineetiliseks; see hõlmab kehade liikumise mehaanilist energiat, molekulide liikumisest tingitud soojusenergiat.

Kui energia on antud süsteemi osade suhtelise paigutuse või asendi muutumise tulemus teiste kehade suhtes, siis nimetatakse seda potentsiaaliks; see hõlmab seaduse järgi ligitõmbavate masside energiat universaalne gravitatsioon, homogeensete osakeste asukoha energia, näiteks elastse deformeerunud keha energia, keemiline energia.

Peamine energiaallikas on päike. Taimne klorofüll lagundab oma kiirte mõjul õhust imendunud süsihappegaasi hapnikuks ja süsinikuks; viimane koguneb taimedesse. Kivisüsi, maa-alune gaas, turvas, põlevkivi ja küttepuit esindavad päikesekiirguse energiavarusid, mida eraldab kujul klorofüll. keemiline energia kivisüsi ja süsivesinikud. Veeenergiat saadakse ka päikeseenergiast, mis aurustab vett ja tõstab auru atmosfääri kõrgetesse kihtidesse. Tuulikutes kasutatav tuul tuleneb sellest, et päike soojendab maad erinevates kohtades erinevalt. Tohutud energiavarud sisalduvad keemiliste elementide aatomite tuumades.

Rahvusvaheline mõõtühikute süsteem (SI) kasutab oma energiaühikuna džauli. Kui arvutused hõlmavad soojus-, bioloogilist, elektri- ja palju muud energiat, siis kasutatakse energiaühikuna kalorit (cal) või kilokalorit (kcal).

1 cal = 4,18 J.

Mõõtmiseks elektrienergia Nad kasutavad ühikut nimega Wattch (Wh, kWh, MWh).

1 W. h = 3,6 MJ või 1 J = 1 W. Koos.

Mehaanilise energia mõõtmiseks kasutatakse ühikut, näiteks kg. m.

1 kg. m = 9,8 J.

Energiat, mis sisaldub looduslikes allikates (energiaressurssides) ja mida saab muundada elektriliseks, mehaaniliseks, keemiliseks, nimetatakse primaarseks.

Traditsiooniliste primaarenergia ehk energiaressursside liikide hulka kuuluvad: orgaaniline kütus (kivisüsi, nafta, gaas jne), jõe hüdroenergia ja tuumakütus (uraan, toorium jne).

Energiat, mille inimene saab pärast primaarenergia muundamist spetsiaalsetes seadmetes ja jaamades, nimetatakse sekundaarseks (elektrienergia, auruenergia, kuum vesi jne.).

Praegu käib laialdaselt töö ebatraditsiooniliste taastuvate energiaallikate kasutamisega: päike, tuul, looded, mere lained, maa soojus. Need allikad on lisaks taastumisele ka "puhtad" energialiigid, kuna nende kasutamine ei põhjusta reostust keskkond.

Joonisel fig. 10.1.1 näitab primaarenergia klassifikatsiooni. Esile tõstetud traditsioonilised tüübid energiad, mida inimene on kogu aeg laialdaselt kasutanud, ja ebatraditsiooniline, kuni viimase ajani suhteliselt vähe kasutatud selle puudumise tõttu ökonoomsed viisid nende tööstuslik ümberkujundamine, kuid eriti aktuaalne tänapäeval nende kõrge keskkonnasõbralikkuse tõttu.

Riis. 10.1.1. Primaarenergia klassifitseerimise skeem

Klassifikatsiooniskeemis tähistatakse taastumatuid ja taastuvaid energialiike vastavalt valge ja halli ristkülikuga.

Energiatarve nõutav tüüp ning tarbijate varustamine sellega toimub energiatootmise protsessis, milles saab eristada viit etappi: 1. Energiaressursside saamine ja kontsentreerimine: kütuse ammutamine ja rikastamine, veesurve kontsentreerimine hüdrokonstruktsioonide abil jne.

2. Energiaressursside ülekandmine energiat muundavatele käitistele; seda teostatakse transportimise teel maad ja vett mööda või torujuhtmete kaudu vett, naftat, gaasi jne pumpades.

3. Primaarenergia muundamine sekundaarenergiaks, millel on antud tingimustel kõige mugavam jaotamine ja tarbimine (tavaliselt elektri- ja soojusenergiaks).

4. Muundatud energia ülekandmine ja jaotamine.

5. Energiatarbimine, mida teostatakse nii tarbijale tarnitud kujul kui ka muundatud kujul.

Kui võtta kasutatud primaarenergia ressursside summaarseks energiaks 100%, siis kasulikult kasutatav energia jääb vaid 35-40%, ülejäänu läheb kaotsi, suurem osa sellest soojusena.

Elektrienergia eelis

Alates iidsetest aegadest on tsivilisatsiooni areng ja tehnoloogiline areng otseselt seotud kasutatavate energiaressursside koguse ja kvaliteediga. Veidi üle poole tarbitavast Energiast kulub soojusena tehnilisteks vajadusteks, kütteks, toiduvalmistamiseks, ülejäänud osa mehaaniliseks, eelkõige transpordipaigaldisteks, ja elektrienergiana. Lisaks kasvab iga aastaga elektrienergia osakaal (joonis 10.2.1).

Riis. 10.2.1. Elektrienergia tarbimise dünaamika

Elektrienergia on kõige mugavam energialiik ja seda võib õigustatult pidada aluseks kaasaegne tsivilisatsioon. Valdav enamus tehnilisi vahendeid mehhaniseerimine ja automatiseerimine tootmisprotsessid(seadmed, instrumendid, arvutid), inimtööjõu asendamisel masintööga igapäevaelus on elektriline alus.

Miks nõudlus elektrienergia järele nii kiiresti kasvab ja mis on selle eelis?

Selle laialdane kasutamine on tingitud järgmistest teguritest: võime toota elektrit sisse suured hulgad maardlate ja veeallikate läheduses;

1. võime transportida pikki vahemaid suhteliselt väikeste kadudega;
2. võime muuta elektrienergiat teist tüüpi energiaks: mehaaniline, keemiline, termiline, valgus;
3. keskkonnareostuse puudumine;
4. võimalus kasutada põhimõtteliselt uusi elektril põhinevaid progressiivseid tehnoloogiaid tehnoloogilised protsessid kõrge automatiseerituse astmega.

Sellel saidil avaldatud tekstides leidub sageli erinevaid termineid, mis on füüsikaliste suuruste nimetused. Koolifüüsika kursusel õppisime palju, aga teadmised kipuvad ilma pideva kasutamiseta ununema. Märkmete seerias, mis on koondatud üldpealkirja "Füüsika meeldejätmine" alla (võiksime seda nimetada "Tagasi kooli") püüame teile meelde tuletada, mida tähendavad põhimõisted, millised füüsikalised suurused on nende mõistete taga peidus, kuidas need on seotud. üksteisele, millistes kogustes neid mõõdetakse. Üldiselt esitage avaldatud materjalide mõistmiseks vajalikud põhitõed.

Meie veebisait on üldiselt pühendatud energia (täpsemalt taastuvatest allikatest) saamise meetoditele ja tehnoloogiatele. Inimesed vajavad energiat oma kodu kütmiseks ja valgustamiseks, et panna käima erinevad mehhanismid, mis teevad inimestele kasulikke töid. See tähendab, et lõppkokkuvõttes peame hankima ühe kolmest energiatüübist – soojus-, mehaaniline ja valgusenergia. Nagu allpool arutatakse, eristab füüsika mitut teist tüüpi energiat, kuid meie jaoks on need kolm tüüpi eelkõige olulised. Lõpetan eessõnadega ja annan need energia määratlused, mis on füüsikas aktsepteeritud.

Töö ja energia

Koolifüüsika kursusest (lõpetasin kooli 50 aastat tagasi) mäletan väidet "Energia on füüsilise süsteemi töövõime mõõt." Wikipedia annab vähem selge määratluse, väites, et

« Energia- skalaar füüsiline kogus, mis on mateeria erinevate liikumisvormide ja vastastikmõju ühtne mõõt, aine liikumise ühelt vormilt teisele ülemineku mõõt. Energia mõiste kasutuselevõtt on mugav, sest kui füüsiline süsteem on suletud, siis salvestatakse selle energia selles süsteemis kogu selle aja jooksul, mille jooksul süsteem suletakse. Seda väidet nimetatakse energia jäävuse seaduseks."

Energia on skalaarne suurus, mida saab mõõta mitmes erinevas ühikus. Kõige rohkem huvitab meid džaul ja kilovatt-tund.

Joule(Vene tähis: J; rahvusvaheline: J) - töö, energia ja soojushulga mõõtühik rahvusvahelises mõõtühikute süsteemis (SI). Joule võrdne tööga tehakse siis, kui jõu rakenduspunkt, mis võrdub ühe njuutoniga, liigub jõu suunas ühe meetri kaugusele. Elektris tähendab džaul jõuga tehtud tööd. elektriväli 1 sekundi jooksul 1 volti pingel, et säilitada voolutugevus 1 amprine.

Kuid me ei süvene füüsika põhitõdedesse, saades teada, mis on jõud ja mis on üks Newton, vaid võtame lihtsalt aluseks mõiste "energia" ja peame meeles, et teatud arv džaule iseloomustab energiat, tööd ja soojushulk. Teine energiahulga mõõtmiseks kasutatav suurus on kilovatt-tund.

Kilovatt-tund(kWh) - toodetud või tarbitud energiahulga, samuti tehtud tööde süsteemiväline mõõtühik. Seda kasutatakse peamiselt elektritarbimise mõõtmiseks igapäevaelus, rahvamajanduses ning elektrienergia tootmise mõõtmiseks elektrienergiatööstuses.

Tuleb märkida, et õige kirjapilt on "kWh" (võimsus korda aeg). Kirjapilt "kW/h" (kilovatt tunnis), mida kasutatakse sageli paljudes meediumites ja mõnikord isegi ametlikud dokumendid, vale. See tähistus vastab võimsuse muutusele ajaühiku kohta (mis tavaliselt kedagi ei huvita), kuid mitte energiahulgale. Sama levinud viga on "kilovatt" (võimsusühiku) kasutamine "kilovatt-tunni" asemel.

Järgmistes artiklites kasutame energia või töö hulga mõõtmiseks ühikutena džauli ja kilovatt-tundi, pidades meeles, et üks kilovatt-tund võrdub 3,6 10 6 džauliga.

Meid huvitavate teemade seisukohalt on põhiline just energia omadus tööd teha. Me ei saa teada, kuidas füüsika mõistet "töö" tõlgendab, eeldame, et see mõiste on originaalne ja määratlemata. Rõhutagem vaid veel kord, et kvantitatiivselt väljenduvad energia ja töö samades ühikutes.

Sõltuvalt energia tüübist või tööst arvutatakse energiahulk erineval viisil:

Energia vormid ja liigid

Kuna energia, nagu eespool öeldud, on ainult mateeria erinevate liikumisvormide ja vastastikmõju mõõt, aine liikumise ühelt vormilt teisele ülemineku mõõt, jaotatakse erinevad energiavormid vastavalt erinevaid vorme aine liikumine. Seega, sõltuvalt manifestatsiooni tasemest, saame eristada järgmised vormid energia:

• makrokosmose energia - gravitatsiooni või kehade külgetõmbeenergia,
• kehade interaktsiooni energia - mehaaniline,
• molekulaarsete interaktsioonide energia - termiline,
• aatomi interaktsiooni energia - keemiline,
• kiirgusenergia - elektromagnetiline,
• aatomite tuumades sisalduv energia on tuumaenergia.

Gravitatsioonienergia- kehade (osakeste) süsteemi energia nende vastastikuse gravitatsioonilise külgetõmbe tõttu. Maapealsetes tingimustes on see näiteks Maa pinnast teatud kõrgusele tõstetud keha "salvestatud" energia - gravitatsioonienergia. Seega võib hüdroelektrijaamadesse salvestatud energia liigitada gravitatsioonienergiaks.

Mehaaniline energia- avaldub üksikute kehade või osakeste koosmõjul, liikumisel. See hõlmab keha liikumise või pöörlemise energiat, deformatsioonienergiat elastsete kehade (vedrude) painutamisel, venitamisel, keerdumisel ja kokkusurumisel. Seda energiat kasutatakse enim erinevates masinates – transpordis ja tehnoloogilistes.

Soojusenergia- ainete molekulide korratu (kaootilise) liikumise ja vastastikmõju energia. Soojusenergia saadakse kõige sagedamini põlemisel erinevat tüüpi kütus, kasutatakse laialdaselt kütmiseks, paljude tehnoloogiliste protsesside läbiviimiseks (kuumutamine, sulatamine, kuivatamine, aurustamine, destilleerimine jne).

Keemiline energia- see on ainete aatomitesse “salvestatud” energia, mis vabaneb või neeldub ainetevaheliste keemiliste reaktsioonide käigus. Keemiline energia eraldub kas soojusena eksotermiliste reaktsioonide käigus (näiteks kütuse põlemisel) või muundatakse galvaanilistes elementides ja patareides elektrienergiaks. Neid energiaallikaid iseloomustab kõrge kasutegur (kuni 98%), kuid väike võimsus.

Elektromagnetiline energia on elektri- ja magnetvälja vastasmõjul tekkiv energia. See jaguneb elektri- ja magnetenergiaks. Elektrienergia on elektriahelas liikuvate elektronide energia (elektrivool).

Elektromagnetiline energia avaldub ka elektromagnetlainetena ehk kiirgusena, sh. nähtav valgus, infrapuna, ultraviolett, röntgenikiirgus ja raadiolained. Seega on üks elektromagnetilise energia liik kiirgusenergia. Kiirgus kannab energiat elektromagnetlainete energia kujul. Kiirguse neeldumisel muundatakse selle energia muudeks vormideks, enamasti soojuseks.

Tuumaenergia- energia, mis paikneb nn radioaktiivsete ainete aatomite tuumades. See vabaneb raskete tuumade lõhustumisel ( tuumareaktsioon) või kergete tuumade süntees (termotuumareaktsioon).

Meile kooliajast tuntud potentsiaalse ja kineetilise energia mõisted sellesse klassifikatsiooni ei sobi. Kaasaegne füüsika usub, et kineetilise ja potentsiaalse energia (nagu ka hajumise energia) mõisted ei ole vormid, vaid energia tüübid:

Kineetiline energia- energia, mida kehad omavad tänu nende liikumisele. Täpsemalt öeldes on kineetiline energia erinevus süsteemi koguenergia ja selle puhkeenergia vahel; seega on kineetiline energia osa koguenergia, mis on põhjustatud liikumisest. Kui keha ei liigu, on kineetiline energia null.

Potentsiaalne energia- energia, mis on põhjustatud erinevate kehade või sama kehaosade vastasmõjust. Potentsiaalse energia määrab alati keha asend mõne jõuallika (jõuvälja) suhtes.

Hajumisenergia(see tähendab hajumine) - korrastatud protsesside energia osa üleminek korrastamata protsesside energiaks, lõpuks soojuseks.

Fakt on see, et kõik ülaltoodud energiavormid võivad avalduda potentsiaalse ja kineetilise energia kujul. See tähendab, et energiatüüpe tuleb tõlgendada üldistatult, kuna need on seotud mis tahes liikumisvormiga ja seega igasuguse energiavormiga. Näiteks on kineetiline elektrienergia ja see ei ole sama mis kineetiline mehaaniline energia. See on elektronide liikumise kineetiline energia, mitte keha mehaanilise liikumise kineetiline energia. Samuti ei ole elektriline potentsiaalne energia sama mis mehaaniline potentsiaalne energia. Ja keemiline energia koosneb elektronide liikumise kineetilisest energiast ja nende omavaheliste ja aatomituumade vastasmõju elektrienergiast.

Üldiselt, nii palju kui ma selle materjali ettevalmistamisel aru sain, puudub üldiselt aktsepteeritud energia vormide ja tüüpide klassifikatsioon. Kuid võib-olla ei pea me neid täielikult mõistma füüsikalised mõisted. Oluline on ainult meeles pidada, et energia ei ole mingi reaalne aineline aine, vaid ainult mõõt, mille eesmärk on hinnata teatud ainevormide liikumist või ühe ainevormi teisenemist teiseks.

Võimu mõiste on lahutamatult seotud energia ja töö mõistega.

Võimsus- füüsikaline suurus, mis on üldiselt võrdne süsteemi energia muutumise, muundamise, edastamise või tarbimise kiirusega. Kitsamas tähenduses on võimsus võrdne teatud ajaperioodi jooksul tehtud töö ja selle ajaperioodi suhtega.

Rahvusvahelise mõõtühikute süsteemi (SI) võimsusühik on vatt, mis võrdub ühe džauliga, mis on jagatud sekundiga.

Võimsus iseloomustab seadme võimet teatud aja jooksul tööd teha või energiat toota. Suhet jõu, energia ja aja vahel väljendab järgmine seos:

Kilovatt-tund (pidage meeles, et see on energiaühik) võrdne ühe kilovatise võimsusega seadme poolt tarbitud (toodetud) energiahulgaga (jõu ühik)ühe tunni jooksul (ajaühik).

Siit tuleneb ülalmainitud võrdsus 1 kWh = 1000 W ⋅ 3600 s = 3,6 10 6 J = 3,6 MJ.

Sellel lehel käsitletud kolmest seadmest pakub meile kõige rohkem huvi just võimsus, kuna selle väärtusega tuleb kokku erinevate tuule- või hüdrogeneraatorite ja päikesepaneelide kaalumisel ja võrdlemisel. Nendel juhtudel iseloomustab võimsus nende seadmete võimet energiat toota. Seevastu paljudel kodumasinatel olev võimsusnäit kirjeldab nende seadmete energiatarbimist. Kui tahame pakkuda mõnda komplekti kodumasinad energiat, peame võrdlema nende seadmete tarbitavat koguvõimsust koguvõimsusega, mida saame energiatootjatelt.

Kuid me räägime võimust lähemalt järgmistes artiklites, mis on pühendatud konkreetsed tüübid energiat. Ja alustame elektrienergiaga, mõelgem, milliste kogustega elektrit iseloomustatakse ja millistes ühikutes seda mõõdetakse.

Need on kõik erinevad energiatüübid. Kõik looduses toimuvad protsessid nõuavad energiat. Igas protsessis muudetakse üht tüüpi energiat teiseks. Toidukaubad – kartul, leib jne. - Need on energiasalvestid. Peaaegu kogu Maal kasutatava energia saame Päikeselt. kannab Maale üle sama palju energiat, kui toodaks 100 miljonit võimsat elektrijaama.

Energia liigid

Energiat leidub kõige rohkem erinevad tüübid. Lisaks soojusele, valgusele ja energiale on olemas ka keemiline energia, kineetiline ja potentsiaalne. Elektripirn eraldab soojust ja valgusenergiat. Helienergiat edastatakse kasutades. Lained panevad kuulmekile vibreerima, mistõttu kuuleme helisid. Ajal vabaneb keemiline energia. Toit, kütus (kivisüsi, bensiin) ja akud on keemilise energia hoidlad. Toidukaubad- Need on keha sees vabanenud keemilise energia varud.

Liikuvatel kehadel on kineetiline energia, s.t. liikumise energia. Mida kiiremini keha liigub, seda suurem on tema kineetiline energia. Kaotades kiirust, kaotab keha kineetiline energia. Statsionaarset objekti tabades kannab liikuv keha osa oma kineetilisest energiast sellele üle ja viib selle . Loomad muudavad osa toidust saadavast energiast kineetiliseks energiaks.

Potentsiaalset energiat omavad kehad, mis asuvad jõuväljas, näiteks gravitatsiooni- või magnetväljas. Elastsed või elastsed kehad (millel on võime venitada) on potentsiaalne energia pinge või elastsus. Pendli potentsiaalne energia on maksimaalne, kui see on kõrgeimas punktis. Avanedes vabastab vedru oma potentsiaalse energia ja paneb kellas olevad rattad pöörlema. Taimed saavad energiat ja toodavad toitaineid- luua keemilise energia varusid.

Energia muundamine

Energia jäävuse seadus ütleb, et energia ei teki millestki ega kao jäljetult. Kõigis looduses toimuvates protsessides muundatakse üht tüüpi energiat teiseks. Taskulambi patareide keemiline energia muundatakse elektrienergiaks. Lambipirnis muundatakse elektrienergia soojuseks ja valguseks. Oleme toonud selle "energiaahela" näite, et näidata teile, kuidas üht tüüpi energiat teisendatakse.

Kivisüsi on aastaid tagasi elanud taimede kokkupressitud jäänused. Kunagi said nad energiat Päikeselt. Kivisüsi on keemilise energia hoidla. Söe põlemisel muundatakse selle keemiline energia soojusenergiaks. Soojusenergia soojeneb ja see aurustub. Aur pöörab turbiini. tekitades seeläbi kineetilist energiat – liikumisenergiat. Generaator muudab kineetilise energia elektrienergiaks. Erinevad seadmed – lambid, küttekehad, magnetofonid – tarbivad elektrit ja muudavad selle heliks, valguseks ja soojuseks.

Paljude energia muundamise protsesside lõpptulemused on valgus ja soojus. Kuigi energia ei kao, läheb see kosmosesse ning seda on raske tabada ja kasutada.

Päikeseenergia

Päikese energia jõuab meieni elektromagnetlainetena. See on ainus viis, kuidas energiat läbi kosmose edastada. Seda saab kasutada elektrienergia tootmiseks fotogalvaaniliste elementide abil või vee soojendamiseks päikesekollektorites. Kollektorpaneel neelab Päikesest soojusenergiat. Joonisel on kollektoripaneeli ristlõige. Must paneel neelab Päikeselt tuleva soojusenergia ja vesi torudes soojeneb. Nii ehitatakse Päikesest köetava maja katus. Päikeseenergiaüle viidud olmevajadusteks ja kütteks kasutatavale veele. Liigne soojus siseneb energiasalvestisse. Energia salvestatakse keemiliste reaktsioonide kaudu.

Energeetilised ressursid

Vajame energiat oma kodude valgustamiseks ja kütmiseks, toidu valmistamiseks, et tehased saaksid töötada ja autod liikuda. See energia tekib kütuse põlemisel. Energia saamiseks on ka teisi võimalusi – näiteks toodetakse seda hüdroelektrijaamad. Peaaegu pooled põletavad puid, sõnnikut või sütt toidu valmistamiseks ja kodu kütmiseks.

Puitu, kivisütt, naftat ja maagaasi nimetatakse taastumatuid ressursse, kuna neid kasutatakse ainult üks kord. Päike, tuul, vesi – see on taastuvad energiaallikad, kuna need ise energia tootmise käigus ei kao. Inimesed kasutavad oma tegevuses energia tootmiseks fossiilseid ressursse - 77%, puitu - 11%, taastuvaid energiaressursse - 5% ja - 3%. Nimetame kivisütt, naftat ja maagaasi fossiilkütused, kuna me eraldame need Maa sisikonnast. Need moodustusid taimede ja loomade jäänustest. Peaaegu 20% meie kasutatavast energiast pärineb kivisöest. Kütuse põlemisel eraldub süsinikdioksiid ja muud gaasid. See on osaliselt selliste nähtuste põhjus nagu happevihmad ja kasvuhooneefekt. Vaid umbes 5 protsenti energiast pärineb taastuvatest allikatest. See on päikese, vee ja tuule energia. Teine taastuv energiaallikas on lagunemisel tekkiv gaas. Orgaanilise aine mädanemisel eralduvad gaasid, eriti metaan. Maagaas koosneb peamiselt maagaasist, mida kasutatakse kodude ja vee soojendamiseks. Inimesed on mitu aastatuhandet kasutanud tuuleenergiat purjelaevade liikuma panemiseks ja tuuleveskite pööramiseks. Tuul võib ka elektrit toota ja vett pumbata.

Energia- ja jõuüksused

Energiahulga mõõtmiseks kasutatakse spetsiaalset mõõtühikut – džauli (J). Tuhat džauli võrdub ühe kilodžauliga (kJ). Tavaline õun (umbes 100 g) sisaldab 150 kJ keemilist energiat. 100 g šokolaadi sisaldab 2335 kJ. Võimsus on ajaühikus kasutatud energia hulk. Võimsust mõõdetakse vattides (W). Üks vatt võrdub ühe džauliga sekundis. Mida rohkem energiat ühe kohta kindel aeg toodab seda või teist mehhanismi, seda suurem on selle võimsus. 60 W lambipirn kasutab 60 J sekundis ja 100 W pirn 100 J sekundis.

Tõhusus

Iga mehhanism tarbib ühte tüüpi energiat (näiteks elektrienergiat) ja muundab selle teist tüüpi energiaks. Mida suurem on mehhanismi jõudlustegur (efektiivsus), seda suurem on tarbitud energia osakaal, mis muundatakse vajalikuks energiaks. Peaaegu kõigi autode kasutegur on madal. Keskmine auto muudab ainult 15% bensiini keemilisest energiast kineetiliseks energiaks. Kogu ülejäänud energia muutub soojuseks. Luminofoorlampide kasutegur on suurem kui tavalistel lambipirnidel, sest luminofoorlambid muudavad rohkem elektrit valguseks ja soojuse tootmiseks kulub vähem.