смотреть что такое энергия

Энергия: откуда взять?

Давайте немного порассуждаем об энергии. Уверяю, что это будет интересно — особенно, если вы хотите понимать, откуда берутся все блага нашей цивилизации.

ИЗЛУЧЕНИЕ СОЛНЦА — основной источник энергии на Земле. Его мощность характеризуется солнечной постоянной — количеством энергии, проходящей через площадку единичной площади, перпендикулярную солнечным лучам. На расстоянии в одну астрономическую единицу (то есть на орбите Земли) эта постоянная равна приблизительно 1,37 кВт/м². Проходя сквозь атмосферу Земли, солнечное излучение теряет в энергии примерно 370 Вт/м², и до земной поверхности доходит только 1000 Вт/м². Это, по-прежнему, огромное количество энергии!

Но не будем рассуждать про экватор, давайте посмотрим, что происходит в Москве.

● Итак, средняя энергия солнца для Москвы (инсоляция) в год составляет 297 МДж на м кв. Максимальная в июне – 615, минимальная в декабре – 31 (в 20 раз меньше!)

● Средняя квадратичная скорость ветра – 2,5 м/с (метеоданные)

● Средняя квадратичная скорость вод рек – 1м/с (данные по гидроресурсам)

Теперь с помощью известных формул переведем эти значения в электроэнергию.

, где — средняя энергия источника (солнце, вода, ветер), — КПД установки (солнечной панели, усредненного ветрогенератора и бесплотинной ГЭС соответственно).

● СОЛНЦЕ– 44,55 МДж/м. кв./год (КПД прямого преобразования 15%*)
● ВЕТЕР – 0,07 МДж/м кв. /год (КПД преобразования порядка 35%*)
● ВОДА – 2,65 МДж/м кв. /год (КПД преобразования порядка 40%*)
*Данные КПД брались из разных источников по характеристикам представленного на рынке оборудования.

Значения кажутся вполне достойными, но, все же, сложно оцениваемыми. Давайте попробуем по другому.

Среднее потребление электроэнергии на взрослого человека для обеспечения его пищей, работой, жильем, комфортом и всем, что в него входит, составляет примерно 1940 кВт*ч электроэнергии в год (данные из статистики по мировому энергопотреблению). Не трудно подсчитать, что, чтобы нам жилось хорошо, нам потребуется:

● 13,9 м. кв. СОЛНЕЧНЫХ ПАНЕЛЕЙ (КПД — 15%, 2кВт — 160000р только на панели), но если вспомнить, что зимой инсоляция значительно меньше, то в Москве нам для этого понадобится 26,6м.кв. солнечных панелей. И нельзя забывать про проблему аккумуляции энергии, которая тоже очень остра.

● Если говорить про ВОДУ, то это значение будет аналогично 2800 м.кв. сечения рек (без плотин)

● А про ВЕТЕР и рассуждать не хочется — 11,29 га площади ветряков!

Этот расчет является прикидочным, безусловно есть чуть более эффективные решения и чуть менее, но среднем борьба производителей установок идет за проценты КПД.

Не сложно представить, как трудно в центральной России перейти на использование только альтернативных источников энергии. Глядя на эти цифры начинаешь задумываться, а нужна ли вообще альтернативная энергетика?

Безусловно нужна! Но вот только только какая? Для этого нужно подробно разобраться, как распределяется энергия по земной поверхности, как мы ее используем и как ее аккумулируем.

Итак, давайте теперь посмотрим на энергию солнца немного с другой стороны.

На Землю падает колоссальное количество энергии. Распределяется она следующим образом:

1. Отражение от атмосферы и облаков
2. Нагрев земной поверхности
2.1. Нагрев суши
2.2. Нагрев вод

3. Рассеивание энергии в верхних слоях атмосферы.

Что же мы можем использовать:

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ ПЕРВОГО ПОРЯДКА — прямое преобразование света в электроэнергию. Главный и очевидный минус — огромные площади солнечных панелей. Но давайте к цифрам:

● Средний атомный реактор вырабатывает порядка 1ГВт электроэнергии. Сколько нужно солнечных панелей, что бы выработать столько же энергии? Переведем мощность в энергию, чтобы было понятно. 1ГВт это 86400ГДж энергии в день или 31536000ГДж в год.

● Чтобы России отказаться от атомной энергетики понадобится порядка 1152 км кв. Солнечных панелей или порядка 11 триллионов рублей (только на панели). Согласитесь, многовато. Есть еще один момент — а что будет с этими 1152 км кв площади? Каков экологический след подобного количества панелей. И не забывайте, что через 15 лет они потеряют 30% своей мощности.

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ ВТОРОГО ПОРЯДКА — она используется повсеместно — это ГЭС. Т.е. солнце испаряет воду — далее реки — далее ГЭС. Здесь все понятно: чтобы сконцентрировать энергию до эффективного максимума строят высокие плотины, нарушающие водобаланс, затопляющие территории, нарушающие экосистемы.

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ ТРЕТЬЕГО ПОРЯДКА — солнце нагревает поверхность планеты — поверхность передает тепло воздуху — воздух ветровым энергоустановкам (ВЭУ). Не сложно догадаться, что такое количество посредников размазывает энергию солнца еще больше. И не в многих местах Земли она сконцентрирована настолько, чтобы быть пойманной. А последствия использования ВЭУ всё те же — нарушение экосистем, инфразвук и пр.

Т.е. получается, что энергия в природе очень рассеяна. Вроде ее много (как например алюминия), но добыть ее не просто. А как только человек пытается сконцентрировать энергию — он нарушает естественное состояние природы, что приводит к эко-катастрофам.

Таким образом, даже применение альтернативных источников энергии приведет к нарушению локальных экосистем и, как следствие, к нарушению глобальных экосистем. Даже альтернативная энергетика противоестественна природе, так как она занимается тем же самым, что и другие виды энергетики, создает локальную концентрацию, а следовательно усиленную нагрузку на экосистему. Так что же делать? Возвращаться в каменный век?

Давайте попробуем разобраться, для чего нам энегрия.

Потребности у всех людей разные. Одни довольствуются малым, другие жаждут роскоши. Но человек, как биологический вид, в целом подчинен всем законам экологии. Разница лишь в том, что у нас планка выживаемости имеет огромный разброс. Этот разброс связан с тем, что мы умеем добывать и эксплуатировать энергию. Как энергия определяет нашу жизнь?

Давайте предположим, что уровень нашей энергетической потребности легко измеряем. И как ориентир возьмем российскую потребительскую корзину и переведем все, что в нее входит (тепло, электричество, питание, транспорт) в энергию. Обозначим это N. Так вот, если мы вдруг начнем питаться исключительно растительной пищей, которую вырастили сами, никуда не ездить, не использовать современные технологии и вообще жить жизнью русской деревни XVI века, мы потратим около 0,05N. А если решим питаться омарами, летать на самолете, жить в шикарном доме — это обойдется нам в 10-100N.

Все новое, что нас окружает, все развлечения и 8 часовой рабочий день — все это стало возможно только из-за обилия энергии. В природе существует универсальный закон: «если в замкнутую систему поставлять энергию, структура системы усложняется, а степень хаоса (энтропия) падает». Вся человеческая цивилизация тому подтверждение.

Правда, мы несколько извратили закон создав эквивалент энергии — деньги. И кто бы что не говорил о неподтвержденности денежных банкнот, на самом деле они подтверждаются энергией. Т. е. краеугольным камнем уровня жизни (обеспеченности) человечества является добыча и распределение энергии. Регулирование же энергетических потоков осуществляется за счет рынка — эквивалента энергосистемы цивилизации.

Именно поэтому индивидуальные источники энергии крайне невыгодны с политической точки зрения. Но потребность в них существует. Так как добыть энергию для себя?

Итак, на основании законов экологи и распространения энергии в экосистемах можно сделать следующие выводы:

1. Разнообразие видов и развитие экосистемы напрямую зависит от поступления энергии, но согласно закону минимума может не являться ограничивающим фактором развития экосистем. Т.е. экосистема способна взять столько энергии, на сколько ей позволяют это сделать другие условия. Хорошим примером является поле — для поля ограничением является наличие микроэлементов в почве, поэтому удобрения или правильный видовой состав значительно повышают биомассу.

2. Человек может извлечь часть энергии из экосистемы без вреда для нее.

3. Самым пагубным для экосистемы является уменьшение видового состава, так как это приводит к потере устойчивости.

Таким образом, задача человека одна — не навреди. Т.е. можно использовать только то, что не нарушает энергетического, информационного и вещественного баланса экосистем. Это очень общие выводы. Теперь вернемся теперь к энергетике.

Россияне потребляют около 5000 кг нефтяного эквивалента энергии. Если пересчитать на биомассу (среднее значение 10МДж против 41МДж у нефти) получится 20500кг. Много это или мало? По статистике, в средней полосе собирают (если выращивать специально, например кустарник), порядка 5000-7000кг/Га биомассы. Таким образом, на человека понадобится 3-4Га площади. Или (с учетом, что нас 143млн.) нам понадобится 572млн Га, или 5720000 Км.кв. Или 33% процента территории. Абсолютно ясно, что это не выход. Однако, если немного задуматься, то не всё так печально:

1. Энергопотери составляют 11,5%
2. 19% Энергии дают ГЭС
3. 15% Энергии дают АЭС
4. 20% Энергии тратится неэффективно (на обогрев зданий со слабой тепловой защитой, освещение и т.д.)

Т.е. это уже 15% площади. Но, все-таки, не будем уходить в крайности и оставим только то, что тратит человек (транспорт, пища, жилье) — а это всего 20-25% общих энергозатрат. Т.е. 10%территории нам достаточно, что бы запасти энергию солнца в зеленой массе. При этом, абсолютно понятно, что глупо строить ТЭЦ, работающую на дровах. А что если сделать мини-установку, работающую на дровах и дающую тепло и свет?

К чему все это? Чтобы жить в гармонии с планетой нам надо:

1. Использовать только ту энергию, которая запасается каждый год в биомассе, а не расходовать ту, что была запасена миллионами лет (нефть, газ, уголь).

2. Использовать только ту биомассу, которую можно реализовать в рамках увеличения производительности экосистем (капельный полив в пустыне, применение зольных удобрений — сохранение баланса микроэлементов и т.д.).

3. Способствовать развитию экосистем для увеличения их производительности.

4. Использовать альтернативные источники энергии там, где это наиболее эффективно, но не вредит экосистемам.

5. Ждать, когда решат вопрос с термоядерным синтезом.

А если совсем практически: средняя производительность пшеницы по надземной биомассе: 13000кг, Т.е. нам хватит двух гектар, чтобы себя обеспечить и теплом, и электричеством, только придется немного потрудится, что бы собрать это добро, а потом не забыть вернуть природе золу.
Безусловно, это не решение проблем всей энергетики в целом, но правильное отношение к биологической материи, как к универсальному аккумулятору и источнику энергии, дает возможность человеку не просто тратить то, что запасено годами, но и взращивать и укреплять то, что дается сейчас.

Источник

ЭНЕРГИЯ

Полезное

Смотреть что такое «ЭНЕРГИЯ» в других словарях:

Энергия (РН) — Энергия Макет ракеты носителя «Энергия» с МТКК «Буран». Общие сведения Страна … Википедия

Энергия — есть способность данной системы тел, находящихся в данных условиях, совершить некоторое, вполне определенное количество работы. Э. системы может оцениваться по весьма различным признакам. Например, Э. парового котла зависит от количества пара,… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

ЭНЕРГИЯ — (1) универсальная (общая) количественная мера форм движения, состояния и взаимодействия всех видов (см.), связывающая воедино все явления природы, которые отражены в фундаментальном (см.). В соответствии с различными формами движения говорят о… … Большая политехническая энциклопедия

Энергия — (от греческого energeia действие, деятельность), общая количественная мера, связывающая воедино все явления природы, различные формы движения материи. В соответствии с физическими процессами различают механическую, тепловую (внутреннюю),… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

энергия — См … Словарь синонимов

ЭНЕРГИЯ — ЭНЕРГИЯ, в физике способность производить работу. Энергия измеряется в джоулях. ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЭНЕРГИЕЙ называют способность объекта выполнить некоторую работу за счет изменения его позиции или формы. КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИЕЙ обладают движущиеся… … Научно-технический энциклопедический словарь

ЭНЕРГИЯ — (греч. energeia, от energos действующий, сильный). Настойчивость, обнаруживаемая в преследовании цели, способность высшего напряжения сил, в соединении с крепкой волей. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н.,… … Словарь иностранных слов русского языка

Энергия — (Белоозерск,Беларусь) Категория отеля: 3 звездочный отель Адрес: Улица Ленина 23, 225215 Белоозерск, Б … Каталог отелей

Энергия — (Брест,Беларусь) Категория отеля: 3 звездочный отель Адрес: Улица Дзержинского 58, 224030 Брест, Белар … Каталог отелей

ЭНЕРГИЯ — [нэ], энергии, мн. нет, жен. (греч. energeia деятельность). 1. Одно из основных свойств материи способность производить работу (физ.). Учение об энергии. || Самая эта работа, деятельность материи, применяемая для практических целей (физ., тех.).… … Толковый словарь Ушакова

Источник

Энергия

Полезное

Смотреть что такое «Энергия» в других словарях:

Энергия (РН) — Энергия Макет ракеты носителя «Энергия» с МТКК «Буран». Общие сведения Страна … Википедия

Энергия — есть способность данной системы тел, находящихся в данных условиях, совершить некоторое, вполне определенное количество работы. Э. системы может оцениваться по весьма различным признакам. Например, Э. парового котла зависит от количества пара,… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

ЭНЕРГИЯ — (1) универсальная (общая) количественная мера форм движения, состояния и взаимодействия всех видов (см.), связывающая воедино все явления природы, которые отражены в фундаментальном (см.). В соответствии с различными формами движения говорят о… … Большая политехническая энциклопедия

Энергия — (от греческого energeia действие, деятельность), общая количественная мера, связывающая воедино все явления природы, различные формы движения материи. В соответствии с физическими процессами различают механическую, тепловую (внутреннюю),… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

энергия — См … Словарь синонимов

ЭНЕРГИЯ — ЭНЕРГИЯ, в физике способность производить работу. Энергия измеряется в джоулях. ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЭНЕРГИЕЙ называют способность объекта выполнить некоторую работу за счет изменения его позиции или формы. КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИЕЙ обладают движущиеся… … Научно-технический энциклопедический словарь

ЭНЕРГИЯ — (греч. energeia, от energos действующий, сильный). Настойчивость, обнаруживаемая в преследовании цели, способность высшего напряжения сил, в соединении с крепкой волей. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н.,… … Словарь иностранных слов русского языка

Энергия — (Белоозерск,Беларусь) Категория отеля: 3 звездочный отель Адрес: Улица Ленина 23, 225215 Белоозерск, Б … Каталог отелей

Энергия — (Брест,Беларусь) Категория отеля: 3 звездочный отель Адрес: Улица Дзержинского 58, 224030 Брест, Белар … Каталог отелей

ЭНЕРГИЯ — [нэ], энергии, мн. нет, жен. (греч. energeia деятельность). 1. Одно из основных свойств материи способность производить работу (физ.). Учение об энергии. || Самая эта работа, деятельность материи, применяемая для практических целей (физ., тех.).… … Толковый словарь Ушакова

Источник

Что такое энергия?

Ученым трудно объяснить, что такое энергия. Это не является веществом или объектом, к которому можно прикоснуться или удерживать. Но вещества и объекты обладают энергией.

Полезное определение заключается в том, что энергия — это то, что необходимо для того, чтобы все произошло. Она может заставить вещи двигаться или меняться и делает что-то!

Различные формы

Существует и различаются основные виды энергии. Некоторые виды включают в себя создание материи, в то время как другие сохраняются.

Многие объекты имеют энергию, хранящуюся в них из-за их положения (автомобиль на вершине холма) или из-за их природы (взрывчатые вещества).

Потенциальная энергия представляет накопленную, она готова и ждет, чтобы все произошло.

Связанную с чем-то движущимся или изменяющимся каким-то образом, можно назвать активной энергией (светом, связанным с взрывающимися фейерверками).

Потенциальные формы энергии:

Энергия в повседневной жизни

Все вокруг нас зависит от энергии. Автомобили зависят от хранившейся в используемом ими топливе. Используется в домах, офисах и индустрии для того чтобы заставить работать все виды машин. Она используется для освещения и нагревания наших домов, для того чтобы варить и хранить нашу еду.

Очевидно, трудно сказать, что такое энергия, но она важна для нас. Легче сказать, на что способна.

Энергия — это способность выполнять работу.

Все, что работает, должно иметь запас энергии. Мотоцикл не будет продолжать работать, если он не снабжен бензином. Бензин обеспечивает ресурсами, которые двигатель использует для работы.

Когда человек нажимает педали велосипеда, сила приходит от мышц в вашем теле. Ваши мышцы получают энергию от пищи, которую вы едите. Если необходимо больше чем есть у человека, то экстренная энергия хранится в теле как жир. С другой стороны, неадекватная энергетическая диета приведет к худому и действительно нездоровому организму!

Все, что мы делаем, требует энергии даже для сна! В таблице ниже показано количество необходимое для различных видов деятельности.

Энергия, вовлеченная в повседневную деятельность:

Сохранение энергии

Хотя энергия может изменить свою форму, она не может просто исчезнуть. Если проследить источник то обнаружится, что она просто не появляется из ниоткуда.

Эти открытия привели ученых к утверждению закона об энергии.

Первая часть гласит, что энергия должна откуда-то поступать. Она никогда не создается из ничего, но может изменяться из одной формы в другую, но общее количество остается неизменным. Энергетические цепи обычно начинаются с некоторой формы потенциальной энергии. Если проследить множество энергетических цепочек, то можно обнаружить, что она исходит от ядерных реакций внутри Солнца, которые преобразуют энергию, хранящуюся в атомных ядрах в тепловую и лучистую.

Конструкторы обеспокоены тем, чтобы сделать приборы, которые производят максимальный коэффициент полезного действия.

Человеческий организм не очень эффективен в преобразовании энергии. Спортсмен использует до 40000 джоулей химической (пищевой) при спринте на 100 м. Только 8000 из этого преобразуется в кинетическую энергию бега. Остальное тратится как тепло!

Количество энергии, преобразуемой машиной каждую секунду, называется мощностью машины. Мощность измеряется в ваттах (1 ватт равен 1 джоулю энергии, преобразуемой в каждую секунду).

Преобразование энергии

Энергия может передаваться от одного объекта к другому. Если вы касаетесь горячего объекта, тепло передается на ваши пальцы. Передача не влечет за собой изменения в типе энергии.

Преобразования или изменения происходят вокруг нас все время. При преобразовании энергия изменяется от одного типа к другому или на несколько различных типов. Электрическая лампочка преобразует электрическую в световую и инфракрасную.

Происходит преобразование энергии:

В трансформации важно определить затраты и выход. Иногда передачи и преобразования энергии происходят один за другим. Это называется энергетической цепью.

Например, преобразование энергии в фонарике:

Уравнения преобразования энергии

Во время преобразования энергия обычно преобразуется в более чем одну форму. Слово уравнение может быть использовано, чтобы показать изменения энергии, которые происходят.

Например, преобразование энергии в тостере:

Уравнение преобразования энергии тостера:

Устройство, преобразующее энергию из одной формы в другую, называется машиной или преобразователем энергии.

Измерение энергии

Научной единицей энергии является джоуль. Это названо в честь британского ученого по имени Джеймс Джоуль. Один джоуль — это очень небольшое количество, поэтому ученые используют килоджоули (кДж).

Если поднять объект на 1 метр весом 1 кг, то объект получит 1 джоуль гравитационной энергии.

Если нагреть 1 мл воды на 1 градус С, то вода получит 4,2 джоулей тепловой энергии.

Энергия в пище

Все, что вы делаете каждый день, даже сон, требует энергии. Различные виды деятельности требуют разного количества.

Сколько энергии нужно вашему организму каждый день:

Мужчина или женщина, молодые или старые, активные или нет, люди получают ресурсы, в которых они нуждаются каждый день от еды, которую они едят. Эта пища является формой химической потенциальной энергии. Когда еда расходуется в клетках тела во время дыхания, химическая потенциальная энергия выпускается. Различные продукты выделяют разное количество ресурсов.

Ежедневные энергетические потребности женщин и мужчин в(килоджоулей)

Держать себя здоровым без избыточного веса — — — — > сбалансировать потребление с расходом

Некоторые виды пищи обеспечивают больше энергии, чем другие. Жиры дают вдвое больше, чем углеводы. В виду того что жир дает больше чем другие типы еды, можно подумать что еда всегда хороша для нас. ЭТО НЕ ТАК! Организм не может использовать так много еды одновременно. Все что необходимо он использует, а лишнее хранит как жир. Это может привести к ожирению и другим проблемам со здоровьем.

Когда вы активны, организм сжигает много энергии. Когда вы смотрите телевизор или играете на компьютере, организм сжигает гораздо меньше.

Большее количество энергии, которую наши тела получают от пищи, преобразуется в тепловую в результате дыхания. Это использовано для того чтобы держать наши тела на определенной температуре постоянно (37 градусах C). Это важно, если химические реакции, которые происходят в клетках должны работать эффективно.

Чтобы узнать, сколько энергии хранится в пище, вы можете превратить ее в тепло и измерить, что может сделать это тепло.

Альтернативные источники

Солнечная энергия поступает на Землю от Солнца в виде света. Когда большинство людей думают о свете, они думают о солнечной энергии. Но солнечная — не единственная форма, которая исходит от Солнца. Ветер также является формой, которую солнце помогает сделать. Миллионы лет назад Энергия Солнца помогала производить ископаемые виды топлива, такие как уголь, нефть и природный газ. Теперь эти ископаемые виды топлива обеспечивают работающие автомобили, отопление домов и питание компьютеров.

Большая часть энергии в мире используется в виде ископаемого топлива. Эти виды топлива, такие как уголь, нефть и природный газ, поступают от Солнца. Солнечная энергия хранится в растениях и животных, которые вымерли миллионы лет назад.

Сжигание ископаемых видов топлива является единственным способом высвобождения накопленных в них ресурсов. Проблема с ископаемыми видами топлива заключается в том, что они загрязняют окружающую среду, и они занимают очень много времени. Это невозобновляемые источники энергии. После того, как ископаемые виды топлива были использованы, они ушли навсегда.

Возобновляемые источники энергии заканчиваются. Люди во всем мире ищут альтернативные источники, которые являются экологически чистыми, безопасными и возобновляемыми. Некоторые были использованы в течение многих лет. Некоторые все еще находятся на экспериментальной стадии. Большинство из них используются для производства электрической энергии, но некоторые используются в их первоначальном виде.

Альтернативные (возобновляемые) источники энергии включают:

Солнечная

Солнечная энергия поступает от солнца в виде электромагнитных волн. Количество Земли получает в год более чем достаточно, чтобы обеспечить все мировые потребности на этот год.

Ветра

Движение воздуха (ветер) является результатом неравномерного нагрева земной поверхности солнцем. Ветряные турбины превращаются в ветер и вырабатывают электричество.

Гидроэлектрическая

Когда вода, накопленная высоко за плотиной, стекает по трубам в электростанцию, ее гравитационная потенциальная энергия преобразуется в кинетическую, которая превращает турбины, генерирующие электричество.

Биомасса

Это органический материал, который преобразуется в том числе и жидкое биотопливо. Древесина — это форма биомассы. Сжигание древесной щепы производит газ, который сжигается, чтобы высвободить ресурсы, которые могут быть использованы для обеспечения отопления или использоваться для производства электроэнергии.

Приливная

Приливы вызваны притяжением Луны. Плотина через лиман может удерживать воду, а затем использовать ее для выработки электроэнергии.

Биогаз

Волновая

Волны вызваны ветром, дующим через море. Большие поплавки которые двигают вверх и вниз с волнами теперь используются для генерации электричества.

Водород

Водород используется в топливных элементах. Его можно совместить с кислородом для того чтобы произвести электрический ток. Он горит легко выпуская большое количество тепловой энергии.

Источник