Транскрипт

1 Формы энергии и виды энергии Коган И.Ш. 1. Путаница в определениях форм и видов энергия 2. Что следует называть формами энергии и видами энергии? 3. Классификация форм и видов энергии в термодинамике 4. Краткая история появления понятий, связанных с энергией 5. Кинетическая и потенциальная энергии принадлежат каждой форме энергии 6. Сколько может быть всего видов энергии? 7. Что следует назвать формами и видами энергообмена? 8. Биологическая форма энергии и спекуляции вокруг нее 1. Путаница в определениях форм и видов энергия Понятие энергия в современной научной, учебной и справочной литературе и, особенно, в средствах массовой информации обросло большим количеством дополняющих слов, которые иногда не имеют никакого отношения к физике. Но и в самой физике в вопросе систематизации этих дополняющих слов тоже нет четкости. И прежде всего этого касается таких понятий, как формы энергии и виды энергии. В словаре Глоссарий.ру энергия это скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения материи и мерой перехода движения материи из одних форм в другие. (Здесь и далее подчеркивания в цитатах наши - И.К.). О том же говорит и БСЭ: Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает; она только может переходить из одной формы в другую. В приведенных определениях речь идет только о формах движения и о формах энергии. Но можно привести и другие примеры. В популярном метрологическом справочнике сказано так: Различным видам движения и взаимодействия материи соответствуют разные виды энергии: механическая (кинетическая и потенциальная), внутренняя, электромагнитная, ядерная и др.. Здесь речь идет уже о видах движения и видах энергии. В популярном справочнике по физике приведено такое словосочетание: различные виды (формы) энергии. Здесь формы и виды энергии приравнены друг другу. А вот в учебнике по физике энергия делится только на виды: В соответствии с различными формами движения материи рассматривают разные виды энергии - механическую, внутреннюю, электромагнитную, ядерную и др.. И далее: Механическая энергия бывает двух видов - кинетическая и потенциальная. Здесь уже виды энергии соответствуют формам движения. В статье вводятся понятия упорядоченных и неупорядоченных форм энергии, выведенные из упорядоченной работы технических устройств, предназначенной для целенаправленного преобразования одних видов энергии в другие, и неупорядоченной работы, при которой отсутствует упорядоченное движение физической системы. Приведенные сведения свидетельствуют о том, что в современной физике и в современной метрологии энергия на формы и виды не подразделяется вообще. А если подразделяется, то формы и виды энергии трактуются по-разному. Однако таким терминам, как формы энергии и виды энергии следует обязательно придать однозначность, и это сделано в работах . 2. Что следует называть формами энергии и видами энергии?

2 Словарь русского языка так толкует понятия форма и вид: Форма устройство, тип, структура, характер которой обусловлен содержанием. Вид понятие, обозначающее ряд предметов, явлений с одинаковыми признаками и входящее в более общее понятие рода. В соответствии с такой трактовкой форма является более общим, а вид менее общим понятием. Следовательно, вид должен входить в форму как ее составная часть. Применим этот вывод к понятию энергия. В БСЭ в словарной статье энергия указывается: В соответствии с различными формами движения материи рассматривают различные формы энергии. Это напрямую вытекает из закона сохранения энергии, в котором приращение энергии системы равно сумме приращений энергии во всех формах движения системы. Поэтому в соответствии с различными формами движения материи, следует рассматривать и различные формы энергии: механическую, гидравлическую, тепловую, электромагнитную, ядерную и т.д.. Для выяснения того, что следует понимать под видами энергии, приведем обобщенное уравнение состояния в виде:, (1) где dw приращение полной энергии системы; i номер элементарной формы движения; U i разность потенциалов i-ой формы движения; q i координата состояния i-ой формы движения системы; n количество элементарных форм движения в системе; k порядок производной по времени; m наивысший рассматриваемый порядок производной по времени. Уравнение (1) включает в себя в виде выражения в скобках уравнение динамики в i- ой форме движения системы в виде: a 0 q i + a 1 (dq i /dt) + a 2 (d 2 q i /dt 2) + = U i, (2) где a 0, a 1 и a 2 коэффициенты пропорциональности при производных по времени t, разность потенциалов U i рассматривается как воздействие на физическую систему, а слагаемые в левой части как противодействия системы. В современной физике рассматриваются обычно лишь три разных вида противодействий системы, что соответствует в уравнении (1) m = 2, а противодействия при m > 2 пренебрегаются. При порядке производной k = 0 речь идет о противодействии жесткости системы при ее дефлормации, при k = 1 о диссипативном противодействии среды и при k = 2 о противодействии инертности системы. Каждое из этих трех противодействий определяет одну из трех составляющих энергии i-ой формы движения: потенциальной энергии, энергии диссипации и кинетической энергии. Все слагаемые уравнения состояния (1) как раз и следует называть видами энергии. 3. Классификация форм и видов энергии в термодинамике Особую важность представляет собой решение проблемы классификации понятий, связанных с энергией, в термодинамике, поскольку там это невозможно сделать без классификации так называемых термодинамических потенциалов. Последние по своей физической природе являются разновидностями энергии, а вовсе не разновидностями потенциалов, как это следует из их названия.

3 Воспользовавшись справочником , статьей и словарными определениями, на рис. 1 представлена схема классификации понятий, связанных с энергией. При записи определяющих уравнений на этой схеме использованы стандартные обозначения. Схема на рис. 1 используется при систематизации физических понятий. Рис. 1 Классификация понятий, связанных с энергией 4. Краткая история появления понятий, связанных с энергией Появление понятий, приведенных на рис. 1, связано с введением У.Томсоном (Кельвином) в 1851 г. понятия внутренняя энергия, из которого следовало, что полная энергия системы является суммой внешней и внутренней энергии системы. Внешняя энергия состоит из кинетической и потенциальной энергий системы как целого. Внутренняя энергия это энергия системы, зависящая только от ее внутреннего состояния и не включающая в себя виды энергии системы как целого. Она включает в себя энергии всех форм движения, существующих в системе. Связи между полной

4 энергией и ее составными частями указаны на схеме сплошными линиями. Правда, в 2006 г. В.Эткин показал, что часть внешней энергии системы зависит от внутреннего состояния системы. И что деление энергии на внешнюю и внутреннюю не позволяет в полной мере отразить в терминологии качественные различия форм энергии. В 1865 г. после введения Р.Клаузиусом физической величины S под названием энтропия появились дополнительные варианты. Энергию системы стали различать по признаку работоспособности системы. В г.г. Дж.Гиббс разработал метод термодинамических потенциалов и ввел понятие энтальпии (теплосодержания) системы, равной сумме внутренней энергии системы и совершенной ею работы взаимодействия со средой. Эта сумма на схеме указана штриховыми линиями. Работоспособная часть энтальпии (энергия Гиббса) была названа свободной энтальпией. А неработоспособная часть, связанная с хаотическим движением составляющих систему частиц, была названа связанной энергией. Это так называемая обесцененная энергия системы, которую называют также энергией Гельмгольца. Эта сумма на схеме указана пунктирными линиями. В 1882 г. Г.Гельмгольц ввел деление внутренней энергии системы на свободную и связанную энергию. Свободная энергия это работоспособная часть внутренней энергии системы. Классификация Гельмгольца показана на схеме штрих-пунктирными линиями. В 1955 г. З.Рант ввел новые два новые понятия эксергию и анергию, призванных различать полную энергию системы только по признаку работоспособности. Эксергия это работоспособная (технически пригодная) часть полной энергии. Согласно БСЭ, это максимальная работа, которую может совершить система при переходе из данного состояния в равновесие с окружающей средой. Анергия это неработоспособная (технически непригодная) часть полной энергии. Это деление на схеме показано штрихпунктирными линиями с двумя точками. В 2006 г. В.Эткин указал на то, что работа совершается системой не только за счет энергии самой системы, но и окружающей среды (пополняясь в процессе теплообмена с ней) и что эксергия З.Ранта тоже зависит от параметров окружающей среды. А это делает понятие эксергии неоднозначным и неполным. В.Эткин предложил взамен термина эксергия ввести для превратимой (неравновесной) составляющей полной энергии новое понятие инергия, определив ее как способность системы к внутренним превращениям безотносительно к тому, в чем эти превращения будут выражаться в совершении полезной или диссипативной, внешней или внутренней работы. В.Эткин утверждает, что информативнее и вернее деление полной энергии системы на инергию (превратимую часть) и анергию (непревратимую часть). В 2007 г. И.Коган разделил понятия формы энергии и виды энергии и опубликовал схему, представленную на рис. 1, где каждой форме энергии соответствуют (m + 1) видов энергии, показанных на схеме в последнем ряду. 5. Кинетическая и потенциальная энергии принадлежат каждой форме энергии Совершенно неверно приписывать кинетическую и потенциальную энергию только механической форме движения, как это сделано, например, в справочнике по физике . Все виды энергии относятся к любой форме движения и к любой форме энергии. Например, имеется кинетическая электрическая энергия, и это не то же самое, что кинетическая механическая энергия.

5 Конечно, в основе любой формы энергии лежит механическое движение энергоносителей (движение электронов, ионов, молекул газа или жидкости). Но в механической форме движения подразумевается энергия движения тела в целом, а не движение энергоносителей внутри тела. Поэтому, например, кинетическая энергия движения электронов не является кинетической энергией движения тела. Точно так же потенциальная электрическая энергия это не то же самое, что потенциальная механическая энергия. Обычно вместо слов кинетическая электрическая энергия говорят просто об электрической энергии, не подразумевая слово кинетическая. Но слово электрическая определяет форму энергии, а не вид энергии. Точно так же, когда произносят два слова кинетическая энергия, то имеют обычно в виду только кинетическую механическую энергию, а слово механическая при этом опускают. В плане сказанного выше это неверно. В результате смешения понятий формы энергии и виды энергии возникают подчас неверные физические аналогии. Иногда считается, что кинетическая механическая энергия может быть аналогична потенциальной электрической энергии, но такая аналогия неверна, она не отражает физическое содержание явлений. Виды энергии могут переходить друг в друга, при этом оставаясь принадлежащими одной и той же форме энергии. При этом не исключается перенос любого вида энергии данной формы движения в любой вид энергии другой формы движения. В разных разделах физики иногда меняется математическая запись одного и того же вида энергии при переходе от одной формы энергии к другой, а иногда меняется и название. Но это лишь затрудняет понимание сути происходящего. 6. Сколько может быть всего видов энергии? Поскольку в уравнении динамики современная физика рассматривает лишь три слагаемых, то и рассматриваются только три вида энергии (потенциальная, кинетическая и диссипации). Но в уравнениях (1-2) нет запрета на существование видов энергии, определяемых порядком производной по времени k > 2. В частности, четвертый вид энергии (при k = 3) интересует исследователей процессов разгона и торможения двигателей в энергетике, на транспорте, в космонавтике, в теории удара. В работе , например, в систему физических величин включены величины, связанные с четвертым видом энергии. Специалисты по теории удара называют коэффициент a 3 из уравнения (2) резкостью. Пятый вид энергии (при k = 4) может интересовать, например, специалистов по взрывным процессам. Отметим также, что энергия диссипации связана не просто с энергетическим противодействием, а с качественным изменением энергии. К слову, применяемый иногда термин диссипативные потери энергии некорректен, ибо энергия теряться не может. Точнее было бы сказать о диссипативных потерях энергии упорядоченных форм движения. Вместо термина энергия диссипации (в переводе на русский язык энергия рассеяния) в некоторых научных работах применяют термин энергия деградации (в переводе на русский язык энергия вырождения). Но и это не точно, вырождается не энергия, а способность системы производить механическую работу. К числу противодействий системы внешнему энергетическому воздействию следует добавить возможное противодействие физического поля, связанное с перемещением системы в этом поле или с ее возможным поворотом относительно силовых линий поля. Это противодействие является удельным изменением еще одного вида энергии, называемого в физике потенциальной энергией в физическом поле или сокращенно

6 потенциальной энергией положения. Поэтому вид энергии, связанный с противодействием жесткости, следует называть потенциальной энергией деформации. Этот вид потенциальной энергии, в отличие от предыдущего, связан с внутренним силовым полем (полем упругих сил). 7. Что следует назвать формами и видами энергообмена? При переходе энергии из систему в окружающую среду или наоборот следует применять обобщающий термин энергообмен и говорить не о формах и видах энергии, а о формах и видах энергообмена, что и отражено на схеме рис. 2 . Рис. 2 Классификация форм и видов энергообмена Такие общепринятые понятия, как работа силы, теплообмен, количество электроэнергии, являются различными формами энергообмена в различных формах движения. Каждой из них соответствуют виды энергообмена внутри одной и той же формы энергообмена (изменение потенциальной и кинетической энергии, диссипативный

7 энергообмен). Причинами изменения видов энергообмена становятся различные виды противодействий системы (изменения жесткости, сопротивления, инертности). А суммарное противодействие системы, равное и противоположное по знаку энергетическому воздействию dw на систему, состоит из суммы изменений видов противодействий системы. 8. Биологическая форма энергии и спекуляции вокруг нее К формам энергии, естественно, относятся формы энергии любого вида излучения, в том числе, и так называемая биоэнергия. Ей в средствах массовой информации придают какое-то мистическое значение, хотя последнее можно отнести только к желанию неграмотных в физике журналистов придать своим статьям привлекательность и характер сенсации. Дилетанты в области естественных наук авторитетно рассуждают о хорошей и плохой энергии, о положительной и отрицательной энергии, об энергетике души и об энергетике космоса. При этом они не утруждают себя тем, чтобы точно определить, что они понимают под словами энергия и энергетика. Автор тщетно пытается найти в многочисленных публикациях на тему энергетики человека четкое определение этого понятия, пока ему это не удается. В БСЭ имеется определение биоэнергетики, но там недвусмысленно указывается на то, что все исследования в области биоэнергетики основываются на единственно научной точке зрения, согласно которой к явлениям жизни полностью применимы законы физики и химии, а к превращениям энергии в организме основные начала термодинамики. Ничего похожего в публикациях об энергетике человека не имеется. Говорить об энергии в том смысле, хорошая она или плохая, это значит присваивать энергии свойства, в природе отсутствующие. Энергия это мера движения, говорить о хорошем или плохом движении бессмысленно. Короче говоря, журналисты и разные экстрасенсы играются с термином, который им непонятен. Такое положение оказалось возможным по разным причинам. Во-первых, энергия связана с человеческой деятельностью, а в таком смысле это слово хорошо знакомо всем людям, и поэтому хорошо воспринимается в средствах массовой информации. Во-вторых, в других областях науки (не в физике) понятие энергия пытаются трактовать иначе, чем в физике. Различное понимание одного и того же термина явление не такое уж и редкое. Потому-то и следует определять тот или иной термин, прежде чем им пользоваться. В-третьих, жизнь живых существ действительно связана с энергией, особенно с энергий излучения, которое исходит от любых живых существ и в них же извне и входит. На людей влияют энергия магнитного поля Земли, Солнца и других небесных тел, энергия техногенного происхождения и т.д. Но это область биофизики, а не эзотерики. Последняя не дает определения понятию энергия, говоря вместо этого о каких-то неопределенных силах природы, карме, ауре и проч. Воздействие внешнего излучения на человека зависит не только от энергии, но и от частоты излучения. А это еще важнее, так как восприятие излучения носит, как правило, резонансный характер. Энергия воспринимаемого человеком внешнего излучения обычно настолько мала, что она чаще всего пока не фиксируется современными измерительными средствами из-за их относительного высокого порога чувствительности. Но в любом

8 случае энергия излучения остается характеристикой излучения именно в физическом смысле этого слова, а не в каком-нибудь ином. Конечно, одни излучения влияют на самочувствие человека положительно, другие отрицательно. Одно и то же излучение на разных людей может влиять по-разному. Для этого и существуют научные методы исследования, в том числе, и биоэнергетические, ничего общего с магией, колдовством и мистикой не имеющие. Никто не собирается отрицать мудрость древней восточной медицины, но ее достижениям следует давать естественно-научное объяснение, а не пользоваться словесной эквилибристикой. Литература 1. Чертов А.Г., 1990, Физические величины. М.: Высшая школа, 336 с. 2. Яворский Б.М., Детлаф А.А., 1990, Справочник по физике. 3-е изд. М.:Наука, Физматгиз, 624 с. 3. Савельев И.В., 2005, Курс общей физики (в 5 книгах). М.: АСТ: Астрель 4. Эткин В.А., 2008, Энергодинамика (синтез теорий переноса и преобразования энергии). СПб.: Наука, Коган И.Ш., 2007, Систематизация и классификация определений и дополнений к понятию энергия 6. Коган И.Ш., 1998, О возможном принципе систематизации физических величин. Законодательная и прикладная метрология, 5, с.с Эткин В.А., 2006, Энергия и анергия Pirnat P., 2005, Physical Analogies Коган И.Ш., 2009, Систематизация и классификация определений и дополнений к понятию энергия. Автоматизация и IT в энергетике, 2-3, с.с

Виды движения и формы движения в механике Коган И.Ш. СОДЕРЖАНИЕ. 1. Современная классификация видов движения и ее недостатки. 2. Уточненная классификация форм механического движения. 3. Угол поворота и

13 Работа и механическая энергия 131 Энергия как универсальная мера различных форм движения и взаимодействия 132 Работа Кинетическая энергия 133 Поле центральных сил 134 Консервативные и неконсервативные

Государственное бюджетное образовательное учреждение города Севастополя «Средняя общеобразовательная школа 52 имени Ф.Д.Безрукова» Рабочая программа по предмету «Физика» для 7 класса на 2016/2017 учебный

Глава 7 ТЕОРИЯ ПОРЯДКА И ХАОСА. ЭНТРОПИЯ И ИНФОРМАЦИЯ 7.1. План семинарского занятия 1. Обратимые и необратимые процессы для замкнутых и открытых систем. 2. Термодинамическая вероятность данного состояния.

Закон сохранения энергии Работа и кинетическая энергия Работа силы Определения Работа силы F на малом перемещении r определяется как скалярное произведение векторов силы и перемещения: A F r Расписывая

Классификации физических систем и их реальные примеры Коган И.Ш. СОДЕРЖАНИЕ 1. Понятие о дисбалансе между физической системой и окружающей средой. 2. Классификация физических систем по основным признакам.

10 ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. ЗАКОН ОМА Электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц в пространстве. В связи с этим свободные заряды принято называть также

Основные положения термодинамики (по учебнику А.В.Грачева и др. Физика: 10 класс) Термодинамической системой называют совокупность очень большого числа частиц (сравнимого с числом Авогадро N A 6 10 3 (моль)

На изучение предмета «Физика» в 7 классе отводится 70 часов в год (2 часа в неделю). В конце изучения каждой главы учащиеся выполняют контрольную работу. Всего предусмотрено 5 контрольных и 10 лабораторных

Пояснительная записка Данная рабочая программа предназначена для учащихся 8 и 9 классов общеобразовательных организаций и составлена в соответствии с требованиями: 1. Федерального компонента государственного

Пояснительная записка Рабочая программа по физике для 9 класса составлена в соответствии с правовыми и нормативными документами: Федеральный Закон «Об образовании в Российской Федерации» (от 29.2. 202

ЛЕКЦИЯ 15 Статистический характер II начала термодинамики. Теорема Нернста. Недостижимость абсолютного нуля температуры. II начало термодинамики, как физическая закономерность отличается от первого начала

Не станем прогибаться под изменчивый мир уж лучше он прогнется под нас. «Машина Времени» Изменчивость и отрицательная энтропия В настоящей работе, в свете гипотезы о дискретности природы времени предлагается

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ 1.1. Основные понятия и определения Измерительное преобразование представляет собой отражение размера одной физической величины размером другой физической

Физические поля (поля взаимодействия и поля переноса) Коган И.Ш. СОДЕРЖАНИЕ 1. Краткая история определений понятия "физическое поле". 2. Краткий анализ истории представлений о природе физического поля.

Ошибка Лоренца и Воронежской группы АНАЛИЗ. Беляев Виктор Григорьевич, гор. Фастов. [email protected] Аннотация. Применение, каких либо преобразований координат к уравнениям Максвелла с целью доказательства

Химическая термодинамика ЗАКОНОМЕРНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ 1 Основные понятия и определения Химическая термодинамика это раздел химии, изучающий взаимные превращения различных

Занятие 8. Термодинамика Вариант 4... Как изменяется внутренняя энергия идеального газа при повышении его температуры?. Увеличивается. Уменьшается. Не изменяется 4. Это не связанные величины 4... Давление

Коган И.Ш. Классификация токов (потоков зарядов) СОДЕРЖАНИЕ 1. Неопределенность определений электрического тока. 2. Электрический ток векторная величина. 3. Виды электрических токов и их наименования 4.

Планируемые результаты изучения учебного предмета Выпускник научится: знать/понимать: - смысл понятий: физическое явление, физический закон, вещество, взаимодействие, электрическое поле, магнитное поле,

ЭНЕРГИЯ И АНЕРГИЯ В.А. Эткин В.А. Обсуждаются попытки определить понятие энергии и обосновывается возможность вернуть ей близкий к изначальному смысл меры работоспособности системы ENERGY AND ANERGY V.A.

ТЕМА 16 УРАВНЕНИЯ МАКСВЕЛЛА 161 Ток смещения 162 Единая теория электрических и магнитных явлений Максвелла Система уравнений Максвелла 164 Пояснения к теории классической электродинамики 165 Скорость распространения

3.. Работа и количество тепла. 3... Работа внешних сил и работа тела. Запишем работу da, совершаемую внешней силой -F x (минус означает, что внешняя сила направлена против внутренних сил давления газа)

3 СОДЕРЖАНИЕ Введение 4 Параметры состояния тела 5. Удельный объем и плотность 5.2 Давление 5.3 Температура 6 2 Идеальный газ, уравнение состояния идеального газа 7 3 Газовые смеси 9 3. Понятие о газовой

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Программа составлена на основе Федерального компонента государственного стандарта среднего (полного) общего образования и Примерной программы по физике. Федеральный базисный учебный

I. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ПОДГОТОВКИ УЧАЩИХСЯ При обучении физики в курсе 10 класса применяются вербальные, визуальные, технические, современно-информационные средства обучения; технологии проблемного и развивающего

Тема 1. Кинематика материальной точки и твердого тела 1.1. Предмет физики. Связь физики с другими науками и техникой Слово "физика" происходит от греческого "physis" природа. Т. е. физика это наука о природе.

Преобразование энергии пара в соплах Рис. 12.1. Поток пара в сопле Уравнение энергии. Теоретическая скорость истечения пара из сопл. Уравнение энергии (одно из основных уравнений газодинамики) является

Муниципальное казённое общеобразовательное учреждение «Петровская средняя общеобразовательная школа» «Рассмотрено» Методическое объединение МКОУ «Петровская СОШ» /Рябикина Е.И./ Протокол 1 от «30» августа

АВТОНОМНАЯ НЕКОММЕРЧЕСКАЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ «ШКОЛА СОСНЫ» УТВЕРЖДАЮ Директор И.П. Гурьянкина Приказ 8 от «29» августа 2017 г. Рабочая программа по предмету «Физика» 11 класс Среднее общее

1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Рабочая программа по физике для 7 класса составлена на основе следующих нормативноправовых и инструктивно-методических документов: - Федерального закона от 29.12.2012 г. 273-ФЗ

Адаптированная рабочая программа для обучающихся с ОВЗ С ЗПР по физике 8 класс Разработчик: Петренко Т.А., учитель физики 2017 г. 1. Пояснительная записка Настоящая программа составлена на основе авторской

М. Петуховский к.т.н., лауреат Государственной премии ИЗЛУЧЕНИЕ ФОТОНОВ И СТРУКТУРА АТОМА В предлагаемой статье автор пытается в популярной форме изложить свой взгляд на процесс излучения света и переноса

«Химическая термодинамика» Лекция 4 Дисциплина «Общая неорганическая химия» для студентов очного отделения Лектор: к.т.н., Мачехина Ксения Игоревна * План лекции 1. Основные понятия. 2. Первый закон термодинамики.

ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК Причины возникновения электрического тока Заряженные объекты являются причиной не только электростатического поля, но еще и электрического тока. В этих двух явлениях, есть

I. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА по учебному предмету «Физика» для 11 класса 2016 г. II. Пояснительная записка Рабочая программа по физике для 11 класса составлена на основе «Программы для общеобразовательных учреждений.

В технике и окружающем нас мире часто приходится сталкиваться с периодическими (или почти периодическими) процессами, которые повторяются через одинаковые промежутки времени. Такие процессы называют колебательными.

Ã. À. Áîðäîâñêèé ÔÈÇÈ ÅÑÊÈÅ ÎÑÍÎÂÛ ÅÑÒÅÑÒÂÎÇÍÀÍÈß УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ АКАДЕМИЧЕСКОГО БАКАЛАВРИАТА 3-е издание, исправленное и дополненное Ðåêîìåíäîâàíî Ó åáíî-ìåòîäè åñêèì îòäåëîì âûñøåãî îáðàçîâàíèÿ â

Пояснительная записка 0 класс. Стандарт среднего общего образования по физике Изучение физики на ступени среднего общего образования направлено на достижение следующих целей: - освоение знаний о механических,

ЛЕКЦИЯ 11 ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ В КВАНТОВОЙ МЕХАНИКЕ. МОМЕНТ ИМПУЛЬСА 1. Симметрия гамильтониана и законы сохранения Гамильтониан системы определяет ее поведение и свойства и может зависеть от ряда параметров.

Аннотация к рабочей программе по физике для 7-9 классов Программа составлена в соответствии с Федеральным компонентом государственного стандарта основного общего образования по физике (приказ Минобразования

Аннотация к рабочей программе по физике 10 класс Рабочая программа по физике для 10 класса составлена на основе: - Закона РФ «Об образовании» 273 от 29.12.2012 г. - федерального компонента государственного

ФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ Крисюк Борис Эдуардович Основы химической термодинамики. Системой будем называть тело или группу тел, отделенных от окружающей среды реальной или мысленной границей. Система

Unified Fields in Disguise Теория единого поля под маской (Единые поля под маской) Известные уравнения Ньютона и Кулона представляют собой уравнения единого поля в замаскированном виде. Это было непонятно

Лекция 3. Химическое равновесие. Понятие о кинетике химических реакций. Равновесное состояние это такое состояние системы, при котором: а) еѐ интенсивные параметры не изменяются во времени (p, T, C); б)

Пояснительная записка Рабочая программа разработана на основе Федеральной примерной программы и примерной программы среднего общего образования Физика 10-11 кл. Авторы Л.Э. Генденштейн, Ю.И.Дик, Л.А.Кирик.

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный университет (ГОУ ВПО ИГУ) Физический факультет ОБЩАЯ ФИЗИКА

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа» Рабочая программа по учебному предмету «Физика» для 9 класса на 68 часов. Составлена на основе Программы основного

Лекция 3 Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов. Постоянная Больцмана. Температура и давление как статистические величины. Одной из особенностей физики является использование абстракций

Мунииипальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Райковская ередняя общеобразовательная школа имени Н.И. Носова» Рассмотрено на заседании ШІѴІО математического цикла Руков

I. Планируемые результаты освоения учебного предмета «Физика» Личностные результаты обучения: сформированность познавательных интересов на основе развития интеллектуальных и творческих способностей учащихся;

При составлении программы следующие правовые документы 10-11классы были использованы федеральный компонент государственного стандарта среднего (полного) общего образования по физике, утвержденный в 2004

Пояснительная записка. Рабочая программа составлена на основе: *федерального закона Российской федерации от 29.2 202г. 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» * федерального компонента государственного

Цель работы: ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 9 ИЗМЕРЕНИЕ МОДУЛЯ ЮНГА МЕТОДОМ СТОЯЧИХ ВОЛН В СТЕРЖНЕ 1.Изучить условия возникновения продольной стоячей волны в упругой среде..измерить скорость распространения упругих

Цель работы: познакомиться с одним из методов определения коэффициента внутреннего трения. Задача: с помощью измерительного микроскопа измерить диаметр шариков, измерить время падения их и высоту падения.

Хмельник С. И. Математическая модель песчаного вихря Аннотация Рассматривается вопрос об источнике энергии в песчаном вихре. Атмосферные явления не могут быть единственным источником энергии поскольку

6 Лекция 1 КОЛЛИГАТИВНЫЕ СВОЙСТВА РАСТВОРОВ Основные понятия: идеальный раствор; снижение давления пара растворителя над раствором р; снижение температуры кристаллизации (замерзания) t з и повышение t

ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЭДС ПРИ ДВИЖЕНИИ ПРОВОДНИКА В МАГНИТНОМ ПОЛЕ М.Г. Колонутов канд. техн. наук, доцент Контакт с автором: [email protected] http://kolonutov.mylivepage.ru Аннотация В работе отвергается привлечение

Лекция 4. Динамика материальной точки Содержание 1. Понятие о силе и ее измерении 2. Фундаментальные взаимодействия 3.Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета (ИСО) 4. Второй закон Ньютона. Масса

Московский государственный университет иммвломоносова Химический факультет Успенская ИА Конспект лекций по физической химии (для студентов биоинженерии и биоинформатики) wwwchemmsuru/teachg/useskaa/ Москва

План лекции:

1).Понятие энергии. Основные виды энергии, их характеристика.

2).Традиционная энергетика и ее характеристика.

3).Способы получения тепловой и электрической энергии.

Понятие энергии. Основные виды энергии. Энергия (греч.–действие, деятельность)–общая количественная мера различных форм движения материи.

Из данного определения вытекает:

· энергия–это нечто, что проявляется лишь при изменении состояния (положения) различных объектов окружающего нас мира;

· энергия–это нечто, способное переходить из одной формы в другую;

· энергия характеризуется способностью производить полезную для человека работу;

· энергия–это нечто, что можно объективно определить, количественно измерить.

Энергия является основой жизни на Земле. Растения поглощают солнечную энергия в процессе фотосинтеза; животные потребляют эту энергию косвенным путем, поедая растения и других животных. Человек потребляет солнечную энергию различными путями, в том числе и с пищей. Еще в глубокой древности человек научился перерабатывать энергию Солнца путем сжигания биологической материи (например, древесины или навоза). И в настоящее время миллионы людей используют эти важные источники энергии для приготовления пищи или обогрева жилища – первых жизненных потребностей человека.

Современные энергосистемы являются неотъемлемым компонентом инфраструктуры общества, в особенности промышленно развитых стран, которые расходуют примерно 4/5 энергоносителей и в которых живет лишь ¼ населения планеты. На страны третьего мира, где живет ¾ населения Земли, приходится около 1/5 мирового потребления энергии.

Учитывая, что энергия является важнейшим элементом устойчивого развития любого государства, каждое из них стремится разработать такие способы энергоснабжения, которые наилучшим образом обеспечивали бы развитие и повышение качества жизни людей, особенно в развивающихся странах, при одновременном сведении к минимуму воздействия человеческой деятельности на здоровье людей и окружающую среду.

Электроэнергетика является важнейшей отраслью экономики любой страны, поскольку ее продукция (электрическая энергия) относится к универсальному виду энергии. Ее легко можно передавать на значительные расстояния, делить на большое количество потребителей. Без электрической энергии невозможно осуществлять многие технологические процессы, как невозможно представить нашу повседневную жизнь без отопления, освещения, охлаждения, транспорта, телевизора, холодильника, стиральной машины, пылесоса, утюга, использования современных средств связи (телефон, телеграф, телефакс, ЭВМ), которые также потребляют электроэнергию.

Одной из специфических особенностей электроэнергетики является то, что ее продукция в отличие от других отраслей промышленности не может накапливаться в запас на складе для последующего потребления. В каждый момент времени ее производство должно соответствовать ее потреблению.

Энергию в зависимости от природы делят на следующие виды:

Механическая энергия–проявляется при взаимодействие, движении отдельных тел или частиц. К ней относят энергию движения или вращения тела, энергию деформации при сгибании, растяжении, закручивании, сжатии упругих тел (пружин). Эта энергия наиболее широко используется в различных машинах–транспортных и технологических.

Тепловая энергия–энергия неупорядоченного (хаотического) движения и взаимодействия молекул веществ. Тепловая энергия, получаемая чаще всего при сжигании различных видов топлива, широко применяется для отопления, проведения многочисленных технологических процессов (нагревания, плавления, сушки, выпаривания, перегонки и т.д.).

Электрическая энергия–энергия движущихся по электрической цепи электронов (электрического тока). Электрическая энергия применяется для получения механической энергии с помощью электродвигателей и осуществления механических процессов обработки материалов: дробления, измельчения, перемешивания; для проведения электрохимических реакций; получения тепловой энергии в электронагревательных устройствах и печах; для непосредственной обработки материалов (электроэррозионная обработка).

Химическая энергия–это энергия, «запасенная» в атомах веществ, которая высвобождается или поглощается при химических реакциях между веществами. Химическая энергия либо выделяется в виде тепловой при проведении экзотермических реакций (например, горения топлива), либо преобразуется в электрическую в гальванических элементах и аккумуляторах. Эти источники энергии характеризуются высоким КПД (до 98%), но низкой емкостью.

Магнитная энергия–энергия постоянных магнитов, обладающих большим запасом энергии, но «отдающих» ее весьма неохотно. Однако электрический ток создает вокруг себя протяженные, сильные магнитные поля, поэтому чаще всего говорят об электромагнитной энергии.

Электрическая и магнитная энергии тесно взаимосвязаны друг с другом, каждую из них можно рассматривать как «оборотную» сторону другой.

Электромагнитная энергия–это энергия электромагнитных волн, т.е. движущихся электрического и магнитного полей. Она включает видимый свет, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские лучи и радиоволны. Таким образом, электромагнитная энергия–это энергия излучения. Излучение переносит энергию в форме энергии электромагнитной волны. Когда излучение поглощается, его энергия преобразуется в другие формы, чаще всего в теплоту.

Ядерная энергия–энергия, локализованная в ядрах атомов так называемых радиоактивных веществ. Она высвобождается при делении тяжелых ядер (ядерная реакция) или синтезе легких ядер(термоядерная реакция).

Гравитационная энергия–энергия, обусловленная взаимодействием(тяготением) массивных тел, она особенно ощутима в космическом пространстве. В земных условиях, это, например, энергия, «запасенная» теплом, поднятым на определенную высоту над поверхностью Земли – энергия силы тяжести.

Таким образом, в зависимости от уровня проявления, можно выделить энергию макромира–гравитационную энергию взаимодействия тел–механическую, энергию молекулярных взаимодействий–тепловую; энергию атомных взаимодействий–химическую энергию излучения–электромагнитную, энергию, заключенную в ядрах атомов–ядерную.

Современная наука не исключает существование и других видов энергии, пока не зафиксированных, но не нарушающих единую естественнонаучную картину мира и понятие об энергии.

По большому счету понятие энергии, идеи о ней искусственны и созданы специально для того, чтобы быть результатом наших размышлений об окружающем мире. В отличие от материи, о которой мы можем сказать, что она существует, энергия–это плод мысли человека, его «изобретение», построенное так, чтобы была возможность описать различные изменения в окружающем мире и в то же время говорить о постоянстве, сохранении чего-то, что было названо энергией, даже если наше представление об энергии будет меняться из года в год.

Единицей измерения энергии является 1 Дж (Джоуль), для измерения механической энергии используют величину 1 кгм=9,8 Дж, электрической энергии–1 кВт/ч=3,6 МДж, при этом 1 Дж=1 Вт/С.

Необходимо отметить, что в естественнонаучной литературе тепловую, химическую и ядерную энергии иногда объединяют понятием внутренней энергии, т.е. заключенный внутри вещества.

Первичная энергия – это энергия, которая содержится в таких видах природных (источников) ресурсов, как древесина, уголь, нефть, природные газ, уран, энергия ветра, солнца, гидроэнергия, и может быть преобразована в электрическую, тепловую, механическую, химическую.

Вторичная энергия – это формы, более пригодные для эксплуатации, в которые может быть преобразована первичная энергия, такие, как электроэнергия и бензин. Вторичная энергия получается после преобразования первичной на специальных установках.

В первичной энергии нет недостатка. Солнце дарит нам свою энергию каждый день. Мы видим проявление ее в разных формах. Так, например, деревья и растения, пропуская через себя солнечные лучи, преобразуют эту энергию в растительную биомассу. Огромное количество солнечной энергии скопилось в материалах земной коры (торф, нефть, уголь).

Общие запасы первичной энергии, на которые может рассчитывать человечество, оцениваются ресурсами, которые можно разделить на две большие группы: возобновляемые и невозобновляемые.

Возобновляемая – это энергия солнца, ветра, волн, биомассы (древесины или растений), геотермальная и гидроэнергия.

Возобновляемая энергия:

· падающая на поверхность Земли солнечная энергия;

· геофизическая энергия (ветра, рек, морских приливов и отливов);

· энергия биомассы (древесина, отходы растениеводства, отходы животноводства).

Невозобновляемая энергия – это энергия, содержащаяся в органическом топливе: уголь, нефть, природный газ, которые дают на сегодня свыше 80% энергии. Плюс уран (торий и др.).

Использование запасов органического топлива может быть связано с большими затратами на разработку, транспортировку этих ресурсов, охрану труда и окружающей среды.

Традиционную энергетику главным образом разделяют на электроэнергетику и теплоэнергетику.

Наиболее удобный вид энергии–электрическая, которая может считаться основой цивилизации. Преобразование первичной энергии в электрическую производится на электростанциях: ТЭС, ГЭС, АЭС.

Характерной чертой традиционной энергетики является ее давняя и хорошая освоенность, она прошла длительную проверку в разнообразных условиях эксплуатации. Основную долю электроэнергии во всем мире получают именно на традиционных электростанциях, их единичная электрическая мощность очень часто превышает 1000 Мвт. Традиционная энергетика делится на несколько направлений:

· Тепловая энергетика;

· Гидравлическая энергетика;

· Ядерная энергетика.

Эта энергетика является традиционной, потому как для производства вторичных энергоресурсов используются такие невозобновляемые ресурсы как нефть, газ, уран. Гидроэнергетика использует энергию водного потока. Использование только традиционной энергетики ведет не только к истощению недр земли, но и к значительному ухудшению экологической ситуации на планете. Основной проблемой является высокая эмиссия углекислого газа в атмосферу, вызванная сжиганием угля, нефти и природного газа. Только на ухудшение экологии на планете влияет вырубка лесов, осушение болот и т.д.

Электроэнергетика требует и поставляет потребителям электрическую энергию. Она включает в себя электрические станции, подстанции, линии электропередач, центры потребления электрической энергии.

Теплоэнергетика производит и поставляет потребителю тепловую энергию (пар, горячая вода). В нее входят тепловые станции, тепловые сетки (трубопроводы горячей воды и пара), центры потребления тепловой энергии.

Наиболее удобный вид энергии – электрическая, которая по праву считается основой цивилизации.

Преимущества электрической энергии перед другими видами энергии, а именно:

· Электрическую энергию легко преобразовать в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую, химическую и др.), и наоборот, в электрическую энергию легко преобразуются любые другие виды энергии;

· Электрическую энергию можно передавать практически на любые расстояния. Это дает возможность строить электростанции в местах, где имеются природные энергетические ресурсы, и передавать электрическую энергию в места, где расположены источники промышленного сырья, но нет местной энергетической базы;

· Электрическую энергию удобно дробить на любые части в электрических цепях (мощность приемников электроэнергии может быть от долей ватта до тысячи киловатт);

· Процессы получения, передачи и потребления электроэнергии легко поддаются автоматизации;

· Процессы, в которых используется электрическая энергия, допускают простое управление (нажатие кнопки, выключателя и т.д.)

Особо следует отметить существенное удобство применения электрической энергии при автоматизации производственных процессов, благодаря точности и чувствительности электрических методов контроля и управления. Использование электрической энергии позволило повысить производительность труда во всех областях деятельности человека, автоматизировать почти все технологические процессы в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и в быту, а также создать комфорт в производственных и жилых помещениях. Кроме того, электрическую энергию широко используют в технологических установках для нагрева изделий, плавления металлов с помощью электрохимии, очистки материалов и газов и т.д.

В настоящее время электрическая энергия является практически единственным видом энергии для искусственного освещения. Можно сказать, что без электрической энергии невозможна нормальная жизнь современного общества.

Единственным недостатком электрической энергии является невозможность запасать ее в больших количествах и сохранять эти запасы в течение длительного времени. Запасы электрической энергии в аккумуляторах, гальванических элементах и конденсаторах достаточны лишь для работы сравнительно маломощных устройств, причем сроки ее сохранения ограничены. Поэтому электрическая энергия должна быть произведена тогда, когда ее требует потребитель, и в том количестве, в котором она ему необходима.

Потребителями энергии являются: промышленность, транспорт, сельское хозяйство, жилищно-коммунальное хозяйство, сфера сбыта и обслуживания. Если общую энергию применяемых первичных энергоресурсов принять за 100%, то полезно используемая энергия составит только 35-40%, остальная часть теряется, причем большая часть – в виде теплоты.

Люди используют различные виды энергии для всего, от собственных движений до отправки космонавтов в космос.

Существует два типа энергии:

• способность совершить (потенциальная)
• собственно работа (кинетическая)

Поставляется в различных формах:

• тепла (тепловая)
• свет (лучистая)
• движение (кинетическая)
• электрическая
• химическая
• ядерная энергия
• гравитационная

Например пища, которую человек ест содержит химическую и тело человека хранит её пока он или она израсходует как кинетическую во время работы или жизни.

Классификация видов энергии

Люди используют ресурсы разных видов: электричество в своих домах, добываемое путем сжигания угля, ядерной реакции или ГЭС на реке. Таким образом, уголь, ядерная и гидро называются источником. Когда люди заполняют топливный бак бензином источником может быть нефть или даже выращивание и переработка зерна.

Источники энергии делятся на две группы :

• Возобновляемые
• Невозобновляемые

Возобновляемые и невозобновляемые источники можно использовать в качестве первичных для получения пользы, такого как тепло или использовать для производства вторичных энергетических источников, таких, как электричество.

Когда люди используют электричество в своих домах, электроэнергия вероятно создается сжиганием угля или природного газа, ядерной реакции или ГЭС на реке, или из нескольких источников. Люди используют для топлива своих автомобилей сырую нефть (невозобновляемая), но могут и биотопливо (возобновляемая) как этанол, который производится из переработанной кукурузы

Возобновляемые

Есть пять основных возобновляемых источников энергии:

• Солнечная
• Геотермальное тепло внутри Земли
• Энергия ветра
• Биомасса из растений
• Гидроэнергетика из проточной воды

Биомасса, которая включает древесину, биотопливо и отходы биомассы, является крупнейшим источником возобновляемой энергии, на которую приходится около половины всех возобновляемых и около 5% от общего объема потребления.

Невозобновляемые

Большая часть ресурсов, потребляемых в настоящее время из невозобновляемых источников:

• Нефтепродукты
• Углеводородный сжиженный газ
• Природный газ
• Уголь
• Ядерная энергия

На невозобновляемые виды энергии приходится около 90% всех используемых ресурсов.

Изменяется ли потребление топлива с течением времени

Источники потребляемой энергии с течением времени меняются, но изменения происходят медленно. Например, уголь когда-то широко использовался в качестве топлива для отопления домов и коммерческих зданий, однако конкретное использование угля для этих целей сократилось за последние полвека.

Хотя доля возобновляемого топлива от общего потребления первичной энергии еще относительно невелика, его использование растет во всех отраслях. Кроме того, использование природного газа в электроэнергетике возросло в последние годы из-за низких цен на природный газ, в то время как использование угля в этой системе сократилось.

Слово «энергия» в переводе с греческого означает «действие». Энергичным мы называем человека, который активно двигается, производя при этом множество разнообразных действий.

Энергия в физике

И если в жизни энергию человека мы можем оценивать в основном по последствиям его деятельности, то в физике энергию можно измерять и изучать множеством различных способов. Ваш бодрый друг или сосед, скорее всего, откажется повторить тридцать-пятьдесят раз одно и то же действие, когда вдруг вам взбредет на ум исследовать феномен его энергичности.

А вот в физике вы можете повторять почти любые опыты сколь угодно много раз, производя необходимые вам исследования. Так и с изучением энергии. Ученые-исследователи изучили и обозначили множество видов энергии в физике. Это электрическая, магнитная, атомная энергия и так далее. Но сейчас мы поговорим о механической энергии. А конкретнее о кинетической и потенциальной энергии.

Кинетическая и потенциальная энергия

В механике изучают движение и взаимодействие тел друг с другом. Поэтому принято различать два вида механической энергии: энергию, обусловленную движением тел, или кинетическую энергию, и энергию, обусловленную взаимодействием тел, или потенциальную энергию.

В физике существует общее правило, связывающее энергию и работу. Чтобы найти энергию тела, надо найти работу, которая необходима для перевода тела в данное состояние из нулевого, то есть такого, при котором его энергия равна нулю.

Потенциальная энергия

В физике потенциальной энергией называют энергию, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела. То есть, если тело поднято над землей, то оно обладает возможностью падая, произвести какую-либо работу.

И возможная величина этой работы будет равна потенциальной энергии тела на высоте h. Для потенциальной энергии формула определяется по следующей схеме:

A=Fs=Fт*h=mgh, или Eп=mgh,

где Eп потенциальная энергия тела,
m масса тела,
h - высота тела над поверхностью земли,
g ускорение свободного падения.

Причем за нулевое положение тела может быть принято любое удобное нам положение в зависимости от условий проводимых опыта и измерений, не только поверхность Земли. Это может быть поверхность пола, стола и так далее.

Кинетическая энергия

В случае, когда тело движется под влиянием силы, оно уже не только может, но и совершает какую-то работу. В физике кинетической энергией называется энергия, которой обладает тело вследствие своего движения. Тело, двигаясь, расходует свою энергию и совершает работу. Для кинетической энергии формула рассчитывается следующей образом:

A = Fs = mas = m * v / t * vt / 2 = (mv^2) / 2 , или Eк= (mv^2) / 2 ,

где Eк кинетическая энергия тела,
m масса тела,
v скорость тела.

Из формулы видно, что чем больше масса и скорость тела, тем выше его кинетическая энергия.

Каждое тело обладает либо кинетической, либо потенциальной энергией, либо и той, и другой сразу, как, например, летящий самолет.

3.1 Энергия и её виды

3.2 Способы получения и преобразования энергии

3.3 Электрические и тепловые нагрузки и способы их регулирования

3.4 Прямое преобразование солнечной энергии в тепловую и электрическую

3.5 Ветроэнергетика

3.6 Гидроэнергетика

3.7 Биоэнергетика

3.8 Транспортирование тепловой и электрической энергии

3.8.1 Транспортирование тепловой энергии

3.8.2 Транспортирование электрической энергии

3.9 Энергетическое хозяйство промышленных предприятий

3.1 Энергия и её виды

Энергия (от греч. energeie - действие, деятельность) представляет собой общую количественную меру движения и взаимодействия всех видов материи. Это способность к совершению работы, а работа совершается тогда, когда на объект действует физическая сила (давление или гравитация). Работа - это энергия в действии.

Во всех механизмах при совершении работы энергия переходит из одного вида в другой. Но при этом нельзя получить энергии одного вида больше, чем другого, при любых ее превращениях, т. к. это противоречит закону сохранения энергии.

Различают следующие виды энергии: механическая; электрическая; тепловая; магнитная; атомная.

Электрическая энергия является одним из совершенных видов энергии. Её широкое использование обусловлено следующими факторами:

Получением в больших количествах вблизи месторождения ресурсов и водных источников;

Возможностью транспортировки на дальние расстояния с относительно небольшими потерями;

Способностью трансформации в другие виды энергии: механическую, химическую, тепловую, световую;

Отсутствием загрязнения окружающей среды;

Внедрением на основе электроэнергии принципиально новых прогрессивных технологических процессов с высокой степенью автоматизации.

Тепловая энергия широко используется на современных производствах и в быту в виде энергии пара, горячей воды, продуктов сгорания топлива.

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

На тепловой электрической станции (ТЭС) - тепловая;

Гидроэлектростанции (ГЭС) - механическая (энергия движения воды);

Гидроаккумулирующей станции (ГАЭС) - механическая (энергия движения предварительно наполненной в искусственном водоеме воды);

Атомной электростанции (АЭС) - атомная (энергия ядерного топлива);

Приливной электростанции (ПЭС) - приливов.

В Республике Беларусь более 95 % энергии вырабатывается на ТЭС, которые по назначению делятся на два типа:

Конденсационные тепловые электростанции (КЭС), предназначенные для выработки только электрической энергии;

Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), на которых осуществляется комбинированное производство электрической и тепловой энергии.

3.2 Способы получения и преобразования энергии

Тепловая электростанция включает комплект оборудования, в котором внутренняя химическая энергия топлива (твердого, жидкого или газообразного) превращается в тепловую энергию воды и пара, преобразующуюся в механическую энергию вращения, которая и вырабатывает электрическую энергию. Схема выработки электроэнергии на ТЭС представлена на рисунке 6.

Как видно из представленной схемы, поступающее со склада (С) в парогенератор (ПГ) топливо при сжигании выделяет тепловую энергию, которая, нагревая подведенную с водозабора (ВЗ) воду, преобразует ее в энергию водяного пара с температурой 550 °С. В турбине (Т) энергия водяного пара превращается в механическую энергию вращения, передающуюся на генератор (Г), который превращает ее в электрическую. В конденсаторе пара (К) отработанный пар с температурой 123 …125 °С отдает скрытую теплоту парообразования охлаждающей его воде и с помощью циркулярного насоса (Н) в виде конденсата вновь подается в котел-парогенератор.

Рисунок 6 - Схема работы ТЭС

Схема ТЭЦ отличается от ТЭС тем, что взамен конденсатора устанавливается теплообменник, где пар при значительном давлении нагревает воду, подаваемую в главные тепловые магистрали.

Котельная установка представляет собой комплекс устройств для получения водяного пара под давлением или горячей воды. Она состоит из котлоагрегата и вспомогательного оборудования, газо- и воздухопроводов, трубопроводов пара и воды с арматурой, тягодутьевых устройств и др.

Районные , или производственные котельные предназначены для централизованного теплоснабжения жилищно-коммунального хозяйства или самого предприятия. С вводом в действие ТЭЦ некоторые из них остались без дела и могут использоваться как резервные и пиковые, и тогда их называют резервно-пиковыми.

Газотурбинная установка - это двигатель, в лопаточном аппарате которого потенциальная энергия газа преобразуется в кинетическую энергию и затем частично превращается в механическую работу, которая преобразуется в электрическую энергию.

Рисунок 7 - Схема газотурбинной установки с подводом тепловой энергии при  = с onst

1 - воздушный компрессор; 2 - газовая турбина; 3 - электрогенератор; 4 - топливный насос; 5 - камера сгорания

В простейшей газотурбинной установке постоянного горения (рисунок 7) воздух, сжатый до некоторого давления в компрессоре 1, поступает в камеру сгорания 5, где его температура повышается за счет сжигания топлива, подающего топливным насосом 4, при постоянном давлении. Продукты сгорания под давлением и при высокой температуре подводятся к турбине 2, в которой совершается работа расширения газа. При этом давление и температура падают. Далее продукты сгорания выбрасываются в атмосферу.

Парогазовая установка - это турбинная теплосиловая установка, в тепловом цикле которой используются два рабочих тела - водяной пар и дымовые газы, поступающие из котлоагрегата.

Поступающий из атмосферы в компрессор 1 (рисунок 8) воздух сжимается с повышением температуры и подается в камеру сгорания 5, в которую при помощи топливного насоса и впрыскивается топливо. В камере сгорания 5 происходит горение топлива, а образующиеся газы поступают в газовую турбину 2, где и совершается работа.

Рисунок 8 - Схема парогазовой установки

1 - воздушный компрессор; 2 - газовая турбина; 3 - электрогенератор; 4 – топ-ливный насос; 5 - камера сгорания; 6 - подогреватель; 7 - котел; 8 - паровая турбина; 9 - конденсатор водяного пара; 10 - питательный насос

Отработанные газы с температурой 350 °С и пониженным давлением поступают в подогреватель 6, где отдают часть теплоты для подогрева питательной воды, поступающей в котел 7 и, охладившись при этом, сбрасываются в атмосферу. Питательная вода используется в котле для получения пара, который поступает в паровую турбину 8 с температурой

540 °С. В ней пар расширяется, производя техническую работу. Отработанный в турбине пар поступает в конденсатор 9, в котором конденсируется, а образовавшийся конденсат при помощи насоса 10 направляется сначала в подогреватель 6, где воспринимает тепло отработавших в газовой турбине газов, а затем - в паровой котел 7. Расходы пара и газа подбираются таким образом, чтобы вода воспринимала максимальное количество теплоты газов. Термический коэффициент полезного действия установок - свыше 60 %.

О том, насколько эффективно внедрение паротурбинных установок, показывает внедрение в Витебском производственном объединении «Витязь» двух паротурбинных установок, которые способны вырабатывать 1500 кВт электроэнергии (по 750 кВт каждая) и ежемесячно экономить до 30 тыс. долларов на покупку энергии. Срок окупаемости проекта - чуть больше года.

Гидроэлектростанция представляет собой комплекс гидротехнических сооружений и энергетического оборудования, посредством которых энергия водных потоков или расположенных на относительно более высоких уровнях водоёмов преобразуется в электрическую энергию.

Технологический процесс получения электроэнергии на ГЭС включает:

Создание разных уровней воды в верхнем и нижнем бьефах;

Превращение энергии потока воды в энергию вращения вала гидравлической турбины;

Превращение гидрогенератором энергии вращения в энергию электрического тока.

Гидроаккумулирующая электростанция представляет собой такую гидроэлектростанцию, в которой поступление воды в водоем верхнего бьефа обеспечивается искусственно, посредством насосов, работающих за счет электроэнергии из системы. Она оборудована кроме турбин насосами (помпами) или только турбинами, которые могут работать в режиме помп (обратные турбины) для подъема воды в часы малых нагрузок в энергосистеме с нижнего бьефа в водохранилище верхнего бьефа за счет подключения к энергосистеме. При больших нагрузках ГАЭС работают как обычные ГЭС.

Тепловые схемы АЭС зависят от типа реактора; вида теплоносителя; состава оборудования и могут быть одно-, двух-, и трехконтурными.

Схема выработки электроэнергии на одноконтурной АЭС представлена па рисунке 9. Пар вырабатывается непосредственно в реакторе и поступает в паровую турбину. Отработанный пар конденсируется в конденсаторе, и конденсат подается насосом в реактор. Схема проста, экономична. Однако пар (рабочее тело) на выходе из реактора становится радиоактивным, что предъявляет повышенные требования к биологической защите и затрудняет проведение контроля и ремонта оборудования.

Рисунок 9 - Тепловая схема простейшей одноконтурной атомной электростанции

1 - атомный реактор; 2 - турбина; 3 - электрогенератор; 4- конденсатор водяных паров; 5 - питательный насос

В двухконтурных схемах производства электроэнергии на АЭС имеется два самостоятельных контура (рисунок 10) - теплоносителя и рабочего тела. Общее оборудование у них - парогенератор, в котором нагретый в реакторе теплоноситель отдает свою теплоту рабочему телу и при помощи циркуляционного насоса возвращается в реактор.

Рисунок 10 - Тепловая схема простейшей двухконтурной атомной электростанции

1 - атомный реактор; 2 - теплообменник-парогенератор; 3 - главный циркуляционный насос; 4 - турбина; 5 - электрогенератор; 6 - конденсатор водяных паров; 7 - питательный насос

Давление в первом контуре (контуре теплоносителя) значительно выше, чем во втором. Полученный в теплогенераторе пар подается в турбину, совершает работу, затем конденсируется, и конденсат питательным насосом подается в парогенератор. Хотя парогенератор усложняет установку и уменьшает её экономичность, но препятствует радиоактивности во втором контуре.

В трехконтурной схеме теплоносителями первого контура служат жидкие металлы (например, натрий). Радиоактивный натрий из реактора поступает в теплообменник промежуточного контура с натрием, которому отдает теплоту и возвращается в реактор. Давление натрия во втором контуре выше, чем в первом, что исключает утечку радиоактивного натрия. В промежуточном втором контуре натрий отдает теплоту рабочему телу (воде) третьего контура. Образовавшийся пар поступает в турбину, совершает работу, конденсируется и поступает в парогенератор.

Трехконтурная схема требует больших затрат, но обеспечивает безопасную работу реактора.

Отличие ТЭС от АЭС состоит в том, что источником теплоты на ТЭС является паровой котел, в котором сжигается органическое топливо; на АЭС -ядерный реактор, теплота в котором выделяется делением ядерного топлива, обладающего высокой теплотворной способностью (в миллионы раз выше, чем органическое топливо). Один грамм урана содержит 2,6 10 ядер, при делении которых выделяется 2000 кВт ч энергии. Для получения такого же количества энергии нужно сжечь более 2000 кг угля.

Однако при эксплуатации АЭС образуется большое количество радиоактивных веществ в топливе, теплоносителе, конструкционных материалах. Поэтому АЭС является источником радиационной опасности для обслуживающего персонала и проживающего вблизи населения, что повышает требование к надежности и безопасности её эксплуатации.

Теплоэлектрацентраль (ТЭЦ) - это тепловая электростанция, выраба-тывающая не только электрическую энергию, но и тепло, отпускаемое потре-бителям в виде пара и горячей воды для коммунально-бытового потребления. При такой комбинированной выработке тепловой и электрической энергии в тепловую сеть отдается главным образом теплота отработавшего в турбинах пара (или газа), что приводит к снижению расхода топлива на 25-30 % по сравнению с раздельной выработкой энергии на КЭС или ГРЭС (государственные районные электростанции) и теплоты в районных котельных.