Лучистая энергия
Свет — это лучистая энергия, которая распространяется волнами.
Энергия в форме света или тепла — это лучистая энергия, более известная как излучение. Излучение — это электромагнитные волны, которым не нужны средства для перемещения подобно звуковым волнам, чтобы они могли перемещаться в космическом пространстве. Источником электромагнитных волн являются электроны, которые вибрируют, создавая электрическое поле и магнитное поле.
Различные типы лучистой энергии или излучения (потоки) упорядочены по уровням энергии в электромагнитном спектре. Они путешествуют в космосе со скоростью 300 миллионов метров в секунду, то есть со скоростью света.
Рентгеновские и гамма-лучи — это невидимые излучения с большим количеством энергии. Оба имеют важные применения в медицине. Рентген используется для диагностики переломов костей, в то время как гамма-излучение используется для диагностики неврологических заболеваний, таких как болезнь Паркинсона и Альцгеймера, или при заболеваниях сердца.
Ультрафиолетовые (УФ) лучи представляют собой тип невидимого излучения, создаваемого Солнцем и некоторых специальных ламп. Эти лучи отвечают за загар, который мы приобретаем, когда подвергаем себя воздействию солнца. Однако чрезмерное воздействие ультрафиолетовых лучей может вызвать ожоги и рак кожи. Вот почему вы должны защищать свое тело, когда вы долго на солнце, особенно кожу (чтобы защититься от рака кожи) и глаза.
Видимый свет излучения — это то, что человеческий глаз может воспринимать. Обычно мы видим белый свет, который является не более чем смесью огней разных цветов. Свет находится в энергетических пакетах, называемых фотонами, которые не имеют массу.
Инфракрасное излучение, микроволна и радиоволны менее энергичное излучение электромагнитного спектра. Радиоволны и микроволны — это волны, используемые в коммуникациях для передачи звука и изображений.
Видео:Теплопередача. Виды теплопередачи | Физика 8 класс #2 | ИнфоурокСкачать
Виды энергии
Как уже было сказано выше, виды энергии различаются по форме движения материи. Разберем из подробнее:
- Механическая
- Тепловая
- Химическая
- Электрическая
- Световая
- Ядерная
- Магнитная
Теперь поговорим поподробнее про каждую из них.
Механическая
Она же делится на кинетическую (энергию движения) и потенциальную (энергию взаимодействия). Сумма кинетической и потенциальной энергии и есть механическая.
Потенциальной является энергия, которая определяется взаимным положение взаимодействующих тел или частей одного и того же тела. К примеру, тело, поднятое относительно поверхности Земли, обладает потенциальной энергией, так как она (энергия) определяется положением тела и Земли, то есть зависит от этого (А. В. Пёрышкин, физика, 7 класс). Огромной потенциальной энергией обладает вода в реках, удерживаемая плотинами. Падая вниз, вода совершает работу, приводя в движение мощные турбины электростанции.
Вычислить такую энергию (обозначается Eп) можно, зная массу тела (m) и высоту, на которой он расположен: Eп = mgh или Eп = Fh, так как mg = F.
Определение
Кинетическая энергия — это энергия, которой тело обладает вследствие его движения. Движущаяся вода, приводя во вращение колесо водяной мельницы расходует свою кинетическую энергию и совершает работу.
Кинетической энергией обладает и движущийся воздух – ветер, заставляющий вращаться флюгеры на крышах.
На мощных ГЭС кинетическую энергию воды используют для получения электричества.
Эта величина прямо пропорциональна массе тела и его скорости. Обозначается Ек. Формула имеет вид: Ек = (mv2) / 2.
Тепловая
Тепловой является энергия движения частиц. Но такое определение не совсем точное, так как теплота – это только способ передачи энергии, как и работа. В промышленности и в повседневной жизни человека получила огромное значение: каждый день мы кипятим воду на чай или кофе, греем блюда на плите и т. д. Промышленники используют её для осуществления различных физических операций, не требующих химических превращений. К такому роду деятельности относятся: плавление, нагревание, сушка и т. д.
Вычислить её можно по многим формулам:
Формулы
\, где q — удельная теплота сгорания топлива, L — удельная теплота парообразования, c — удельная теплоёмкость, λ — удельная теплота плавления.
Химическая
Химическая энергия возникает в результате реакций между молекулами и атомами одного и того же или разных веществ. В результате реакций экзотермического характера выделяется тепло — для этого её и используют. Также химическая энергия нашла огромное применение в аккумуляторах и гальванических элементах. В данном случае она перетекает в электрическую.
Электрическая
А это, можно сказать, один из главных и основных видов энергии в использовании в повседневной жизни. Без неё наша планета обратится в хаос и мрак в прямом смысле. Ведь нет в жизни человека деятельности, где бы не применялась электрическая энергия… Это и освещение в домах, и работа компьютеров, и систем видеонаблюдения, геолокации, управления базами данных, безопасности. Ради неё работает весь энергетический комплекс. Она вырабатывается на атомных, приливных, геотермальных, солнечных и гидро-, ветро-, тепло- электростанциях.
Световая
Световой является энергия видимого излучения, переносимая потоком квантов. Её применяют в солнечных батареях для преобразования световой энергии в электрическую. Пульт управления ТВ, кондиционерами, умным домом и т. п. использует световую энергию инфракрасного излучения.
Нет времени решать самому?
Наши эксперты помогут!
Контрольная
| от 300 ₽ |
Реферат
| от 500 ₽ |
Курсовая
| от 1 000 ₽ |
Нужна помощь
Ядерная
Определение
Ядерная энергия — это энергия, которая содержится в атомных ядрах и выделяемая при радиоактивном распаде и ядерных реакциях. В основном применяется в атомном оружии, на атомных станциях.
Магнитная
Определение
Магнитная энергия — это энергия, которая содержится в магнитном поле.
Магнитное поле генерируется движением электрических токов. Её применяют при погрузке металлолома на металлургических предприятиях при помощи мощных электромагнитов. Использование магнитных сепараторов позволяет обогащать руду. Также сепараторы применяют для разделения зерна и сорняков.
Примеры превращения
Поднятая гиря над Землёй обладает каким-то потенциальным значением. Если тело отпустить, она будет уменьшаться. При этом скорость гири по мере движения вниз начнёт увеличиваться. Значит, можно утверждать, что кинетическая энергия будет возрастать. Получается, что уменьшение значения первой сопровождается приростом величины второй.
Правда, для этого должны выполняться некоторые условия. Например, эту гирю можно спустить с наклонной плоскости. В этом случае будет присутствовать трение. В результате движение может быть равномерным. Так как тело опускается, его потенциальная величина снижается, но из-за того, что нет разгона, кинетическое значение не изменяется, поэтому в этом случае энергия преобразовываться не будет.
Если тело захотеть подбросить, ему нужно сообщить Ek за счёт работы бросающего. Но в какой-то момент кинетическое значение, которым обладает тело, станет равным нулю, и оно остановится.
Таким образом, можно утверждать, что если в системе отсутствует трение, превращаться энергия из одного вида в другой будет симметрично: насколько уменьшается одна, на столько же произойдёт приращение другой. Значит, их сумма будет постоянной величиной. Называется она внутренней энергией.
Наглядно увидеть, как преобразуется энергия, можно на устройстве, которое называется нитяной маятник. Состоит они из кронштейна, на котором подвешен шар. Если тело отводить в сторону, для этого нужно прикладывать силу, то есть совершать работу. Она идёт на сообщение потенциала. В тот момент, когда шар отпускается, он под действием силы тяжести стремится опуститься.
Высота становится меньше, и потенциал уменьшается. В самой нижней точке он будет равняться нулю. Зато Ek наберёт своё максимальное значение. Но тела обладают свойством инерции, и шар начнёт снова подниматься. Сопротивление воздуха — ничтожно малая величина, поэтому тело займёт ту же самую высоту, но с противоположной стороны. Его потенциал опять вырастет, поэтому можно сказать, что какие превращения энергии бы не проходили, мерой преобразования будет работа.
В качестве яркого примера перехода можно описать работу бытового нагревателя. Электрическая энергия поступает на спираль, которая оказывает сопротивление току. В результате происходит превращение электричества в свет и тепло.
Виды энергии
Типы : | |
---|---|
Механическая | |
Электрические | |
Электромагнитный | |
Химический | |
Ядерный | |
‹ › | Тепловой |
Вакуум | |
Гипотетический: | |
Темный |
В механике проводится различие между потенциальная энергия (или, в более общем смысле, энергия взаимодействия тел или частей тел друг с другом или с внешними полями) и кинетическая энергия (энергия движения). Их сумма называется полной механической энергией.
Все типы полей обладают энергией. По этому признаку различают электромагнитную (иногда ее делят на электрическую и магнитную), гравитационную и ядерную энергию (ее также можно разделить на энергию слабого и сильного взаимодействия).
В химии такие величины, как энергия связи и энтальпия, рассматриваются как энергия относительно количества вещества. См. также химический потенциал.
Кинетический
Кинетическая энергия – это энергия механической системы, которая зависит от скорости движения ее точек. Часто проводят различие между кинетической энергией поступательного и вращательного движения. Единицей измерения СИ является джоуль. Более конкретно, кинетическая энергия – это разница между полной энергией системы и ее энергией покоя; таким образом, кинетическая энергия – это часть полной энергии, возникающая в результате движения.
Потенциал
Потенциальная энергия – это скалярная физическая величина, описывающая запас энергии некоторого тела (или материальной точки) в потенциальном силовом поле, которая идет на приобретение (изменение) кинетической энергии тела в результате работы сил поля. Другое определение: потенциальная энергия – это функция координат, которая является слагаемым в лагранжиане системы и описывает взаимодействие элементов системы.
Термин “потенциальная энергия” был введен в 19 веке шотландским инженером и физиком Уильямом Рэнкином. Единицей измерения энергии в СИ является джоуль. Потенциальная энергия принимается равной нулю для некоторой конфигурации тел в пространстве, выбор которой диктуется удобством дальнейших расчетов. Процесс выбора этой конфигурации называется нормализация потенциальной энергии.
Гравитационный
Гравитационная энергия – это потенциальная энергия системы тел (частиц), обусловленная их взаимным тяготением. Гравитационно связанная система – Система, в которой гравитационная энергия больше суммы всех других энергий (кроме энергии покоя). Принято считать, что для любой системы тел, находящихся на конечном расстоянии, гравитационная энергия отрицательна, а для бесконечно удаленных, т.е. не гравитационно взаимодействующих тел, гравитационная энергия равна нулю. Полная энергия системы, равная сумме гравитационной и кинетической энергий, является постоянной, для изолированной системы гравитационная энергия является энергией связи. Системы с положительной полной энергией не могут быть стационарными.
Ядерный
Ядерная энергия (атомная энергия) – это энергия, содержащаяся в атомных ядрах и высвобождающаяся при ядерных реакциях.
Энергия связи – энергия, которая необходима для разделения ядра на отдельные нуклоны, называется энергией связи. Энергия связи на нуклон не одинакова для различных химических элементов или даже изотопов одного и того же элемента.
Внутренний
Внутренняя энергия тела (обозначается как E или U) представляет собой сумму энергии молекулярных взаимодействий и тепловых движений молекулы. Внутренняя энергия тела не может быть измерена напрямую. Внутренняя энергия является явной функцией состояния системы. Это означает, что всякий раз, когда система находится в определенном состоянии, ее внутренняя энергия принимает внутреннее значение этого состояния, независимо от предыстории системы. Поэтому изменение внутренней энергии при переходе из одного состояния в другое всегда будет равно разности между ее значениями в конечном и начальном состояниях, независимо от пути, пройденного при переходе.
Химический потенциал
Химический потенциал – это один из термодинамических параметров системы, то есть энергия добавления одной частицы в систему без совершения работы.
Взрывная энергия
Взрыв – это физический и/или химический процесс, связанный с выделением большого количества энергии в небольшом объеме за короткий промежуток времени, вызывающий удар, вибрацию и тепло в окружающей среде, а также бурное расширение газов.
При химическом взрыве, помимо газов, могут образовываться высокодисперсные частицы, взвесь которых называется продуктом взрыва. Энергия взрыва иногда измеряется в тротиловый эквивалент – Мера энергии, высвобождаемой при высокоэнергетических событиях, выраженная в количестве тринитротолуола (ТНТ), образующегося при взрыве.
В древнегреческом языке ἐνέργεια (энергия) означает действие, силу, мощь.
Основные виды производственной энергии
В физике существуют различные виды энергии, которые используются в производственной деятельности для выполнения работы и обеспечения функционирования различных служб. Одним из ключевых понятий в физике является “энергия”. Но что это такое и какие виды энергии существуют?
Одна из основных единиц измерения энергии в физике – это джоуль (Дж). Эта единица измерения позволяет определить количество энергии, которое может быть превращено в работу. Джоуль вводится в связи с основным вибрационным движением молекул воды и других веществ.
В производственной деятельности наиболее широко используется механическая энергия, связанная с передвижением и превращением различных объектов. Например, для работы транспортных средств, механизмов и машин, требуется механическая энергия.
Однако, помимо механической энергии, существуют и другие виды энергии:
- Тепловая энергия — это энергия, связанная с движением молекул вещества. Она широко применяется в промышленности для обогрева и охлаждения объектов.
- Электрическая энергия — это энергия, создаваемая электрическими силами и используемая для работы электрических приборов.
- Солнечная энергия — это энергия, получаемая от Солнца и применяемая для получения электроэнергии через использование солнечных батарей.
- Ветровая энергия — это энергия, получаемая от движения воздушных масс и используемая для работы ветрогенераторов.
- Гидроэнергия — это энергия, получаемая из движения воды в реках или море и применяемая для работы гидроэлектростанций.
- Ядерная энергия — это энергия, получаемая при делении атомного ядра и используемая в ядерных реакторах для производства электроэнергии.
Существуют также возобновляемые и невозобновляемые источники энергии. Возобновляемые источники энергии являются более экологичными и устойчивыми в долгосрочной перспективе. Они включают солнечную энергию, водную энергию и ветровую энергию. В свою очередь, невозобновляемые источники энергии, такие как нефть, газ и уголь, ограничены в количестве и имеют негативный экологический эффект.
Производственная энергия играет важную роль в службе человека. Благодаря ей возможно производить необходимые работы, обеспечивать жизненно важные функции и развивать промышленность
Поэтому важно развивать использование возобновляемых источников энергии, чтобы уменьшить зависимость от невозобновляемых источников и снизить негативное воздействие на окружающую среду
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.
- Согласно Закону сохранения: вход = выходу
- Это уравнение может быть изменено на: потребление = полезное + отходы
Конструкторы обеспокоены тем, чтобы сделать приборы, которые производят максимальный коэффициент полезного действия.
Это измеряется энергоэффективностью: энергоэффективность % = полезная энергия x 100/потребляемая
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).
Формулировка закона сохранения энергии
Первый закон термодинамики является повторением этого закона сохранения энергии в терминах тепловой энергии: внутренняя энергия системы должна равняться сумме всей работы, проделанной в системе, плюс или минус тепло, поступающее в систему или из нее.
Другим хорошо известным принципом сохранения в физике является закон сохранения массы.
Законы движения Ньютона
Любое изучение универсальных физических принципов должно подкрепляться обзором трех основных законов движения, сформулированных Исааком Ньютоном сотни лет назад. Это:
- Первый закон движения (закон инерции): Объект с постоянной скоростью (или в состоянии покоя, где v=0) остается в этом состоянии, если только несбалансированная внешняя сила не действует, чтобы нарушить его.
- Второй закон движения: Суммарная сила (Fnet) действует для ускорения объектов с массой (m). Ускорение (a) — это скорость изменения скорости (v).
- Третий закон движения: Для каждой силы в природе существует сила, равная по величине и противоположная по направлению.
Сохраняемые величины в физике
Законы сохранения в физике применимы к математическому совершенству только в действительно изолированных системах. В повседневной жизни такие сценарии встречаются редко. Четыре сохраняемые величины: это масса, энергия, импульс и угловой момент. Последние три из них относятся к области механики.
- Масса — это просто количество вещества чего-либо. При умножении массы на локальное ускорение, вызванное гравитацией, в результате получается вес. Масса не может быть уничтожена или создана с нуля в большей степени, чем энергия.
- Импульс — это произведение массы объекта на его скорость (m·v). В системе из двух или более сталкивающихся частиц общий импульс системы (сумма отдельных импульсов объектов) никогда не изменяется до тех пор, пока нет потерь на трение или взаимодействий с внешними телами.
- Угловой момент (L) — это просто импульс вокруг оси вращающегося объекта и равен m · v · r, где r — расстояние от объекта до оси вращения.
- Энергия проявляется во многих формах, некоторые из них более полезны, чем другие. Тепло, форма, в которой в конечном счете суждено существовать всей энергии, является наименее полезной с точки зрения ее использования для полезной работы и обычно является продуктом.
Закон сохранения энергии может быть записан:
где KE — кинетическая энергия = mv2/2, PE — потенциальная энергия (PE = mgh, когда гравитация является единственной действующей силой, но проявляется в других формах), IE — внутренняя энергия и E — общая энергия (константа).
Изолированные системы могут преобразовывать механическую энергию в тепловую энергию в пределах своих границ.
Энергетические преобразования и формы энергии
Вся энергия во Вселенной возникла в результате Большого взрыва, и это общее количество энергии не может измениться. Вместо этого мы наблюдаем, как энергия постоянно меняет формы: от кинетической энергии (энергии движения) до тепловой энергии, от химической энергии до электрической энергии, от гравитационной потенциальной энергии до механической энергии и т. д.
Примеры передачи энергии
Тепло — это особый вид энергии (тепловая энергия), поскольку, как уже отмечалось, оно менее полезно для человека, чем другие формы.
Это означает, что как только часть энергии системы преобразуется в тепло, ее нельзя так же легко вернуть в более полезную форму без дополнительной работы, которая требует дополнительных затрат энергии.
Примером является огромное количество лучистой энергии, которую солнце выделяет каждую секунду и никогда не сможет каким-либо образом восстановить или использовать повторно.
Часть этой энергии «улавливается» в биологических процессах на Земле, включая фотосинтез в растениях, которые сами производят пищу, а также обеспечивают пищей (энергией) животных и бактерий и т. д.
Она также может быть захвачена продуктами человеческой инженерии, такими как солнечные батареи.
Вечный двигатель (например, маятник, который качается с одинаковым временем и размахом, никогда не замедляясь) на Земле невозможен из-за сопротивления воздуха и связанных с этим потерь энергии. Для поддержания работы этого устройства в какой-то момент потребуется внешняя работа, что приведет к поражению цели.
3 примера воздействия на окружающую среду, вызванного производством энергии
После промышленной революции спрос на энергию рос очень высокими темпами. Энергия необходима для работы промышленности, транспорта, производства электроэнергии в домах, для сельского хозяйства и т. Д.
Эта высокая потребность в производстве энергии вызывает серьезные экологические последствия, такие как загрязнение воздуха и океана и дисбаланс экосистем. Ознакомьтесь с некоторыми из основных воздействий производства энергии на окружающую среду:
1. Ископаемые виды топлива являются наиболее ответственными за глобальное потепление
В настоящее время наиболее используемыми источниками энергии в мире являются ископаемые виды топлива. Вместе нефть, природный газ и уголь составляют 81% всего производства и потребления энергии в мире.
Ископаемое топливо образовано всем живым веществом (растениями и животными), которое разлагалось на протяжении миллионов лет. Это означает, что ваше производство происходит очень медленно.
Эти виды топлива содержат большое количество углерода в своем составе, и химическая реакция, которая происходит во время их сгорания, высвобождает энергию и газы, такие как диоксид углерода.
Какая связь между ископаемым топливом и глобальным потеплением?
При сжигании ископаемого топлива выделяются парниковые газы, такие как углекислый газ (CO2), водяной пар (H2O), метан (CH4) и закись азота (N2О).
Эти газы накапливаются в атмосфере и препятствуют отражению солнечных лучей обратно в атмосферу. Часть тепла, которое должно быть отражено, задерживается на поверхности Земли, повышая ее температуру.
Глобальное потепление приводит к таянию полярных ледников и повышению уровня моря, исчезновению видов и нарушению баланса экосистем.
Глобальное потепление вызывает таяние ледников.
2. Ядерное топливо радиоактивно и опасно для жизни
Производство ядерной энергии является объектом большой критики из-за рисков, связанных с использованием радиоактивных материалов. Наибольшее влияние этот вид энергии оказывает:
Риск загрязнения хвостами
Элементы, используемые при производстве ядерной энергии, такие как уран и плутоний, представляют большую опасность для жизни, поскольку они очень радиоактивны.
Для производства ядерной энергии используются таблетки диоксида урана, которые остаются токсичными в течение тысяч лет и должны храниться в свинцовых резервуарах.
Если эти остатки хранятся неправильно, они могут загрязнять почвы и воды, вызывая дисбаланс в экосистемах и создавая риски для всех форм жизни.
Риск заражения при несчастных случаях
Атомные электростанции соблюдают строгие протоколы безопасности, но создают риск утечки и аварий, таких как те, что произошли в Чернобыле (1986) и Фукусиме (2011).
Радиация, испускаемая в этих авариях, может вызвать смерть, такие заболевания, как рак, пороки развития плода, генетические мутации у насекомых, растений и животных, а также ожоги.
Подогрев морской воды
На предприятиях по производству атомной энергии морская вода используется для охлаждения реакторов, которые приводят в движение турбины и достигают очень высоких температур.
В этом процессе морская вода, используемая для охлаждения, нагревается и возвращается в море на 60 ° C выше температуры окружающей среды, что может повлиять на морскую экосистему.
Строительство разрушено после аварии в Чернобыле, Украина.
Гидроэлектростанции используют механическую энергию силы воды для движения турбин, но для того, чтобы вода достигла необходимой прочности, строятся плотины, которые перекрывают воду.
Когда плотина наполняется, плотины открываются, и вода падает с большим давлением, приводя в движение турбины для выработки электроэнергии.
Несмотря на то, что она является возобновляемой, для строительства плотины необходимо затопить очень большую территорию, что приведет к серьезным экологическим последствиям, таким как исчезновение видов и изменение экосистем.
Кроме того, поскольку они занимают очень большие площади, строительство гидроэлектростанций обычно удалить прибрежные общины, которые вынуждены покинуть свои дома и начать заново в других локации.
Плотина электростанции Итайпу.
Узнайте больше о: ископаемое топливо а также глобальное потепление и парниковый эффект.
Испытания
В декабре 1982 года в монтажно-испытательном корпусе была проведена первая сборка «пакета» РН — экспериментальной технологической ракеты, на которой были проведены динамические испытания и примерочные работы с системами наземного оборудования УКСС.
С марта по октябрь 1985 года на УКСС были проведены «холодные» стендовые испытания центрального блока, при которых была отработана технология заправки компонентами топлива, включая заправку переохлажденным жидким водородом. Затем были проведены два огневых испытания блока.
При первом огневом испытании (по программе 20 секунд) через 2,58 секунды после начала запуска ДУ прошла команда «Автоматическое прекращение подготовки» из-за медленного набора оборотов турбонасосным агрегатом одного из двигателей, одновременно было зафиксировано падение управляющего давления гелия в нескольких магистралях пневматической сети. При последующем осмотре ракеты было выявлено разрушение одной пневмомагистрали (трубки диаметром 20 мм), что потребовало проведения ряда мероприятий по повышению надежности.
Второй огневой запуск ракеты длительностью 390 с прошел без замечаний.
Залогом успеха создания РН «Энергия» стал большой объем наземной экспериментальной отработки конструкции, проверка функционирования всех ее систем и агрегатов. Летными испытаниями только подтверждались заданные характеристики. Всего по РН «Энергия» были проведены испытания на 232 экспериментальных установках и 30 прочностных сборках, что соответствовало изготовлению четырех полных комплектов штатной РН.