Здравствуйте. В этом выпуске канала TranslatorsCafe.com мы поговорим
об энергии. Мы рассмотрим единицы, в которых измеряется энергия, ее
свойства и способы получения, включая экологически чистые. Также мы
поговорим о некоторых интересных фактах, касающихся энергии.
Энергия — физическая величина, имеющая большое значение
в химии, физике, технике и биологии. Без нее жизнь на земле и движение невозможны.
В физике энергия является мерой взаимодействия материи, в результате которого выполняется
работа или происходит переход одних видов энергии в другие.
В системе СИ энергия измеряется в джоулях.
Один джоуль равен энергии, расходуемой при перемещении тела
на один метр силой в один ньютон.
Кинетическая энергия тела — это энергия движущегося тела. Оно поддерживает
кинетическую энергию до тех пор, пока не начнет изменяться его
скорость. Кинетическая энергия тела, находящегося в покое, равна нулю.
Если же тело находится в состоянии покоя, то энергия такого тела называется
потенциальной энергией. Это энергия, необходимая, чтобы поддерживать
тело в этом состоянии. Например, перед тем, как футболист ударит мяч,
этот мяч находится в покое и его кинетическая
и потенциальная энергия нулевые. Когда мяч
отскакивает и улетает, у него, наоборот, появляется кинетическая и потенциальная
энергия, причем один вид энергии непрерывно преобразуется в другой.
Если, к примеру, подбросить вверх камень, он начнет замедлять скорость во время полета. По мере этого замедления, кинетическая
энергия преобразуется в потенциальную и это преобразование происходит до тех пор, пока запас кинетической энергии не иссякнет.
В этот момент камень остановится, и потенциальная энергия достигнет максимальной величины.
После этого он начнет падать вниз с ускорением, и преобразование
энергии произойдет в обратном порядке. Кинетическая энергия
достигнет максимума при столкновении камня с поверхностью Земли.
Закон сохранения энергии гласит, что суммарная энергия в замкнутой системе
сохраняется. Энергия камня в предыдущем примере переходит из одной формы в другую,
и поэтому, несмотря на то, что количество потенциальной и кинетической энергии
меняется в течение полета и падения, общая сумма этих двух энергий остается постоянной.
Люди давно научились использовать энергию для решения
трудоемких задач с помощью техники. Потенциальная и кинетическая энергия используется
для совершения работы, например, для перемещения предметов.
Энергия течения речной воды издавна используется для получения муки на
водяных мельницах. Чем больше людей использует технику в повседневной жизни, например
автомобили и компьютеры, тем сильнее возрастает потребность в энергии.
Сегодня большая часть энергии вырабатывается из невозобновляемых источников. То есть, энергию
получают из топлива, добытого из недр Земли, и оно быстро используется, но не возобновляется
с такой же быстротой. Такое топливо — это, например уголь, нефть и уран,
который используется на атомных электростанциях. В последние годы правительства многих стран,
а также многие международные организации, например ООН, считают приоритетным изучение
возможностей получения возобновляемой энергии из неистощимых источников с помощью новых технологий.
Многие научные исследования направлены на получение таких видов энергии
с наименьшими затратами. В настоящее время для получения возобновляемой энергии
чаще всего используются солнце, ветер и волны.
Энергия для использования в быту и на производстве обычно
преобразуется в электрическую при помощи батарей и генераторов. Первые
в истории электростанции вырабатывали электроэнергию, сжигая уголь,
или используя энергию воды в реках. Позже для получения энергии научились использовать
нефть, газ, солнце и ветер. Некоторые большие предприятия содержат свои электростанции на территории
предприятия, но большая часть энергии производится не там, где ее будут использовать, а на электростанциях,
так как вырабатывать электроэнергию в каждом доме было бы нерационально. Поэтому главная
задача энергетиков — преобразовать полученную энергию в такую
форму, которая позволит легко доставить ее потребителю.
Это особенно важно, когда используются дорогие или опасные
технологии по производству энергии, требующие постоянного
наблюдения специалистами, такие как гидро- и атомная энергетика.
Именно поэтому для бытового и промышленного использования
выбрали электроэнергию, так как ее легко передавать с малыми потерями
на большие расстояния по линиям электропередач.
Электрическую энергию преобразуют из механической, тепловой и других видов энергии.
Для этого вода, пар, нагретый газ или воздух приводят в движение турбины, которые вращают генераторы,
где и происходит преобразование механической энергии в электрическую.
Пар получают, нагревая воду с помощью тепла, получаемого при ядерных реакциях или при сжигании ископаемого топлива.
Ископаемое топливо — это газ, нефть, уголь и другие горючие материалы, образованные под землей. Так как их
количество ограничено, они относятся к невозобновляемым видам топлива. Возобновляемые источники энергии —
это солнце, ветер, биомасса, энергия океана, и геотермальная энергия. В отдаленных районах, где нет линий
электропередач, или где из-за экономических или политических проблем регулярно отключают
электроэнергию, используют портативные генераторы и солнечные батареи.
Генераторы, работающие на ископаемом топливе, особенно часто используют как в быту, так
и в организациях, где совершенно необходима электроэнергия, например, в больницах. Обычно
генераторы работают на поршневых двигателях, в которых энергия топлива преобразуется в механическую.
Ископаемое топливо образуется в земной коре при высоком давлении и высокой температуре
из органических веществ, то есть остатков растений и животных. В основном, такое
топливо содержит большое количество углерода. При его сгорании выделяется энергия,
а также диоксид углерода (CO₂), один из парниковых газов. Именно ископаемое топливо —
основной источник энергии на данный момент. Однако выделяемые при его
использовании парниковые газы представляют серьезную угрозу окружающей среде
и усугубляют глобальное потепление. Человечество вскоре может
остаться без топлива, если будет
полностью зависеть только от ископаемого сырья.
Атомная энергия — один из альтернативных видов энергии. Она
выделяется во время управляемой ядерной реакции деления, во время которой ядро атома делится на более
мелкие части. Энергия, которая выделяется во время этой реакции, нагревает воду и превращает
ее в пар, который вращает турбины, которые, в свою очередь, вращают генераторы. Атомная энергетика небезопасна.
Самые известные за последние годы аварии произошли на Чернобыльской атомной
электростанции (АЭС), на АЭС Три-Майл-Айленд в США, и на АЭС Фукусима-1
в Японии. После Фукусимской трагедии многие страны начали пересматривать внутреннюю политику использования
атомной энергии, и некоторые, например Германия, решили от нее отказаться. На данный момент Германия
разрабатывает программу перехода на другие виды энергоснабжения и безопасного закрытия действующих АЭС.
Кроме аварий есть еще проблема, атомной энергетики — хранение отработавшего
ядерного топлива и радиоактивных отходов. Часть отработавшего ядерного топлива
используют в производстве оружия, в медицине, и в других отраслях промышленности.
Однако большую часть радиоактивных отходов использовать нельзя и поэтому необходимо обеспечивать их безопасное
захоронение. Каждая страна, в которой построены атомные электростанции, хранит эти отходы по-своему,
включая захоронение на дне океана или в горных структурах, а также в специальных
бассейнах и контейнерах для радиоактивных отходов.
С хранением связаны такие проблемы как высокая стоимость переработки и захоронения, возможность утечки радиоактивных элементов в окружающую среду,
нехватка мест для хранения, и возможность террористических актов на объектах захоронения радиоактивных отходов.
Другие альтернативные виды энергии — это энергия солнца, океана, и ветра. Технологии по
производству такой энергии пока не развиты в такой степени, чтобы человечество могло
отказаться от использования ископаемого топлива. Однако, благодаря государственным
субсидиям, а также тому, что они не причиняют много вреда окружающей среде, эти виды
энергии становятся все более популярными.
Эксперименты по использованию энергии солнца начались еще в XIX веке,
но эти технологии не получили широкого распространения до недавнего времени. Сейчас
солнечная энергетика быстро развивается, во многом благодаря государственным и
международным субсидиям. Первые солнечные энергоцентры появились в 80-х прошлого века.
Солнечную энергию чаще собирают и преобразуют в электроэнергию с помощью
солнечных батарей. Иногда используют тепловые машины, в которых воду нагревают
солнечным теплом. В результате образуется водяной пар, который и приводит
в движение турбогенераторы.
Человечество использовало энергию ветра на протяжении многих веков.
Впервые ветер начали использовать в мореходстве около 7000 лет назад. Ветряные мельницы используются
несколько сотен лет, а первые ветротурбины и ветрогенераторы появились в 70-х годах прошлого столетия.
Энергия приливов и отливов использовалась еще во времена Древнего Рима,
но энергию волн и морских течений люди начали использовать недавно.
В настоящее время большинство приливных и волновых
электростанций только разрабатывается и испытывается.
В основном проблемы связаны с высокой стоимостью строительства таких станций,
и недостатками сегодняшних технологий.
При сжигании биотоплива выделяется энергия, которую растения переработали из
солнечной энергии в процессе фотосинтеза. Биотопливо широко используется как в
бытовых целях, например для обогрева жилья и приготовления пищи, так и в качестве
топлива для транспорта.
Из растений и животных жиров производят разновидности биотоплива —
этиловый спирт и масла. В автотранспорте используется биодизельное топливо либо
в чистом виде, либо в смеси с другими видами дизельного топлива.
Энергия земного ядра хранится в виде тепла. Земная кора была нагрета до очень высокой температуры с момента ее
формирования и до сих пор поддерживает высокую температуру. Радиоактивный процесс распада минералов
в недрах Земли также выделяет тепло. До недавнего времени получить доступ
к этой энергии можно было только на стыках земных пластов, в местах образования
горячих источников. Совсем недавно началось бурение геотермальных скважин и в других
географических регионах, однако энергия, полученная из таких скважин, пока очень дорогая.
Гидроэнергетика — еще одна альтернатива ископаемому топливу. Гидроэнергия считается «чистой», так как
по сравнению со сжиганием ископаемого топлива, ее производство приносит меньше вреда окружающей среде.
В частности, при получении гидроэнергии выброс парниковых газов незначителен.
Гидроэнергия вырабатывается потоком воды. Человечество широко использует
этот вид энергии на протяжении многих веков благодаря ее низкой себестоимости
и доступности. Пример использования — водяная мельница. Гидроэлектростанции собирают и преобразуют кинетическую
энергию течения речной воды и потенциальную энергию воды в резервуарах с помощью плотин. Эта энергия приводит в
движение гидротурбины, которые преобразует ее в электроэнергию. Плотины устроены так, чтобы можно было использовать
разницу в высотах между резервуаром, из которого вытекает вода, и рекой, в которую перетекает вода.
Несмотря на плюсы гидроэнергетики, с ней связан ряд проблем, таких как вред,
наносимый экосфере при строительстве плотин. Такое строительство нарушает
экосистемы, и живые организмы оказываются отрезанными от жизненно важной
среды в экосистеме. Например, рыбы не могут проплыть вверх по течению на нерест
и не всегда приспосабливаются к новым условиям.
Энергию в спорте и диетологии обычно измеряют в килоджоулях или пищевых калориях.
По определению одна пищевая калория — это количество энергии, нужное, чтобы нагреть
один килограмм воды на один кельвин. Одна такая калория равна 4,2 килоджоуля, одной
килокалории, или тысяче калорий, используемых в физике. При упоминании
пищевых калорий слово «пищевая»
обычно опускают. Так, например, в одном грамме жира — 9 калорий, в грамме углеводов и белков — по 4
калории в каждом, а в алкоголе — 7 калорий на грамм. Все пищевые продукты обеспечивают организм
энергией. Эта энергия выделяется во время обмена веществ, и используется организмом
для поддержания жизнедеятельности.
Рекламодатели часто используют слово «энергия» в рекламных целях. Так, например, рекламируются
энергетические напитки, повышающие работоспособность и бодрость. В них обычно содержатся психостимуляторы,
такие как кофеин, много сахара, и иногда — витамины и экстракты лечебных трав.
Психостимуляторы используются для того, чтобы за короткий срок организм выработал максимальное количество энергии.
При этом повышается ток крови, артериальное давление, пульс, и температура. В мозг поступает больше
кислорода, и усиливаются ощущения бодрости, силы, и энергии. Энергетические напитки, несмотря на их название,
нельзя употреблять во время занятий спортом, так как они нарушают электролитический баланс в организме.
Высокое содержание психостимуляторов действительно на короткое время повышает бодрость, но вскоре после этого
происходит спад и «ломка», напоминающая период отвыкания от сахара, кофеина и алкоголя.
Многие испытывают другие побочные явления, включая тошноту, рвоту,
головные боли, высокое артериальное давление, и бессонницу.
Врачи рекомендуют полностью воздержаться от употребления энергетических напитков. Использование естественной энергии
организма и своевременный отдых намного лучше для организма, чем употребление психостимуляторов.
Спасибо за внимание!
Если вам понравилась это видео, пожалуйста, не забудьте подписаться на наш канал!
Дания
Эта страница в последний раз была отредактирована 16 октября 2022 в 19:53.