Занятие №10. Тема: Энергия, ее виды, способы преобразования, транспортировки



Скачать 97.45 Kb.
Дата14.09.2017
Размер97.45 Kb.
ТипЗанятие

ЗАНЯТИЕ № 10.
Тема: Энергия, ее виды, способы преобразования, транспортировки.

Цели: 1. Сформировать знания об энергии, ее видах, способах преобразования и транспортировки..

2. Развивать память, умение логически мыслить, находить причинно-следственные связи в природных явлениях, целесообразности их использования.

3. Воспитывать трудолюбие, стремление к самопознанию, экологическую культуру, осознание важности сохранения природной среды для потомков.

Тип занятия: комбинированное занятие.

Пособия: материалы лекции, учебник «Охрана окружающей среды и энергосбережение» А.А. Челноков и Л.Ф. Ющенко, контрольные вопросы.

Ход занятия.


  1. Организационный момент: отметка отсутствующих, сообщение темы, мотивация, создание позитивного настроения.

  2. Актуализация знаний: творческая работа «Ваше восприятие чернобыльской катастрофы сегодня».

  3. Изложение нового материала.

    1. Определение, общие сведения, виды энергии.

Энергия, от греческого слова energeia – деятельность или действие, - общая количественная мера движения и взаимодействия различных форм материи.

В природе существует около 20 научно обоснованных видов энергии Различают следующие виды энергии: механическую, тепловую, электрическую, химическую, магнитную, электромагнитную, ядерную, гравитационную и др. на практике непосредственно применяются всего четыре вида: тепловая (70-75%), механическая (около 22%), электрическая (3-5%), электромагнитная – световая (менее 15 %).

Современная наука не исключает существование и других видов энергии.



Энергия – плод мысли человека, созданный для описания различных явлений природы.

Энергия измеряется в Джоулях (Дж). Для измерения тепловой энергии используют калории, 1 кал=4.18 Дж, электрическую энергию измеряют в кВт/час=3.6*106Дж=3.6 МДж, механическая энергия измеряется в кг/м, 1кг/м=9.8 Дж.



Различают энергию макромира, микромира и внутреннюю энергию.

Кинетическая энергия – результат изменения состояния движения материальных тел.

Потенциальная энергия – результат изменения положения частей данной системы.

Более двух третей всей потребляемой энергии используется в виде теплоты для технических нужд, отопления, приготовления пищи, оставшаяся часть - в виде механической, прежде всего в транспортных установках, и электрической энергии. Причем доля использования последней с каждым годом все более возрастает.



    1. Краткая характеристика отдельных видов энергии.

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

Тепловая энергия представляет собой энергию неупорядоченного (хаотического) движения и взаимодействия молекул веществ. Она широко используется в виде энергии пара, горячей воды, продуктов сжигания топлива.)

Электрическая энергия - энергия движущихся по электрической цепи электронов (электрического тока). Она является одним из наиболее совершенных видов благодаря следующим факторам:

  • возможности получения ее в больших количествах вблизи месторождений горючих ископаемых или водных источников;

  • удобству транспортировки ее на дальние расстояния с относительно небольшими потерями;

  • способности трансформации в другие виды энергии - механическую, тепловую, химическую, световую и др.;

  • отсутствию химического загрязнения окружающей среды;

• возможности создания принципиально новых технологических процессов с высокой степенью автоматизации и роботизации производства.

Химическая энергия - это энергия атомов веществ, которая высвобождается или поглощается при химических реакциях между ними. Химическая энергия может) выделяться в виде теплоты при проведении экзотермических реакций (горение топлива) либо преобразовываться в электрическую в гальванических элементах и аккумуляторах.

Магнитная энергия - это энергия постоянных магнитов, обладающих большим потенциалом, но отдающим ее очень сложно.

При прохождении электрического тока по цепи вокруг проводника создаются магнитные поля. Поэтому электрическая и магнитная энергии тесно взаимосвязаны между собой и чаще на практике используется понятие электромагнитной энергии.



Электромагнитная энергия - это энергия электромагнитных волн, т. е. движущихся электрического и магнитных полей. В зависимости от длины волны (λ) она включает радиоволны с λ >

10 -2 см; световые волны (инфракрасные с λ ~ 2 • 10-1-7,4 • 10-5 см, видимый свет с λ ~ 7,4 • 10-5-4 • 10-5 см, ультрафиолетовые с λ ~ 4 • 10-5-10-6 см); рентгеновское излучение с λ ~ 10-5-10-12 см; гамма-излучение с λ < 10-8 см.



Ядерная энергия представляет собой энергию, сконцентрированную в ядрах атомов радиоактивных веществ.

Гравитационная энергия - это энергия, обусловленная взаимодействием (тяготением) массивных тел. Эта энергия наиболее ощутима в космосе, в земных условиях она является силой тяжести тела, поднятого на определенную высоту.

  • Часто в особые виды энергии выделяют биологическую и психическую. Биологические процессы - это особая группа физико-химических процессов, в которых участвуют все те же виды энергии, что и в других.




    1. Способы преобразования энергии:

Исходя из закона сохранения энергииэнергия не создается и не уничтожается, она переходит из одного вида в другой. Различают энергию упорядоченного движения (свободнуюмеханическую, химическую, электрическую, электромагнитную, ядерную) и энергию хаотического движения теплоту.

Более 20 млрд. лет назад образовалась Вселенная, энергия «большого взрыва» - «родила» энергию, которая составляет основу нашей жизни, она «родила» Солнце и Землю. Энергия Солнца привела к образованию на Земле запасов топливных ресурсов, заставляет постоянно перемещаться водяные и воздушные массы на Земле. Тепловая энергия горячего ядра Земли также участвует в круговороте веществ и превращении энергии.

Человечество стремилось с начала своей истории овладеть энергией в своих интересах. Этапы «овладения» энергией:


  1. огонь,

  2. мускульная сила животных,

  3. сила ветра, воды,

  4. энергия пара

  5. электроэнергия

  6. ядерная энергия.

В настоящее время нет способов непосредственного превращения ядерной энергии в электрическую и механическую, нужно вначале пройти стадию превращения энергии в тепловую, а затем в механическую и электрическую.

Энергия всех видов после выполнения полезной работы превращается в теплоту с более низкой температурой, которая практически непригодна для дальнейшего использования.

Энергия, содержащаяся в природных источниках (энергоресурсах), называется первичной или энергетическим топливом.

Классификация первичной энергии
К традиционным видам первичной энергии или энергоресурсам относятся органическое топливо (уголь, нефть газ, торф, сланцы, дрова и пр.), гидроэнергия рек и ядерное топливо (уран, торий и др.). Органическое топливо по агрегатному составу подразделяют на газообразное, жидкое и твердое (кусковое или пылевидное). Топливо обычно включает углерод, водород, кислород, азот, серу, золу и влагу.

В балансе первичной энергии Земли выделяют потоки солнечной радиации на поверхность планеты, а также коротковолнового и длинноволнового (теплового) излучений в окружающую среду.




Рис. Круговорот первичной энергии на земном шаре
Коротковолновое излучение связано с прямым отражением

солнечной радиации, а длинноволновое является результатом природных процессов и антропогенной деятельности.

К природным процессам преобразования энергии относят:

  • прямое преобразование солнечного излучения в теплоту;

  • испарение осадков и, как следствие, преобразование его в энергию движения гидросферы (рек, морских волн и т. п.);

  • переход первичной энергии в атмосферные течения (ветровая энергия);

  • накопление биомассы с последующим ее разделением на тепловую и потенциальную химическую энергию ископаемого топлива;

  • выделение тепловой энергии из Земли (тепловое излучение и выброс разогретых сред из вулканов, геотермальных вод и пр.).


Определение качества и оценка практической пригодности энергии

Качество различных видов энергии оценивается эксергией - величиной, определяющей максимальную способность материи (вещества) к совершению работы в таком процессе, конечное состояние которого определяется условиями термодинамического равновесия с окружающей средой. Например, для получения 1 кДж теплоты достаточно иметь 1 кДж механической или электрической энергии, но для получения этого же количества механической или электрической энергии потребуется более 1 кДж теплоты. Это связано с тем, что тепловая энергия является суммой энергий электронов, атомов, молекул, находящихся в состоянии неупорядоченного движения. Упорядочить хаос гораздо сложнее, на это нужно затратить энергию. Вот почему тепловая энергия не полностью превращается в другие виды энергии.

Для оценки практической пригодности энергии, содержащейся в материи, важно знать не только количество эксергии, но и ее концентрацию, т. е. отношение эксергии к объему термодинамического агента (энергоносителя).

Чем выше концентрация эксергии, т. е. плотность энергетического потока, тем лучше показатели устройства и эксплуатации энергетических установок.. Например, 1 Дж электрической энергии имеет большую ценность для потребителя, чем такое же количество энергии в виде низкотемпературного источника - теплой воды.

Во Вселенной происходят процессы преобразования энергии из одного вида в другой в огромных масштабах. Человечество находится в самом начале пути понимания этих процессов.

Механическая энергия преобразуется в тепловую – трением, в химическую – путем разрушения структуры вещества, сжатия, в электрическую – путем изменения электромагнитного поля генератора.

Тепловая энергия преобразуется в химическую, в кинетическую энергию движения, а эта – в механическую (турбина), в электрическую.

Химическая энергия может быть преобразована в механическую (взрыв), в тепловую (тепло реакции), в электрическую (батарейки).

Электрическая энергия может быть преобразована в механическую (электромотор), в химическую (электролиз), в электромагнитную (электромагнит).

Электромагнитная энергия – энергия Солнцав тепловую (нагрев воды), в электрическую (фотоэффект → гелиоэнергетика), в механическую (звонок телефона).

Ядерная энергия → в химическую, тепловую, механическую (взрыв), регулируемое деление (реактор) → химическая + тепловая.

    1. Получение и транспортировка энергии.

Получение и превращение энергии производится на специальных станциях. Название станции, как правило, соответствует видам первичной энергии, превращающейся в другие вторичные виды энергии, чаще всего в электрическую. Например, тепловая электрическая станция (ТЭС) преобразует тепловую энергию в электрическую. В этот же вид энергии на гидроэлектростанции (ГЭС) или гидроаккумулирующей электростанции (ГАЭС) превращается механическая энергия (кинетическая энергия движения воды); на атомной электростанции (АЭС) - атомная (энергия ядерного топлива); на приливной электростанции (ПЭС) - энергия приливов.

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

- конденсационные тепловые электростанции (КЭС), предназначенные только для выработки электроэнергии;

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



Коэффициент полезного действия (КПД) КЭС составляет 36-39 %. Для ТЭЦ КПД в 1,5-1,7 раза выше и достигает 65 % за счет того, что на этой станции производится комплексная выработка электроэнергии и теплоты горячей воды или водяного пара за счет использования теплоты отработавшего в турбинах пара или газа.

Для производства водяного пара или горячей воды используют котельные установки. В зависимости от производительности они могут быть районными производственными котельными, служащими для централизованного теплоснабжения жилищно-коммунального хозяйства, или локальными, которые обеспечивают тепловой энергией одно или несколько зданий. счет того, что на этой станции производится комплексная выработка электроэнергии и теплоты горячей воды или водяного пара за счет использования теплоты отработавшего в турбинах пара или газа.

Энергоресурсы неравномерно распределены на территории планеты. Места их наибольшего сосредоточения обычно не совпадают с местами потребления, что и предопределяет необходимость в транспортировке энергии.



Транспортировка энергии включает в себя перевозку (перекачку) первичных энергоресурсов, передачу теплоты и электроэнергии. Примерно 30-40 % от массы добытых первичных энергоресурсов теряется при добыче, транспортировке и хранении.

Целесообразность передачи на расстояние тех или иных носителей энергии в основном определяется их энергоемкостью - чем выше значение теплоты сгорания топлива, тем выгоднее его перевозить на большие расстояния

Транспортировка топливно-энергетических ресурсов осуществляется железнодорожным, воздушным, автомобильным, водным транспортом по трубопроводам, по проводам, электромагнитным излучением.



Транспортировка по трубопроводам.

Трубы магистральных трубопроводов имеют диаметр до 1.2

м. и длину – до нескольких тысяч километров. Давление внутри труб достигает 50 атм. и поддерживается компрес-сорами, установленными по трассе трубопровода.

Транспортировка тепловой энергии от источника до потреби-телей, осуществляется тепловыми сетями, суммарная протяжен-ность которых в однотрубном исчислении в республике составляет более 10 тыс. км.



Снижение потерь тепла в трубопроводах.

Рекомендации:



  1. применять теплоизолированные трубы.

  2. по возможности, снижать температуру теплоносителя – воды, пара.

  3. удалять конденсат из паропровода.

  4. вовремя ликвидировать утечки теплоносителя.

  5. применять автоматизированные системы регулирования подачи теплоносителя.


Транспортировка электроэнергии по проводам.

Транспортировка электрической энергии от электростанций потребителям осуществляется с помощью электрических сетей, представляющих собой совокупность трансформаторных и преобразовательных подстанций, распределительных устройств и соединяющих их электрических линий (воздушных и кабельных), размещенных на территории потребителя. Линии электропередачи (ЛЭП) осуществляют связи между электростанциями и энергетическими системами для их параллельной работы. Такие межсистемные связи позволяют повысить надежность режимов работы энергосистем, сократить необходимый резерв мощности, облегчить функционирование энергосистемы в периоды максимальной и минимальной нагрузок.



Передача электроэнергии по проводам на большие расстояния осуществляется при очень высоком напряжении.


  1. Воздействие различных источников энергии на окружающую среду.

  1. Электромагнитные (ЭМ) поля токов промышленной частоты, наиболее опасные места – у трансформаторных подстанций, под линиями электропередач высокого напряжения. Интенсивность излучения пропорциональна четвертой степени частоты колебаний электромагнитного поля. Действие ЭМ поля вызывает нарушение функций нервной и сердечно-сосудистой систем, изменяет кровяное давление.

  2. Тепловые источники.

Любое нагретое тело излучает инфракрасное излучение в окружающую среду. Чем выше температура нагрева, тем выше энергия инфракрасного излучения. Опасность оценивается по плотности потока энергии (ПДУ = 500 Вт/м2). При действии ИК-излучения может повышаться температура тела, кровяное давление, развиваться болезни глаз.

  1. Электромагнитные поля радиочастот. Наиболее неблагоприятное воздействие оказывает сверхвысокочастотное излучение (длина волн от 1 мм до 1 м.). Радиоволны действуют на нервную и сердечно-сосудистую системы живых организмов, вызывает чувство тревоги, снижение памяти у человека.

  1. Закрепление. Контрольные вопросы:

  1. Дайте определение «энергия».

  2. Сколько видов энергии существует в природе? Назовите те из них, которые наиболее часто применяются.

  3. В чем измеряют различные виды энергии?

  4. Дайте определение кинетической и потенциальной энергий.

  5. Что понимают под механической энергией?

  6. Дайте определение тепловой энергии.

  7. Что такое электрическая энергия?

  8. Какие факторы определяют электрическую энергию как один из наиболее совершенных видов энергии?

  9. Что понимают под химической энергией?

  10. Что такое магнитная энергия?

  11. Что представляет собой ядерная энергия?

  12. К какому виду энергии относится сила тяжести тела?

  13. Какой закон обуславливает превращение энергии одного вида в другой?

  14. Назовите виды энергии с упорядоченным движением частиц; хаотическим движением?

  15. Какой вид энергии нельзя непосредственно преобразовать в механическую или электрическую энергию?

  16. Назовите этапы овладения различными видами энергии в историческом развитии человека.

  17. В какой вид превращается любая энергия после совершения работы?

  18. Как называется энергия, содержащаяся в природных источниках?

  19. Назовите традиционные виды первичной энергии.

  20. Назовите нетрадиционные виды первичной энергии.

  21. Как подразделяется органическое топливо по агрегатному состоянию?

  22. Какие потоки первичной энергии составляют баланс Земли?

  23. Прямое отражение солнечной радиации связано … излучением.

  24. Какие процессы преобразований энергии относятся к природным?

  25. Чем определяется качество различных видов энергии?

  26. Какие показатели необходимы для оценки практической оценки энергии?

  27. Какие превращения энергии друг в друга вы можете привести в пример?

  28. Назовите станции получения и превращения энергии. Какие из них обладают наибольшей экономической выгодой?

  29. Что включает в себя транспортировка энергоносителей?

  30. Чем определяется целесообразность передачи энергоносителей на расстояния?

  31. Назовите основные способы передачи энергоносителей на расстояние.

  32. Оцените влияние линий электропередач на окружающую среду

  33. Объясните, как снизить потери тепла в трубопроводах.

  1. Домашнее задание: материалы лекции, контрольные вопросы, [1], стр. 164-177.


СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.


  1. Челноков А.А., Ющенко Л.Ф. . Охрана окружающей среды и энергосбережение.

Минск, РИПО. 2011.

  1. Шилова О.С., Соколовский Н.К. Основы экологии и экономики природопользования – Мн.: БГЭУ: 2002.

  2. Поспелова Т.Г. Основы энергосбережения – Мн.: УП “Технопринт”. 2000.

  3. Лохницкий И.А. Основы энергосбережения. – Мн.: РИПО, 2004.

  4. Самойлов М.В. и др. Основы энергосбережения. – Мн.: БГЭУ, 2002.

Рожкоў Л.М. Асновы экалогіі і рацыянальнага прыродакарыстання. – Мн.: Ураджай, 1999

Андрижиевский А.А., Володин В.Н. Энергосбережение и энергетический менеджмент. –Мн.: Высшая школа, 2005.



  1. Савенок А.Ф. Основы экологии и рационального природопользования – Мн.: Сэр-Вит, 2004.

  2. Денисов В.В Экология; 100 экзаменационных ответов. – М. ИКЦ Март. 2004.

  3. Чистик О.В. Экология. – Мн.: Новое знание, 2001.

  4. Вавилов А.В. Малая энергетика на биотопливе – Мн.: УП Технопринт, 2002.

Каталог: Downloads
Downloads -> Современный взгляд на значение ингибиторов ангиотензинпревращающего фермента в лечении артериальной гипертензии у пожилых
Downloads -> Н. И. Доста, А. А. Вальвачев Доброкачественная гиперплазия предстательной железы: новый взгляд на этиопатогенез и лечение. Белмапо, Минск Эпидемиология
Downloads -> «Доброкачественная гиперплазия предстательной железы (аденома)»
Downloads -> Плейотропные эффекты статинов при ишемической болезни сердца
Downloads -> Фундаментальная наука в современной медицине 2013 : материалы науч практич конф молодых учёных / под ред. А. В. Сикорского, О. К. Кулаги, А. В. Стахейко, Т. В. Тереховой Минск : бгму, 2013 208 с
Downloads -> Переход белорусской психиатрии на мкб-10: первые итоги
Downloads -> Курс лекций по психиатрии и наркологии (учебное пособие)
Downloads -> Министерство здравоохранения республики беларусь


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©zodorov.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница