Кр Введ в спец.. Контрольная работа по дисциплине Введение в профессиональную деятельность
 Скачать 69.34 Kb.
|
|
| | |
РГППУ
Екатеринбург
2021
Содержание
Введение 3
Тепловая энергия 5
Механическая энергия 9
Химическая энергия 19
Энергия света 20
Гравитационная энергия 21
Введение
Рождение энергетики произошло несколько миллионов лет тому назад, когда люди научились использовать огонь. Огонь давал им тепло и свет, был источником вдохновения, оружием против врагов и диких зверей, лечебным средством, помощником в земледелии, консервантом продуктов, технологическим средством и т.д. На протяжении многих лет огонь поддерживался путем сжигания растительных энергоносителей (древесины, кустарников, камыша, травы, сухих водорослей и т.п.), а затем была обнаружена возможность использовать для поддержания огня ископаемые вещества: каменный уголь, нефть, сланцы, торф. Сейчас известно, что древесина - это аккумулированная с помощью фотосинтеза солнечная энергия. При сгорании каждого килограмма сухой древесины выделяется около 20 000 кДж тепла, теплота сгорания бурого угля равна примерно 13 000 кДж/кг, антрацита 25 000 кДж/кг, нефти и нефтепродуктов 42 000 кДж/кг, а природного газа 45 000 кДж/кг. Самой высокой теплотой сгорания обладает водород 120 000 кДж/кг. Человечеству необходима энергия, потребности в ней увеличиваются постоянно. Вместе с тем запасы традиционных природных топлив конечны. Конечны также и запасы ядерного топлива - урана и тория, из которого можно получить в реакторах-размножителях плутоний. Практически неисчерпаемы запасы термоядерного топлива - водорода, однако управляемые термоядерные реакции пока не освоены, и неизвестно когда они будут использованы для промышленного получения энергии в чистом виде, т.е. без участия в этом процессе реакторов деления В связи с указанными проблемами становится все более необходимым использование нетрадиционных энергоресурсов, в первую очередь солнечной, ветровой, геотермальной энергии, наряду с внедрением энергосберегающих технологий. Солнечная радиация по масштабам ресурсов, экологической чистоте и повсеместной распространенности наиболее перспективна.
Энергия – всеобщая основа природных явлений, базис культуры и всей деятельности человека. В то же время под энергией (греческое – действие, деятельность) понимается количественная оценка различных форм движения материи, которые могут превращаться одна в другую. Энергию нельзя себе представить подобно физическому телу. Это характеристики того запаса сил, который имеется у вещества или тела для совершения работы. Проявление энергии присутствует повсюду: от микроскопических предметов до мирового пространства. При этом общим является свойство перехода одного вида энергии в другой при постоянной количественной характеристике. О таком свойстве впервые сказал Ф. Энгельс. Он назвал его «законом сохранения и превращения энергии».
Тела, независимо от своего состояния, массы и длины, содержат несколько видов энергии. Среди них:
тепловая;
механическая;
электрическая;
внутриядерная;
химическая.
энергия солнца
Тепловая энергия
Тепловая энергия – энергия неупорядоченного (хаотического) движения и взаимодействия молекул веществ. Тепловая энергия является одним из основных видов энергии, необходимых для обеспечения жизнедеятельности человека. Тепловую энергию в основном используют для получения электрической энергии, для технологических нужд предприятий различного назначения. Тепловая энергия возникает в результате взаимодействия фотонов инфракрасного диапазона с внешними электронами. Последние поглощают фотоны и перемещаются на дальние от ядра орбиты. Таким образом, объем вещества увеличивается. Через фотоны инфракрасного диапазона происходит передача тепловой энергии.
Доля потребления тепловой энергии составляет 70-75% от общего энергопотребления любого предприятия, которое получает ее от теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), либо от ТЭЦ, имеющейся в структуре самого химического предприятия. Основным источником тепловой энергии служит топливо, главными технологическими характеристиками которого являются теплота сгорания и жаропроизводительность.
По своему агрегатному состоянию все виды органического топлива разделяют на твердое, жидкое и газообразное. Основной вид газообразного топлива – природный газ, доля потребления которого в общей структуре потребления топлива котельными установками достигает в настоящее время 55 % и имеет тенденцию к сохранению этого значения на достаточно длительную перспективу. Поэтому эффективное использование этого важнейшего источника теплоты в теплогенерирующих установках является важной составной частью крупнейшей народнохозяйственной задачи по экономии топливно-энергетических ресурсов.
Теплота сгорания ‒ количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива (кДж/кг) или 1 м3 газообразного топлива (кДж/м3) и при охлаждении продуктов горения до начальной температуры процесса. Различают низшую QН (количество теплоты, выделяющееся при сгорании 1 кг водорода с образованием водяного пара) и высшую QВ (количество теплоты, выделяющееся при сгорании 1 кг водорода с образованием воды) теплоту сгорания топлива. В практических расчетах обычно пользуются величиной QН.
Жаропроизводительность ‒ максимальная температура горения, развиваемая при полном сгорании топлива без избытка воздуха, в условиях, когда вся выделяющаяся теплота полностью расходуется на нагрев образующихся продуктов сгорания. Жаропроизводительность топлива Tmax прямо пропорциональна его теплоте сгорания и обратно пропорциональна расходу теплоты на нагрев продуктов сгорания до температуры Tmax. В зависимости от жаропроизводительности топливо подразделяют на две группы: высокой (Tmax>2300 К) и пониженной (Tmax<2300 К) жаропроизводительности.
Технологические потребители ‒ это различные тепло- и массообменные устройства, , служащие для нагрева или охлаждения промежуточных теплоносителей, рабочих тел и т. д. Различают сезонные потребители и круглогодовые потребители.
Потребителей тепловой энергии подразделяют на:
технологические;
отопительно-вентиляционные ;
хозяйственно-бытовое горячее водоснабжение.
В зависимости от температурного уровня технологических процессов в качестве первичных энергоресурсов используются следующие.
Органическое топливо, которое при сжигании дает высокотемпературный теплоноситель ‒ продукты сгорания, температура которых может достигать 1800÷2000 °С и выше. Топливо чаще всего используется для тепловой обработки продуктов в печах и для получения пара и горячей воды в котлах. В промышленности для высокотемпературного нагрева технологических потоков используются трубчатые печи, в которых нагреваемый жидкий или газообразный продукт течет в трубах, снаружи обтекаемых продуктами сгорания топлива. В качестве топлива на химических предприятиях может использоваться не только естественное природное топливо, но и побочные продукты технологии (отходы), которые имеют в своем составе горючие элементы (C, H, S и др.).
Сухой насыщенный или слегка перегретый водяной пар давлением до 1,4 МПа. Пар поступает на предприятие от ТЭЦ или районной котельной или же может вырабатываться на самом предприятии за счет теплоты экзотермических химических реакций и при охлаждении потоков продуктов и элементов аппаратов и устройств.
Горячая вода применяется обычно при температурах не выше 180 °С, так как при большей температуре вода должна находиться под давлением большим 1,0 МПа, что требует для обеспечения прочности массивных и тяжелых теплообменных устройств. Как и пар, вода может поступать от ТЭЦ или районных котельных, или вырабатываться на самом предприятии.
Холодная вода при температуре окружающей среды или охлажденная используется как холодный теплоноситель для отвода теплоты от технологических потоков и устройств.
Воздух также широко используется как охлаждающий теплоноситель.
Холодильные агенты (рассолы, фреоны, аммиак, углекислота и др.) применяются в области температур ниже температуры окружающей среды, в том числе при минусовых температурах.
Основной теплоноситель на промышленных предприятиях – пар. Примерно 90% технологических потребителей пара и горячей воды на конечной стадии потребления используют теплоносители с температурой до 150 °С.
Имеются следующие методы использования тепловой энергии:
Сжигания органического топлива в окислительной среде, в основе которого лежат окислительные реакции, сопровождающиеся образованием газообразных продуктов сгорания с высокой температурой. Известны две основные схемы получения тепловой энергии из органического топлива: схема производства только тепловой энергии и схема совместного производства тепловой и электрической энергии. Основой установки первого способа являются паровой или водогрейный котёл, в котором сжигается топливо и от высокотемпературных продуктов сгорания теплота передаётся воде, циркулирующей по трубам теплообменной части котла . Вторая схема применяется в мощных ТЭЦ, предназначенных для центрального обеспечения электричеством и теплом крупных жилых и промышленных районов. Ее применение позволяет существенно улучшить использование химической энергии топлива за счет использования паротурбинной установки.
Метод, основанный на самоуправляющейся цепной реакции деления тяжёлых ядер с последующим преобразованием образующейся ядерной энергии в тепловую энергию теплоносителя (вода, пар, гелий). Производство тепловой энергии из ядерного топлива возможно тремя способами:
неурегулированный отбор пара от конденсаторов паровых турбин АЭС и ТЭЦ;
получение тепловой энергии совместно с электрической на АТЭЦ;
получение тепловой энергии на атомных станциях теплоснабжения (АСТ).
Использование неурегулированных отборов пара от конденсационных турбин не меняет технологическую схему производства электроэнергии. Здесь только котел заменяется атомными реакторами.
Метод преобразования электрической энергии в тепловую путём разогрева нагревателя с высоким электросопротивлением с последующей передачей теплоты рабочему телу путём теплопереноса.
Преобразования солнечной энергии в тепловую в специальных устройствах – гелиоприёмниках с последующей передачей от них теплоты рабочему телу. Известны два основных метода преобразования энергии солнца в тепловую энергию:
с предварительной концентрацией солнечной энергии на поверхности гелиоприемника;
без предварительной концентрацией солнечной энергии.
Гелиоприемник – устройство для преобразования энергии солнца в тепловую энергию. При предварительной концентрации солнечной энергии в гелиоприемнике получают высокую температуру тепловоспринимающей поверхности (до 5000С), без предварительной концентрации энергии поверхность гелиоприемника не превышает 200С.
Передаче теплоты от геотермальных вод, в теплообменнике к рабочему телу. С геологической точки зрения выделяют следующие геотермальные ресурсы:
гидротермальные системы;
горячие сухие системы вулканического происхождения;
системы с высоким тепловым потоком.
К категории гидротермальных систем относятся подземные бассейны пара или геотермальных вод, которые, выходя на поверхность, образуют гейзеры, сернистые грязевые озера. Установки, использующие энергию геотермальных вод для производства тепловой энергии, более компакты, чем теплоустановки. При температурах геотермальных вод до 100 – 150 °С и слабой их минерализации возможно прямое использование геотермальных вод в систему теплоснабжения. При более высоких температурах и давлениях применяется двухконтурная схема, в которой геотермальная вода часто в виде пара под давлением 20 MПа и температуре 200 С подается в сетевой теплоприемник
Метод преобразования тепловой энергии теплоносителя с жидким энергетическим потенциалом в высокопотенциальную энергию другого теплоносителя (сжигание с/х и городских отходов). Бытовые, сельскохозяйственные, животноводческие и растительные (солома, навоз, тростник и т. д.) отходы являются хорошим сырьем для производства искусственного газообразного или жидкого топлива. Наиболее распространенной является микробиологическая безотходная технология производств биогаза. Органические отходы разлагаются в закрытых реакторах под воздействием метаногенных бактерий, образуя метан, используемый для отопления. При этом в качестве побочного ценного предмета получают удобрение.
Механическая энергия
Это наиболее часто встречающийся тип энергии в нашей повседневной жизни. Это энергия непосредственного взаимодействия и движения физических тел и их частей. В рамках Механики, механическую энергию подразделяют на потенциальную (для покоящихся тел) и кинетическую (для движущихся). Сумма кинетической и потенциальной энергии это и есть механическая эненргия. С древних времен этот тип энергии известен человечеству и применяется в таких устройствах, как: стрела, копье, нож, топор, праща, баллиста, повозка, маятник, журавль, ветряная мельница, водяное колесо, парус, гончарный круг, часы, и другие самые разнообразные механизмы. Наиболее распространенных и используемых источников механической энергии: ветер, течение рек, приливы и отливы морей и океанов, сельскохозяйственные животные, и сам человек.
Зачастую механическая энергия используется как промежуточный этап при выработке электроэнергии. Преобразование механической энергии в электрическую энергию осуществляется генераторами тока. В генераторе происходит превращение вращательного движения вала в электричество. Для вращения вала применяют следующие источники механической энергии: течение рек, океанские и морские приливы-отливы, ветер. Однако основное количество генераторов тока по-прежнему работает на тепловых станциях. Здесь химическая энергия ископаемого топлива преобразуется в тепловую энергию пара, которая затем превращается в электрическую энергию.
Кинетической энергией называется энеpгия движущихся тел. Под движением тела следует понимать не только перемещение в пространстве, но и вращение тела. Кинетическая энергия тем больше, чем больше масса тела и скорость его движения (перемещения в пространстве и/или вращения). Кинетическая энеpгия зависит от тела, по отношению к которому измеряют скорость рассматриваемого тела.
Кинетическая энергия Ек тела массой m, движущегося со скоростью v, определяется по формуле
Ек =
Потенциальной энергией называется энергия взаимодействующих тел или частей тела. Различают потенциальную энергию тел, находящихся под действием силы тяжести, силы упругости, архимедовой силы. Любая потенциальная энергия зависит от силы взаимодействия и расстояния между взаимодействующими телами (или частями тела). Потенциальная энергия отсчитывается от условного нулевого уровня. Потенциальной энергией обладают, например, груз, поднятый над поверхностью Земли, и сжатая пружина. Кинетическая энергия может превращаться в потенциальную, и обратно.
Еп = mgh
Закон сохранения механической энергии: если между телами системы действуют только силы тяготения и силы упругости, то сумма кинетической и потенциальной энергии остается неизменной, то есть механическая энергия сохраняется. Изменение механической энергии системы тел в общем случае равно сумме работы внешних по отношению к системе тел и работы внутренних сил трения и сопротивления: ΔW = Авнешн + Атр
Если система тел замкнута (Авнешн = 0), то ΔW = Атр, то есть полная механическая энергия системы тел меняется только за счёт работы силы трения.
Если система тел консервативна (то есть отсутствуют силы трения и сопротивления Атр = 0), то ΔW = Авнешн, то есть полная механическая энергия системы тел меняется только за счёт работы внешних по отношению к системе сил. В замкнутой и консервативной системе тел полная механическая энергия сохраняется.
Основным источником механической энергии на предприятии является электропривод. На электроприводные системы приходится до 60% всей электроэнергии. Во многих случаях решением проблемы снижения электропотребления является частотно-регулируемый электропривод.
Только в Европе меры по повышению КПД электроприводов помогут сократить потребление энергии на 29%.
Электрическая энергия
Электрическая энергия — это работа, которую совершает заряд в электромагнитном поле. Совершение работы связано с перемещением зарядов через элементы, обладающие сопротивлением. Единица измерения электроэнергии (работы) — джоуль (Дж). Она соответствует работе по перемещению заряда в один кулон между точками цепи с напряжением в один вольт: Дж = В • Кл. Электрическая энергия это наиболее универсальный вид энергии который использует человек. Единица измерения электрической энергии представляет собой киловатт за час (кВт·ч).
Основные свойства электрической энергии:
возможность получения практически из любых энергоресурсов при умеренных затратах;
простоте трансформации в другие формы энергии (механическую, тепловую, звуковую, световую, химическую);
способность сравнительно легко передаваться в значительных количествах на большие расстояния с огромной скоростью и относительно небольшими потерями;
возможность использования в устройствах, различающихся по мощности, напряжению, частоте;
ее нельзя визуально воспринять;
простота ее распределения в электрических сетях;
она проста в использовании с помощью машин, установок, приборов;
позволяет изменять свои параметры (напряжение, ток, частота);
она удобна для контроля и управления;
качество ее определяет качество работы оборудования, которое потребляет эту энергию;
качество энергии в месте производства не может служить гарантией ее качества в месте потребления;
неразрывность во временном измерении процессов производства и потребления энергии;
процесс передачи энергии сопровождается ее потерями.
На всех промышленных предприятиях машины и механизмы приводятся в движение электрической энергией. К примеру она позволяет по сравнению с другими видами энергии с наибольшими удобствами и наилучшим технологическим эффектом осуществлять термическую обработку материалов (нагрев, плавка, сварка). В настоящее время в больших масштабах используется действие электрического тока для разложения химических веществ и получения металлов, газов, а также для поверхностной обработки металлов с целью повышения их механической и коррозийной устойчивости.
Процесс получения электрической энергии подразумевает однократное или многократное преобразование различных видов энергии. При этом энергия, непосредственно извлекаемая в природе (энергия топлива, воды, ветра, и т. д.), называется первичной. Энергия, получаемая человеком после преобразования первичной энергии на электростанциях, называется вторичной (электрическая энергия, энергия пара, горячей воды и т. д.).
Основу традиционной энергетики составляют тепловые электрические станции, использующие энергию органического топлива, гидроэлектростанции, использующие энергию воды и атомные электростанции, которые используют энергию ядерного топлива. Единичная мощность электростанций, как правило составляет сотни МВт установленной мощности и они объединены в крупные энергосистемы. На больших электростанциях вырабатывается преимущественное количество всей потребляемой электроэнергии, и они составляют основу комплекса централизованного электроснабжения потребителей.
Электрическую энергию передает электромагнитное поле проводника, этот процесс имеет волновой характер. Причем часть электроэнергии расходуется в самом проводнике. Отсюда вытекает понятие «потери электроэнергии». Потери электроэнергии есть во всех элементах электрической системы: генераторах, трансформаторах и.т.д. Общая потеря электроэнергии складывается из двух частей: номинальных потерь, которые определяются условиями работы при номинальных режимах и дополнительных потерь, обусловленных отклонением режимов.
Внутриядерная энергия
Ядерная энергия - внутренняя энергия атомных ядер, выделяющаяся при некоторых ядерных превращениях, таких как ядерные реакции и радиоактивный распад. Использование ядерной энергии основано на осуществлении цепных реакций деления тяжелых ядер и реакций термоядерного синтеза легких ядер. В природе ядерная энергия выделяется в звёздах, а человеком применяется, в основном в ядерной энергетике на атомных электростанциях.
Началом современной ядерной физики можно считать открытие нейтрона в 1932 г Джеймсом Чедвиком. Атом любого химического элемента состоит из ядра и вращающихся вокруг него электронов. Ядро атома состоит из нейтронов и протонов. В качестве общего названия протона и нейтрона используется термин нуклон. Нейтроны не имеют электрического заряда, а протоны имеют положительный заряд. Число протонов ядра Z совпадает с его атомным номером в периодической системе Менделеева. Число нейтронов в ядре за небольшим исключением больше или равно числу протонов.
Масса атома сосредоточена в ядре и определяется массой нуклонов. Масса одного протона равна массе одного нейтрона. В качестве размерности массы атомов используется атомная единица массы (а.е.м), равная 1,66·10-27 кг. 1 а.е.м. приблизительно равна массе одного протона. Характеристикой атома является массовое число А, равное суммарному количеству протонов и нейтронов. Наличие нейтронов позволяет двум атомам иметь различную массу при одинаковых электрических зарядах ядра. Химические свойства этих двух, атомов будут одинаковыми; такие атомы называются изотопами.
Нуклоны в ядре прочно удерживаются ядерными силами. Это силы, которые осуществляют притяжение только между соседними нуклонами, поэтому энергия связи ядра пропорциональна числу нуклонов в ядре. Чтобы удалить нуклон из ядра, надо совершить большую работу, т. е. сообщить ядру значительную энергию. Под энергией связи ядра понимают энергию, которая необходима для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны. На основании закона сохранения энергии можно утверждать, что энергия связи равна энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц. Энергия связи атомных ядер очень велика по сравнению с энергией связи электронов с атомным ядром.
Определить энергию связи ядра можно, зная массу ядра и массы частиц —протонов и нейтронов, из которых оно состоит. Энергия связи ядер вычисляется с помощью известного соотношения Эйнштейна для связи энергии Е и массы m: E = mc2 (где с —скорость света) и равна произведению дефекта массы (т. е. суммарной массы свободных нуклонов минус масса ядра) на квадрат скорости света.
В тяжелых ядрах, наряду с большими силами электрического отталкивания, стремящимися разорвать ядро на части, действуют еще значительные ядерные силы, которые удерживают ядро от распада. Под влиянием поглощенного нейтрона ядро возбуждается и начинает деформироваться, приобретая вытянутую форму. Оно растягивается до тех пор, пока силы отталкивания половинок ядра не начинают преобладать над силами притяжения, действующими в перешейке. В результате ядро разрывается на две части (так называемые осколки). Под действием кулоновского отталкивания осколки разлетаются со скоростью, равной 1/30 скорости света; одновременно испускается излучение высокой частоты. Большая часть выделяемой энергии приходится на кинетическую энергию осколков. В настоящее время из всех источников ядерной энергии наибольшее практическое применение имеет энергия, выделяющаяся при делении тяжёлых ядер. В условиях дефицита энергетических ресурсов ядерная энергетика на реакторах деления считается наиболее перспективной в ближайшие десятилетия.
Термоядерными реакциями называются ядерные реакции синтеза легких ядер в более тяжелые. Водород – элемент, который используется в термоядерном синтезе. Главное преимущество термоядерного синетза – неограниченность ресурсов исходного сырья, которое может быть добыто из морской воды. Водород в том или ином виде составляет 90 % всего вещества. Топлива для термоядерного синтеза, содержащегося в мировом океане, хватит более чем на 1 млрд лет. Сырье для термоядерного синтеза, содержащееся в 33 км океанской воды эквивалентно по своему энергосодержанию всем видам твердых топлив на Земле . Энергия дейтерия, заключенного в стакане воды, эквивалентна сжиганию 300 литров бензина.
Существует 3 изотопа водорода: их атомные массы -1,2 дейтерий и тритий. Эти изотопы воспроизводят такие ядерные реакции, при которых суммарная масса конечных продуктов реакции меньше, чем суммарная масса веществ, вступивших в реакцию. Разница в массах, как и в случае реакции деления, составляет кинетическую энергию продуктов реакции. Для того, чтобы заставить вступить ядра в реакцию синтеза требуются высокие температуры около 107 -109К. При этом газ представляет собой ионизированную плазму. Проблема удержания этой плазмы представляет собой главное препятствие на пути использования этого метода получения энергии. Температура порядка 10 миллионов градусов характерна для центральной части Солнца. Именно термоядерные реакции являются источником энергии, обеспечивающим излучение Солнца и звезд.
Как было описано выше проблемой использования этого источника энергии является проблема удержания плазмы. Учеными ведутся работы по инерциальному и магнитному удержанию плазмы. При наложении магнитного поля траектории заряженных частиц становятся направленными. Свободная частица движется по винтовой линии, накрученной на вектор напряженности магнитного поля. Смещения поперек силовых линий происходят лишь под действием соударений. При высокой температуре и сильном поле заряженная частица не может покинуть область магнитного поля. Наложение магнитного поля на плазму приводит к тому, что плазма оказывается сжатой электродинамическим давлением. Естественный путь устранения потерь плазмы вдоль силовых линий — сворачивание плазменного шнура в тор. Но при этом магнитное поле становится неоднородным и характер движения заряженных частиц в нем усложняется, возникает смещение частиц поперек силовых линий поля или дрейф. Для устранения дрейфа, а также обеспечения равновесия и устойчивости плазменного кольца используют различные комбинации внешних полей и полей, возникающих при протекании токов в самой плазме. В зависимости от структуры полей возможны различные виды ловушек для плазмы: токамаки, стеллараторы и т.д. Если рассматривать их как часть термоядерного реактора, то, с чисто инженерной точки зрения, он имеет весьма серьезные недостатки.
"усталость" материалов из-за циклических термических напряжений, возникающих в элементах конструкции.
его тороидальная геометрия сама по себе обусловливает неоднородность тепловых и нейтронных нагрузок на эти элементы. Поскольку силовые линии магнитного поля в тороидальной ловушке представляют собой окружности, можно ожидать центробежный дрейф частиц к стенкам ловушки.
в силу принятой геометрии установки, витки с током располагаются на внутренней окружности тора ближе друг к другу, чем на внешней, поэтому индукция магнитного поля увеличивается по направлению от внешней стенки тора к внутренней, что очевидным образом приводит к градиентному дрейфу частиц к стенкам ловушки. Оба вида дрейфа частиц вызывают движение зарядов противоположного знака в разные стороны, в результате вверху образуется избыток отрицательных зарядов, а внизу – положительных. Для экономики реакторных систем очень важно, чтобы удержание плазмы осуществлялось как можно более слабым магнитным полем.
Еще одним способом удержания плазмы является инерциальный управляемый термоядерный синтез - один из видов термоядерного синтеза, при котором термоядерное топливо удерживается собственными силами инерции. Идея заключается в быстром и равномерном нагреве термоядерного топлива, так, чтобы образовавшаяся плазма до разлёта успела прореагировать. Таким образом, при использовании данного принципа реактор будет импульсным. Для этого осуществляется быстрое сжатие специально приготовленной мишени (шарика из дейтерия радиусом ок. 1 мм) до столь высоких плотностей, что термоядерная реакция успевает завершиться прежде, чем произойдет испарение топливной мишени. Сжатие и нагрев до термоядерных температур можно производить сверхмощными лазерными импульсами, со всех сторон равномерно и одновременно облучающими топливный шарик. Перегретый внешний слой взрывается наружу, создавая реактивную силу действующего на остатки мишени, сжимая ее. Этим методом можно создать давления порядка 1011 МПа и плотности, в 10 000 раз превышающие плотность воды. При такой плотности почти вся термоядерная энергия высвободится в виде небольшого взрыва за время 10–12 с. Происходящие микровзрывы, каждый из которых эквивалентен 1–2 кг тротила, не вызовут повреждения реактора, а осуществление последовательности таких микровзрывов через короткие промежутки времени позволило бы реализовать практически непрерывное получение полезной энергии. Для инерциального удержания очень важно устройство топливной мишени. Максимальное сжатие позволяет добиться мишень в виде концентрических сфер. В настоящее время изучается возможность использования вместо лазерного луча пучка тяжелых ионов.
Химическая энергия
Химическая энергия – это форма потенциальной энергии, которой обладают такие вещества, как еда, топливо и.т.д. Химическая энергия как и механической энергия, гравитационная энергией, ядерная энергия и электрическая энергией является одной из форм потенциальной энергии. Все эти формы энергии хранятся в объекте и преобразуются в формы кинетической энергии, когда применяется сила или изменение. Как указано в первом законе термодинамики: энергия создается и не исчезает, она может быть преобразован только из одной формы в другую. Во время химических реакций молекулы могут быть созданы или уничтожены. Химическая энергия сохраняется в связях, которые составляют молекулы. В случае разрушения, химическая энергия выделяется, как правило, в виде тепла. Если реакция выделяет энергию, она называется экзотермической , а если она поглощает энергию, она называется эндотермической.
Одним из примеров химической энергии является то, что содержится в пище, которую мы едим. Энергия хранится в связях молекул, из которых состоит пища. Когда мы едим пищу, большие молекулы распадаются на более мелкие молекулы, которые могут использоваться клетками организма. Процесс разрушения и использования пищи нашими клетками называется дыханием. Во время дыхания химическая энергия преобразуется в тепло, кинетическую энергию и другие формы химической энергии, подобные тем, которые хранятся в жировых клетках нашего тела.
Другие виды топлива включают древесину и химикаты, такие как нефть. Когда дрова сжигаются, химическая энергия в клетках древесины разрушается и выделяется тепло. В двигателе легкового или грузового автомобиля энергия в бензине преобразуется в тепло и движение, чтобы заставить автомобиль двигаться. Кинетическая энергия также может быть преобразована в потенциальную энергию. В процессе фотосинтеза, осуществляемого растениями, энергия солнечного свет преобразуется в химическую энергию, которая накапливается в растении. Когда животные едят растения, происходит обратная реакция. Связи разрушаются, что высвобождает запасенную химическую энергию для животных.
Энергия света
Световая энергия знакома всем с самого рождения. С древности известны такие источники световой энергии, как Солнце, Луна и Звезды. В настоящее время Солнце продолжает оставаться основным и главнейшим источником энергии на Земле вообще и световой энергии в частности.
Все живое на Земле существует только благодаря энергии солнечного света. Если бы на нашей планете не было атмосферы, которая отражает и лишь частично поглощает световую энергию Солнца, поверхность земного шара там, где солнечные лучи падают на нее отвесно, получала бы за минуту 8,37 дж на 1 сантиметр квадратный. Эта величина называется солнечной постоянной и измерена с большой точностью вне атмосферы Земли. Если учесть, что Солнце освещает только половину поверхности земного шара, можно подсчитать, что за секунду оно посылает на нашу планету энергию, которая выделилась бы при сгорании 40 млн. т каменного угля. Крупнейшая в мире электростанция могла бы выработать такое количество энергии лишь за 30 лет. Без солнечного света Земля стала бы обледенелым, безжизненным космическим телом. На Землю попадает около четырех десятимиллиардных долей энергии, излучаемой Солнцем. А вся его энергия образуется в результате термоядерных процессов. Масса солнечного вещества непрерывно превращается в энергию.
Световая энергия Q это энергия видимого излучения, переносимая потоком квантов. Квант — неделимая часть какой-либо величины в физике; общее название определённых порций энергии. Под световой энергией понимается поток, получаемый за единицу времени от источника света. Измеряется в люмен в сек. Световая энергия может передаваться по-разному, в частности колебательными процессами. Можно рассматривать свет как электромагнитное излучение, такое же, как радиоволны, но волны его гораздо короче. В фотометрии — науке, изучающей световые лучи,— светом называется электромагнитное излучение, ощущаемое глазом человека. Такое излучение дают волны, длина которых лежит в диапазоне между 0,39 и 0,75 мк. Помимо непосредственного действия лучистой энергии, Солнце приносит и тепловую энергию, разогревая поверхность Земли и атмосферу. Таким образом, световая энергия Солнца является первопричиной появления таких источников механической энергии, как ветер и течение рек, нефтяные, газовые, угольные, торфяные месторождения, леса, луга и поля, морская растительность и т.п.
Гравитационная энергия
Гравитационная энергия — потенциальная энергия системы тел, обусловленная их взаимным тяготением.
Гравитационное поле - физическое поле, через которое осуществляется гравитационное взаимодействие.
Общепринята шкала, согласно которой для любой системы тел, находящихся на конечных расстояниях, гравитационная энергия отрицательна, а для бесконечно удалённых, то есть для не взаимодействующих тел, гравитационную энергия равна нулю. Полная энергия системы, равная сумме гравитационной и кинетической энергии постоянна, для изолированной системы гравитационная энергия является энергией связи. Системы с положительной полной энергией не могут быть стационарными.
Для двух тяготеющих точечных тел с массами M и m гравитационная энергия Ug равна:
Ug = -G
где: G - гравитационная постоянная; R - расстояние между центрами масс тел.
Этот результат получается из закона тяготения Ньютона, при условии, что для бесконечно удалённых тел гравитационная энергия равна 0. Выражение для гравитационной силы имеет вид:
Fg = -G
где: Fg — сила гравитационного взаимодействия
В начале 2000-х китайские изобретатели Лоуренс Тсенг и Ли Ченг предложили способ извлечения энергии из гравитации на основе скорректированной ими теории маятника. Они поняли, что если толкнуть маятник, то он тут же начинает выводить гравитационную энергию. Маятник подвешен на медном проводе. Поместили маятник между двумя магнитами, и позволили ему в качающемся движении пересекать магнитное поле. Использовали генерированное электричество для выполнения работы по периодической подаче горизонтального импульса. Это самое простое и очевидное решение. Однако генерируемый электрический ток будет изменяться от нуля до максимума и менять направление.
Список использованных источников
да Роза А. Возобновляемые источники энергии. Физико-технические основы: учебное пособие/ А. да Роза; пер. с английского под редакцией С.П. Малышенко, О.С. Попеля. – Долгопрудный : Интеллект; Москва: МЭИ, 2010. – 704 с.: ил. - ISBN 978-5-91059-054-9 (Интеллект), ISBN 978-5-383-00509-5 (МЭИ). – Текст : непосредственный.
Окунев В.С. Основа прикладной и ядерной физики и ведение в физику ядерных реакторов: учебное пособие/ В.С. Окунев; под ред. В. И. Солонина ; МГТУ. – Москва: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2010. – 462с. - ISBN 978-5-7038-3169-4. – Текст : непосредственный.
Виссарионов В.И. Солнечная энергетика : учебное пособие для вузов/ В.И. Виссарионов, Г.В. Дерюгина, Н.К. Малинин; МЭИ. – Москва : МЭИ, 2008. – 276с. - ISBN 978-5-383-00270-4. – Текст : непосредственный.
Башкова М.Н. Основы производства электроэнергии и теплоты : учебное пособие/ М.Н. Башкова, Д.А. Лубяной, С.В. Лубяная; Национальный исследовательский Томский политехнический университет. – Томск : Издательство Томского политехнического университета, 2010. – 74 с. – Текст : непосредственный.
Кудинов В.А. Техническая термодинамика и теплопередача : учебное пособие / В.А. Кудинов, Э.М. Карташов, Е.Ф. Стефанюк. – 4–е изд., пер6ераб. и доп. – Москва : Юрайт, 2019. – 454с. - ISBN 978-5-534-12196-4. – Текст : непосредственный.
Быстрицкий Г.Ф. Общая энергетика. Основное оборудование : учебное пособие/ Г. Ф. Быстрицкий, Г. Г. Гасангаджиев, В. С. Кожиченков. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : Юрайт, 2018. — 416 с. - ISBN 978-5-534-10369-4. – Текст : непосредственный.
Electrik. Info: научная электронная библиотека : сайт. – Москва, 2009 – 2020. – URL: http://electrik.info/main/news/1263-ispolzovanie-energii-gravitacii-kak-eto-vozmozhno.html (дата обращения: 09.01.2020). – Текст: электронный.
Большая энциклопедия нефти и газа : научная электронная библиотека : сайт , 2019. – URL: https://www.ngpedia.ru/index.html (дата обращения 10.01.2020). – Текст: электронный.