Реферат 1. Реферат по дисциплине Основы ресурсо и энергосберегающих технологий углеводородного сыръя на тему Понятие и виды энергии. Классификация групп требований ресурсосбережения
 Скачать 26.01 Kb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кубанский Государственный Технологический Университет» (ФГБОУ ВО «КубГТУ») Институт нефти, газа и энергетики Кафедра нефтегазового дела им. проф. Г.Т.Вартумяна Реферат по дисциплине: «Основы ресурсо- и энергосберегающих технологий углеводородного сыръя» на тему: «Понятие и виды энергии. Классификация групп требований ресурсосбережения» Выполнил: Студент 2-го курса ИНГЭ гр. 21-НМ-НД2 Шари Або. Приняла: Очередько Т.Б. Краснодар 2022 г. Понятие энергии настолько вошло в наш обыденный лексикон, что мы, не задумываясь, применяем этот термин по поводу и без повода. Нам кажется, что это существует в реальности как отдельная вещь или субстанция, как например, воздух или вода. В обыденной жизни часто жалуемся на то, что не хватает энергии, чтобы поднять что-либо или копать землю в саду, или если в доме нет света, говорим, что нет электрической энергии. Наши машины используют силу давления сгорающей углеводородной смеси в двигателях внутреннего сгорания или напора струи высокоскоростного истечения газа в реактивных двигателях. Для кипячения воды на газовой плите применяем тепловую энергию, выделяющуюся при химических реакциях горения. Также часто используем термины атомная энергия, ветровая энергия, энергия падающей воды и др. В различных областях науки в зависимости от области исследования применяются термины: гравитационная энергия, внутренняя энергия, химическая энергия, биоэнергия и т.д. Энергия (от греч. energeia – действие, деятельность) – общая количественная мера движения и мера перехода движения материи из одних форм в другие (взаимодействия всех видов материи). Не следует понимать движение примитивно. Движение – это изменение во времени состояния того, о движении чего идет речь: увядание цветка, капание капли и изменение всего остального во Вселенной. Энергия является мерой способности физической системы совершить работу, поэтому количественно энергия и работа выражаются в одних единицах. С фундаментальной точки зрения энергия представляет собой интеграл движения (то есть сохраняющуюся при движении величину), связанный, согласно теореме Нетер, с однородностью времени. Таким образом, введение понятия энергии как физической величины целесообразно только в том случае, если рассматриваемая физическая система однородна во времени. Сам термин «энергия» появился лишь в начале XIX века и был введен в механику английским физиком Т.Юнгом, под которой он понималвеличину пропорциональную механической работе. Чуть позже его соотечественник Д.Джоуль установил первую эквивалентность, измерив механическую работу, которую необходимо затратить, чтобы поднять температуру данного количества воды на один градус. Также Джоуль обнаружил, что связи, между выделением или поглощением тепла, в электрических и магнитных явлениях, в химических реакциях, а также биологическими объектами, носят характер «превращения». Он же определил общий эквивалент для физико-химических превращений, что позволило измерить сохраняющуюся величину. Впоследствии эта величина стала известна как «энергия». А немецкий ученый Г.Гельмгольц сформулировал это как закона сохранения энергии. В этом также большую роль сыграли работы его соотечественника Ю.Майера. Энергия первоначально была в физике абстрактной идеей, и стала популярной благодаря закону сохранения энергии, согласно которому она не возникает из ничего и не уничтожается. Это понятие сильно упрощает описание широкого круга физических процессов и охватывает огромное количество экспериментальных фактов, и не будь понятия энергии, пришлось бы рассматривать эти факты каждый по отдельности. Различают следующие виды энергии: потенциальная энергия (или, в более общем случае, энергия взаимодействия тел или их частей между собой или с внешними полями) кинетическая энергия (энергия движения) энергия диссипации Энергия диссипации (лат. dissipatio, рассеяние) – переход части энергии упорядоченных процессов (кинетической энергии движущегося тела, энергии электрического тока и т.п.) в энергию неупорядоченных процессов, в конечном счете – в теплоту. Системы, в которых энергия упорядоченного движения с течением времени убывает за счет диссипации, переходя в другие виды энергии, например в теплоту или излучение, называются диссипативными. Для учета процессов диссипации энергии в таких системах при определенных условиях может быть введена диссипативная функция. Если диссипация энергии происходит в замкнутой системе, то энтропия системы возрастает. Диссипация энергии в открытых системах, обусловленная процессами уноса энергии из системы, например в виде излучения, может приводить к уменьшению энтропии рассматриваемой системы при увеличении полной энергии системы и окружающей среды. Это, в частности, обеспечивает важную роль процессов диссипации энергии в уменьшении удельной энтропии вещества на стадиях образования галактик и звезд в модели горячей Вселенной. Отметим также, что энергия диссипации связана не просто с энергетическим противодействием, а с качественным изменением энергии. К слову, применяемый иногда термин «диссипативные потери энергии» некорректен, ибо энергия теряться не может. Точнее было бы сказать о диссипативных потерях энергии упорядоченных форм движения. Вместо термина «энергия диссипации» (в переводе на русский язык – энергия рассеяния) в некоторых научных работах применяют термин «энергия деградации» (в переводе на русский язык – энергия вырождения). Но и это не точно, вырождается не энергия, а способность системы производить механическую работу. К числу противодействий системы внешнему энергетическому воздействию следует добавить возможное противодействие физического поля, связанное с перемещением системы в этом поле или с ее возможным поворотом относительно силовых линий поля. Это противодействие является удельным изменением еще одного вида энергии, называемого в физике потенциальной энергией в физическом поле или сокращенно потенциальной энергией положения. Поскольку определяющее уравнение для расчета потенциальной энергии положения иное, чем для расчета потенциальной энергии, связанной с противодействием жесткости, то речь идет о двух разных видах энергии. Поэтому вид энергии, связанный с противодействием жесткости, будем называть потенциальной энергией деформации. Этот вид потенциальной энергии, в отличие от предыдущего, связан с внутренним силовым полем (полем упругих сил). Полная энергия системы является суммой внешней и внутренней энергии системы. Внешняя энергия системы состоит из кинетической и потенциальной энергий системы как целого. Внутренняя энергия системы – это энергия системы, зависящая только от ее внутреннего состояния и не включающая в себя виды энергии системы как целого. В соответствии с различными формами движения материи, следует рассматривать и различные формы энергии: механическую гидравлическую тепловую электромагнитную ядерную и т.д. Энергией обладают все виды полей. По этому признаку различают: электромагнитную (разделяемую иногда на электрическую и магнитную энергии), гравитационную и ядерную энергии (также может быть разделена на энергию слабого и сильного взаимодействий). Термодинамика рассматривает внутреннюю энергию и иные термодинамические потенциалы. В химии рассматриваются такие величины как энергия связи и энтальпия, имеющие размерность энергии, отнесенной к количеству вещества (химический потенциал). Механическая энергия характеризует способность тела совершать работу, характеризует движение и взаимодействие тел, является физической величиной определяемая состоянием системы тел – взаимным расположением и их скоростями. Находясь в том или ином механическом состоянии, система тел обладает определенной энергией, вследствие взаимодействия тел с другими телами и взаимодействием их частей, либо своего движения. Изменение энергии при переходе из одного состояния в другое равна работе внешних сил. Полная механическая энергия системы равна сумме кинетической и потенциальной энергий. Кинетической энергией называют энергию, которой тело обладает вследствие своего движения. Она равна половине произведения массы тела на квадрат его скорости. Кинетической энергией обладают все движущиеся тела. Например, текущая вода, ветер, вращающееся колесо, движущийся электрон и т.д. Физический смысл кинетической энергии заключается в том, что эта энергия равна работе, которую надо совершить. Потенциальной энергией называют энергию, которая определяет взаимным расположением тел или частей одного тела. Потенциальная энергия - энергия взаимодействия тел. Такой энергией обладают, например, поднятый камень на какую-нибудь высоту над Землей, сжатая или растянутая пружина и др. Взаимодействующие тела могут обладать одновременно и кинетической и потенциальной энергией, то есть полной энергией. Летящий мяч, например, обладает и кинетической и потенциальной энергией, так как кроме движения вперед он взаимодействует с Землей силой всемирного тяготения. В момент удара о Землю механическая энергия мяча частично переходит во внутреннюю энергию и т.д. Если от механики перейти к термодинамике, то здесь рассматривается, в основном, внутренняя энергия системы. Отдел физической науки – термодинамика – рассматривает все явления с точки зрения взаимообмена и преобразования энергии. Совокупность физических тел, которые взаимодействуют между собой и внешней средой, обмениваясь с ними энергией и веществом, является термодинамической системой. Правда, термодинамика, для облегчения изучения, рассматривает изолированные системы, которые не взаимодействуют с окружающей средой. То есть извне не поступает ни энергии, ни вещества, также энергия и вещества самой системы не передаются наружу. Но в отличие от такой идеализированной системы, реальные системы, в той или иной мере, обмениваются с окружающей средой и энергией и веществом, и поэтому можно сказать, что в природе не существуют совершенно закрытых систем. Тем не менее, некоторые закономерности идеализированной системы вполне применимы и к реальным системам. Одна из таких закономерностей - это тепловое равновесие. Если долгое время внешние условия остаются неизменными, то любая термодинамическая система рано или поздно самопроизвольно переходит в состояние теплового равновесия. При тепловом равновесии все макроскопические параметры системы могут оставаться сколь угодно долго неизменными. В таком состоянии не происходит теплообмен с окружающей средой, не изменяется объем, и давление газа, отсутствуют взаимное превращение жидкостей, газов и твердых тел и т.д. При этом микроскопические процессы внутри тела (движение и взаимодействия частиц) не прекращаются. Между частицами тела (системы) происходит обмен энергией: частицы с большой энергией передают энергию частицам с меньшей энергией. Идет внутреннее выравнивание температур. Стоит только измениться внешним условиям, так сразу нарушается равновесие системы, и начинается движение, пока система опять не адаптируется к новым условиям. Поэтому можно сказать, что у системы может быть множество состояний теплового равновесия, каждому из которых соответствует определенная температура. Например, вода при температуре выше 100оС находится в виде пара, если постепенно понижать температуру, скажем, до 15оС, она превратится в жидкость, и при этом будут изменяться многие ее свойства. Если поддержать некоторое время эту температуру, то наступит тепловое равновесие. Это ее относительно равновесное состояние в этих конкретных условиях. Если дальше изменить температуру, скажем, до –10оС, то вода превратится в лед, и опять изменятся почти все физические параметры и свойства: объем, плотность, электрические и магнитные свойства и др. Таким образом, получается, что любая система может обладать множеством подвижных равновесных состояний в зависимости от внутренних и, в особенности, от внешних условий. В химической науке хорошо известен принцип Ле Шателье, принцип подвижного равновесия, который гласит: если на равновесную систему производить внешнее воздействие, то положение равновесия смещается в направлении ослабления эффекта этого воздействия. Это проявляется, например, так: при повышении внешней температуры динамическое равновесие химической системы смещается в сторону эндотермических ( поглощение теплоты) процессов. Если нагреть алюминий до температуры 700оС, то вследствие поглощения тепловой энергии, у него увеличится внутренняя энергия, и он перейдет в жидкое состояние. При понижении температуры равновесие процессов смещается в сторону экзотермических реакции (выделение тепловой энергии). Согласно этому, если жидкий алюминий поместить в условия низкой температуры (или дать охладится ниже 600оС), то он будет отдавать тепло окружающей среде, внутренняя энергия уменьшится, и он перейдет в твердое состояние. Увеличение давления смещает химическое равновесие в направлении процессов в сторону уменьшения объемов получаемых продуктов, а уменьшение давления, наоборот, в сторону образования веществ с большими объемами выходных продуктов. Таким образом, само равновесие оказывается весьма подвижным и зависит от многих условий: как от внешних, так и внутренних. Но опыт показывает, что все-таки зависимость от внешних условий больше. Система постоянно подлаживается, в первую очередь, к изменениям внешней среды. И это, соответственно, требует от системы внутренней «перестройки»: то превратиться в пар, то в жидкость, то перейти в твердую фазу. При этом обычно энергия либо выделяется, либо поглощается. Выделение энергий, поглощение энергий, энергообмен во всяких его проявлениях изучается термодинамикой. Здесь наиболее известны два закона. Первый из них гласит: изменение внутренней энергии системы при переходе из одного состояния в другое равно сумме количества теплоты, сообщенного системе, и работы внешних сил, совершенной над системой. Второй закон постулирует невозможность передачи тепло от более холодной системы к более горячей при отсутствии других одновременных изменений в обеих системах или в окружающих телах. Если перевести на реальный, действительный мир, это указывает на необратимости процессов в природе. Или по-другому, используя понятие, введенное в термодинамику для определения меры необратимости рассеяния энергии, второй закон еще называют законом возрастания энтропии. Если сейчас перейти к электродинамике, добавляются электрические и магнитные энергии. Электрические и магнитные поля характеризуются энергетическими и силовыми характеристиками. Если разность потенциалов в различных точках поля определяют энергетическую характеристику поля, то сила, действующая на пробный заряд, помещенный в это поле, определяет силовую характеристику, которая именуется напряжением поля. В большей части все зависит от разности потенциалов: чем больше разность потенциалов, тем больше энергии и силы, действующие на тела, находящиеся в этом поле. Также чем больше разность потенциалов на концах проводника, тем выше сила тока. Виды энергии могут переходить друг в друга, при этом оставаясь принадлежащими одной и той же форме энергии. Переход разных видов энергии друг в друга является следствием перераспределения значений этих видов энергии внутри одной и той же формы движения. При этом не исключается перенос любого вида энергии данной формы движения в любой вид энергии другой формы движения. Самые общие зависимости образуют самую общую, единую теорию. Так как вещество (твердое, жидкое, газообразное, плазменное), по сути – это разные формы энергии, то получаем единую теорию всех полей (векторов, определяющих направленность воздействия данного вида энергии), существующих в природе. Однако общие зависимости пока еще не выявлены. Поэтому единой теории поля еще нет. Итак, единой мерой различных форм движения служит физическая величина, называемая энергией. Движение является неотъемлемым свойством материи. Поэтому всякое, тело обладает энергией или, как часто говорят, запасом энергии, являющейся мерой его движения. Различных форм движения много, но все они характеризуются некоей общей способностью воздействовать на окружающее с некоторой силой, пропорциональной величине их энергии. На то окружающее, на которое способна воздействовать энергия, соответствующая данной форме движения. При этом величина первоначальной энергии понижается, зато появляется новое движение, обладающее уже своей энергией. Так механическая энергия преобразуется в тепловую, тепловая – в химическую и электромагнитную (тепловое излучение), электромагнитная может опять стать механической (давление света). Гравитационная энергия заставляет тело падать и при ударе эта энергия переходит в тепловую и электромагнитную. То есть гравитационная, электромагнитная, механическая, тепловая, химическая энергии могут переходить друг в друга в виде изменения движения, позволяя количественно и качественно записать зависимости этих превращений. Ясно, что просто понятие «энергия» не говорит ничего: смысл появляется только когда речь идет об определенной форме движения и соответствующей ей величине энергии. Надо сказать, что понятие энергии, как основы всего, что существует во Вселенной, довольно не просто и требует понимания всех ее видов, от квантово-волновой, до форм, представленных в виде вещества: частиц, атомов, молекул, в контексте механизмов перехода ее из одних форм в другие. Без отнесения к определенной форме движения энергия полностью лишена смысла и, никто не способен придать ей какой-либо смысл. Требования ресурсосбережения подразделяют на три группы: – требованияресурсосодержания, которые определяют совершенство процессов, продукции, работ и услуг по составу, количеству использованных материалов и т.д.; – требования ресурсоемкости (по технологичности), определяющие возможность достижения оптимальных затрат ресурсов при изготовлении, ремонте и утилизации продукции, а также выполнении работ и оказании услуг с учетом требований экологической безопасности; – требования ресурсоэкономичности изделия, которые определяют возможность достижения оптимальных затрат ресурсов при эксплуатации, ремонте и утилизации продукции, выполнении работ и оказании услуг. Указанные группы требований взаимосвязаны и действуют на всех стадиях жизненного цикла продукции: – при разработке продукции, планировании работ и услуг (устанавливают проектные требования ресурсосодержания и ресурсоэкономичности, рекомендации по ресурсоемкости); – при изготовлении продукции, выполнении работ и оказании услуг (устанавливают уточненные требования ресурсоемкости); – при эксплуатации продукции, выполнении работ и оказании услуг (устанавливают уточненные требования ресурсоемкости и ресурсоэкономичности); – при утилизации продукции (устанавливают требования ресурсоемкости и ресурсоэкономичности). Принципы и классификация требований ресурсосбережения подчеркивают важность системного подхода к ресурсосбережению, взаимосвязанность требований на разных этапах жизненного цикла продукции. Они формулируют элементы, из которых складывается ресурсосбережение, что важно для целенаправленного подхода к ресурсосбережению при разработке, изготовлении и эксплуатации продукции. Стандарт этим элементам дает следующие определения: – ресурсосодержание – совокупность системно-структурных свойств, характеризующих состав и содержание сосредоточенных в продукции, работах и услугах ресурсов определенного вида при данном уровне развития общества; – ресурсоемкость – совокупность структурно-технических свойств, определяющих возможность изготовления продукции, ремонта и утилизации, а также выполнения работ и оказания услуг с установленными затратами и потерями ресурсов в технологических циклах; – ресурсоэкономичность – совокупность эксплуатационных свойств, характеризующих техническое совершенство продукции, а также работ и услуг по степени расходования и использования различных ресурсов с достижением определенного полезного эффекта в заданных условиях функционирования. |