3.1 Energía y sus tipos
3.2 Métodos de obtención y conversión de energía.
3.3 Cargas eléctricas y térmicas y métodos para su regulación.
3.4 Conversión directa de energía solar en calor y electricidad
3.5 Energía eólica
3.6 Energía hidroeléctrica
3.7 Bioenergía
3.8 Transporte de energía térmica y eléctrica
3.8.1 Transporte de energía térmica
3.8.2 Transporte de energía eléctrica
3.9 Gestión energética de empresas industriales.
3.1 Energía y sus tipos
Energía(del griego energeie - acción, actividad) es una medida cuantitativa general del movimiento y la interacción de todo tipo de materia. Ésta es la capacidad de realizar un trabajo, y el trabajo se realiza cuando una fuerza física (presión o gravedad) actúa sobre un objeto. Trabajo- esto es energía en acción.
En todos los mecanismos, cuando se realiza trabajo, la energía cambia de un tipo a otro. Pero al mismo tiempo, es imposible obtener más energía de un tipo que de otro durante cualquiera de sus transformaciones, ya que esto contradice la ley de conservación de la energía.
Se distinguen los siguientes tipos de energía: mecánica; eléctrico; térmico; magnético; atómico.
Eléctrico La energía es uno de los tipos perfectos de energía. Su uso generalizado se debe a los siguientes factores:
Obtención de grandes cantidades cerca de depósitos de recursos y fuentes de agua;
Posibilidad de transporte a largas distancias con pérdidas relativamente pequeñas;
La capacidad de transformarse en otros tipos de energía: mecánica, química, térmica, luminosa;
Sin contaminacion ambiente;
La introducción de procesos tecnológicos progresivos fundamentalmente nuevos con un alto grado de automatización basados en la electricidad.
Térmico La energía se utiliza ampliamente en las industrias modernas y en la vida cotidiana en forma de vapor, agua caliente y productos de combustión de combustible.
La conversión de energía primaria en energía secundaria, en particular en energía eléctrica, se realiza en las estaciones, que en sus nombres contienen indicaciones sobre qué tipo de energía primaria se convierte en energía eléctrica en ellas:
En una central térmica (TPP) - térmica;
Centrales hidroeléctricas (HPP): mecánicas (energía del movimiento del agua);
Central eléctrica de almacenamiento por bombeo (PSPP): mecánica (energía del movimiento del agua precargada en un depósito artificial);
Central nuclear (NPP) - nuclear (energía de combustible nuclear);
Central mareomotriz (TPP) - mareas.
En la República de Bielorrusia, más del 95% de la energía se genera en centrales térmicas que, según su finalidad, se dividen en dos tipos:
Centrales térmicas de condensación (CHPS), diseñadas para generar únicamente energía eléctrica;
Centrales combinadas de calor y energía (CHP), donde se lleva a cabo la producción combinada de energía eléctrica y térmica.
3.2 Métodos de obtención y conversión de energía.
Central térmica Incluye un conjunto de equipos en los que la energía química interna del combustible (sólido, líquido o gaseoso) se convierte en energía térmica del agua y vapor, que se convierte en energía mecánica de rotación, que genera energía eléctrica. El diagrama de generación de electricidad en centrales térmicas se muestra en la Figura 6.
Como puede verse en el diagrama presentado, el combustible suministrado desde el almacén (C) al generador de vapor (SG) durante la combustión libera energía térmica que, al calentar el agua suministrada desde la toma de agua (IW), la convierte en energía. de vapor de agua con una temperatura de 550 °C. En la turbina (T), la energía del vapor de agua se convierte en energía mecánica de rotación, que se transmite al generador (G), que la convierte en energía eléctrica. En el condensador de vapor (K), el vapor de escape con una temperatura de 123 ... 125 ° C cede el calor latente de vaporización al agua de refrigeración y, mediante una bomba circular (H), se suministra nuevamente en forma de condensado a la caldera-generador de vapor.
Figura 6 - Diagrama de funcionamiento de la central térmica.
El diseño de una central combinada de calor y energía se diferencia de una central térmica en que en lugar de un condensador se instala un intercambiador de calor, donde el vapor a una presión significativa calienta el agua suministrada a las principales líneas de calefacción.
Planta de calderas Es un conjunto de dispositivos para producir vapor a presión o agua caliente. Consta de unidad de caldera y equipos auxiliares, tuberías de gas y aire, tuberías de vapor y agua con accesorios, dispositivos de tiro, etc.
Distrito, o salas de calderas industriales están diseñadas para el suministro de calor centralizado a viviendas y servicios comunales o a la propia empresa. Con la puesta en funcionamiento de las centrales térmicas, algunas de ellas quedaron inactivas y pueden utilizarse como reserva y pico, y luego se denominan reserva-pico.
Planta de turbinas de gas- este es un motor en el que el aparato de cuchillas energía potencial El gas se convierte en energía cinética y luego se convierte parcialmente en Trabajo mecánico, que se convierte en energía eléctrica.
Figura 7 - Esquema de una instalación de turbina de gas con suministro de energía térmica en =cen frente
1 - compresor de aire; 2 - turbina de gas; 3 - generador eléctrico; 4 - bomba de combustible; 5 - cámara de combustión
En la instalación de turbina de gas de combustión continua más simple (Figura 7), el aire comprimido a una cierta presión en el compresor 1 ingresa a la cámara de combustión 5, donde su temperatura aumenta debido a la combustión del combustible suministrado por la bomba de combustible 4 a presión constante. Los productos de la combustión bajo presión y alta temperatura se suministran a la turbina 2, en la que se realiza el trabajo de expansión del gas. Al mismo tiempo, la presión y la temperatura bajan. A continuación, los productos de la combustión se liberan a la atmósfera.
Planta de ciclo combinado es una central térmica de turbina, en cuyo ciclo térmico se utilizan dos fluidos de trabajo: vapor de agua y gases de combustión procedentes de la unidad de caldera.
El aire que ingresa al compresor 1 (Figura 8) desde la atmósfera se comprime al aumentar la temperatura y se suministra a la cámara de combustión 5, en la que se inyecta combustible mediante una bomba de combustible. En la cámara de combustión 5 se quema el combustible y los gases resultantes ingresan a la turbina de gas 2, donde se realiza el trabajo.
Figura 8 - Esquema de planta de ciclo combinado.
1 - compresor de aire; 2 - turbina de gas; 3 - generador eléctrico; 4 – bomba de combustible; 5 - cámara de combustión; 6 - calentador; 7 - caldera; 8 - turbina de vapor; 9 - condensador de vapor de agua; 10 - bomba de alimentación
Los gases de escape con una temperatura de 350 °C y presión reducida ingresan al calentador 6, donde liberan parte del calor para calentar el agua de alimentación que ingresa a la caldera 7 y, una vez enfriada, se descargan a la atmósfera. El agua de alimentación se utiliza en la caldera para producir vapor, que ingresa a la turbina de vapor 8 a una temperatura
540°C. En él, el vapor se expande produciendo trabajo técnico. El vapor de escape en la turbina ingresa al condensador 9, en el que se condensa, y el condensado resultante, mediante la bomba 10, se envía primero al calentador 6, donde recibe el calor de los gases de escape en la turbina de gas, y luego a la caldera de vapor 7. Los caudales de vapor y gas se seleccionan de esta manera para que el agua absorba la máxima cantidad de calor de los gases. La eficiencia térmica de las instalaciones es superior al 60%.
La implementación de dos unidades de turbina de vapor en la asociación de producción de Vitebsk “Vityaz”, que son capaces de generar 1500 kW de electricidad (750 kW cada una) y ahorrar mensualmente hasta 30 mil dólares en la compra de energía, muestra cuán efectiva es la implementación de unidades de turbina de vapor es. El período de recuperación del proyecto es de poco más de un año.
Estación de energía hidroeléctrica es un complejo de estructuras hidráulicas y equipos de energía a través del cual la energía de los flujos de agua o depósitos ubicados en niveles relativamente más altos se convierte en energía eléctrica.
El proceso tecnológico de generación de electricidad en centrales hidroeléctricas incluye:
Creación de diferentes niveles de agua en las piscinas superior e inferior;
Convertir la energía del flujo de agua en energía rotacional del eje de la turbina hidráulica;
Conversión de energía rotacional en energía mediante un hidrogenerador. corriente eléctrica.
Almacenamiento por bombeo central eléctrica Es una central hidroeléctrica en la que el flujo de agua hacia el embalse aguas arriba se asegura de forma artificial, mediante bombas alimentadas por la electricidad del sistema. Además de las turbinas, está equipado con bombas (bombas) o solo turbinas que pueden funcionar en modo bomba (turbinas inversas) para elevar agua durante las horas de baja carga en el sistema de energía desde la piscina inferior hasta el depósito superior conectándose a la red eléctrica. sistema. Con cargas elevadas, las centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo funcionan como centrales hidroeléctricas convencionales.
Diagramas térmicos de centrales nucleares. depender del tipo de reactor; tipo de refrigerante; composición del equipo y puede ser de uno, dos y tres circuitos.
Esquema de generación de electricidad para circuito único La planta de energía nuclear se muestra en la Figura 9. El vapor se genera directamente en el reactor y ingresa a la turbina de vapor. El vapor de escape se condensa en un condensador y el condensado se bombea al reactor. El esquema es simple y económico. Sin embargo, el vapor (fluido de trabajo) a la salida del reactor se vuelve radiactivo, lo que aumenta las exigencias de protección biológica y dificulta el control y la reparación de los equipos.
Figura 9 - Diagrama térmico de la central nuclear de circuito único más simple.
1 - reactor nuclear; 2 - turbina; 3 - generador eléctrico; 4- condensador de vapor de agua; 5 - bomba de alimentación
EN doble circuito En los esquemas de generación de energía nuclear, hay dos circuitos independientes (Figura 10): refrigerante y fluido de trabajo. Su equipamiento común es un generador de vapor, en el que el refrigerante calentado en el reactor cede su calor al fluido de trabajo y regresa al reactor mediante una bomba de circulación.
Figura 10 - Diagrama térmico de la central nuclear de doble circuito más sencilla.
1 - reactor nuclear; 2 - intercambiador de calor-generador de vapor; 3 - bomba de circulación principal; 4 - turbina; 5 - generador eléctrico; 6 - condensador de vapor de agua; 7 - bomba de alimentación
La presión en el primer circuito (circuito de refrigeración) es significativamente mayor que en el segundo. El vapor producido en el generador de calor se suministra a la turbina, trabaja, luego se condensa y la bomba de alimentación suministra el condensado al generador de vapor. El generador de vapor, aunque complica la instalación y reduce su eficiencia, evita la radiactividad en el circuito secundario.
EN tres circuitos En el esquema, los metales líquidos (por ejemplo, sodio) sirven como refrigerantes primarios. El sodio radiactivo del reactor ingresa al intercambiador de calor del circuito intermedio con sodio, que desprende calor y regresa al reactor. La presión de sodio en el segundo circuito es mayor que en el primero, lo que elimina la fuga de sodio radiactivo. En el segundo circuito intermedio, el sodio transfiere calor al fluido de trabajo (agua) del tercer circuito. El vapor resultante ingresa a la turbina, trabaja, se condensa y ingresa al generador de vapor.
El esquema de tres circuitos es caro, pero garantiza un funcionamiento seguro del reactor.
La diferencia entre centrales térmicas y nucleares es que la fuente de calor en las centrales térmicas es una caldera de vapor en la que se quema combustible orgánico; en una central nuclear: un reactor nuclear, cuyo calor se libera mediante la fisión del combustible nuclear, que tiene un alto poder calorífico (millones de veces mayor que el del combustible orgánico). Un gramo de uranio contiene 2,6 10 núcleos, cuya fisión libera 2000 kWh de energía. Para obtener la misma cantidad de energía, es necesario quemar más de 2000 kg de carbón.
Sin embargo, durante el funcionamiento de las centrales nucleares se forma una gran cantidad de sustancias radiactivas en el combustible, el refrigerante y los materiales estructurales. Por lo tanto, una central nuclear es una fuente de peligro de radiación para el personal operativo y la población que vive cerca, lo que aumenta los requisitos de confiabilidad y seguridad de su operación.
Central térmica(CHP) es una central térmica que genera no solo energía eléctrica, sino también calor suministrado a los consumidores en forma de vapor y agua caliente para consumo doméstico. Con esta generación combinada de energía térmica y eléctrica, principalmente el calor del vapor (o gas) liberado en las turbinas se libera a la red de calefacción, lo que conduce a una reducción del consumo de combustible en un 25-30% en comparación con la generación de energía separada en CPP o centrales eléctricas de distritos estatales (centrales eléctricas de distritos estatales) y calor en salas de calderas de distritos.
Transcripción
1 Formas de energía y tipos de energía Kogan I.Sh. 1. Confusión en las definiciones de formas y tipos de energía 2. ¿Cómo deberían llamarse formas de energía y tipos de energía? 3. Clasificación de formas y tipos de energía en termodinámica 4. Cuento el surgimiento de conceptos relacionados con la energía 5. La energía cinética y potencial pertenecen a cada forma de energía 6. ¿Cuántos tipos de energía puede haber? 7. ¿Cómo deberían llamarse formas y tipos de intercambio de energía? 8. Forma biológica de energía y especulaciones en torno a ella 1. Confusión en las definiciones de formas y tipos de energía El concepto de energía en la literatura científica, educativa y de referencia moderna y, especialmente, en los medios. medios de comunicación en masa descuidado gran cantidad Palabras complementarias que a veces no tienen nada que ver con la física. Pero en la propia física tampoco hay claridad en cuanto a la sistematización de estas palabras complementarias. Y sobre todo se trata de conceptos como formas de energía y tipos de energía. En el diccionario Glossary.ru, la energía es una cantidad física escalar que es una medida única. diversas formas el movimiento de la materia y la medida de la transición del movimiento de la materia de una forma a otra. (En adelante, el subrayado entre comillas es nuestro - I.K.). TSB también dice lo mismo: la energía en la naturaleza no surge de la nada ni desaparece; sólo puede cambiar de una forma a otra. En las definiciones dadas estamos hablando acerca de sólo sobre formas de movimiento y formas de energía. Pero se pueden dar otros ejemplos. En un popular libro de referencia metrológica se dice lo siguiente: Diferentes tipos de movimiento e interacción de la materia corresponden a diferentes tipos de energía: mecánica (cinética y potencial), interna, electromagnética, nuclear, etc. Aquí estamos hablando de tipos de movimiento y tipos de energía. . En un libro de referencia popular sobre física, se da la siguiente frase: varios tipos (formas) de energía. Aquí se equiparan formas y tipos de energía entre sí. Pero en un libro de texto de física la energía se divide sólo en tipos: de acuerdo con las distintas formas de movimiento de la materia, se consideran diferentes tipos de energía: mecánica, interna, electromagnética, nuclear, etc. Y además: Energía mecánica Hay dos tipos: cinéticos y potenciales. Aquí los tipos de energía ya corresponden a las formas de movimiento. El artículo introduce los conceptos de formas ordenadas y desordenadas de energía, derivadas del funcionamiento ordenado de dispositivos técnicos destinados a la transformación intencionada de un tipo de energía en otro, y funcionamiento desordenado, en el que no existe un movimiento ordenado del sistema físico. . La información presentada indica que en la física y la metrología modernas la energía no se divide en formas ni tipos. Y si se subdivide, entonces las formas y tipos de energía se interpretan de manera diferente. Sin embargo, es necesario dejar claros los términos como formas de energía y tipos de energía, y esto se hace en las obras. 2. ¿Cómo deberían llamarse formas de energía y tipos de energía?
2 El diccionario de la lengua rusa interpreta los conceptos de forma y tipo de la siguiente manera: forma, dispositivo, tipo, estructura, cuya naturaleza está determinada por el contenido. Especie es un concepto que denota una serie de objetos, fenómenos con las mismas características y se incluye en el concepto más general de género. De acuerdo con esta interpretación, la forma es más general y la apariencia es menos. concepto general. En consecuencia, la especie debe incluirse en el formulario como parte integrante de ella. Apliquemos esta conclusión al concepto de energía. En la TSB, en la entrada del diccionario, se indica energía: De acuerdo con las diversas formas de movimiento de la materia, se consideran diversas formas de energía. Esto se deriva directamente de la ley de conservación de la energía, en la que el incremento de energía de un sistema es igual a la suma de los incrementos de energía en todas las formas de movimiento del sistema. Por tanto, de acuerdo con las diversas formas de movimiento de la materia, se deben considerar diversas formas de energía: mecánica, hidráulica, térmica, electromagnética, nuclear, etc. Para aclarar qué se debe entender por tipos de energía, presentamos una ecuación generalizada de estado en la forma: (1) donde dw incremento energía total sistemas; i número de la forma elemental de movimiento; U i es la diferencia de potencial de la i-ésima forma de movimiento; q i coordenada del estado de la i-ésima forma de movimiento del sistema; n el número de formas elementales de movimiento en el sistema; k es el orden de la derivada temporal; m es la derivada de tiempo de mayor orden considerada. La ecuación (1) incluye, en forma de expresión entre paréntesis, la ecuación de dinámica en la i-ésima forma de movimiento del sistema en la forma: a 0 q i + a 1 (dq i /dt) + a 2 ( d 2 q i /dt 2) + = U i, (2) donde a 0, a 1 y a 2 son coeficientes de proporcionalidad para las derivadas con respecto al tiempo t, la diferencia de potencial U i se considera como un impacto en el sistema físico, y los términos del lado izquierdo son la reacción del sistema. En la física moderna, normalmente sólo se consideran tres tipos diferentes de contraataques del sistema, lo que corresponde en la ecuación (1) m = 2, y se desprecian las contraacciones para m > 2. Cuando el orden de la derivada es k = 0, estamos hablando de contrarrestar la rigidez del sistema durante su deformación, para k = 1 de la contrarrestación disipativa del medio ambiente, y para k = 2 de contrarrestar la inercia. del sistema. Cada una de estas tres contracciones determina uno de los tres componentes de la energía de la i-ésima forma de movimiento: energía potencial, energía de disipación y energía cinética. Todos los términos de la ecuación de estado (1) deben denominarse tipos de energía. 3. Clasificación de formas y tipos de energía en termodinámica De particular importancia es la solución al problema de clasificar conceptos relacionados con la energía en termodinámica, ya que allí no se puede hacer sin clasificar los llamados potenciales termodinámicos. Estos últimos, por su naturaleza física, son variedades de energía, y no variedades de potenciales, como su nombre lo indica.
3 Utilizando el libro de referencia, el artículo y las definiciones del diccionario, en la Fig. La Figura 1 presenta un esquema de clasificación de conceptos relacionados con la energía. Al escribir las ecuaciones gobernantes en este diagrama, se utiliza la notación estándar. Esquema en la Fig. 1 se utiliza para sistematizar conceptos físicos. Arroz. 1 Clasificación de conceptos relacionados con la energía 4. Breve historia de la aparición de los conceptos relacionados con la energía La aparición de los conceptos que se muestran en la Fig. 1, está asociado con la introducción por W. Thomson (Kelvin) en 1851 del concepto de energía interna, de donde se deduce que la energía total del sistema es la suma de la energía externa e interna del sistema. La energía externa está formada por las energías cinética y potencial del sistema en su conjunto. La energía interna es la energía de un sistema, que depende únicamente de su estado interno y no incluye los tipos de energía del sistema en su conjunto. Incluye las energías de todas las formas de movimiento existentes en el sistema. Conexiones entre completas
4 energía y su componentes se indican en el diagrama con líneas continuas. Es cierto que en 2006 V. Etkin demostró que parte de la energía externa del sistema depende del estado interno del sistema. Y que dividir la energía en externa e interna no nos permite reflejar completamente en la terminología las diferencias cualitativas en las formas de energía. En 1865, tras la introducción por R. Clausius de la cantidad física S llamada entropía, opciones adicionales . La energía del sistema comenzó a distinguirse en función de la operatividad del sistema. En el año J. Gibbs desarrolló el método de los potenciales termodinámicos e introdujo el concepto de entalpía (contenido de calor) de un sistema, igual a la suma de la energía interna del sistema y el trabajo de interacción realizado por él con el medio ambiente. Esta cantidad se indica en el diagrama con líneas discontinuas. La parte trabajable de la entalpía (energía de Gibbs) se llamó entalpía libre. Y la parte inoperante asociada al movimiento caótico de las partículas que componen el sistema se denominó energía ligada. Esta es la llamada energía devaluada del sistema, que también se llama energía de Helmholtz. Esta cantidad se indica en el diagrama mediante líneas de puntos. En 1882, G. Helmholtz introdujo la división de la energía interna de un sistema en energía libre y ligada. La energía libre es la parte utilizable de la energía interna del sistema. La clasificación de Helmholtz se muestra en el diagrama con líneas de puntos y guiones. En 1955, Z. Rant introdujo dos nuevos conceptos: exergía y anergía, diseñados para distinguir la energía total de un sistema únicamente en función de la eficiencia. La exergía es la parte viable (técnicamente utilizable) de la energía total. Según TSB, este es el trabajo máximo que puede realizar un sistema al pasar de un estado determinado al equilibrio con el medio ambiente. La anergia es la parte inoperante (técnicamente inutilizable) de la energía total. Esta división en el diagrama se muestra como líneas discontinuas con dos puntos. En 2006, V. Etkin señaló que el trabajo lo realiza el sistema no solo debido a la energía del propio sistema, sino también a la del medio ambiente (que se repone durante el intercambio de calor con él) y que la exergía de Z. Rant También depende de los parámetros ambientales. Y esto hace que el concepto de exergía sea ambiguo e incompleto. V. Etkin propuso, en lugar del término exergía, introducir un nuevo concepto de energía para el componente convertible (de no equilibrio) de la energía total, definiéndolo como la capacidad de un sistema para sufrir transformaciones internas, independientemente de cómo se producirán estas transformaciones. expresarse en la realización de un trabajo útil o disipativo, externo o interno. V. Etkin sostiene que es más informativo y preciso dividir la energía total del sistema en inergía (parte convertible) y anergía (parte irreversible). En 2007, I. Kogan separó los conceptos de formas de energía y tipos de energía y publicó el diagrama que se muestra en la Fig. 1, donde cada forma de energía corresponde a (m + 1) tipos de energía que se muestran en el diagrama de la última fila. 5. La energía cinética y potencial pertenecen a todas las formas de energía. Es completamente erróneo atribuir energía cinética y potencial sólo a la forma mecánica del movimiento, como se hace, por ejemplo, en el libro de consulta de física. Todos los tipos de energía se refieren a cualquier forma de movimiento y cualquier forma de energía. Por ejemplo, hay una cinética Energía eléctrica, y esto no es lo mismo que la energía mecánica cinética.
5 Por supuesto, la base de cualquier forma de energía es el movimiento mecánico de los portadores de energía (el movimiento de electrones, iones, moléculas de gas o líquido). Pero la forma mecánica de movimiento se refiere a la energía del movimiento del cuerpo en su conjunto, y no al movimiento de los portadores de energía dentro del cuerpo. Por lo tanto, por ejemplo, energía cinética el movimiento de los electrones no es la energía cinética del movimiento corporal. Asimismo, no es lo mismo la energía potencial eléctrica que la energía potencial mecánica. Por lo general, en lugar de las palabras energía eléctrica cinética, simplemente hablan de energía eléctrica, sin implicar la palabra cinética. Pero la palabra eléctrica define una forma de energía, no un tipo de energía. De la misma manera, cuando se pronuncian las dos palabras energía cinética, normalmente significan sólo energía mecánica cinética y se omite la palabra mecánica. En términos de lo anterior, esto no es cierto. Como resultado de confundir los conceptos de formas y tipos de energía, a veces surgen analogías físicas incorrectas. A veces se cree que la energía mecánica cinética puede ser análoga a la energía eléctrica potencial, pero tal analogía es incorrecta y no refleja el contenido físico de los fenómenos; Los tipos de energía pueden transformarse entre sí, sin dejar de pertenecer a la misma forma de energía. Al mismo tiempo, no se excluye la transferencia de cualquier tipo de energía de una determinada forma de movimiento a cualquier tipo de energía de otra forma de movimiento. EN diferentes secciones En física, la notación matemática de un mismo tipo de energía a veces cambia al pasar de una forma de energía a otra y, a veces, también cambia el nombre. Pero esto sólo dificulta la comprensión de la esencia de lo que está sucediendo. 6. ¿Cuántos tipos de energía puede haber? Dado que la física moderna considera sólo tres términos en la ecuación dinámica, sólo se consideran tres tipos de energía (potencial, cinética y disipación). Pero en las ecuaciones (1-2) no hay prohibición sobre la existencia de tipos de energía determinados por el orden de la derivada del tiempo k > 2. En particular, el cuarto tipo de energía (en k = 3) es de interés para los investigadores. de los procesos de aceleración y frenado de motores en el sector energético, en el transporte, en astronáutica, teoría del impacto. En el trabajo, por ejemplo, el sistema de cantidades físicas incluye cantidades asociadas al cuarto tipo de energía. Los teóricos del impacto llaman al coeficiente a 3 de la ecuación (2) nitidez. El quinto tipo de energía (en k = 4) puede ser de interés, por ejemplo, para los especialistas en procesos explosivos. Observemos también que la energía de disipación está asociada no simplemente con una contrarrestación energética, sino con un cambio cualitativo de energía. Por cierto, el término pérdida de energía disipativa que se utiliza a veces es incorrecto, porque la energía no se puede perder. Sería más exacto hablar de pérdidas de energía disipativas en formas ordenadas de movimiento. En lugar del término energía de disipación (traducido al ruso como energía de disipación) en algunos trabajos científicos Se utiliza el término energía de degradación (traducido al ruso como energía de degeneración). Pero esto tampoco es exacto; no es la energía la que degenera, sino la capacidad del sistema para producir trabajo mecánico. Entre las contramedidas del sistema a las amenazas externas impacto energético hay que añadir la posible oposición del campo físico asociada al movimiento del sistema en este campo o a su posible rotación con respecto a las líneas de campo. Esta reacción es un cambio específico en otro tipo de energía, llamada en física energía potencial en un campo físico o abreviada.
6 energía potencial de posición. Por lo tanto, el tipo de energía asociada con contrarrestar la rigidez debe denominarse energía potencial de deformación. Este tipo de energía potencial, a diferencia del anterior, está asociada a un campo de fuerzas interno (campo de fuerzas elásticas). 7. ¿Cómo deberían llamarse formas y tipos de intercambio de energía? Cuando la energía se transfiere del sistema al medio ambiente o viceversa, se debe utilizar el término general intercambio de energía y hablar no de formas y tipos de energía, sino de formas y tipos de intercambio de energía, como se refleja en el diagrama de la Fig. . 2. Arroz. 2 Clasificación de formas y tipos de intercambio de energía Conceptos generalmente aceptados como trabajo de fuerza, intercambio de calor, cantidad de electricidad son diversas formas de intercambio de energía en diversas formas de movimiento. Cada uno de ellos corresponde a tipos de intercambio de energía dentro de una misma forma de intercambio de energía (cambio de energía potencial y cinética, disipativo).
7 intercambio de energía). Las razones de los cambios en los tipos de intercambio de energía son varios tipos de contraataques del sistema (cambios en la rigidez, resistencia, inercia). Y la contrarrestación total del sistema, igual y de signo opuesto al impacto energético dw sobre el sistema, consiste en la suma de cambios en los tipos de contraacciones del sistema. 8. Forma biológica de energía y especulaciones en torno a ella. Las formas de energía, naturalmente, incluyen formas de energía de cualquier tipo de radiación, incluida la llamada bioenergía. Los medios de comunicación le atribuyen un cierto significado místico, aunque esto último sólo puede atribuirse al deseo de los periodistas analfabetos en física de hacer que sus artículos sean atractivos y sensacionales. Los aficionados a las ciencias naturales hablan con autoridad sobre la buena y la mala energía, la energía positiva y la negativa, la energía del alma y la energía del cosmos. Al mismo tiempo, no se molestan en definir exactamente lo que entienden por las palabras energía y energética. El autor intenta en vano encontrar una definición clara de este concepto en numerosas publicaciones sobre el tema de la energía humana, pero hasta ahora no lo ha conseguido. La TSB tiene una definición de bioenergía, pero establece claramente que toda investigación en el campo de la bioenergía se basa únicamente en punto científico vista, según la cual las leyes de la física y la química son plenamente aplicables a los fenómenos de la vida, y los principios básicos de la termodinámica son plenamente aplicables a las transformaciones de energía en el cuerpo. No hay nada parecido en las publicaciones sobre la energía humana. Hablar de energía en el sentido de si es buena o mala significa asignarle propiedades que no se encuentran en la naturaleza. La energía es una medida de movimiento; hablar de movimiento bueno o malo no tiene sentido. En definitiva, periodistas y diversos psíquicos juegan con un término que no entienden. Esta situación resultó posible debido a varias razones. En primer lugar, la energía está asociada a la actividad humana y, en este sentido, esta palabra es bien conocida por todas las personas y, por tanto, bien percibida en los medios. En segundo lugar, en otras áreas de la ciencia (no en la física) se intenta interpretar el concepto de energía de forma diferente que en la física. Diferentes interpretaciones de un mismo término no son un fenómeno tan raro. Por eso es necesario definir un término en particular antes de utilizarlo. En tercer lugar, la vida de los seres vivos está realmente relacionada con la energía, especialmente con la energía de la radiación, que proviene de cualquier ser vivo y les llega desde el exterior. Las personas están influenciadas por la energía. campo magnético Tierra, Sol y otros cuerpos celestes, energía de origen humano, etc. Pero éste es el campo de la biofísica, no el esoterismo. Este último no define el concepto de energía, sino que habla de algunas fuerzas vagas de la naturaleza, el karma, el aura, etc. El impacto de la radiación externa en una persona depende no sólo de la energía, sino también de la frecuencia de la radiación. Y esto es aún más importante, ya que la percepción de la radiación es, por regla general, de naturaleza resonante. La energía de la radiación externa percibida por una persona suele ser tan baja que, en la mayoría de los casos, los instrumentos de medición modernos aún no la detectan debido a su umbral de sensibilidad relativamente alto. Pero en todo caso
En este caso, la energía de la radiación sigue siendo una característica de la radiación precisamente en el sentido físico de la palabra, y no en ningún otro. Por supuesto, algunas radiaciones afectan positivamente el bienestar de una persona y otras negativamente. La misma radiación Gente diferente puede influir de diferentes maneras. Por eso existen métodos de investigación científica, incluidos los bioenergéticos, que nada tienen que ver con la magia, la brujería y el misticismo. Nadie va a negar la sabiduría de los antiguos. medicina oriental, pero sus logros deben recibir una explicación científica natural y no utilizar actos de equilibrio verbal. Literatura 1. Chertov A.G., 1990, Cantidades físicas. M.: Escuela Superior, 336 p. 2. Yavorsky B.M., Detlaf A.A., 1990, Manual de Física. 3ª edición. M.: Nauka, Fizmatgiz, 624 p. 3. Savelyev I.V., 2005, Curso de física general (en 5 libros). M.: AST: Astrel 4. Etkin V.A., 2008, Dinámica de la energía (síntesis de teorías de transferencia y conversión de energía). San Petersburgo: Nauka, Kogan I.Sh., 2007, Sistematización y clasificación de definiciones y adiciones al concepto de energía 6. Kogan I.Sh., 1998, Sobre un posible principio de sistematización de cantidades físicas. Metrología legislativa y aplicada, 5, págs. Etkin V.A., 2006, Energía y anergía Pirnat P., 2005, Analogías físicas Kogan I.Sh., 2009, Sistematización y clasificación de definiciones y adiciones al concepto de energía. Automatización y TI en el sector energético, 2-3, págs.
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Se asignan 70 horas al año (2 horas a la semana) para estudiar la asignatura "Física" en el séptimo grado. Al final de cada capítulo, los estudiantes completan prueba. Se realizan un total de 5 pruebas de control y 10 de laboratorio.
Nota explicativa Este programa de trabajo está destinado a estudiantes de 8.º y 9.º grado. organizaciones educativas y compilado de acuerdo con los requisitos de: 1. Componente federal del estado
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Todos estos son diferentes tipos de energía. Todos los procesos que ocurren en la naturaleza requieren energía. En cualquier proceso, un tipo de energía se convierte en otro. Productos alimenticios: patatas, pan, etc. - Se trata de instalaciones de almacenamiento de energía. Obtenemos casi toda la energía que utilizamos en la Tierra del Sol. transfiere a la Tierra tanta energía como la que producirían 100 millones de potentes centrales eléctricas.
Tipos de energía
La energía existe en la mayoría diferentes tipos. Además de la térmica, la luminosa y la energía, también existe la energía química, la cinética y la potencial. Una bombilla eléctrica emite calor y energía luminosa. La energía sonora se transmite mediante. Las ondas hacen que los tímpanos vibren, razón por la cual escuchamos sonidos. La energía química se libera durante. Los alimentos, el combustible (carbón, gasolina) y las baterías son instalaciones de almacenamiento de energía química. Productos alimenticios- Son reservas de energía química liberada en el interior del cuerpo.
Los cuerpos en movimiento tienen energía cinética, es decir. energía del movimiento. Cuanto más rápido se mueve un cuerpo, mayor es su energía cinética. Al perder velocidad, el cuerpo pierde energía cinética. Al golpear un objeto estacionario, un cuerpo en movimiento le transfiere parte de su energía cinética y lo lleva a . Los animales convierten parte de la energía que reciben de los alimentos en energía cinética.
Los cuerpos ubicados en un campo de fuerza, como un campo gravitacional o magnético, tienen energía potencial. elástico o cuerpos elásticos(tener la capacidad de estirarse) tener energía potencial de tensión o elasticidad. Un péndulo tiene máxima energía potencial cuando se encuentra en su punto más alto. Al desplegarse, el resorte libera su energía potencial y hace girar las ruedas del reloj. Las plantas reciben energía y producen nutrientes, creando reservas de energía química.
Conversión de energía
La ley de conservación de la energía dice que la energía ni se crea de la nada ni se pierde sin dejar rastro. En todos los procesos que ocurren en la naturaleza, un tipo de energía se convierte en otro. La energía química de las pilas de las linternas se convierte en energía eléctrica. En una bombilla la energía eléctrica se convierte en calor y luz. Hemos dado un ejemplo de esta "cadena energética" para mostrarle cómo un tipo de energía se convierte en otro.
El carbón son los restos comprimidos de plantas que vivieron hace muchos años. Una vez recibieron energía del sol. El carbón es una reserva de energía química. Cuando el carbón se quema, su energía química se convierte en energía térmica. Energía térmica se calienta y se evapora. El vapor hace girar la turbina. produciendo así energía cinética: la energía del movimiento. El generador convierte la energía cinética en energía eléctrica. Una variedad de dispositivos (lámparas, calentadores, grabadoras) consumen electricidad y la convierten en sonido, luz y calor.
Los resultados finales de muchos procesos de conversión de energía son la luz y el calor. Aunque la energía no desaparece, se va al espacio y es difícil de capturar y utilizar.
Energía solar
La energía del sol nos llega en forma de ondas electromagnéticas. Sólo así se puede transmitir energía a través de espacio abierto. Se puede utilizar para generar electricidad mediante células fotovoltaicas o para calentar agua en colectores solares. El panel colector absorbe energía térmica del sol. La figura muestra una sección transversal del panel colector. El panel negro absorbe la energía térmica proveniente del sol y el agua de las tuberías se calienta. Así se construye el tejado de una casa calentada por el sol. Energía solar transferido al agua utilizada para las necesidades domésticas y calefacción. El exceso de calor ingresa a la instalación de almacenamiento de energía. La energía se almacena mediante reacciones químicas.
Recursos energéticos
Necesitamos energía para iluminar y calentar nuestros hogares, para cocinar los alimentos, para que las fábricas puedan funcionar y los automóviles puedan circular. Esta energía se genera mediante la combustión de combustible. Hay otras formas de obtener energía; por ejemplo, se produce. centrales hidroeléctricas. Casi la mitad quema leña, estiércol o carbón para cocinar y calentar sus hogares.
La madera, el carbón, el petróleo y el gas natural se denominan Recursos no renovables, ya que se utilizan sólo una vez. Sol, viento, agua: es recursos de energía renovable, ya que ellos mismos no desaparecen durante la producción de energía. En sus actividades, la gente utiliza recursos fósiles para la producción de energía (77%), madera (11%), energías renovables (5%) y 3%. Llamamos carbón, petróleo y gas natural. combustibles fósiles, ya que los extraemos de las entrañas de la Tierra. Se formaron a partir de restos de plantas y animales. Casi el 20% de la energía que utilizamos proviene del carbón. 
Cuando el combustible se quema, se libera dióxido de carbono y otros gases. A esto se debe en parte fenómenos como la lluvia ácida y el efecto invernadero. Sólo alrededor del 5 por ciento de la energía proviene de fuentes renovables. Esta es la energía del sol, el agua y el viento. Otra fuente de energía renovable es el gas que se produce durante la descomposición. Cuando la materia orgánica se pudre, se liberan gases, especialmente metano. El gas natural se compone principalmente de gas natural, que se utiliza para calentar los hogares y agua. Durante varios milenios, la gente ha utilizado la energía eólica para impulsar barcos de vela y hacer girar molinos de viento. El viento también puede producir electricidad y bombear agua.
Unidades de energía y potencia.
Para medir la cantidad de energía se utiliza una unidad especial: el julio (J). Mil julios equivalen a un kilojulio (kJ). Una manzana normal (de unos 100 g) contiene 150 kJ de energía química. 100 g de chocolate contienen 2335 kJ. La potencia es la cantidad de energía utilizada por unidad de tiempo. La potencia se mide en vatios (W). Un vatio equivale a un julio por segundo. Cómo mas energia detrás tiempo específico produce tal o cual mecanismo, mayor es su poder. Una bombilla de 60 W utiliza 60 J por segundo y una bombilla de 100 W utiliza 100 J por segundo.
Eficiencia
Cualquier mecanismo consume energía de un tipo (por ejemplo, eléctrica) y la convierte en energía de otro tipo. Cuanto mayor sea el coeficiente de rendimiento (eficiencia) de un mecanismo, mayor será la proporción de energía consumida que se convierte en la energía requerida. La eficiencia de casi todos los coches es baja. Un automóvil promedio convierte sólo el 15% de la energía química de la gasolina en energía cinética. Toda la energía restante se convierte en calor. Las lámparas fluorescentes son más eficientes que las bombillas convencionales porque convierten más electricidad en luz y menos en calor.
La energía es la capacidad de realizar trabajo: moverse, mover objetos, producir calor, sonido o electricidad.
¿Qué es energía?
La energía acecha por todas partes: en rayos de sol en forma de energía térmica y lumínica, en el reproductor en forma de energía sonora e incluso en un trozo de carbón en forma de energía química acumulada. Obtenemos energía de los alimentos y el motor de un automóvil la extrae del combustible: gasolina o gas. En ambos casos se trata de energía química. Existen otras formas de energía: térmica, luminosa, sonora, eléctrica, nuclear. La energía es algo invisible e intangible, pero capaz de acumularse y pasar de una forma a otra. Nunca desaparece.
movimiento mecánico
Uno de los principales tipos de energía es la cinética: la energía del movimiento. Los objetos pesados que se mueven a gran velocidad llevan más energía cinética que los ligeros o que se mueven lentamente. Por ejemplo, la energía cinética. coche de pasajeros menos que la energía de un camión que viaja a la misma velocidad.
Energía térmica
La energía térmica no puede existir sin energía cinética. Temperatura cuerpo físico Depende de la velocidad de movimiento de los átomos que lo componen. Cuanto más rápido se mueven los átomos, más caliente se vuelve el objeto. Por tanto, la energía térmica de un cuerpo se considera la energía cinética de sus átomos.
Ciclo energético
El sol es la principal fuente de energía en la Tierra. Se convierte constantemente en otros tipos de energía. Las fuentes de energía naturales también incluyen el petróleo, el gas y el carbón, que básicamente tienen un suministro suficiente de energía solar.
Stock para uso futuro
La energía se puede almacenar. Un resorte almacena energía cuando se comprime. Cuando se libera, se endereza, convirtiendo la energía potencial en energía cinética. Una piedra que yace encima de una roca también tiene energía potencial; cuando cae, se convierte en energía cinética;
Conversión de energía
La ley de conservación de la energía establece que la energía nunca desaparece, simplemente se transforma en otra forma. Por ejemplo, si un niño que anda en bicicleta frena y se detiene, su energía cinética cae a cero. Pero no desaparece por completo, sino que se transforma en otros tipos de energía: térmica y sonora. La fricción de los neumáticos de las bicicletas contra el suelo genera calor, calentando tanto el suelo como las ruedas. Y la energía sonora se manifiesta en el chirrido de frenos y neumáticos.
Trabajo, energía y poder.
Transferir energía es trabajo. La cantidad de trabajo realizado depende de la magnitud de la fuerza y de la distancia que se mueve el objeto. Por ejemplo, un peso pesado que levanta una barra genera mucho trabajo. La velocidad con la que se realiza el trabajo se llama potencia. Cuanto más rápido levanta el peso un levantador de pesas, mayor es su potencia. La energía se mide en julios (J) y la potencia en vatios (W).
Consumo de energía
La energía nunca desaparece, pero si no se utiliza para trabajar, se desperdiciará. La mayoría de las veces, la energía se desperdicia en la producción de calor.
Por ejemplo, una bombilla eléctrica convierte sólo una quinta parte de la energía eléctrica en luz y el resto en calor residual. La baja eficiencia de los motores de los automóviles significa que se desperdicia una cantidad considerable de combustible.
La energía de jugar paintball
Al jugar, la energía cambia constantemente de estado: el potencial se vuelve cinético. Una bola en movimiento tiende a detenerse debido a la fricción contra la pieza de la máquina. Su energía se gasta en superar la fuerza de fricción, pero no desaparece, sino que se convierte en calor. Cuando el jugador imparte energía adicional a la pelota empujando la paleta, el movimiento de la pelota se acelera.
Actualmente, existe una clasificación de tipos de energía con base científica. Hay muchos de ellos, unos 20.
Los tipos de energía que más se utilizan actualmente son tanto La vida cotidiana, y en la investigación científica:
- 1. Energía nuclear: la energía de enlace de neutrones y protones en el núcleo, liberada en diversas formas durante la fisión de núcleos pesados y la fusión de núcleos ligeros; en este último caso se llama termonuclear.
- 2. La energía química (más lógicamente, atómica) es la energía de un sistema de dos o más sustancias que reaccionan entre sí. Esta energía se libera como resultado de la reordenación de las capas electrónicas de átomos y moléculas durante reacciones químicas. Cuando decimos central nuclear (central nuclear), no es del todo correcto. Más precisamente, sería una central nuclear (NPS).
- 3. La energía electrostática es la energía potencial de la interacción de cargas eléctricas, es decir, la reserva de energía de un cuerpo cargado eléctricamente acumulada en el proceso de superar las fuerzas del campo eléctrico.
- 4. Energía magnetostática: la energía potencial de interacción de "cargas magnéticas", o la reserva de energía acumulada por un cuerpo que es capaz de superar las fuerzas de un campo magnético mientras se mueve en contra de la dirección de acción de estas fuerzas. La fuente del campo magnético puede ser un imán permanente o una corriente eléctrica.
- 5. Energía elástica: energía potencial de un cuerpo modificado mecánicamente elásticamente (resorte comprimido, gas), liberada cuando se elimina la carga, con mayor frecuencia en forma de energía mecánica.
- 6. La energía térmica es parte de la energía del movimiento térmico de partículas de cuerpos, que se libera en presencia de una diferencia de temperatura entre un cuerpo determinado y los cuerpos del medio ambiente.
- 7. Energía mecánica: energía cinética de cuerpos y partículas individuales que se mueven libremente.
- 8. Energía eléctrica (electrodinámica): la energía de la corriente eléctrica en todas sus formas.
- 9. Energía electromagnética (fotónica): la energía del movimiento de los fotones del campo electromagnético.
La energía biológica suele aislarse como un tipo especial de energía. Los procesos biológicos son un grupo especial de procesos físicos y químicos, pero en los que intervienen los mismos tipos de energía que en otros.
También hay energía psíquica. De hecho, ningún acto de la actividad humana puede ocurrir sin un apoyo motivacional y, por lo tanto, "psicoenergético", cuya fuente es la energía física y química del cuerpo. Pero este es un tema para otra discusión.
De todo especies conocidas energía, además de las enumeradas anteriormente, en la práctica solo se utilizan directamente cuatro tipos: térmica (alrededor del 70 - 75%), mecánica (alrededor del 20 - 22%), eléctrica - alrededor del 3 - 5%, electromagnética - ligera (menos de 1%). Además, la energía eléctrica ampliamente generada, suministrada a través de cables a las casas y a las máquinas herramienta, desempeña principalmente el papel de portador de energía.
La principal fuente de tipos de energía de uso directo es hasta ahora la energía química de los combustibles orgánicos minerales (carbón, petróleo, gas natural, etc.), cuyas reservas, que constituyen una fracción del porcentaje de todas las reservas de energía de la Tierra, pueden difícilmente sea interminable (es decir, renovable).
En diciembre de 1942 se puso en funcionamiento el primer reactor nuclear y apareció el combustible nuclear. Actualmente, varios países utilizan cada vez más fuentes de energía renovables (viento, agua de río).
Casi cualquier proceso tecnológico utiliza varios tipos de energía. Los balances de combustible y energía generalmente se elaboran por tipo de combustible utilizado, tipo de energía para cada ciclo tecnológico (redistribución) por separado. Esto no permite una comparación objetiva de diferentes procesos tecnológicos para la producción del mismo tipo de producto.
Para los cálculos integrales de la intensidad energética de cualquier producto tecnológico, se propuso clasificar todos los tipos de energía en tres grupos:
- 1. Energía primaria E1: energía química del combustible primario fósil, teniendo en cuenta los costos de energía para la extracción, preparación (enriquecimiento) y transporte.
- 2. Energía derivada E2: la energía de los portadores de energía convertidos, por ejemplo: vapor, agua caliente, electricidad, aire comprimido, oxígeno, agua, teniendo en cuenta los costes de su conversión.
- 3. Energía latente E3 - energía consumida en tecnologías anteriores y incorporada en las materias primas del proceso, tecnológica y energética. equipos, estructuras de capital, herramientas; esta misma forma de energía incluye costos de energía para mantener el equipo en condiciones de funcionamiento (reparaciones), costos de energía para el transporte dentro y entre fábricas y otras operaciones auxiliares.
Para muchos tipos de productos en masa, la cantidad de costos de energía en forma de energía latente, es decir, aportada por los equipos y las estructuras de capital, es relativamente insignificante en comparación con los otros dos tipos de energía y, por lo tanto, como primera aproximación, puede incluirse en el cálculo basado en una estimación aproximada.
El consumo total de energía para la producción de una unidad de cualquier producto en este caso se puede escribir como:
mi suma =mi 1 +mi 2 +mi 3 -mi 4,
donde E4 es la energía de los recursos energéticos secundarios, que se genera durante la producción de este producto, pero se transfiere para su uso en otro proceso tecnológico.
El consumo total de energía también se denomina número tecnológico de combustible (TFN) de un tipo específico de producto (acero, ladrillo).
