Енергія, її види та використання
У фізиці енергія зазвичай позначається латинською літерою E.
В системі СІ енергія вимірюється в джоулях. В системі СГС - у ергах. Крім цих основних одиниць вимірювання на практиці використовується дуже багато інших зручних при конкретному застовуванні одиниць. В атомній і ядерній фізиках а також у фізиці елементарних частинок енергію вимірюють електрон-вольтами, в хімії калоріями, в фізиці твердого тіла градусами Кельвіна, в оптиці оберненими сантиметрами, в квантовій хімії в Гартрі.
У відповідності до різних форм руху матерії, розрізняють кілька типів енергії: механічна, електромагнітна, хімічна, ядерна, теплова, гравітаційна та ін. Цей поділ є досить умовним. Так хімічна енергія складається з кінетичної енергії руху електронів, їхньої взаємодії та взаємодії з атомами.
Крім того, розрізняють енергію внутрішню енергію і енергію у полі зовнішніх сил. Внутрішня енергія дорівнює сумі кінетичної енергії руху молекул і потенціальної енергії взаємодії молекул між собою. Внутрішня енергія ізольованої системи є постійною.
Енергія системи однозначно залежить від параметрів, що характеризують її стан. У випадку неперервної середовища вводять поняття густини енергії в одиниці об`єму і густини потоку енергії, що рівня добутку густини енергії на швидкість її переміщення.
Внаслідок існування закону збереження енергії поняття енергія пов’язує всі явища природи.
Енергія - це загальна кількісна міра руху і взаємодії всіх видів матерії та їх взаємних перетворень. Таким чином, поняття енергії, як і матерії, є філософською категорією. Однак конкретні види енергії (кінетична, потенціальна, механічна, внутрішня та ін.) мають цілком конкретний фізичний зміст.
Величина називається кінетичною енергією, тобто енергією тіла, що рухається. Таким чином, робота постійної сили, яка переміщує тіло горизонтально при відсутності тертя, дорівнює його кінетичній енергії або зміні кінетичної енергії:
Це положення називають теоремою про кінетичну енергію.
Кінетична енергія, як і швидкість, залежить від системи відліку, тобтo є відносною величиною.
Таким чином, потенціальна енергія - це енергія гравітаційної , електричної взаємодії тіл, що залежить від взаємного розміщення тіл або енергія взаємодії частин тіла при пружних деформаціях. При русі тіла в потенціальному полі робота, з одного боку, дорівяює зміні його кінетичної енергії, а з іншого, зменшенню потенціальної енергії:
Сума кінетичної і потенціальної енергії тіла є його повною механічною енергією.
Таким чином, повна механічна енергія тіла, яке переміщується в потенціальному полі, залишається сталою. Це твердження ( законом збереження механічної енергії для одного тіла, ще рухається в потенціальному полі.
Для системи тіл закон збереження механічної енергії формулюється так: повна механічна енергія замкнутої системи тіл, між якими діють консервативні сили, залишається постійною.
Під дією сил тертя та опору механічна енергія тіл пере-творюється в кінетичну енергію хаотичного руху атомів і молекул речовини, а також в потенціальну енергію їх взаємодії. Ця частина енергії тіла називається внутрішньою.
З урахуванням зміни внутрішньої енергії, закон збереження енергії, як загальний закон природи, формулюється так: при будь-яких процесах повна енергія ізольованої системи не змінюється; енергія системи може тільки перетворюватися з однієї форми в іншу і перерозподілятися між частинами системи.
Джерела електричної енергії їх переваги та недоліки.
До традиційних джерел виробництва електроенергії прийнято відносити виробництво електроенергії на ТЕС, ГЕС і АЕС. Кожна з сучасний електростанцій має свої недоліки: ГЕС – змінами водного балансу та випливаючими з цього негативними впливами на екосистеми, ТЕС – викидами в атмосферу шкідливих речовин, тепловим забрудненням рік, АЕС – загрозою радіоактивного забруднення.
Вирбництво електроенергії на ТЕС (теплових електростанціях) займає у світі сьогодні перше місце. Однак ТЕС досить сильно забруднюють навколишнє середовище.
Гідроенергетика має великі перспективи розвитку. Питома вага гідроенергії у світовому енергетичному балансі на середину 90-х років дорівнювала 20%. За потужністю (більш 5 млн кВт) і кількістю електростанцій першість належить Бразилії, США та Венесуелі. У Росії споруджено кілька каскадів ГЕС: Волго-Камський, Ангаро-Єнісейський. На Ангаро-Єнісейському каскаді діють Саяно-Шушенська (6,4 млн кВт), Красноярська (6 млн Вт), Братська (4,5 млн кВт), Усть-Ілімська (4,3 млн кВт) та інші ГЕС. Великі ГЕС споруджені у Бразилії, США, Канаді. Наприклад, Гранд-Кулі на р. Колумбія у США (10,8 млн кВт), Черчил у Канаді (5,2 млн кВт), Ітайпу в Бразилії (12,6 млн кВт). В Китаї будується найбільша в світі ГЕС "Три ущелини" на річці Янцзи потужністю 17,7 млн кВт.
Попри гідроенергетичне будівництво, що триває в усьому світі, роль ГЕС в енергопостачанні постійно зменшується. Це пояснюється вищими темпами спорудження ТЕС, що працюють на мінеральному паливі.
Атомна енергетика стала окремою галуззю енергетики після другої світової війни. Сьогодні вона відіграє важливу роль в електроенергетиці багатьох країн світу.
Атомні електростанції (АЕС) використовують транспортабельне паливо — уран, їх розташовують незалежно від паливно-енергетичного фактора та орієнтують на споживачів у районах з напруженим паливно-енергетичним балансом. Оскільки АБС дуже водомісткі, їх споруджують біля водних джерел. До найбільших експортерів уранових концентратів належать Канада, Австралія, ПАР, Нігер, Бразилія і США. Роль атомних електростанцій безперервно зростає. Станом на 1995 рік у світі вже працювало 428 реакторів загальною потужністю 358 млн кВт, 108 реакторів 30 % потужностей) було в США, 55 (17 % потужностей) - у Франції, 49 (10 % потужностей) - в Японії, більш як по 10 реакторів мали ФРН, Канада, Великобританія, Росія, Україна, Швеція та Республіка Корея (кожна з країн 4-6 %світових потужностей АЕС). В окремих країнах частка електроенергії, що виробляється на атомних станціях, винятково велика. Так, у Франції АЕС виробляють 3/4 електроенергії країни, в Бельгії та Литві - 3/5, в