Cách má energiu - formy energie
Táto stránka má vysvetliť vedecké princípy výroby energie. V záujme všeobecnej zrozumiteľnosti sa zámerne vyhýba fyzickej presnosti.
Obsah:
energie
Energia je schopnosť pracovať.
Energia má rôzne formy:
- Kinetická energia
- Pozičná energia (potenciálna energia)
- Termálna energia
- Elektrická energia
- Atómová energia, jadrová energia
- Sálavá energia (elektromagnetické vlny, slnečná energia)
- Chemická energia
Rôzne formy energie sa môžu navzájom meniť.
Pri všetkých premenách energie zostáva množstvo energie vždy rovnaké (fyzikálny zákon). V striktne fyzickom zmysle nemôže byť energia zničená alebo generovaná. Pod Vytváranie energie tým sa rozumie premena jednej formy energie na požadovanejšiu inú formu. Pri všetkých premenách energie sa však dá do požadovanej konečnej podoby previesť iba časť z daného množstva energie. Pri výrobe elektriny v konvenčných elektrárňach sa napríklad časť chemickej energie z paliva (ropa, plyn, uhlie) premieňa na elektrickú energiu, tu 30% - 45% v závislosti od technológie elektrárne. Toto percento je známe ako Účinnosť. Zvyšné množstvo energie sa nežiaduce premieňa na teplo. Táto časť sa nazýva hovorovo Strata energie. Pretože sa energia väčšinou viaže na určité materiály, hovorí sa aj o nich Nosiče energie.
Význam jednotlivých foriem energie
Kinetická energia
Táto forma energie je prítomná vždy, keď sa niečo pohybuje, napríklad vozidlo, vzduch (veterná energia), voda (energia vo vlnách a riekach). Kinetická energia vzduchu alebo prúdiacej vody sa využíva vo veterných mlynoch a vodných mlynoch. Kinetická energia je často cieľom energetických premien. Takže z. B. V automobile sa chemická energia paliva najskôr premení na teplo a potom (čiastočne) na kinetickú energiu vozidla.
mechanická pozičná energia (potenciálna energia)
Stacionárny objekt, ktorý sa nachádza na miestnej úrovni, ktorá je vyššia ako iná miestna úroveň, má určitú pozičnú energiu. To je možné previesť späť na kinetickú energiu tak, že necháte objekt spadnúť na nižšiu úroveň. Napríklad v zásobníkoch sa energia ukladá vo forme potenciálnej energie. Ak je to potrebné, môžete nechať vodu spadnúť späť na nižšiu hladinu a premeniť potenciálnu energiu späť na mechanickú kinetickú energiu a nakoniec späť na elektrickú energiu. Duté teleso naplnené plynom pod vysokým tlakom obsahuje aj potenciálnu energiu, ktorú je možné získať späť po otvorení vypúšťacieho ventilu. Táto forma ukladania energie sa používa vo veľkých soľných jaskyniach naplnených stlačeným vzduchom.
Termálna energia
Teplo, ktoré vzniká pri spaľovaní zdroja energie, sa čiastočne prenáša na produkty spaľovania, napríklad na spaliny. Horúce spaliny majú vysokú úroveň tepelnej energie. Môžu byť napríklad použité v motore automobilu alebo v turbíne na výrobu mechanickej energie. Hodnota tepelnej energie závisí predovšetkým od teplotnej úrovne. Čím vyššia je teplota (v skutočnosti: teplotný rozdiel medzi akumulátorom tepla a prostredím), tým väčší je podiel tepla, ktoré je možné previesť na kinetickú alebo elektrickú energiu. Pri teplotách niekoľko sto stupňov je možné vykonávať rôzne technické procesy, napríklad spaľovanie cementu alebo ocele. Nízke teploty sú vhodné iba na vykurovanie bytov. Pri takmer všetkých energetických premenách sa tepelná energia vyskytuje ako „odpadová energia“, t. J. Často sa počíta ako forma energie, ktorú už nemožno ďalej použiť ako súčasť energetických strát.
Elektrická energia
Elektrická energia je veľmi praktická, pretože sa dá ľahko premeniť na takmer všetky ostatné formy energie v malých zariadeniach (elektrický motor, ohrievač, žiarovka). Môže sa tiež ľahko prepravovať na veľké vzdialenosti pomocou káblov. Má však nevýhodu, že sa dá skladovať iba vo väčších množstvách s veľkým úsilím a vždy sa musí v čase spotreby vyrobiť z iných foriem energie. Často existujú veľké straty pri konverzii.
Atómová energia, jadrová energia
Pri použití atómovej energie, na rozdiel od všetkých ostatných foriem energie, reagujú atómové jadrá, ktoré uvoľňujú veľmi veľké množstvo energie. Vyrába sa však aj rádioaktivita, ktorá je pre človeka veľmi škodlivá a pred ktorou sa človek môže chrániť iba s veľkým úsilím. Okrem toho problém tisícročia konečného skladovania rádioaktívneho odpadu ešte nebol nikde na svete vyriešený. Pri premene na elektrickú energiu sa stratí asi 70% tepla, čo vedie k ohrevu riek. Slnečné žiarenie je produkované jadrovými reakciami na slnku.
Sálavá energia (svetlo, solárna energia)
Energiu svetla možno pozorovať pri úpale. Svetelná energia slnka je forma energie, ktorá prúdi vo veľkom množstve zvonku na zem. Množstvo energie na meter štvorcový (hustota energie) je pomerne nízke. Všetky ostatné regeneračné (obnoviteľné) formy energie, s výnimkou geotermálnej, sa vytvárajú zo slnečnej energie premenou. Výskyt slnečnej energie na zemi je však najmä v Nemecku veľmi závislý od počasia, denného/nočného rytmu a ročného obdobia. Astrofyzici odhadujú, že slnko bude naďalej svietiť asi 5 miliárd rokov.
Chemická energia
Táto forma energie sa nachádza vo všetkých palivách a potravinách. Chemicky viazaná energia sa môže premeniť na iné formy energie spaľovaním uhlia, dreva, ropy, plynu alebo jej recykláciou v živých bytostiach. Spravidla sa tiež uvoľňuje teplo, ktoré sa buď priamo využíva na vykurovanie, alebo sa ďalej premieňa na mechanickú energiu (motor automobilu) alebo elektrickú energiu (uhoľná elektráreň). Energia sa dá obzvlášť dobre skladovať vo forme chemickej energie (malý objem, nízka hmotnosť → vysoká hustota energie).
Klasifikácia podľa konverzných krokov
Formy energie, ktoré sa vyskytujú priamo v prírode, sa označujú ako Primárna energia. Premenou energie, pravdepodobne v niekoľkých krokoch (sekundárna energia), vzniká forma energie požadovaná ľudskou bytosťou, Výsledná energia. V skutočnosti však cieľom všetkých aktivít nie je samotná energia, ale to, čo ľudia chcú Energetické výhody, napr. teplá miestnosť. To sa dá často dosiahnuť bez použitia energie, napríklad lepšou tepelnou izoláciou.
Energetická bilancia Zeme
Okrem energie z rádioaktívneho rozpadu v zemskom interiéri je slnečná energia jedinou formou energie, ktorá sa vo veľkej miere dodáva na zemský povrch. Časť energie, ktorá letela na zem za niekoľko miliónov rokov, sa ukladá v zemskej kôre vo forme fosílnych palív (uhlie, ropa, zemný plyn). Ľudstvo v súčasnosti spotrebúva túto energiu rýchlym tempom. Nedá sa to obnoviť v ľudskom čase. Takmer všetky energetické premeny nakoniec vedú k tepelnej energii. Táto tepelná energia sa zo zeme uvoľňuje späť do vesmíru. Energetické žiarenie zo slnka a výstup energie sú v rovnováhe, takže teplota na zemi sa nemení.
Pri spaľovaní fosílnych palív vzniká oxid uhličitý. Nejde o škodlivinu vzniknutú vedľajšími reakciami, ktoré je možné znížiť prijatím vhodných opatrení, ale popri vode skutočný produkt horenia, a preto sa mu nezabráni.
fosílne palivo + kyslík vo vzduchu → oxid uhličitý + voda (pary)
Zvýšenie oxidu uhličitého v atmosfére, podobne ako sveter, dodáva zemi ďalšiu tepelnú izoláciu, ktorá zvyšuje teplotu na zemi. Výsledkom sú klimatické zmeny s ťažko zvládnuteľnými následkami.
Celkovo možno povedať, že obnoviteľné formy energie vyskytujúce sa na Zemi sú násobkom energie používanej ľuďmi.
Meranie množstva energie
Množstvá energií sú dané v rôznych formách energie rôznymi jednotkami, ktoré je možné navzájom prevádzať. Na ilustráciu sú uvedené niektoré činnosti, pri ktorých sa spotrebuje približne toto množstvo energie.