Размещено на http://www.allbest.ru/

Виды энергии

Только благодаря энергии на нашей планете существует жизнь. Энергия бывает разная. Тепло, свет, звук, микроволны, электричество - все это разные виды энергии. Для всех происходящих в природе процессов требуется энергия. При любом процессе один вид энергии преобразуется в другой. Продукты питания - картофель, хлеб и т.д. - это хранилища энергии. Почти всю используемую на Земле энергию мы получаем от Солнца. Солнце передает Земле столько энергии, сколько произвели бы 100 миллионов мощных электростанций.

Энергия существует в самых разных видах. Кроме тепловой, световой и энергии звука есть еще химическая энергия, кинетическая и потенциальная. Электрическая лампочка излучает тепловую и световую энергию. Энергия звука передается при помощи волн. Волны вызывают вибрацию барабанных перепонок, и поэтому мы слышим звуки. Химическая энергия высвобождается в ходе химических реакций. Продукты питания, топливо (уголь, нефть, бензин), а также батарейки - это хранилища химической энергии. Пищевые продукты - это склады химической энергии, высвобождающейся внутри организма.

Движущиеся тела обладают кинетической энергией, т.е. энергией движения. Чем быстрее движется тело, тем больше его кинетическая энергия. Теряя скорость, тело теряет кинетическую энергию. Ударяясь о неподвижный объект, движущееся тело передает ему часть своей кинетической энергии и приводит его в движение. Часть энергии, получаемой с пищей, животные обращают в кинетическую.

Потенциальной энергией обладают тела, находящиеся в силовом поле, например в гравитационном или магнитном. Эластичные или упругие тела (обладающие способностью вытягиваться) имеют потенциальную энергию натяжения или упругости. Маятник обладает максимальной потенциальной энергией, когда находится в верхней точке. Разворачиваясь, пружина освобождает свою потенциальную энергию и заставляет колёсики в часах вращаться. Растения получают энергию от Солнца и производят питательные вещества - создают запасы химической энергии.

Превращение энергии

Закон сохранения энергии говорит, что энергия не создается из ничего и не теряется бесследно. При всех происходящих в природе процессах один вид энергии превращается в другой. Химическая энергия батареек фонарика превращается в электрическую. В лампочке электрическая энергия превращается в тепловую и световую. Мы привели пример этой "энергетической цепочки" чтобы показать вам, как один вид энергии превращается в другой.

Уголь - это спрессованные останки растении, живших много лет назад. Когда-то они получили энергию от Солнца. Уголь представляет собой запас химической энергии. Когда уголь сгорает, его химическая энергия прекращается в тепловую. Тепловая энергия нагревает воду, и она испаряется. Пар вращает турбину. производя тем самым кинетическую энергию - энергию движения. Генератор преобразует кинетическую энергию в электрическую. Разнообразные устройства - лампы, телевизоры, обогреватели, магнитофоны - потребляют электроэнергию и переводят в звук, свет и тепло.

Конечными результатами во многих процессах превращения энергии являются свет и тепло. Хотя энергия не пропадает, она уходит в пространство, и её трудно уловить и использовать.

Солнечная энергия

Энергия Солнца доходит до Земли в виде электромагнитных волн. Только так энергия может передаваться через открытый космос. Она может использоваться для создания электроэнергии при помощи фотоэлементов или для нагревания воды в солнечных коллекторах. Панель коллектора поглощает тепловую энергию Солнца. На рисунке показана панель коллектора в разрезе. Черная панель поглощает поступающую от Солнца тепловую энергию, и вода в трубах нагревается. Так устроена крыша дома, обогреваемого Солнцем. Солнечная энергия передаётся воде, используемой для бытовых нужд и отопления. В энергохранилище попадают излишки тепла. Энергия сохраняется при помощи химических реакций.

Энергетические ресурсы

Энергия нужна нам для освещения и обогрева жилищ, для приготовления пищи, для того, чтобы могли работать заводы и двигаться автомобили. Эта энергия образуется при сгорании топлива. Есть и другие способы получения энергии - к примеру, ее производят гидроэлектростанции. Для приготовления пищи и обогрева жилья почти половина населения Земли сжигает дрова, навоз или уголь.

Древесина, уголь, нефть и природный газ называются невозобновимыми ресурсами, так как их используют только один раз. Солнце, ветер, вода - это возобновимые энергоресурсы, так как сами они не исчезают при производстве энергии. В своей деятельности человек использует для добычи энергии ископаемые ресурсы - 77%, древесину - 11%, возобновляемые энергоресурсы - 5% и ядерную энергию - 3%. Уголь, нефть и природный газ мы называем ископаемым топливом, так как мы добываем их из недр Земли. Образовались они из останков растений и животных. Почти 20% используемой нами энергии производится из угля. При сгорании топлива в атмосферу попадают углекислый газ и другие газы. В этом отчасти заключается причина таких явлений, как кислотные дожди и парниковый эффект. Только около 5 процентов энергии добывается из возобновимых источников. Это энергия Солнца, воды и ветра. Еще один возобновимый источник энергии - газ, образующийся при гниении. Когда органические вещества гниют, выделяются газы, в частности метан. Из него в основном и состоит природный газ, который используется для обогрева домов и нагревания воды. На протяжении нескольких тысячелетий люди используют энергию ветра для передвижения парусных судов и вращения ветряных мельниц. Ветер также может производить электричество и перекачивать воду.

Единицы измерения энергии и мощности

Для измерения количества энергии употребляется специальная единица - джоуль (Дж). Тысяча джоулей составляют один килоджоуль (кДж). Обыкновенное яблоко (около 100 г) содержит 150 кДж химической энергии. В 100 г шоколада содержится 2335 кДж. Мощность - это количество энергии, используемой за единицу времени. Мощность измеряется в ваттах (Вт). Один ватт равен одному джоулю за секунду. Чем больше энергии за определенное время производит тот или иной механизм, тем больше его мощность. Лампочка мощностью в 60 Вт использует 60 Дж в секунду, а лампочка в 100 Вт использует за секунду 100 Дж.

Коэффициент полезного действия

Любой механизм потребляет энергию одного вида (например, электрическую) и превращает ее в энергию другого вида. Коэффициент полезного действия (КПД) механизма тем больше, чем большая часть потребляемой энергии превращается в необходимую энергию. КПД почти всех автомобилей невысок. В среднем автомобиль преобразует лишь 15% химической энергии бензина в кинетическую энергию. Вся остальная энергия превращается в тепло. КПД флуоресцентных ламп выше КПД обычных электрических лампочек, поскольку во флуоресцентных лампах больше электричества превращается в свет и меньше уходит на производство тепла. энергия мощность ископаемый

Физика описывает закономерности самых равных видов движения - от обращения планет вокруг Солнца до полета стрелы в воздухе. Основные характеристики движения - скорость и ускорение. Характер движения тела меняется в том случае, когда на тело начинает действовать сила или несколько сил.

Скорость

Скорость - величина, показывающая, как быстро движется тело. Чтобы рассчитать среднюю скорость движения, нужно пройденное телом расстояние разделить на время движения. В физике скорость чаше всего измеряется в метрах в секунду. Скорость света составляет 300 млн. м/с. Световой луч перемешается быстрее, чем любой другой объект во Вселенной. Перелетная птица крачка за 2 часа пролетела 90 км. Её средняя скорость - 45 км/ч. В физике скорость чаще всего измеряется в метрах в секунду. Скорость света составляет 300 млн. м/с. Скорость движущегося объекта может меняться. Так, спринтер медленнее всего бежит в начале дистанции. Его скорость после старта будет меньше его средней скорости. Скорость тела в определенный момент движения называется мгновенной скоростью. Мировой рекорд на стометровке в 1994 году составлял 9,86 с. Значит, средняя скорость составила 10,14 м/с. В конце первого метра мгновенная скорость бегуна составляла 3 м/с. Через какое-то время она возросла до 11 м/с. Скорости лидера и аутсайдера забега соответственна 3,1 и 3,0 м/с к югу. Скорость лидера по отношению к аутсайдеру - 0,1 м/с к югу.

Кроме численного значения, скорость имеет направление (т. е. скорость - векторная величина). Поэтому скорость может меняться и при изменении направления движения, даже если численное ее значение остается неизменным. Скорость этой машины постоянно меняется благодаря изменению направления, хотя численное её значение (10 км/с) сохраняется. Для полной характеристики скорости необходимо указывать не только ее величину в м/с. но и направление. Если человек проходит за секунду четыре метра на север, то его скорость - 4 м/с к северу. Относительная скорость - это скорость по отношению к другому движущемуся телу. Два реактивных самолёта летят с одинаковой скоростью в одном направлении. Скорость каждого самолёта по отношению к другому равна нулю.

Ускорение

Ускорение - это изменение скорости, в т.ч. и ее направления. Ускорение измеряется в метрах секунду. Эта единица на первый взгляд кажется странной, но смысл её легко понять. Если ускорение 1 м/с 2 (1 метр в секунду за секунду) означает, что скорость его каждую секунду возрастает на 1 м/с. Сразу после прыжка ускорение парашютистов составляет 9,8 м/с 2. Когда скорость падает, говорят об отрицательном ускорении, или замедлении. Любое изменение скорости означает наличие ускорения или замедления. В автоделе ускорение обычно измеряют в километрах в час за секунду. Как вам известно, одна и та же величин может измеряться в разных единицах. "Порше-959" набирает скорость с нуля до 100 км/ч за 3,9 с. Следовательно, его среднее ускорение - 7,1 м/с 2. Если автомобиль движется в правлении с постоянной скоростью 50 км/ч, его ускорение равно нулю, что ни численное значение, ни направление не меняются. Гепард может развить скорость с нуля до 70 км/ч быстрее, чем многие автомобили.

Конечная скорость

Когда тело падает вниз, его ускорение постепенно уменьшается, и наконец, тело достигает максимальной скорости. Парашютист начинает ускорение неуклонно падает, пока парашютист не развивает скорость около 200 км/ч. Это его конечная скорость. Дальше его ускорение равно нулю. Любое тело, падающее в жидкой или газообразной среде, обязательно рано или поздно достигает конечной скорости. Ускорение сходит на нет, когда силы, действующие на тело, компенсируют друг друга. Ускорение падающих парашютистов уменьшается, и наконец, они достигают конечной скорости.

Тяготение - это сила, тянущая тело вниз. Но когда тело начинает падать, его ускорение уменьшается благодаря сопротивлению жидкости или газа, т.е. трению. Чем быстрее падает тело, тем больше сопротивление среды. Наконец наступает момент, когда сила трения становится равной силе тяготения. Тогда ускорение исчезает, и, следовательно, тело достигло конечной скорости. Падение монеты на дно пустого стакана происходит быстрее, чем не дно стакана с водой, так как конечная скорость монеты в воде ниже, чем в воздухе. Это значит, что силы тяготения и трения раньше компенсируют друг друга, и ускорение исчезает раньше.

Круговое движение

Все движущиеся тела стремятся двигаться по прямой (смотрите раздел "Динамика"). Сила, заставляющая тело двигаться по кругу, называется центростремительной силой. Центростремительной можно назвать любую силу, притягивающую тело к центру окружности. Сила земного тяготения для Луны является центростремительной. Она заставляет Луну обращаться по круговой орбите.

Если привязать небольшой груз к струпе и начать вертеть его над головой, сила натянутой струны окажется центростремительной для груза. Если вращать груз достаточно быстро, он не упадет. Если струну отпустить, центростремительная сила исчезнет, и груз улетит по касательной. Именно так происходит при метании молота. Прежде чем метнуть молот, спортсмен вначале приводит его в движение. Проволока натягивается, и головка молота движется по кругу. Мускульное усилие обеспечивает центростремительную силу для молота. Чем быстрее вращается головка, тем большая центростремительная сила ей требуется. Как только центростремительная сила исчезает, молот улетает. Сила тяготения Солнца заставляет Землю и другие планеты обращаться вокруг Солнца, т.е. является для них центростремительной. Благодаря ей Солнечная система стабильна.

Гироскоп

Гироскоп - эти диск, быстро вращающийся внутри свободно движущейся рамки. Описать движение гироскопа непросто, но основное то, что рамка может довольно сильно наклоняться, но всё же не падать, сопротивляясь силе тяготения. При вращении гироскоп успешно сопротивляется силе тяготения. Когда вращение замедляется гироскоп зашатается и упадёт. Гироскопы используются в транспорте. На внешней стороне корпуса судов устанавливают гиростабилизаторы - своеобразные "плавники", прикрепленные к гироскопам. Гироскоп препятствует любому повороту "плавников". Это позволяет судну ровнее держаться на волнах.

Трение

Когда движущееся тело касается другого тела (например, монета, скользящая по столу), его движение замедляется. Сила, вызывающая замедление, называется силой трения. Чем более шероховаты поверхности и чем сильнее они давят друг на друга, тем сильнее трение. Трение присуще и твердым телам, и жидкостям, и газам (см. статью "Твердые тела, жидкости и газы").

Как используют трение

В одних ситуациях трение полезно, в других вредно. Если бы между телами не было трения, мы ничего не смогли бы взять и руки. Подошвы кроссовок делают из рифленой резины, чтобы увеличить их трение о землю. Трение используется во многих механизмах. Если бы трение шины о поверхность дороги было небольшим, водитель не смог бы затормозить. На поверхность шины наноситься своего рода "узор". Он улучшает сцепление резины с дорогой. Влага и грязь уменьшают трение, т.к. они служат смазкой. Желобки на поверхности шины служат для отвода воды и грязи. Некоторые механизмы вообще не могли бы действовать без трения. Трение спички о коробок даёт столько тепла, что горючие вещества в серной головке вспыхивают. Большинство тормозов останавливают вращение колес при помощи трения.

Уменьшение трения

Если части механизма сильно трутся друг о друга, то они изнашиваются и ломаются. К тому же часть необходимой механизму энергии тратиться не на движение, а на выделение тепла. При трении ладоней друг о друга вы получаете теплоту. Если вы будете достаточно долго тереть ладони, то на них появятся волдыри. Идеально гладкой поверхности не бывает. Слегка шероховаты даже стекло и отшлифованный металл. Под микроскопом гладкие поверхности выглядят изрытыми. Поверхность масла глаже, чем поверхность любого твёрдого тела, поэтому тела легче скользят по смазанной им поверхности. Жидкость, используемая для уменьшения трения, называется смазкой. Слой масла между движущимися металлическими поверхностями уменьшает трение.

Подшипники - это расположенные внутри движущихся частей машины шарики. Они также уменьшают трение, превращая процесс скольжения в качение. Шарикоподшипники находятся у осей колеса. Когда колесу крутиться, они перекатываются. Чтобы понять как работают подшипники, возьмите тяжелую книгу и положите её на пол. Толкните её. Трение велико, верно? Теперь положите книгу на несколько шариков. Толкните снова. Шарики покаяться, уменьшая тем самым трение.

Трение в воде и воздухе

Сопротивление воздуха летящему объекту - это и есть трение. В космосе, где нет воздуха, нет и трения. Чтобы уменьшить сопротивление воздуха, автомобилям придают обтекаемую форму. Тогда воздух легче скользит по поверхности. Из-за этого повышается скорость и расходуется меньше топлива. На испытаниях автомобилей используют струи дыма и кусочки шерстяных нитей.

Вода плотнее воздуха, поэтому сопротивление движению тел в воде значительно больше. Чем более обтекаемую форму имеет судно, тем большую скорость оно способно развить. У рыб и морских млекопитающих (китов и т.д.), как правило, обтекаемое тело. Это позволяет им без труда передвигаться под водой. Вода легко скользит вдоль обтекаемого тела кита.

Размещено на Allbest.ru