8.1 Понятие энергии и ее основные виды. Особенности использования электрической энергии.

Энергия (от греческого energeia – действие, деятельность) - общая мера (количественная оценка) различных форм движения материи, рассматриваемых в физике.

Согласно представлениям физической науки, энергия - это способность тела или объекта совершать работу. Для количественной характеристики качественно различных форм движения и соответствующих им взаимодействий введены различные виды энергии. Человек в своей повседневной жизни наиболее часто встречается со следующими видами энергии: механической, электрической, электромагнитной, тепловой, химической, ядерной и т.д.

Кинетическая энергия – мера механического движения, равная для твердого тела половине произведения массы тела на квадрат ее скорости. К ней относят механическую энергию движения частицы или тела, тепловую энергию, ядерную энергию и т.д.

Если энергия - результат изменения взаимного расположения частиц системы и их положения по отношению к другим телам, то она называется потенциальной. К ней относят энергию масс, притягивающихся по закону всемирного тяготения, химическую энергию, энергию положения однородных частиц, например, энергию упругого деформированного тела и т.п. [23].

Механическая энергия – энергия механического движения и взаимодействия тел или их частей. Механическая энергия системы тел равна сумме кинетической и потенциальной энергий этой системы. Она проявляется при взаимодействии, движении отдельных тел или частиц.

К ней относят энергию поступательного движения или вращения тела, энергию деформации при сгибании, растяжении, сжатии упругих тел (пружин). Эта энергия наиболее широко используется в различных машинах - транспортных и технологических [23].

Тепловая энергия - энергия хаотического поступательного и вращательного движения молекул вещества. Для твердого тела это энергия колебания атомов в молекулах, находящихся в узлах кристаллической решетки.

Тепловая энергия возникает только в результате превращения других видов энергии, например, при сжигании различных видов топлив их химическая энергия переходит в тепловую. Она применяется для отопления, проведения многочисленных технологических процессов (нагревания, плавления, сушки, выпаривания, перегонки и т.д.).

Электрическая энергия - энергия упорядоченно движущихся по замкнутой электрической цепи заряженных частиц или тел (электронов, ионов).

Электрическая энергия применяется для получения механической энергии, тепловой энергии или любой другой потребной энергии.

Химическая энергия - это энергия, "запасенная" в атомах веществ, которая высвобождается или поглощается при химических реакциях между веществами.

Химическая энергия либо выделяется в виде тепловой энергии при проведении экзотермических реакций (например, горении топлива), либо преобразуется в электрическую энергию в гальванических элементах и аккумуляторах [23].

Ядерная энергия – внутренняя энергия атомного ядра, связанная с движением и взаимодействием образующих ядро нуклонов. Она выделяется в результате цепной ядерной реакции деления тяжелых ядер (ядерная реакция) или при синтезе легких ядер (термоядерная реакция). В ядерной энергетике пока используется только первый способ, т.к. использование второго связано с нерешенной еще проблемой осуществления управляемой термоядерной реакции.

Гравитационная энергия - энергия взаимодействия (притяжения) между любыми двумя телами и определяемая их массами. Она особенно ощутима в космическом пространстве. В земных условиях, это, например, энергия, которую "запасает" тело, при его подъеме на определенную высоту над поверхностью Земли.

Единицей измерения энергии является 1 Дж (Джоуль). Иногда, по "старинке", для измерения количества теплоты используют устаревшую единицу - 1 кал (калория) = 4,18 Дж. Механическая энергии измеряется величиной 1 кгс∙м = 9,8 Дж, а электрическая энергия - 1 кВт∙ч =3,6 МДж.

Электрическая энергия является наиболее универсальным и распространенным из всех видов потребляемой в современном мире энергии. Она нашла широкое применение в быту и во всех отраслях народного хозяйства. Сравнивая производство электрической и тепловой энергии в мире, следует отметить, что количество производимой и потребляемой электроэнергии значительно больше тепловой. Электрическая энергия обладает такими уникальными свойствами, которые отсутствуют у других видов энергии (тепловой, механической и т. п.) и которые делают ее незаменимой в механизации и автоматизации производства, а также в повседневной жизни человека.

Отметим ряд факторов, обуславливающих широкое использование электрической энергии:

1. возможность производства электрической энергии в больших количествах на электростанциях любой мощности вблизи крупных месторождений первичных энергоресурсов;

2. возможность мгновенной передачи на большие расстояния электрической энергии с малыми потерями;

3. возможность достаточно легкого превращения электрической энергии в любых количествах в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую и т.д.);

4. при потреблении электрической энергии ее можно бесконечно дробить на произвольные порции от мегаватт в металлургии до микроватт в элементах ЭВМ.

5. В процессе использования электрической энергии не происходит никаких вредных выбросов в окружающую среду