Економія і енергія

Альтернати́вні джере́ла ене́ргії

Альтернати́вні джере́ла ене́ргії — будь-яке джерело енергії, яке є альтернативою викопному паливу.

Це поновлювані джерела, до яких відносять енергію сонячного випромінювання, вітру, морів, річок, біомаси, теплоти Землі, та вторинні енергетичні ресурси, які існують постійно або виникають періодично у довкіллі.

Відно́влювана енерге́тика — енергетична галузь, що спеціалізується на отриманні та використанні енергії з відновлюваних джерел енергії. До відновлюваних джерел енергії належать періодичні або сталі потоки енергії, що розповсюджуються в природі і обмежені лише стабільністю Землі як космопланетарного елемента: променева енергія Сонця, вітер, гідроенергія, природня теплова енергія, і т. д.

Розвиток відновлюваної енергетики має величезне значення з огляду на подальшу долю людства, оскільки горючі корисні копалини, що є основою виробництва енергії на початку 21 ст., мають обмежені запаси, які рано чи пізно будуть вичерпані. Ідеальним для виживання людства був би сталий розвиток, концепція, за якою виробництво й споживання в суспільстві були б збалансовані так, щоб не залежати від ресурсів, доступних тільки тимчасово.

Джерела відновлюваної енергетики [ред.]

Потік сонячного проміння на Землю, який отримує енергію завдяки термоядерному синтезу в глибині Сонця — джерело більшості видів відновлюваної енергії, за винятком геотермічної енергії та енергії припливів і відливів (див. Природні енергетичні ресурси). За розрахунками астрономів Сонцю ще залишилося жити близько п'яти мільярдів років, тому за масштабами людського життя відновлюваній енергії, що походить від Сонця, виснаження не загрожує.

У строго фізичному сенсі, хоча й вживається термін «відновлювана енергетика», енергія в її джерелах не відновлюється, а тільки постійно вилучається. З сонячної енергії, що прибуває на Землю, лише дуже невелика частина трансформується в інші форми енергії, а велика частина просто йде в космос.

Термін «відновлювана енергетика» вживається напротивагу використанню енергоносіїв, таких як видобуток копалин, до яких належать, наприклад, кам'яне вугілля, нафта, природний газ або торф. У широкому розумінні ці джерела енергії теж поновлювані, але не за мірками тривалості життя людини, оскільки процес їхнього утворення вимагає сотень мільйонів років, а їхнє використання проходить набагато швидше.

Основною відмінністю відновлюваних джерел енергії є те, що вони не знищуються під час використання, на відміну від мінеральних палив, які споживаються для вироблення енергії. Застосування відновлюваної енергії людиною потребує наявності технологій використання енергії сонячного світла, вітру, морських хвиль, водних течій, біологічних процесів, таких як анаеробний розклад, біологічне вироблення водню, та геотермальних теплових джерел.

Традиційне використання енергії вітру, води, та сонячного світла вже широко поширене. Однак, масове виробництво електричної енергії з використанням відновлюваних джерел енергії набуло популярності лише нещодавно, що віддзеркалює основні загрози від зміни клімату, побоювань вичерпати мінеральне паливо, та соціальних і політичних ризиків через широке використання мінеральних палив та атомної енергетики. Зараз використання відновлювальних джерел енергії швидко зростає (на 50% з 2004 до 2007 року), та в 2007 році досягло 3,4% від загального виробництва електроенергії (не враховуючи велику гідроенергетику, що надає ще 15% від загального виробництва).

ЕЛЕКТРИЧНЕ КОЛО

Явище електричного струму провідності має величезне практичне значення. З ним пов'язані найважливіші енергетичні перетворення: добування електричної енергії з інших видів енергії й зворотне їй перетворення; передавання електричної енергії на відстань.

Ці енергетичні перетворення здійснюються в електричних колах.

Електричне коло — це сукупність пристроїв і об'єктів, які утворюють шлях електричного струму. Окремий пристрій, що входить до складу електричного кола і виконує в ньому певну функцію, називається елементом електричного кола.

Електричні кола класифікують: за видом струму—кола постійного й змінного струму; за складом елементів — кола активні й пасивні, кола лінійні й нелінійні; за характером розподілу параметрів — кола із зосередженими й розподіленими параметрами.

Електричні кола змінного струму, крім того, розрізняють за кількістю фаз — однофазні, багатофазні (в основному трифазні).

ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ НА ІНШІ ВИДИ ЕНЕРГІЇ

В електричному колі електрична енергія одночасно утворюється в джерелі і перетворюється на інший вид енергії в приймачі. Тип приймача вибирають відповідно до необхідного для практичних цілей виду неелектричної енергії.

Перетворення електричної енергії на теплову

Фізичний процес перетворення електричної енергії на теплову розглянуто в § 2.2.

Подамо кількість виділеного тепла через напругу і струм.

Припустімо, що в провіднику, який має на кінцях різницю потенціалів U, заряд переміщених частинок.

Енергія електричного поля, витрачена на переміщення заряджених частинок W=UIt,

Робота сил електричного поля витрачається на нагрівання провідника, оскільки ніяких інших виявлень цієї роботи не спостерігається. Тому енергію W можна вважати такою, що дорівнює тепловій енергії приймача: W=I^2Rt

У цій формулі енергію подано в джоулях. Згідно із законом Ома; тоді формула   є математичним вираженням закону Ленца — Джоуля.

Кількість електричної енергії, що перетворюється в провіднику за одиницю часу на теплову енергію, пропорційна квадрату струму і електричному опору провідника.

Швидкість перетворення електричної енергії на інший вид енергії в приймачі називається потужністю приймача: P=UI

 Ця формула справедлива для будь-якого приймача незалежно від виду енергії, що утворюється внаслідок перетворення.

Якщо електрична енергія повністю перетворюється на теплову, то потужність приймача можна подати через струм у провіднику і його опір: P=I^2R

Явище перетворення в провідниках електричної енергії на теплову широко використовується на практиці. На цьому принципі ґрунтується дія більшості електричних промислових та побутових нагрівальних пристроїв.

Перетворення електричної енергії на світлову

Принцип перетворення електричної енергії на теплову покладено в основу роботи електричних ламп розжарювання. Нитка лампи, виготовленої з тугоплавкого металу (вольфраму), нагрівається при електричному струмі в ній до температури порядку 3000° C.

При високій температурі нитки лампи частина енергії випромінюється у вигляді світлової енергії, яка в загальному потоці енергії, випромінюваної лампою, становить менш як 10%.

Перетворення електричної енергії на хімічну

Акумулятор при заряджанні або електролітична ванна е приймачами електричної енергії.

E. р. с. акумулятора Ел при заряджанні зберігає той самий напрям, що й при розряджанні; струм же в акумуляторі змінює свій напрям на зворотний, оскільки він визначається не напрямом е. р. с. . акумулятора, а е. p. c. E зовнішнього джерела живлення (рис. 3.9). E. р. с. акумулятора Ел при заряджанні напрямлена проти струму і тому називається п р о т и-е. р. с

Переміщення заряджених частинок при заряджанні акумулятора здійснюється внаслідок дії електричного поля, яке створюється джерелом живлення. Сили електричного поля в будь-який момент часу зрівноважуються хімічними (сторонніми) силами, тому роботу сил електричного поля, яка припадає на одиницю заряду, можна прирівняти проти-е. p. c. E3.

Тоді енергія, що витрачається на заряджання та потужність споживання електричної енергії.

Формули, які виражають енергію і потужність при розряджанні та заряджанні акумулятора, однакові. Проте не треба забувати про фізичну відмінність процесів: у першому випадку акумулятор є джерелом, а у другому — приймачем електричної енергії.

При перетворенні електричної енергії на теплову опір зумовлений зіткненнями частинок. При перетворенні електричної енергії на хімічну протидію струму чинять сторонні сили.

Цим пояснюється відмінність виразів (3.11) і (3.14), якими кількісно визначається швидкість перетворення електричної енергії на інший вид енергії

Які особливості електрики?

Електроенергія

Електроенергія — фізичний термін, широко поширений в техніці і в побуті для визначення кількості електричної енергії, що видається генератором в електричну мережу або одержуваної з мережі споживачем. Основною одиницею вимірювання вироблення і споживання електричної енергії служить година кіловата (і кратні йому одиниці). Для точнішого опису використовуються такі параметри, як напруга, частота і кількість фаз (для змінного струму), номінальний і максимальний електричний струм. Електрична енергія(електроенергія): Здатність електромагнітного поля здійснювати роботу під дією прикладеної напруги в технологічному процесі її виробництва, передачі, розподілу і споживання

Електрична енергія є також товаром, якого набувають учасники оптового ринку (енергозбутові компанії і крупні споживачі-учасники опту) у генеруючих компаній і споживачі електричної енергії на роздрібному ринку у енергозбутових компаній. 

Яка природа енергії?

Ене́ргія

(від грец. ενεργός — діяльний) — це скалярна фізична величина, загальна кількісна міра руху і взаємодії всіх видів матерії. Енергія не виникає ні з чого і нікуди не зникає, вона може тільки переходити з одного стану в інший (закон збереження енергії). Поняття енергії поєднує всі явища природи в одне ціле, є загальною характеристикою стану фізичних тіл і фізичних полів.

Внаслідок існування закону збереження енергії поняття «енергія» поєднує всі явища природи.

Поняття енергії пов'язане зі здатністю фізичного тіла або системи виконувати роботу. При цьому тіло або система частково втрачає енергію, витрачаючи її на зміни в навколишніх тілах.

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 застосуванні 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 спектроскопії оберненими сантиметрами, в квантовій хімії в Гартрі.

Види енергії

Відповідно 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 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.

У різноманітних фізичних процесах різні види енергії можуть перетворюватися один у інший. Наприклад, ядерна енергія в атомних електростанціях перетворюється спочатку у внутрішню теплову енергію пари, яка обертає турбіни (механічна енергія), що в свою чергу індукують електричний струм в генераторах (електрична енергія), який використовується для освітлення (енергія електромагнітного поля) і т. д.

Енергія системи однозначно залежить від параметрів, що характеризують її стан. У випадку неперервного середовища вводять поняття густини енергії — енергія в одиниці об'єму, і густини потоку енергії, що дорівнює добутку густини енергії на швидкість її переміщення.

Історія

Поняття енергії складалося у фізиці протягом багатьох століть. Його розуміння весь час змінювалося. Вперше термін енергія у сучасному фізичному розумінні застосував у 1808 році Томас Янг. До того вживався термін «життєва сила» (лат. vis viva), який ще в 17-му столітті ввів у обіг Лейбніц, визначивши його як добуток маси на квадрат швидкості.

 В 1829 році Коріоліс вперше застосував термін кінетична енергія в сучасному сенсі, а термін потенціальна енергія був запроваджений Вільямом Ренкіном в 1853 році. На той час отримані в дослідженнях у різних областях науки дані почали складатися в загальну картину. Завдяки дослідам Джоуля, Маєра, Гельмгольца прояснилося питання перетворення механічної енергії в теплову. В одній з перших робіт «Про збереження сили» (1847) Гельмгольц, дотримуючись ідеї єдності природи, математично обґрунтував закон збереження енергії і положення про те, що живий організм є фізико-хімічним середовищем, у якому зазначений закон точно виконується. Гельмгольц сформулював «принцип збереження сили» і неможливість Perpetuum Mobile. Ці відкриття дозволили сформулювати перший закон термодинаміки або закон збереження енергії. Поняття енергії стало центральним у розумінні фізичних процесів. Незабаром природним чином у поняття енергії вписалася термодинаміка хімічних реакцій і теорія електричних і електромагнітних явищ.

З побудовою теорії відносності до поняття енергії додалося нове розуміння. Якщо раніше потенціальна енергія визначалася з точністю до довільної сталої, то теорія Ейнштейна встановила зв'язок енергії з масою.

Квантова механіка збагатила поняття енергії квантуванням — для певних фізичних систем енергія може приймати лише дискретні значення. Крім того, принцип невизначеності встановив границі точності вимірювання енергії і її взаємозв'язок із часом. Теорема Нетер продемонструвала, що закон збереження енергії випливає з принципу однорідності часу, за яким фізичні процеси в однакових системах протікають однаково, навіть якщо вони починаються в різні моменти часу.