Энергия. Виды энергии, как объекта технологии
Какого-либо тела определяет его способность
совершить механическую работу: что-то
поднять, переместить, разрезать. Согнуть,
построить и т.п.Механическая энергия:
Кинетическая
• Ей обладают движущиеся тела
Потенциальная
• Это энергия неподвижного тела
11. Кинетическая энергия
Кинетической
энергией обладают
движущиеся тела.
Чем больше скорость
тела и его масса, тем
больше его
кинетическая
энергия
12. Кинетической энергией обладает любое движущееся тело.
Движение может быть:
поступательным
• Перемещение с места на
место; камень, автомобиль
Вращательным
• Волчок, юла
13. Потенциальная энергия
Это энергия
неподвижного тела,
положение какоголибо тела
относительно
поверхности Земли
или других тел.
14. Подумайте?
Почему выпущенная
из винтовки пуля
легко пробивает
толстую доску, а
молотком, даже
очень тяжёлым, это
сделать не удается.
15. Примеры проявления потенциальной энергии
16. Важно знать
Величина
потенциальной
энергии поднятых над
поверхностью Земли
тел зависит от их
массы и высоты, на
которую они подняты.
Чем больше масса и
чем выше поднято
тело, тем большей
энергией оно
обладает.
17. Кинетическая и потенциальная энергии тела могут переходить одна в другую.
18. Подумайте.
Можно ли
накапливать энергию
про запас.
Существуют ли
устройства,
хранящие энергию?
19. Механическую энергию можно накапливать
Накопление энергии
впрок называется
аккумулированием.
От латинского
«накопление»
Устройства, с
помощью которых
накапливают и
сохраняют энергию
называют
аккумуляторами.
20. О первых аккумуляторах
Удельная кинетическая энергия, запасённая
в ударном орудии труда (?) к моменту
удара, зависит от скорости, которую
человек способен сообщить этому орудию.
21. Примеры аккумуляторов кинетической энергии
Раскрученный массивный
диск –маховик(1) может
долго сохранять энергию.
Его раскручивают до
большого числа оборотов в
минуту в камере (2), из
которой выкачан воздух.
Воздух тормозит вращение
диска.
Скорость вращения 200-400
оборотов в секунду.
Такой супермаховик
способен долго вращаться в
камере, сохраняя
полученную энергию.
22. О аккумуляторах
Потенциальную энергию можно
аккумулировать в грузовых аккумуляторах,
используемых в грузовых
приводах(маятниковые настенные часы).
!Первый грузовой аккумулятор – поднятый
человеком камень.
23. Примеры аккумуляторов потенциальной энергии
Тетева арбалета
Поднятая гиря в
механических часах
Баллон с сжатым под
большим давлением
воздухом
Спиральная пружина,
установленная в
заводной игрушке
Большие бассейны с
водой, расположенные
на возвышенности
Глава 10. Технологии получения, преобразования и использования энергии
§ 10.1 Что такое энергия
Технологии получения, преобразования и использования энергии
Энергия — это то, без чего невозможно движение машин, полёт самолётов и ракет, работа станков и аппаратов и многое другое.
Выполнить работу, не имея энергии, невозможно. Чем больше энергии, тем большую работу можно выполнить.
• что такое энергия;
• какие виды энергии использует человек;
• что такое механическая энергия;
• как можно накопить механическую энергию.
• разделять разные виды энергии;
• проводить опыты по преобразованию механической энергии.
Что такое энергия
Подумайте, чего недостаёт в часах, электрическом фонарике или сотовом телефоне, когда они перестают работать. Что нужно сделать, чтобы эти устройства опять начали работать?
Слово «энергия» в переводе с греческого языка означает «действие», «деятельность», «сила», «мощь». Примерно 2400 лет назад это слово ввёл в свой трактат «Физика» великий древнегреческий философ Аристотель.
Под словом «энергия» Аристотель понимал деятельность человека, её интенсивность.
Энергией называется способность кого-либо или чего-либо совершать некоторое возможное для него количество работы.
Например, энергия осла, автомобиля и человека определяется величиной работы, которую они могут совершить. Человек может перенести на большое расстояние гораздо меньший груз, чем осёл, а автомобиль может перевезти более тяжёлый груз, чем осёл (рис. 10.1). Значит, человек, осёл и автомобиль обладают разной энергией.
Рис. 10.1. Осел и автомобиль способны перемещать грузы разной тяжести, т. е. они обладают разной энергией
Единицей измерения энергии является 1 джоуль (1 Дж).
1 Дж — это такая энергия, которая позволяет разогнать тело массой 1 кг до скорости 1 метр в секунду на участке длиной 1 м.
Камень массой 100 граммов, брошенный со скоростью около 25 метров в секунду, обладает небольшой энергией. А вот пуля массой 9 г, вылетающая из ствола пистолета со скоростью 500 метров в секунду, обладает в 800 раз большей энергией.
Батарейки разного размера и устройства обладают определённой энергией. Каждая из них может непрерывно работать в течение малого или большого промежутка времени и приводить в движение механизмы различной мощности. Рассматривая энергию как объект технологии, надо учитывать её виды и свойства каждого вида. Существуют механическая энергия, энергия волн, энергия магнитного поля, электрическая энергия, электромагнитная энергия, ядерная энергия, термоядерная энергия, химическая энергия. Виды и свойства энергии изучает наука физика.
Профессии и производство
Человек часто пользуется электрической энергией. Установить и отремонтировать электрические устройства может электрик . Электрики работают на разных предприятиях и обслуживают различное электрооборудование. Эта профессия имеет множество специальностей: электромонтажник, электромеханик по ремонту оборудования (в зависимости от специализации), электромонтёр, техник-электрик, электрослесарь по ремонту электрических машин, электроосветитель, электросварщик и др.
Электрик подключает электрооборудование, участвует в его монтаже и ремонте, занимается установкой и ремонтом линий электропередачи и прокладкой кабелей силового питания, проводит внутренние электросети в жилых и производственных помещениях и выполняет их ремонт, производит диагностику неисправностей и ремонт электрических схем в различных устройствах. Получить профессию электрика можно в колледжах и техникумах.
Специалистами по ремонту и эксплуатации промышленного электрооборудования являются инженеры-электрики. В их обязанности входят проектирование, наладка, монтаж и эксплуатация промышленного электрооборудования, силовых преобразовательных устройств и электронных систем управления.
Инженер-электрик должен знать основы электротехники, вычислительную технику, теоретическую и прикладную механику, электронику, инженерную графику и основы автоматики, экономику отрасли.
Профессию инженера-электрика можно получить в технических вузах.
Словарь
энергия; электрик; инженер-электрик.
Проверьте себя:
1. Что такое энергия?
2. Какие виды энергии известны людям? Какой смысл первоначалыю имело слово «энергия»?
3. Какую единицу измере ния энергии вы знаете?
* Попробуйте представить себе, что может случиться в вашем доме, если отключить подачу электрической энергии. Как в этом случае можно справиться с неудобствами?
Энергия. Виды энергии, как объекта технологии
Какого-либо тела определяет его способность
совершить механическую работу: что-то
поднять, переместить, разрезать. Согнуть,
построить и т.п.Механическая энергия:
Кинетическая
• Ей обладают движущиеся тела
Потенциальная
• Это энергия неподвижного тела
11. Кинетическая энергия
Кинетической
энергией обладают
движущиеся тела.
Чем больше скорость
тела и его масса, тем
больше его
кинетическая
энергия
12. Кинетической энергией обладает любое движущееся тело.
Движение может быть:
поступательным
• Перемещение с места на
место; камень, автомобиль
Вращательным
• Волчок, юла
13. Потенциальная энергия
Это энергия
неподвижного тела,
положение какоголибо тела
относительно
поверхности Земли
или других тел.
14. Подумайте?
Почему выпущенная
из винтовки пуля
легко пробивает
толстую доску, а
молотком, даже
очень тяжёлым, это
сделать не удается.
15. Примеры проявления потенциальной энергии
16. Важно знать
Величина
потенциальной
энергии поднятых над
поверхностью Земли
тел зависит от их
массы и высоты, на
которую они подняты.
Чем больше масса и
чем выше поднято
тело, тем большей
энергией оно
обладает.
17. Кинетическая и потенциальная энергии тела могут переходить одна в другую.
18. Подумайте.
Можно ли
накапливать энергию
про запас.
Существуют ли
устройства,
хранящие энергию?
19. Механическую энергию можно накапливать
Накопление энергии
впрок называется
аккумулированием.
От латинского
«накопление»
Устройства, с
помощью которых
накапливают и
сохраняют энергию
называют
аккумуляторами.
20. О первых аккумуляторах
Удельная кинетическая энергия, запасённая
в ударном орудии труда (?) к моменту
удара, зависит от скорости, которую
человек способен сообщить этому орудию.
21. Примеры аккумуляторов кинетической энергии
Раскрученный массивный
диск –маховик(1) может
долго сохранять энергию.
Его раскручивают до
большого числа оборотов в
минуту в камере (2), из
которой выкачан воздух.
Воздух тормозит вращение
диска.
Скорость вращения 200-400
оборотов в секунду.
Такой супермаховик
способен долго вращаться в
камере, сохраняя
полученную энергию.
22. О аккумуляторах
Потенциальную энергию можно
аккумулировать в грузовых аккумуляторах,
используемых в грузовых
приводах(маятниковые настенные часы).
!Первый грузовой аккумулятор – поднятый
человеком камень.
23. Примеры аккумуляторов потенциальной энергии
Тетева арбалета
Поднятая гиря в
механических часах
Баллон с сжатым под
большим давлением
воздухом
Спиральная пружина,
установленная в
заводной игрушке
Большие бассейны с
водой, расположенные
на возвышенности
Урок 1
Производство, преобразование, распределение, накопление и передача энергии как технология
Тема урока. Производство, преобразование, распределение, накопление и передача энергии как технология.
Тип урока: комбинированный.
Цели урока: организовать деятельность обучающихся по ознакомлению с технологией производства, преобразования, распределения, накопления и передачи энергии; научить школьников характеризовать актуальные и перспективные технологии в области энергетики, профессии в сфере энергетики, энергетику региона проживания.
Технологии в энергетике
§1. Производство, преобразование, распределение, накопление и передача энергии как технология
Энергия — это единая мера различных форм движения и взаимодействия материи. Энергия может быть механической, тепловой, гидравлической, химической, ядерной, электромагнитной и др. Источники энергии делят на два типа: невозобновляемые (газ, нефть, уголь, ядерное топливо и др.) и возобновляемые (солнце, ветер, реки, морские приливы).
Энергетика — область хозяйственно-экономической деятельности человека, заключающаяся в использовании различных технологий для преобразования, распределения и использования всех видов энергетических ресурсов. Чаще всего целью энергетики является преобразование природной энергии в какую-либо другую, например в тепловую (теплоэнергетика) или электрическую (электроэнергетика).
Этот процесс состоит из нескольких стадий:
• получение энергетических ресурсов, например добыча угля, нефти и др. (рис. 1, а);
• передача ресурсов к энергетическим установкам, например доставка газа, угля на тепловую электростанцию (рис. 1,б);
• преобразование па электростанции энергии угля в тепловую и электрическую энергию (машины по преобразованию какой-либо энергии в электрическую называют генераторами) (рис. 1, в);
• передача полученной электроэнергии потребителям, например по линиям электропередачи (рис. 1, г, д).
Рис. 1. Преобразование природной энергии в электрическую:
а — добыча угля; б — теплоэлектростанция; в — генератор; г — линии электропередачи; д — потребители электроэнергии
Перечислим технологии, применяемые в данном процессе.
Для добычи угля используют две основные технологии: если угольные пласты залегают неглубоко, то уголь добывают открытым способом с помощью экскаваторов, если глубоко — то шахтным способом.
Погрузку, доставку и разгрузку угля (и другого сырья) на теплоэлектростанцию (ТЭС) осуществляют с помощью транспортных и подъёмно-транспортных технологий.
На ТЭС применяют технологию преобразования энергии сожжённого угля в тепловую энергию (путём превращения воды в пар при нагреве её в большой ёмкости) и технологию вращения турбины генератора посредством струи пара, направленной па лопасти турбины, связанной с ротором генератора. Далее реализуется технология преобразования механической энергии вращающегося ротора генератора в электрическую энергию, вырабатываемую этим генератором.
Для передачи электроэнергии от ТЭС и распределения её потребителям применяют технологии повышения напряжения (с помощью повышающих трансформаторов), перемещения её по линиям электропередачи (ЛЭП) и понижения высокого напряжения, передаваемого по ЛЭП (с помощью понижающих трансформаторов), до применяемого в быту и на промышленных предприятиях напряжения 220—380 вольт (В).
При передаче по ЛЭП возникают потери электроэнергии в окружающее пространство, поэтому для их снижения по проводам ЛЭП передают очень высокое напряжение 100 000—500 000 В.
Кроме теплоэнергетики и электроэнергетики, существуют также гидроэнергетика и ядерная энергетика.
Гидроэнергетика — это область хозяйственно-экономической деятельности человека, заключающаяся в использовании технологии преобразования энергии водного потока в электрическую энергию, например па гидроэлектростанциях (ГЭС) (рис. 2).
Рис. 2. Братская ГЭС на реке Ангаре
Ядерная энергетика — это отрасль энергетики, занимающаяся производством электрической и тепловой энергии с помощью ядерной энергии на атомных электростанциях (АЭС) (рис. 3).
Рис. 3. Ростовская АЭС, город Волгодонск
В настоящее время в России тепловые электростанции вырабатывают примерно 68 % всей электроэнергии, а ГЭС и АЭС — 16 %. Наряду с несомненной пользой для людей эти электростанции наносят вред окружающей природе за счёт ухудшения природных ландшафтов, вредных выбросов в атмосферу, загрязнения рек и земель, миграции животных и птиц и др.
Кроме ТЭС, ГЭС и АЭС, для производства электроэнергии сегодня применяют другие (альтернативные) источники: мини-электростанции на солнечных батареях, ветряные, геотермальные (использующие внутреннее тепло Земли), приливные (применяющие силу морских приливов) (рис. 4) и др.
Рис. 4. Электростанции: а — солнечная; б — ветряная; в — приливная
Комплекс мероприятий, направленных на экономное расходование энергетических ресурсов, называют энергосбережением. В 6 классе вы уже ознакомились с основными направлениями энергосбережения в зданиях: экономией электроэнергии, устранением тепловых потерь в помещениях, экономией воды, газа и др.
Расход электроэнергии в квартире или доме фиксируют с помощью счётчика электроэнергии (электросчётчика), который показывает объём потреблённой электроэнергии в киловатт-часах (кВт / ч). Разность показаний счётчика, замеренных (например, 20-го числа) в текущем (Э2) и прошедшем (Э1) месяцах, умноженная па тариф t (стоимость в рублях 1 кВт — ч электроэнергии), показывает величину затрат Э в рублях за этот период:
Э = (Э2 — Э1) ∙ t.
Знакомимся с профессиями
Оператор ТЭС — специалист, обслуживающий котельное оборудование на тепловых электрических станциях, контролирующий работу тепловой автоматики и контрольно-измерительных приборов в котельном цехе и работу электрооборудования в турбинном цехе. Он определяет причины неисправностей и отказов работы оборудования и выполняет необходимые ремонтные работы.
Запоминаем опорные понятия
Энергия, энергетика, теплоэнергетика, электроэнергетика, гидроэнергетика, ядерная энергетика, генератор, электросчётчик.
Самостоятельная работа
Изучение работы домашнего электросчётчика (все работы проводятся под контролем родителей!)
1. Запишите показания счётчика (Э1) вечером того дня, когда был урок технологии.
2. Запишите показания счётчика (Э2) вечером следующего дня.
3. Подсчитайте величину затрат в рублях на электроэнергию за исследованный период по формуле: Э = (Э2 — Э1) ∙ t (уточните тариф на электроэнергию (t) у родителей).
4. Продумайте возможные мероприятия энергосбережения в вашем доме и примените их в течение следующих суток.
5. Определите с помощью электросчётчика, на сколько уменьшились затраты вашей семьи в результате мероприятий по энергосбережению.
Самостоятельная работа
Подготовка к образовательному путешествию (экскурсии) «Энергетика нашего региона»
Узнайте, выполнив поиск в Интернете и других источниках информации, каково производство и потребление энергии в городе (регионе) вашего проживания. Выберите предприятие для изучения применяемых на нём технологий производства, преобразования, распределения или передачи энергии. Сохраните информацию в форме описания, фотографии и др.
Проверяем свои знания
1. Что такое энергия?
2. Чем отличается теплоэнергетика от электроэнергетики?
3. Какую энергию превращают гидроэлектростанции в электроэнергию?