Образование за рубежом

PlayPhrase.me - Учи английский

9. Закон збереження енергії

Відомі перший і другий закони в енергетичних, термодинамічних перетвореннях енергії. Перший закон енергетичних перетворень дає можливість встановити енергетичні баланси відомих термодинамічних процесів, і тому має фундаментальне значення.

Учені по-різному трактують закон збереження енергії; кількість енергії незмінна, вона не може зникнути безслідно і не може виникнути з нічого, енергія може змінювати лише форму, її кількість у Всесвіті є незмінна тощо.

Пропонуємо сучасне визначення цього закону: в енергетичних перетвореннях підведене до системи тепло йде на зміну його внутрішньої енергії і виконання механічної роботи.

Теплова енергія = внутрішня енергія + виконана робота.

На основі фундаментального закону збереження і перетворення енергії було теоретично передбачено і відкрито нові елементарні частинки. Деякі науковці, заперечуючи цей закон збереження, прагнуть винайти пристрій, який би працював без витрати енергії, тобто не одержуючи її нізвідки. Проте, серед усіх проектів “вічного двигуна” вирізняються ті, в основі яких процеси, зумовлені зануренням тіла у воду. Вважаємо приреченим проект, який не враховує всіх моментів закону Архімеда.

Розгляньте малюнок на яком зображено пристрій, в основі якого - закон Архімеда. Зверху і знизу високої башти заповненої водою, встановлено шківи, через які перекинуто канат, до якого прикріплено порожні легкі посудини. Згідно з законом Архімеда на посудини діє виштовхувальна сила, яка на думку винахідників, повинна змусити систему постійно обертатися. Ученими не враховано закони збереження енергії і те, що не посудини, окрім верхньої, діє ще й сила ваги стовпа води, яка урівноважує ту силу, що повинна виштовхувати, тому й прилади не спрацьовують. Вислів “витрачати енергію”, що побутує в суспільстві означає те , що енергія не зникає, сама по собі, а переходить в іншу форму.

Отже, перший енергетичний закон “накладає” обмеження на виникнення та зникнення енергії.

Рис.1. Шлях трансформації енергії

8.2. Зміна форм енергії та її вимірювання

Як стверджують учені, форми енергії можуть змінюватися, переходити в інші. Варто з’ясувати , що ж відбувається, коли одна форма енергії переходить в іншу.

Усі предмети, що рухаються, мають кінетичну енергію. Якщо рух предмета зупиняється, його енергія переходить в іншу форму.

Розгляньте малюнок. На малюнку зображено чоловіка, котрий сидить на гілці дерева, тобто знаходиться над поверхнею землі і має потенційну енергію, за умови падіння, його енергія перетвориться в кінетичну. Це стверджує думку про те, що при зміні форм енергії відбувається дія, а при будь-якій дії змінюється енергія.

Існування енергії спонукає до потреби її виміряти. Наприклад, у кіловат-годинах (кВт/год.) електричну енергію в побуті у джоулях (Дж) вимірюється енергія у фізиці. Відповідність між одиницями енергії наведено в таблиці 1.1

Таблиця 1.1
1 Ватт-секунда (Вт•с) = 1 джоуль (Дж)
1 Ватт-година (Вт•год.) = 3600 Вт•с
1 Кіловатт-година (кВт•год.) = 1 000 Вт•год. 103 Вт•год.
1 Мегаватт-година (МВт•год.) = 1000 кВт•год. 106 Вт•год. 1 000 000 Вт•год.
1 Гігаватт-година (ГВт•год.) = 1000 МВт•год. 109 Вт•год. 1 000 000 000 Вт•год.
1 Тераватт-година (ТВт•год.) = 1000 ГВт•год. 1012Вт•год. 1 000 000 000 000 Вт•год.

Одиниця швидкості витрати енергії називається потужністю. Розрахунки потужності здійснюють за формулою:

Що більша кількість енергії використовується за менший проміжок часу, тим більшою буде потужність.

8.1. Форми енергії

Енергія Сонця та внутрішня енергія Землі є складовими природної енергії.

Сонячне випромінювання, кінетична енергія обертання планети Земля та її супутника Місяця, енергія земних надр є джерелом енергії на Землі. У морських припливах проявляється кінетична енергія, розпад урану і торію підтримує енергію земних надр.

У результаті термоядерного перетворення водню на гелій виникає сонячна енергія, що надходить на Землю у вигляді променистої енергії з довжиною хвиль 0,3 – 2,0 мкм. Потік енергії в кількості 8,09 Дж/см2 за 1 хв. постійно надходить на поверхню атмосфери нашої планети. Від середнього значення цей показник має похибку на 0,1–0,2 %. 10500 МДж/м3 становить різний потік сонячної енергії на Землю, 40% поглинається космічним простором, 15% - атмосферою, 20% - на підтримання геологічного циклу, 0,06 % – на фотосинтез. Водяна пара поглинає основну кількість променистої енергії в атмосфері, вода – у гідросфері, гірські породи і ґрунт –у літосфері.

Для забезпечення процесів життєдіяльності рослинного й тваринного світу людського суспільства, витрачається поглинута біосферою сонячна радіація, яка частково розсіюється і в космічний простір. Усі складові частини біосфери охоплено енергетичним обміном. Живі організми є основними перетворювачами енергії в біосфері. 5000 МДж/м2 поглинають у середньому рослини та земна поверхня. Низькою ефективністю характеризується перенесення енергії в живій речовині біосфери. 10% становить перенесення від продуцентів до консументів I порядку, 20% - від консументів I порядку до консументів II порядку.

Енергія має різні форми вияву, з яких виділяють механічну енергію.

Механічна енергія поділяється на потенційну і кінетичну.

Кінетична енергія(від грец. руховий, рухливий) – це енергія, що виникає внаслідок руху.

Потенційна енергія (від лат. сила) – енергія взаємодії тіл, що залежить лише від взаємного розташування їх.

За певних умов потенційна енергія може перетворюватися в кінетичну, через те її називають потенційною, можливою.

Існують й інші форми енергії. Хімічна енергія, при згоранні пального переходить у теплову, ядерна енергія – в електричну. Розрізняють ще енергію м’язів, морських припливів, хвиль, вітру, біоенергію тощо.

7. Поняття про енергію

За твердженням науковців Всесвіт виник близько 20 млрд. років. У момент його виникнення вся енергія і маса, як стверджують вчені-астрофізики, в такому об’ємі, що був для них замалим (недостатнім). Це й стало причиною великого вибуху, що зумовив розширення Всесвіту.

Питання сутність енергії ще не має однозначного вирішення і потребує подальшого дослідження, адже енергія – термін сучасної фізики, що позначає різні явища, пов’язані з теплом та роботою, процесами перетворення енергії, точніше, одне з основних властивостей матерії, загальна міра всіх форм їїруху, здатність виконувати або бути джерелом тієї сили, що виконуватиме роботу.

Енергія – діяльнісна сила, поєднана з наполегливістю, рішучістю в досягненні поставленої мети. За законом збереження і перетворення, вона не зникає і не виникає з нічого, а лише має здатність перевтілюватися з однієї форми в іншу. Отже,енергія є однією із форм існування матерії.

Розрізняють енергію:

1. потенційну;
2. кінетичну;
3. ядерну;
4. гравітаційну;
5. хімічну;
6. теплову;
7. електромагнітну.

Потреба суспільства в енергії постійно зростає, а це спонукає до пошуку нових її джерел.

6.17. Полігони твердих промислових відходів

В даний час у промислово розвитих країнах намітилася тенденція до централізованої обробки промислових відходів на полігонах і підприємствах із заводською технологією знешкодження й утилізації. Створено комплекси, що здійснюють збір, транспортування і переробку токсичних промислових відходів централізовано. У нашій країні розроблена державна програма знешкодження з токсичних відходів, що передбачає будівництво декількох регіональних полігонів по знешкодженню і похованню токсичних промислових відходів. Полігони по знешкодженню і похованню токсичних промислових відходів є природоохоронними спорудженнями і призначені для централізованого збору, знешкодження і поховання не утилізованих відходів. До складу полігонів входить завод по знешкодженню токсичних промислових відходів, розташовуваний поблизу підприємства — основного постачальника відходів, гараж спеціалізованого автотранспорту, ділянка поховання токсичних промислових відходів. Прийомові на полігони підлягають переважно токсичні промислові відходи 1—3 класів небезпеки. Відходи 4 класу небезпеки за узгодженням з органами СЕС можуть вивозитися на полігони ТПВ. Прийому на полігони не підлягають відходи, для яких розроблені ефективні методи утилізації, зокрема відходи металів, радіоактивні відходи, нафтопродукти, що підлягають регенерації.

До складу заводу по знешкодженню відходів входять цехи термічного знешкодження пальних відходів, фізико-хімічного знешкодження не пальних відходів, термічного знешкодження стічних вод і рідких хлорорганічних відходів, а також цех знешкодження зіпсованих і немаркованих балонів.

Похованню на ділянці підлягають тверді токсичні відходи. Спосіб поховання відходів залежить від класу небезпеки і водорозчинності. Поховання відходів різного класу небезпеки здійснюється роздільно на спеціальних картах. Обсяг карти повинний забезпечувати прийом відходів на поховання протягом не більш двох років.

Поховання твердих і пастоподібних непальних водорозчинних відходів 1 класу небезпеки варто передбачати в спеціальних герметичних металевих контейнерах з товщиною стінки не менш 10 мм. Контейнери з відходами укладаються в залізобетонні бункери зі стінками товщиною не менш 0,4 м. На всій поверхні бункера, що стикається з ґрунтом, улаштовується гідроізоляція. Після заповнення бункер перекривається залізобетонними плитами з наступним засипанням ущільненим ґрунтом товщиною 2 м. Потім споруджується водонепроникне покриття, що піднімається над прилягаючою територією.

Засипання нерозчинних у воді відходів 1, 2 і 3 класів небезпеки виробляються пошарово на повну висоту. Засипана до проектної поверхні ділянка котловану відразу ж покривається захисним шаром ґрунту товщиною не менш 0,5 м, по якому здійснюється подальший підвіз відходів. При похованні пилоподібних відходів необхідно передбачати заходи, що гарантують виключення розносу їх вітром. Заповнені карти поверх захисного шару покриваються місцевим ґрунтом. Загальна товщина покриття не менш 2 м, включаючи первісний захисний шар.

Розміри санітарно-захисної зони від ділянки поховання токсичних промислових відходів до населених пунктів і відкритих водойм установлюються з обліком конкретних місцевих умов, але не менш 3000 м. Ділянки поховання токсичних промислових відходів повинні розташовуватися на відстані не менш 200 м від сільськогосподарських угідь і транзитних магістральних доріг і не менш 50 м від лісових масивів і лісових посадок.

Розміри санітарно-захисної зони заводу по знешкодженню токсичних промислових відходів потужністю 100 тис. т і більш відходів у рік складають 1000 м, менш 100 тис. т — 500 м.

Для забезпечення контролю за станом ґрунтових вод на території ділянки поховання відходів і в санітарно-захисній зоні повинні бути обладнані спостережні шпари.