مصادر الطاقة البديلة: الأنواع والاستخدامات. الطاقة وأنواعها

طاقة(من اليونانية إنرجي – العمل والنشاط) هو مقياس عام (تقدير كمي) لأشكال مختلفة من حركة المادة التي يتم النظر فيها في الفيزياء.

وفقًا لمفاهيم العلوم الفيزيائية ، فإن الطاقة هي قدرة الجسم أو الشيء على القيام بعمل. للحصول على خاصية كمية لأشكال مختلفة نوعيًا للحركة والتفاعلات المقابلة لها ، يتم تقديم أنواع مختلفة من الطاقة. غالبًا ما يواجه الشخص في حياته اليومية الأنواع التالية من الطاقة: الميكانيكية ، والكهربائية ، والكهرومغناطيسية ، والحرارية ، والكيميائية ، والنووية ، إلخ.

الطاقة الحركية- مقياس للحركة الميكانيكية ، يساوي نصف حاصل ضرب كتلة الجسم ومربع سرعته بالنسبة لجسم صلب. وهي تشمل الطاقة الميكانيكية لحركة الجسيم أو الجسم ، والطاقة الحرارية ، والطاقة النووية ، إلخ.

إذا كانت الطاقة ناتجة عن تغيير في الوضع النسبي لجسيمات النظام وموقعها بالنسبة للأجسام الأخرى ، فيُطلق عليها القدره.وهي تشمل طاقة الكتل التي يجذبها قانون الجاذبية العامة ، والطاقة الكيميائية ، وطاقة موضع الجسيمات المتجانسة ، على سبيل المثال ، طاقة الجسم المشوه المرن ، إلخ. .

الطاقة الميكانيكية -طاقة الحركة الميكانيكية وتفاعل الأجسام أو أجزائها. الطاقة الميكانيكية لنظام من الأجسام تساوي مجموع الطاقات الحركية والطاقات الكامنة لهذا النظام. يتجلى في تفاعل وحركة الأجسام أو الجزيئات الفردية.

ويشمل طاقة الحركة الانتقالية أو دوران الجسم ، وطاقة التشوه أثناء الانحناء ، والتمدد ، وضغط الأجسام المرنة (الينابيع). تستخدم هذه الطاقة على نطاق واسع في مختلف الآلات - النقل والتكنولوجية.

طاقة حرارية -طاقة الحركة التحويلية والدورانية الفوضوية لجزيئات المادة. بالنسبة لجسم صلب ، هذه هي طاقة الاهتزاز للذرات في الجزيئات الموجودة في عقد الشبكة البلورية.

تنشأ الطاقة الحرارية فقط نتيجة تحول أنواع أخرى من الطاقة ، على سبيل المثال ، عندما يتم حرق أنواع مختلفة من الوقود ، يتم تحويل طاقتها الكيميائية إلى طاقة حرارية. يتم استخدامه للتدفئة وتنفيذ العديد من العمليات التكنولوجية (التسخين ، الصهر ، التجفيف ، التبخر ، التقطير ، إلخ).

الطاقة الكهربائية -طاقة الجسيمات أو الأجسام المشحونة (إلكترونات ، أيونات) تتحرك بطريقة منظمة على طول دائرة كهربائية مغلقة.

تستخدم الطاقة الكهربائية لإنتاج طاقة ميكانيكية أو طاقة حرارية أو أي طاقة أخرى مطلوبة.

الطاقة الكيميائية -هذه هي الطاقة "المخزنة" في ذرات المواد ، والتي يتم إطلاقها أو امتصاصها أثناء التفاعلات الكيميائية بين المواد.

يتم إطلاق الطاقة الكيميائية كطاقة حرارية أثناء التفاعلات الطاردة للحرارة (مثل احتراق الوقود) أو تحويلها إلى طاقة كهربائية في الخلايا والبطاريات الجلفانية.

الطاقة النووية -الطاقة الداخلية للنواة الذرية المرتبطة بحركة وتفاعل النوى المكونة للنواة. يتم إطلاقه نتيجة تفاعل نووي متسلسل لانشطار نوى ثقيلة (تفاعل نووي) أو أثناء تخليق نوى ضوئية (تفاعل نووي حراري). في صناعة الطاقة النووية ، يتم استخدام الطريقة الأولى فقط حتى الآن ، لأن يرتبط استخدام الثانية بالمشكلة التي لم يتم حلها بعد وهي تنفيذ تفاعل نووي حراري متحكم فيه.

طاقة الجاذبية -طاقة التفاعل (التجاذب) بين أي جسمين وتحددها كتلتهما. إنه ملحوظ بشكل خاص في الفضاء الخارجي. في الظروف الأرضية ، هذه ، على سبيل المثال ، الطاقة التي "يخزنها" الجسم عندما ترتفع إلى ارتفاع معين فوق سطح الأرض.

الغرض من هذه المقالة هو الكشف عن جوهر مفهوم "الطاقة الميكانيكية". تستخدم الفيزياء بشكل مكثف هذا المفهوم عمليًا ونظريًا.

العمل والطاقة

يمكن تحديد العمل الميكانيكي إذا كانت القوة المؤثرة على الجسم وإزاحة الجسم معروفة. هناك طريقة أخرى لحساب الشغل الميكانيكي. فكر في مثال:

يوضح الشكل الجسم الذي يمكن أن يكون في حالات ميكانيكية مختلفة (الأول والثاني). تتميز عملية انتقال الجسم من الحالة الأولى إلى الحالة الثانية بالعمل الميكانيكي ، أي عند الانتقال من الحالة الأولى إلى الحالة الثانية ، يمكن للجسم أداء العمل. عندما يتم تنفيذ العمل ، تتغير الحالة الميكانيكية للجسم ، ويمكن وصف الحالة الميكانيكية بكمية فيزيائية واحدة - الطاقة.

الطاقة هي كمية فيزيائية قياسية لجميع أشكال حركة المادة ومتغيرات تفاعلها.

ما هي الطاقة الميكانيكية

الطاقة الميكانيكية هي كمية مادية قياسية تحدد قدرة الجسم على أداء العمل.

أ = ∆E

نظرًا لأن الطاقة هي سمة من سمات حالة النظام في وقت معين ، فإن العمل هو سمة من سمات عملية تغيير حالة النظام.

الطاقة والعمل لهما نفس وحدات القياس: [A] \ u003d [E] \ u003d 1 J.

أنواع الطاقة الميكانيكية

تنقسم الطاقة الميكانيكية الحرة إلى نوعين: الحركية والجهد.

الطاقة الحركية- هي الطاقة الميكانيكية للجسم ، والتي تحددها سرعة حركته.

E ك \ u003d 1 / 2mv 2

الطاقة الحركية متأصلة في الأجسام المتحركة. عندما يتوقفون ، يقومون بعمل ميكانيكي.

في أنظمة مرجعية مختلفة ، يمكن أن تكون سرعات نفس الجسم في نقطة زمنية عشوائية مختلفة. لذلك ، الطاقة الحركية هي كمية نسبية ، يتم تحديدها باختيار إطار مرجعي.

إذا كانت هناك قوة (أو عدة قوى في وقت واحد) تؤثر على الجسم أثناء الحركة ، فإن الطاقة الحركية للجسم تتغير: الجسم يتسارع أو يتوقف. في هذه الحالة ، سيكون عمل القوة أو عمل الناتج لجميع القوى المطبقة على الجسم مساويًا للاختلاف في الطاقات الحركية:

A = E k1 - E k 2 = ∆E k

تم تسمية هذا البيان والصيغة - نظرية الطاقة الحركية.

الطاقة الكامنةتسمى الطاقة بسبب التفاعل بين الأجسام.

عندما يسقط الجسد ممن الأعلى حقوة الجاذبية تقوم بالعمل. نظرًا لأن العمل وتغيير الطاقة مرتبطان بمعادلة ، يمكن للمرء أن يكتب معادلة للطاقة الكامنة للجسم في مجال الجاذبية:

الجيش الشعبي = mgh

على عكس الطاقة الحركية ه كالقدره الحلقةيمكن أن تكون سلبية عندما ح<0 (على سبيل المثال ، جسد يرقد في قاع بئر).

نوع آخر من طاقة الوضع الميكانيكي هو طاقة الإجهاد. مضغوط في المسافة xالربيع مع الصلابة كلديه طاقة كامنة (طاقة الإجهاد):

ه ص = 1/2 كيلو × 2

وجدت طاقة التشوه تطبيقًا واسعًا في الممارسة (الألعاب) ، في التكنولوجيا - الأوتوماتا ، المرحلات وغيرها.

E = Ep + Ek

طاقة ميكانيكية كاملةتسمى الأجسام مجموع الطاقات: حركية وإمكانات.

قانون حفظ الطاقة الميكانيكية

أظهرت بعض التجارب الأكثر دقة التي أجريت في منتصف القرن التاسع عشر بواسطة الفيزيائي الإنجليزي جول والفيزيائي الألماني ماير أن كمية الطاقة في الأنظمة المغلقة لم تتغير. إنه ينتقل فقط من جسد إلى آخر. ساعدت هذه الدراسات في الاكتشاف قانون الحفاظ على الطاقة:

تظل الطاقة الميكانيكية الكلية لنظام معزول من الأجسام ثابتة لأي تفاعلات الأجسام مع بعضها البعض.

على عكس النبضة التي ليس لها شكل مكافئ ، فإن الطاقة لها أشكال عديدة: ميكانيكية ، حرارية ، طاقة الحركة الجزيئية ، طاقة كهربائية مع قوى تفاعل الشحنات ، وغيرها. يمكن تحويل أحد أشكال الطاقة إلى شكل آخر ، على سبيل المثال ، يتم تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة حرارية أثناء فرملة السيارة. إذا لم تكن هناك قوى احتكاك ، ولم يتم توليد حرارة ، فلن تضيع الطاقة الميكانيكية الكلية ، ولكنها تظل ثابتة في عملية حركة الأجسام أو تفاعلها:

E = Ep + Ek = const

عندما تعمل قوة الاحتكاك بين الأجسام ، يكون هناك انخفاض في الطاقة الميكانيكية ، ومع ذلك ، في هذه الحالة ، لا تضيع بدون أثر ، بل تنتقل إلى الطاقة الحرارية (الداخلية). إذا نفذت قوة خارجية عملاً على نظام مغلق ، فهناك زيادة في الطاقة الميكانيكية بمقدار الشغل الذي تؤديه هذه القوة. إذا كان نظام مغلق يعمل على أجسام خارجية ، فسيحدث انخفاض في الطاقة الميكانيكية للنظام بمقدار العمل الذي يقوم به.
يمكن تحويل كل نوع من أنواع الطاقة بالكامل إلى أي نوع آخر من الطاقة.

الطاقة هي القدرة على القيام بالعمل: التحرك ، أو تحريك الأشياء ، أو إنتاج الحرارة ، أو الصوت ، أو الكهرباء.

ما هي الطاقة؟

الطاقة مخفية في كل مكان - في أشعة الشمس على شكل طاقة حرارية وضوء ، في اللاعب على شكل طاقة صوتية ، وحتى في قطعة من الفحم على شكل طاقة كيميائية متراكمة. نحصل على الطاقة من الطعام ، ويستخرجها محرك السيارة من الوقود - البنزين أو الغاز. في كلتا الحالتين ، إنها طاقة كيميائية. هناك أشكال أخرى للطاقة: الحرارية ، والضوء ، والصوت ، والكهربائية ، والنووية. الطاقة شيء غير مرئي وغير ملموس ، لكنها قادرة على التراكم والتغيير من شكل إلى آخر. هي لا تختفي أبدا.

حركة ميكانيكية

واحدة من الأنواع الرئيسية للطاقة الحركية - طاقة الحركة. الأجسام الثقيلة التي تتحرك بسرعات عالية تحمل طاقة حركية أكثر من الأجسام الخفيفة أو التي تتحرك ببطء. على سبيل المثال ، الطاقة الحركية للسيارة أقل من طاقة الشاحنة التي تسير بنفس السرعة.

طاقة حرارية

لا يمكن أن توجد الطاقة الحرارية بدون الطاقة الحركية. تعتمد درجة حرارة الجسم المادي على سرعة حركة الذرات التي يتكون منها. كلما تحركت الذرات بشكل أسرع ، زادت سخونة الجسم. لذلك ، تعتبر الطاقة الحرارية للجسم هي الطاقة الحركية لذراته.

دورة الطاقة

الشمس هي المصدر الرئيسي للطاقة على الأرض. يتم تحويلها باستمرار إلى أشكال أخرى من الطاقة. تشمل مصادر الطاقة الطبيعية أيضًا النفط والغاز والفحم ، والتي تمتلك في الواقع إمدادات كافية من الطاقة الشمسية.

مخزون المستقبل

يمكن تخزين الطاقة. يخزن الربيع الطاقة عند ضغطه. عند إطلاقه ، يتم استقامته ، وتحويل الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية. الحجر الموجود على قمة صخرة لديه أيضًا طاقة كامنة ؛ عندما يسقط ، يتم تحويله إلى طاقة حركية.

تحويل الطاقة

ينص قانون حفظ الطاقة على أن الطاقة لا تختفي أبدًا ، إنها تتحول فقط إلى شكل آخر. على سبيل المثال ، إذا كبح صبي يركب دراجة وتوقف ، تنخفض طاقته الحركية إلى الصفر. لكنها لا تختفي تمامًا ، بل تنتقل إلى أنواع أخرى من الطاقة - الحرارية والصوتية. يولد احتكاك إطارات الدراجات على الأرض حرارة ، تسخن الأرض والعجلات. وتتجلى الطاقة الصوتية في صرير الفرامل والإطارات.

العمل والطاقة والقوة

نقل الطاقة هو الشغل. يعتمد مقدار الشغل المنجز على مقدار القوة والمسافة التي يتحرك بها الجسم. على سبيل المثال ، الوزن الثقيل يرفع الحديد يؤدي الكثير من العمل. المعدل الذي يتم به العمل يسمى القوة. كلما رفع رافع الوزن الوزن بشكل أسرع ، زادت قوته. تُقاس الطاقة بالجول (J) والطاقة بالواط (W).

استهلاك الطاقة

الطاقة لا تختفي أبدًا ، ولكن إذا لم يتم استخدامها في العمل ، فسوف تضيع. يتم إهدار معظم الطاقة في إنتاج الحرارة.

على سبيل المثال ، المصباح الكهربائي يحول فقط خمس أ من طاقة الكهرباء إلى ضوء ، والباقي يذهب إلى حرارة غير ضرورية. تؤدي الكفاءة المنخفضة لمحركات السيارات إلى حقيقة أن كمية لا بأس بها من الوقود تضيع.

طاقة كرات الطلاء

عند اللعب في اللعبة ، تغير الطاقة حالتها باستمرار - تنتقل الإمكانات إلى الحركية. تميل الكرة المتحركة إلى التوقف بسبب الاحتكاك على الجزء الآلي. تنفق طاقته على التغلب على قوة الاحتكاك ، لكنها لا تختفي ، بل تتحول إلى حرارة. عندما يضفي اللاعب طاقة إضافية على الكرة بدفع المضرب ، تتسارع حركة الكرة.

قم بتسمية المراحل الرئيسية في تاريخ استخدام الطاقة البشرية ، وبيان أهميتها.

ما العلاقة بين تطور الحضارة الإنسانية واستهلاك الطاقة؟ اشرح طبيعة التغيير بمرور الوقت ووضح الاتجاهات.

ما هو نظام الطاقة؟ الغرض الرئيسي منه. ما هي الأنظمة الموجودة فيه؟

ما هي موارد الوقود والطاقة؟ كيف يتم تصنيفهم؟

ما هي مصادر الطاقة الثانوية؟ قم بتسميتها وشرح كيفية الحصول عليها.

ما هي كثافة الطاقة لموارد الطاقة الأولية؟ ما هو مفهوم الوقود المشروط؟

ما هي الاتجاهات الرئيسية في الاستهلاك العالمي للوقود وموارد الطاقة؟

ما هو جوهر أزمة الطاقة في السبعينيات. في أوروبا الغربية وفي التسعينيات. في بلدان رابطة الدول المستقلة؟ ما هي الطرق التي تراها للتغلب على أزمة الطاقة في بيلاروسيا؟

كيف يمكن تفسير الاستخدام المكثف للنفط في ميزان الطاقة العالمي وما هي الآفاق المستقبلية لاستخدامه؟

اشرح إمكانيات وآفاق استخدام الهيدروجين في قطاع الطاقة.

ما هي التكنولوجيا الموفرة للطاقة؟ ما هي دوافع تنفيذها؟

الموضوع 2. أنواع الطاقة. الحصول على الطاقة وتحويلها واستخدامها محاضرة 2. أنواع الطاقة. الحصول على الطاقة وتحويلها واستخدامها

مفاهيم أساسية:

طاقة؛ الطاقة الحركية والمحتملة. أنواع الطاقة طاقة؛ نظام التشغيل؛ نظام الطاقة الكهربائية مستهلكو الطاقة الطاقة التقليدية وغير التقليدية ؛ مخططات الحمل استهلاك الطاقة للفرد ؛ كثافة الطاقة في الاقتصاد ؛ مؤشر لمستوى الطاقة الاقتصادية للإنتاج.

الطاقة وأنواعها

الطاقة هي الأساس العالمي للظواهر الطبيعية ، وأساس الثقافة وكل نشاط بشري. في نفس الوقت تحتطاقة(اليونانية - العمل والنشاط) يُفهم على أنه تقييم كمي لأشكال مختلفة من حركة المادة ، والتي يمكن أن تحول إحداها إلى أخرى.

وفقًا لمفاهيم العلوم الفيزيائية ، فإن الطاقة هي قدرة الجسم أو نظام الأجسام على القيام بعمل. هناك تصنيفات مختلفة لأنواع وأشكال الطاقة. غالبًا ما يواجه الشخص في حياته اليومية الأنواع التالية من الطاقة: الميكانيكية والكهربائية والكهرومغناطيسية والحرارية والكيميائية والذرية (داخل النواة). تشير الأنواع الثلاثة الأخيرة إلى الشكل الداخلي للطاقة ، أي بسبب الطاقة الكامنة لتفاعل الجسيمات التي يتكون منها الجسم ، أو الطاقة الحركية لحركتها العشوائية.

إذا كانت الطاقة ناتجة عن تغيير في حالة حركة النقاط أو الأجسام المادية ، فيتم تسميتها حركية ؛ وتشمل الطاقة الميكانيكية لحركة الأجسام ، الطاقة الحرارية الناتجة عن حركة الجزيئات.

إذا كانت الطاقة ناتجة عن تغيير في الموضع النسبي لأجزاء نظام معين أو موضعه بالنسبة للأجسام الأخرى ، فإنه يطلق عليه القدره ؛ يتضمن طاقة الكتل التي يجذبها قانون الجاذبية العامة ، وطاقة موضع الجسيمات المتجانسة ، على سبيل المثال ، طاقة الجسم المشوه المرن ، والطاقة الكيميائية.

الطاقة في العلوم الطبيعية ، حسب الطبيعة ، تنقسم إلى الأنواع التالية.

الطاقة الميكانيكية - تتجلى في تفاعل وحركة الأجسام أو الجزيئات الفردية.

وهي تشمل طاقة الحركة أو دوران الجسم ، وطاقة التشوه أثناء الانحناء ، والتمدد ، والتواء ، وضغط الأجسام المرنة (الينابيع). تستخدم هذه الطاقة على نطاق واسع في مختلف الآلات - النقل والتكنولوجية.

طاقة حرارية هي طاقة الحركة المضطربة (الفوضوية) وتفاعل جزيئات المواد.

تُستخدم الطاقة الحرارية ، التي يتم الحصول عليها غالبًا عن طريق حرق أنواع مختلفة من الوقود ، على نطاق واسع للتدفئة ، وتنفيذ العديد من العمليات التكنولوجية (التسخين ، والصهر ، والتجفيف ، والتبخر ، والتقطير ، وما إلى ذلك).

الطاقة الكهربائية – طاقة الإلكترونات التي تتحرك خلال دائرة كهربائية (تيار كهربائي).

تستخدم الطاقة الكهربائية للحصول على الطاقة الميكانيكية بمساعدة المحركات الكهربائية وتنفيذ العمليات الميكانيكية لمعالجة المواد: التكسير والطحن والخلط ؛ لإجراء التفاعلات الكهروكيميائية ؛ الحصول على الطاقة الحرارية في أجهزة وأفران التدفئة الكهربائية ؛ للمعالجة المباشرة للمواد (المعالجة الكهربية).

الطاقة الكيميائية – هي الطاقة "المخزنة" في ذرات المواد ، والتي يتم إطلاقها أو امتصاصها أثناء التفاعلات الكيميائية بين المواد.

يتم إطلاق الطاقة الكيميائية إما في شكل حرارة أثناء التفاعلات الطاردة للحرارة (على سبيل المثال ، احتراق الوقود) ، أو تحويلها إلى طاقة كهربائية في الخلايا والبطاريات الجلفانية. تتميز مصادر الطاقة هذه بكفاءة عالية (تصل إلى 98٪) ، ولكن بقدرة منخفضة.

الطاقة المغناطيسية - طاقة المغناطيس الدائم ، الذي يحتوي على قدر كبير من الطاقة ، ولكنه "يمنحها" على مضض شديد. ومع ذلك ، فإن التيار الكهربائي يخلق مجالات مغناطيسية قوية وممتدة حول نفسه ، وبالتالي ، غالبًا ما يتحدثون عن الطاقة الكهرومغناطيسية.

ترتبط الطاقات الكهربائية والمغناطيسية ارتباطًا وثيقًا ببعضها البعض ، ويمكن اعتبار كل واحدة منها على أنها الجانب "العكسي" للآخر.

الطاقة الكهرومغناطيسية هي طاقة الموجات الكهرومغناطيسية ، أي تحريك المجالات الكهربائية والمغناطيسية. ويشمل الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وموجات الراديو.

وبالتالي ، فإن الطاقة الكهرومغناطيسية هي طاقة الإشعاع. يحمل الإشعاع الطاقة على شكل طاقة موجات كهرومغناطيسية. عندما يتم امتصاص الإشعاع ، يتم تحويل طاقته إلى أشكال أخرى ، الحرارة في الغالب.

الطاقة النووية - الطاقة المترجمة في نوى ذرات ما يسمى بالمواد المشعة. يتم إطلاقه أثناء انشطار النوى الثقيلة (تفاعل نووي) أو توليف النوى الخفيفة (تفاعل نووي حراري).

هناك أيضًا اسم قديم لهذا النوع من الطاقة - الطاقة الذرية ، لكن هذا الاسم لا يعكس بدقة جوهر الظواهر التي تؤدي إلى إطلاق كميات هائلة من الطاقة ، غالبًا في شكل حراري وميكانيكي.

طاقة الجاذبية - الطاقة بسبب تفاعل (الجاذبية) للأجسام الضخمة ، فهي ملحوظة بشكل خاص في الفضاء الخارجي. في الظروف الأرضية ، هذه ، على سبيل المثال ، الطاقة "المخزنة" بواسطة جسم مرفوع إلى ارتفاع معين فوق سطح الأرض - طاقة الجاذبية.

في هذا الطريق، اعتمادًا على مستوى المظهر ، يمكن للمرء أن يميز طاقة العالم الكبير - الجاذبية ، طاقة تفاعل الأجسام - الميكانيكية ، طاقة الجزيئاتالتفاعلات - الطاقة الحرارية والتفاعل الذري - الطاقة الكيميائية والإشعاعية - المغناطيس الكهربائينووي ، الطاقة الموجودة في نوى الذرات - النووية.

لا يستبعد العلم الحديث وجود أنواع أخرى من الطاقة لم يتم إصلاحها بعد ، ولكنها لا تنتهك الصورة الموحدة للعلم الطبيعي للعالم ومفهوم الطاقة.

يستخدم النظام الدولي للوحدات (SI) 1 جول كوحدة لقياس الطاقة. 1 J يعادل 1 نيوتن متر (نيوتن متر). إذا كانت الحسابات مرتبطة بالحرارة والبيولوجية وأنواع أخرى من الطاقة ، فسيتم استخدام وحدة خارج النظام كوحدة للطاقة - كالوري (كالوري) أو كيلو كالوري (كيلو كالوري) ، 1 كالوري = 4.18 ي. لقياس الطاقة الكهربائية ، يتم استخدام وحدة مثل وات. ساعة (Wh ، kWh ، MWh) ، 1 Wh = 3.6 MJ. لقياس الطاقة الميكانيكية ، يتم استخدام قيمة 1 كجم م = 9.8 جول.

الطاقة القابلة للاستخراج مباشرة من الطبيعة(طاقة الوقود ، الماء ، الرياح ، الطاقة الحرارية للأرض ، الطاقة النووية) ، والتي يمكن تحويلها إلى طاقة كهربائية ، حرارية ، ميكانيكية ، كيميائية تسمى الأولية. وفقًا لتصنيف موارد الطاقة على أساس الاستنفاد ، يمكن أيضًا تصنيف الطاقة الأولية. على التين. يوضح الشكل 2.1 مخطط تصنيف الطاقة الأولية.

أرز.2.1. تصنيف الطاقة الأولية

عند تصنيف الطاقة الأولية ، فإنها تنبعث التقليديين و غير تقليدي أنواع الطاقة. تشمل الأنواع التقليدية للطاقة تلك الأنواع من الطاقة التي استخدمها الإنسان على نطاق واسع لسنوات عديدة. تشمل الأنواع غير التقليدية من الطاقة تلك الأنواع التي بدأ استخدامها مؤخرًا نسبيًا.

تشمل الأنواع التقليدية للطاقة الأولية: الوقود العضوي (الفحم ، الزيت ، إلخ) ، الطاقة المائية النهرية والوقود النووي (اليورانيوم ، الثوريوم ، إلخ).

الطاقة التي يتلقاها الشخص ، بعد تحويل الطاقة الأولية في منشآت خاصة - محطات ، يسمى الثانوية (الطاقة الكهربائية ، الطاقة البخارية ، الماء الساخن ، إلخ).

مزايا الطاقة الكهربائية.الطاقة الكهربائية هي أكثر أنواع الطاقة ملاءمة ويمكن اعتبارها بحق أساس الحضارة الحديثة. الغالبية العظمى من الوسائل التقنية للميكنة وأتمتة عمليات الإنتاج (المعدات وأجهزة الكمبيوتر) ، واستبدال العمالة البشرية بآلة العمل في الحياة اليومية ، لها أساس كهربائي.

يتم استخدام أكثر من نصف الطاقة المستهلكة بقليل كحرارة للاحتياجات التقنية ، والتدفئة ، والطهي ، والباقي - في شكل ميكانيكي ، في المقام الأول في تركيبات النقل ، والطاقة الكهربائية. علاوة على ذلك ، تتزايد حصة الطاقة الكهربائية كل عام (الشكل 2.2).

الطاقة الكهربائية - شكل من أشكال الطاقة أكثر تنوعًا. لقد وجد تطبيقًا واسعًا في الحياة اليومية وفي جميع قطاعات الاقتصاد الوطني. يوجد أكثر من أربعمائة نوع من الأجهزة المنزلية الكهربائية: ثلاجات ، غسالات ، مكيفات ، مراوح ، تلفزيونات ، مسجلات شرائط ، أجهزة إضاءة ، إلخ. من المستحيل تخيل صناعة بدون طاقة كهربائية. في الزراعة ، يتوسع استخدام الكهرباء باستمرار: تغذية الحيوانات وسقيها ، والعناية بها ، والتدفئة والتهوية ، والحاضنات ، والسخانات ، والمجففات ، إلخ.

كهربة - أساس التقدم الفني لأي فرع من فروع الاقتصاد الوطني. يسمح لك باستبدال موارد الطاقة غير الملائمة للاستخدام بنوع عالمي من الطاقة - الطاقة الكهربائية ، والتي يمكن نقلها عبر أي مسافة ، وتحويلها إلى أنواع أخرى من الطاقة ، على سبيل المثال ، ميكانيكية أو حرارية ، ومقسمة بين المستهلكين. كهرباء - شكل مناسب للغاية واقتصادي للطاقة.

أرز. 2.2. ديناميات استهلاك الطاقة الكهربائية

الطاقة الكهربائية لها خصائص تجعلها لا غنى عنها في ميكنة وأتمتة الإنتاج وفي الحياة البشرية اليومية:

1. الطاقة الكهربائية عالمية ، ويمكن استخدامها لمجموعة متنوعة من الأغراض. على وجه الخصوص ، من السهل جدًا تحويلها إلى حرارة. يتم ذلك ، على سبيل المثال ، في مصادر الإضاءة الكهربائية (المصابيح المتوهجة) ، في الأفران التكنولوجية المستخدمة في علم المعادن ، في أجهزة التدفئة والتدفئة المختلفة. يستخدم تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية في محركات المحركات الكهربائية.

2. عند استهلاك الطاقة الكهربائية ، يمكن سحقها بلا حدود. وبالتالي ، فإن قوة الآلات الكهربائية ، حسب الغرض منها ، تختلف: من أجزاء واط في المحركات الدقيقة المستخدمة في العديد من فروع التكنولوجيا وفي المنتجات المنزلية ، إلى قيم ضخمة تتجاوز مليون كيلووات في مولدات محطات الطاقة.

3. في عملية إنتاج ونقل الطاقة الكهربائية ، من الممكن تركيز طاقتها وزيادة الجهد ونقل أي كمية من الطاقة الكهربائية من محطة توليد الكهرباء على مسافات قصيرة وطويلة عن طريق الأسلاك حيث يتم توليدها لجميع المستهلكين. .

فيما يتعلق بتطوير تقنيات الإنتاج والتدهور الكبير في الوضع البيئي في العديد من مناطق العالم ، تواجه البشرية مشكلة إيجاد مصادر جديدة للطاقة. من جهة ، يجب أن تكون كمية الطاقة المستخرجة كافية لتطوير الإنتاج والعلوم والقطاع المحلي ، ومن جهة أخرى ، يجب ألا يؤثر إنتاج الطاقة سلباً على البيئة.

أدت صياغة السؤال هذه إلى البحث عما يسمى بمصادر الطاقة البديلة - المصادر التي تلبي المتطلبات المذكورة أعلاه. من خلال جهود علوم العالم ، تم اكتشاف العديد من هذه المصادر ، في الوقت الحالي ، يتم استخدام معظمها بالفعل على نطاق واسع. فيما يلي نظرة عامة موجزة عنها:

طاقة شمسية

تستخدم محطات الطاقة الشمسية بنشاط في أكثر من 80 دولة ، فهي تحول الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية. هناك طرق مختلفة لهذا التحويل ، وبالتالي أنواع مختلفة من محطات الطاقة الشمسية. المحطات الأكثر شيوعًا التي تستخدم المحولات الكهروضوئية (الخلايا الضوئية) مدمجة في الألواح الشمسية. تقع معظم أكبر المنشآت الكهروضوئية في العالم في الولايات المتحدة الأمريكية.

طاقة الرياح

تستخدم محطات طاقة الرياح (مزارع الرياح) على نطاق واسع في الولايات المتحدة الأمريكية ، والصين ، والهند ، وكذلك في بعض دول أوروبا الغربية (على سبيل المثال ، في الدنمارك ، حيث يتم إنتاج 25٪ من إجمالي الكهرباء بهذه الطريقة). تعد طاقة الرياح مصدرًا واعدًا للغاية للطاقة البديلة ؛ في الوقت الحالي ، تعمل العديد من البلدان بشكل كبير على توسيع استخدام هذا النوع من محطات الطاقة.

وقود حيوي

تتمثل المزايا الرئيسية لمصدر الطاقة هذا على الأنواع الأخرى من الوقود في ملاءمته للبيئة وقابليته للتجديد. لا يتم تصنيف جميع أنواع الوقود الحيوي كمصادر طاقة بديلة: الحطب التقليدي هو أيضًا وقود حيوي ، ولكنه ليس مصدرًا بديلًا للطاقة. يمكن أن يكون الوقود الحيوي البديل صلبًا (خث ، أعمال خشبية ونفايات زراعية) ، سائلًا (وقود ديزل حيوي وحيوي ، بالإضافة إلى ميثانول ، إيثانول ، بيوتانول) وغازي (هيدروجين ، ميثان ، غاز حيوي).

طاقة المد والجزر والأمواج

على عكس الطاقة الكهرومائية التقليدية ، التي تستخدم طاقة مجرى مائي ، فإن الطاقة الكهرومائية البديلة لم تنتشر بعد. تتمثل العيوب الرئيسية لمحطات طاقة المد والجزر في ارتفاع تكلفة بنائها وتغييرات الطاقة اليومية ، حيث يُنصح باستخدام محطات طاقة من هذا النوع فقط كجزء من أنظمة الطاقة التي تستخدم أيضًا مصادر طاقة أخرى. المزايا الرئيسية هي الصداقة البيئية العالية والتكلفة المنخفضة لإنتاج الطاقة.

الطاقة الحرارية للأرض

لتطوير مصدر الطاقة هذا ، يتم استخدام محطات الطاقة الحرارية الأرضية التي تستخدم طاقة المياه الجوفية ذات درجة الحرارة العالية ، وكذلك البراكين. في الوقت الحالي ، تعد الطاقة الحرارية المائية أكثر شيوعًا ، وذلك باستخدام طاقة المصادر الساخنة تحت الأرض. الطاقة الحرارية البترولية ، القائمة على استخدام الحرارة "الجافة" لباطن الأرض ، غير متطورة حاليًا ؛ المشكلة الرئيسية هي انخفاض الربحية لهذه الطريقة في إنتاج الطاقة.

كهرباء الغلاف الجوي

(تحدث ومضات البرق على سطح الأرض في وقت واحد تقريبًا في أماكن مختلفة على الكوكب.)

طاقة العواصف الرعدية ، القائمة على التقاط وتراكم طاقة البرق ، لا تزال في مهدها. تتمثل المشاكل الرئيسية لطاقة العواصف الرعدية في حركة جبهات العواصف الرعدية ، وكذلك سرعة التصريفات الكهربائية في الغلاف الجوي (البرق) ، مما يجعل من الصعب تجميع طاقتها.