Энергия – всеобщая основа природных явлений, базис куль-туры и всей деятельности человека. В то же время под энергией (греческое – действие, деятельность) понимается количест-венная оценка различных форм движения материи, которые могут превращаться одна в другую. Согласно представлениям физической науки, энергия – это способность тела или системы тел совершать работу. Существуют различные классификации видов и форм энергии. Человек в своей повседневной жизни наиболее часто встречается со следующими видами энергии: механическая, электрическая, электромагнитная, тепловая, химическая, атомная (внутриядерная). Последние три вида относятся к внутренней форме энергии, т.е. обусловлены потен-циальной энергией взаимодействия частиц, составляющих тело, или кинетической энергией их беспорядочного движения. Если энергия – результат изменения состояния движения материальных точек или тел, то она называется кинетической; к ней относят механическую энергию движения тел, тепловую энергию, обусловленную движением молекул. Если энергия – результат изменения взаимного расположения частей данной системы или ее положения по отношению к другим телам, то она называется потенциальной; к ней относят энергию масс, притягивающихся по закону всемирного тяготения, энергию положения однородных частиц, например, энергию упругого деформиро-ванного тела, химическую энергию. Энергию в естествознании в зависимости от природы делят на следующие виды. Механическая энергия – проявляется при взаимодействии, движении отдельных тел или частиц. К ней относят энергию движения или вращения тела, энергию деформации при сгибании, растяжении, закручивании, сжатии упругих тел (пружин). Эта энергия наиболее широко используется в различных машинах – транспортных и технологических. Тепловая энергия – энергия неупорядоченного (хаотическо-го) движения и взаимодействия молекул веществ. Тепловая энергия, получаемая чаще всего при сжигании различных видов топлива, широко применяется для отопления, проведения многочисленных технологических процессов (нагре-вания, плавления, сушки, выпаривания, перегонки и т.д.). Электрическая энергия – энергия движущихся по элек-трической цепи электронов (электрического тока). Электрическая энергия применяется для получения механи-ческой энергии с помощью электродвигателей и осуществления механических процессов обработки материалов: дробления, из-мельчения, перемешивания; для проведения электрохимических реакций; получения тепловой энергии в электронагревательных устройствах и печах; для непосредственной обработки материалов (электроэрозионная обработка). Химическая энергия – это энергия, «запасенная» в атомах веществ, которая высвобождается или поглощается при химиче-ских реакциях между веществами. Химическая энергия либо выделяется в виде тепловой при проведении экзотермических реакций (например, горении топли-ва), либо преобразуется в электрическую в гальванических эле-ментах и аккумуляторах. Эти источники энергии характеризуются высоким КПД (до 98%), но низкой емкостью. Магнитная энергия – энергия постоянных магнитов, об-ладающих большим запасом энергии, но «отдающих» ее весьма неохотно. Однако электрический ток создает вокруг себя протяженные, сильные магнитные поля, поэтому чаще всего говорят об электромагнитной энергии. Электрическая и магнитная энергии тесно взаимосвязаны друг с другом, каждую из них можно рассматривать как «оборот-ную» сторону другой. Электромагнитная энергия – это энергия электромаг-нитных волн, т.е. движущихся электрического и магнитного по-лей. Она включает видимый свет, инфракрасные, ультрафиолето-вые, рентгеновские лучи и радиоволны. Таким образом, электромагнитная энергия – это энергия из-лучения. Излучение переносит энергию в форме энергии элек-тромагнитной волны. Когда излучение поглощается, его энергия преобразуется в другие формы, чаще всего в теплоту. Ядерная энергия – энергия, локализованная в ядрах атомов так называемых радиоактивных веществ. Она высвобождается при делении тяжелых ядер (ядерная реакция) или синтезе легких ядер (термоядерная реакция). Бытует и старое название данного вида энергии – атомная энергия, однако это название неточно отображает сущность явле-ний, приводящих к высвобождению колоссальных количеств энергии, чаще всего в виде тепловой и механической. Гравитационная энергия – энергия, обусловленная взаимо-действием (тяготением) массивных тел, она особенно ощутима в космическом пространстве. В земных условиях, это, например, энергия, «запасенная» телом, поднятым на определенную высоту над поверхностью Земли – энергия силы тяжести. Таким образом, в зависимости от уровня проявления, можно выделить энергию макромира – гравитационную, энергию взаимодействия тел – механическую, энергию молекулярных взаимодействий – тепловую, энергию атомных взаимодействий – химическую, энергию излучения – электромагнитную, энергию, заключенную в ядрах атомов – ядерную. Современная наука не исключает существование и других видов энергии, пока не зафиксированных, но не нарушающих единую естественнонаучную картину мира и понятие об энергии. В Международной системе единиц СИ в качестве единицы измерения энергии принят 1 Джоуль (Дж). 1 Дж эквивалентен 1 ньютон метр (Нм). Если расчеты связаны с теплотой, биологи-ческой и многими другими видами энергии, то в качестве единицы энергии применяется внесистемная единица – калория (кал) или килокалория (ккал), 1кал=4,18 Дж. Для измерения электрической энергии пользуются такой единицей, как Ватт•час (Вт•ч, кВт•ч, МВт•ч), 1 Вт•ч=3,6 МДж. Для измерения механической энергии используют величину 1 кг•м=9,8 Дж. Энергия, непосредственно извлекаемая в природе (энер-гия топлива, воды, ветра, тепловая энергия Земли, ядерная), и ко-торая может быть преобразована в электрическую, тепловую, ме-ханическую, химическую называется первичной. В соответствии с классификацией энергоресурсов по признаку исчерпаемости можно классифицировать и первичную энергию. На рис. 2.1 представлена схема классификации первичной энергии. Классификация первичной энергии При классификации первичной энергии выделяют тради-ционные и нетрадиционные виды энергии. К традиционным от-носятся такие виды энергии, которые на протяжении многих лет широко использовались человеком. К нетрадиционным видам энергии относят такие виды, которые начали использоваться сравнительно недавно. К традиционным видам первичной энергии относят: орга-ническое топливо (уголь, нефть и т.д.), гидроэнергию рек и ядерное топливо (уран, торий и др.). Энергия, получаемая человеком, после преобразования пер-вичной энергии на специальных установках – станциях, называ-ется вторичной (электрическая энергия, энергия пара, горячей воды и т.д.). Преимущества электрической энергии. Электрическая энергия является наиболее удобным видом энергии и по праву может считаться основой современной цивилизации. Подавляю-щее большинство технических средств механизации и автомати-зации производственных процессов (оборудование, приборы ЭВМ), замена человеческого труда машинным в быту имеют электрическую основу. Немногим более половины всей потребляемой энергии ис-пользуется в виде тепла для технических нужд, отопления, при-готовления пищи, оставшаяся часть – в виде механической, прежде всего в транспортных установках, и электрической энергии. Причем доля электрической энергии с каждым годом растет Электрическая энергия – более универсальный вид энергии. Она нашла широкое применение в быту и во всех отраслях народного хозяйства. Насчитывается свыше четырехсот наиме-нований электробытовых приборов: холодильники, стиральные машины, кондиционеры, вентиляторы, телевизоры, магнитофоны, осветительные приборы и т.д. Нельзя представить промыш-ленность без электрической энергии. В сельском хозяйстве при-менение электричества непрерывно расширяется: кормление и поение животных, уход за ними, отопление и вентиляция, инку-баторы, калориферы, сушилки и т.д. Электрификация – основа технического прогресса любой отрасли народного хозяйства. Она позволяет заменить неудобные для использования энергетические ресурсы универсальным видом энергии – электрической энергией, которую можно передавать на любое расстояние, превращать в другие виды энергии, например, в механическую или тепловую, делить ее между потребителями. Электричество – очень удобный для применения и экономичный вид энергии. Динамика потребления электрической энергии Электрическая энергия обладает такими свойствами, которые делают ее незаменимой в механизации и автоматизации произ-водства и в повседневной жизни человека: 1. Электрическая энергия универсальна, она может быть ис-пользована для самых различных целей. В частности, ее очень просто превратить в тепло. Это делается, например, в электриче-ских источниках света (лампочках накаливания), в технологиче-ских печах, используемых в металлургии, в различных нагрева-тельных и отопительных устройствах. Превращение электриче-ской энергии в механическую используется в приводах электри-ческих моторов. 2. При потреблении электрической энергии ее можно беско-нечно дробить. Так, мощность электрических машин в зависимо-сти от их назначения различна: от долей ватта в микродвигателях, применяемых во многих отраслях техники и в бытовых изделиях, до огромных величин, превышающих миллион киловатт, в гене-раторах электростанций. 3. В процессе производства и передачи электрической энер-гии, можно концентрировать ее мощность, увеличивать напряже-ние и передавать по проводам как на малые, так и на большие расстояния любое количество электрической энергии от электро-станции, где она вырабатывается, всем ее потребителям.
