Физика и энергетика

Категория реферата: Рефераты по физике
Теги реферата: культурология, бесплатные банки рефератов
Добавил(а) на сайт: Магазинер.

Представьте себе, что вдоль внешней стены многоквартирного дома поднимают рояль. Пока люди тянут за веревки, они прилагают силу, заставляющую двигаться рояль. В этом случае работу совершают люди, а не рояль. Он лишь накапливает потенциальную энергию по мере того, как всё выше и выше поднимается над землёй. Когда, наконец, рояль достигает пятого этажа, он сможет висеть на этом уровне до тех пор, пока люди внизу поддерживают его с помощью веревок и блоков. Однако представьте, что веревки обрываются. Немедленно проявится сила гравитации и потенциальная энергия, накопленная роялем, начнёт, высвобождаться. Рояль рухнет вниз. Он расплющит всё, что попадется ему на пути, ударится о тротуар и разобьется вдребезги.

Вся ситуация, разумеется, случайна, и, тем не менее, служит примером того, что и рояль может совершать работу. В данном случае-разрушительную, но всё же работу.

Мир наполнен энергией, которая может быть использована для совершения работы данного характера. Энергия может, находится в людях и животных, камнях и растениях, в ископаемом топливе, деревьях и воздухе, в реках и озерах.

Энергия солнца:

В последние время интерес к проблеме использования солнечной энергии резко возрос, и хотя этот источник также относится к возобновляемым, внимание, уделяемое ему во всё мире, заставляет нас рассмотреть его возможности отдельно.

Потенциальные возможности энергетики, основанной на использовании непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно велики.

Заметим, что использование всего лишь 0.0125% этого количества энергии
Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а использование 0.5% - полностью покрыть потребности на перспективу.

К сожалению, вряд ли когда-нибудь эти огромные потенциальные ресурсы удастся реализовать в больших масштабах. Одним из наиболее серьезных препятствий такой реализации является низкая интенсивность солнечного излучения. Даже при наилучших атмосферных условиях (южные широты, чистое небо) плотность потока солнечного излучения составляет не более 250Вт/м.
Поэтому, чтобы коллекторы солнечного света излучения "собирали" за год энергию, необходимую для удовлетворения всех потребностей человечества нужно разместить их на территории 130 000 км!

Необходимость использовать коллекторы огромных размеров, кроме того, влечет за собой значительные материальные затраты.

Простейший коллектор солнечного излучения представляет собой зачерненный металлический (как правило, алюминиевый) лист, внутри которого располагаются трубы с циркулирующей в ней жидкостью. Нагретая за счёт солнечной энергии, поглощенной коллектором, жидкость поступает для непосредственного использования. Согласно расчётам изготовление коллекторов солнечного излучения площадью 1км, требует примерно 10 тонн алюминия.

Доказанные же на сегодня мировые запасы этого металла оцениваются в
1,17 10тонн.

Из написанного ясно, что существуют разные факторы, ограничивающие мощность солнечной энергетики. Предположим, что в будущем для изготовления коллекторов станет возможным применять не только алюминий, но и другие материалы. Изменится ли ситуация в этом случае? Будем исходить из того, что на отдельной фазе развития энергетики (после 2100 года) все мировые потребности в энергии будут удовлетворяться за счёт солнечной энергии. В рамках этой модели можно оценить, что в этом случае потребуется "собирать" солнечную энергию на площади от 1 10 до 3 10км. В то же время общая площадь пахотных земель в мире составляет 13 10 км.

Солнечная энергетика относится к наиболее материалоёмким видам производства энергии. Крупномасштабное использование солнечной энергии влечёт за собой гигантское увеличение потребности в материалах, а, следовательно, и в трудовых ресурсах для добычи сырья, его обогащения, получения материалов, изготовление гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их перевозки. Подсчёты показывают, что для производства 1 Мвт год электрической энергии с помощью солнечной энергетики потребуется затратить от 10 000 до 40 000 человеко-часов. В традиционной энергетики на органическом топливе этот показатель составляет 200-500 человеко-часов.

Пока ещё электрической энергии, рожденными солнечными лучами, обходится намного дороже, чем получаемая традиционными способами. Ученые открыли, что эксперименты, которые они проведут на опытных установках и станциях, помогут решить не только технические, но и экономические проблемы.

Ветровая энергия:

Огромная энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергия ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и повсюду на земле дуют ветра от легкого ветерка, несущего желанную прохладу в летний зной, до могучих ураганов, приносящих неисчислимый урон и разрушения. Всегда, дующие на просторах нашей страны, могли бы легко удовлетворить все её потребности и электроэнергии! Климатические условия позволяют развивать ветроэнерготехнику на огромной территории-от наших западных границ до берегов Енисея. Богаты энергией ветра северные районы страны вдоль побережья Северного Ледовитого океана, где она особенно необходима мужественным людям, обживающим эти богатейшие края. Почему же столь обильный, доступный, да и экологически чистый источник энергии так слабо используется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывает всего одну тысячную мировых потребностей энергии.

Техника 20 века открыла совершенно новые возможности для ветроэнергетики, задача которой стала другой-получении электроэнергии. В начале века Н.Е. Жуковский разработал теорию ветродвигателя, на основе которой могли быть созданы высокопроизводительные установки, способные получать энергию от самого слабого ветерка. Появилось множество проектов ветроагрегатов, несравненно более совершенных, чем старые ветряные мельницы. В новых проектах используются достижения многих отраслей знания.

В наши дни к созданию конструкций ветроколеса-сердце любой ветроэнергетической установки-привлекаются специалисты самолетостроители, умеющие выбрать наиболее целесообразный профиль лопасти, исследовать его в аэродинамической трубе. Усилиями ученых инженеров созданы самые разнообразные конструкции современных ветровых установок.

Энергия рек:

Многие тысячелетия, верно, служит человеку энергия, заключенная в текущей воде. Запасы её на Земле колоссальны. Недаром некоторые ученные считают, что наши планеты правильнее было бы называть не Земля, а Вода-ведь около трёх четвертей поверхности планеты покрыты водой. Огромным аккумулятором энергии служит Мировой океан, поглощающий большую её часть, поступаю от Солнца. Здесь плещут волны, происходят приливы и отливы, возникают могучие океанские течения. Рождаются могучие реки, несущие огромные массы воды в моря и океаны. Понятно, что человечество в поисках энергии не могло пройти мимо столь гигантских её запасов. Раньше всего люди научились энергию рек.

Но когда наступил золотой век электричества, произошло возрождение водяного колеса, правда, уже в другом обличье – в виде водяной турбины.
Электрические генераторы, производящие энергию, необходимо было вращать, а это вполне успешно могла делать вода, тем более что много вековой опыт у неё уже имелся.

Можно считать, что современная гидроэнергетика родилась в 1891 году.

Преимущества гидроэлектростанций очевидны - постоянно возобновляемый самой природой запас энергии, простота эксплуатации, отсутствие загрязнения окружающей среды. Да и опыт постройки и эксплуатации водяных колёс мог бы оказать не малую помощь гидроэнергетикам. Однако постройка плотины крупной гидроэлектростанции оказалась задачей куда более сложной, чем постройка маленькой запруды для вращения мельничного колеса. Чтобы привести во вращение мощные гидротурбины, нужно накопить за плотиной огромный запас воды. Для постройки турбины требуется уложить такое количество материалов, что объем гигантских египетских пирамид по сравнению с ним окажется ничтожным. Поэтому в начале 20 века было построено несколько гидроэлектростанций. Вблизи Пятигорска, на Северном Кавказе на горной реке
Подкумок успешно действовала довольно крупная электростанция с многозначительным названием "Белый уголь". Это было лишь началом.

Уже в историческом плане ГОЭЛРО предусматривалось строительство крупных гидроэлектростанций. В 1926 году в строй вошла Волоховская ГЭС, в следующем
- началось строительство знаменитой Днепровской. Дальновидная энергетическая политика, проводящаяся в нашей стране, привела к тому, что у нас, как ни в одной стране мира, развита система мощных гидроэнергетических станций. Ни одно государство не может похвастаться такими энергетическими гигантами, как Волжские, Красноярская и Братская, Саяно-Шушенская ГЭС. Эти станции, дающие буквально океаны энергии, стали центрами, вокруг которых развились большие промышленные комплексы.

Но пока людям служит лишь не большая часть гидроэнергетического потенциала земли. Ежегодно огромные потоки воды, образовавшиеся от дождей и таяния снегов, стекают в моря неиспользованными. Если бы удалось задержать их с помощью плотин, человечество получило бы колоссальное количество энергии.

Поделитесь этой записью или добавьте в закладки