Текущая версия на 14:29, 4 июня 2013

Гипермаркет знаний>>Экология>>Экология 7 класс>> Второй энергетический закон: качество энергии будет снижено

§ 4. Второй энергетический закон: качество энергии будет снижено

Почему едет автомобиль, изображенный на рисунке? Часть химической энергии бензина преобразуется в двигателе в кинетическую энергию и используется для разгона и движения автомобиля. Мы называем это полезной энергией, или работой. Остальная часть энергии (помните закон количества?) переходит в окружающую среду как тепловая энергия. Мы называем эту часть энергии энергетическими потерями.

Этот упрощенный пример демонстрирует другое свойство энергии: каждый раз, когда энергия переходит из одной формы в другую, только часть энергии расходуется с пользой, остальная часть теряется бесполезно и переходит в виде тепла в окружающую среду. Величина полезной части сильно различается в зависимости от формы энергии и используемой технологии.

Тепловые машины превращают тепловую энергию в удобную для потребления энергию, например, механическую или электрическую.

Бензиновый двигатель — пример такой машины. Тепловые машины превращают энергию не очень экономно. Большинство тепловых электростанций превращают в электроэнергию не более 40 % энергии, получаемой при сгорании нефти, газа или угля. При этом оставшиеся 60 % энергии выбрасываются в окружающую среду в виде тепла. Атомные электростанции в этом смысле ещё хуже. Реально они превращают в электроэнергию не более 30 % энергии ядерного горючего, а 70 % уходят на нагревание окружающей среды.

Не все формы энергии для нас, потребителей, одинаково ценны: у них разное энергетическое качество. Что это значит? Попробуем оценить качество энергии, или её энергетическую ценность для нас. Сравним одинаковые количества электрической и тепловой энергий. Первую мы можем использовать и для освещения, и для обогрева, и для совершения механической работы. Вторую мы можем использовать практически только для обогрева, и при этом значительная её часть при передаче на расстояние безвозвратно теряется. Та или иная форма энергии обладает высоким качеством, если большая часть энергии в этой форме может превращаться в другую полезную форму с малыми потерями. Чем большую часть данного вида энергии можно использовать для производства полезной работы, тем выше качество данного источника энергии. Вот почему в приведенном нами примере качество электрической энергии выше, чем тепловой.

Можно классифицировать формы энергии по качеству следующим образом:

Отличное качество. Примеры: потенциальная энергия, кинетическая энергия, электрическая энергия.

Высокое качество. Примеры: ядерная энергия, химическая энергия, высоко- температурная тепловая энергия (температура выше 100 °С).

Низкое качество. Пример: низкотемпературная тепловая (температура ниже 100 °С).

Вы можете спросить, почему ядерная энергия имеет высокое качество, а атомные электростанции дают так мало полезной энергии (только 30 %)? Дело в том, что на АЭС электрическая энергия вырабатывается электрическими генераторами, которые приводятся во вращение паровыми турбинами, как на обычных тепловых электростанциях. Ядерная энергия в ядерном реакторе преобразуется сначала в тепловую, а затем в турбине и генераторе — в электрическую. Ядерная энергия превращается в тепловую очень хорошо, а вот тепловая в электрическую — как и на обычных тепловых электростанциях — не очень.

Таким образом, любое энергетическое превращение сопровождается образованием тепла, которое в конце концов безвозвратно рассеивается в окружающую среду. Иными словами, полезная энергия убывает. Теряется не энергия вообще, а энергия, которая могла бы быть направлена для производства полезной работы.

Об этом свойстве энергии говорит второй закон:

Второй закон

Высококачественная энергия способна превращаться в низкокачественную с малыми потерями, но обратное превращение невозможно.

Вообще, конечно, можно получать энергию более высокого качества из низкокачественной.

Например, можно превратить часть высококачественной энергии в энергию отличного качества, скажем, химическую энергию в электрическую на тепловой электростанции. Но одновременно при этом бóльшая часть начальной высококачественной энергии будет превращаться в энергию низкого качества (тепловую). В результате все равно качество энергии в целом снижается. Это фундаментальное свойство энергии и её превращений (2 закон) можно выразить ещё в такой форме:

Невозможно создать машину, которая полностью превращала бы данное количество тепловой энергии в полезную работу

Или:

Когда данное количество энергии превращается в другую форму, качество энергии снижается

Поэтому мы называем второй закон законом качества энергии.

Подумайте и ответьте:

1. Назначение паровоза и электровоза одинаково. Почему электровозы вытеснили паровозы с железных дорог? 2. Попробуйте перечислить все каналы потерь энергии при движении автомобиля.

4-9 классы. Учебное пособие для средней школы. СПб. 2008. — 88 стр., илл. И. Лорентзен.

_{Экология для 7 класса, учебники и книги по экологии скачать, библиотека онлайн}

Содержание урока
 конспект урока
 опорный каркас  
 презентация урока
 акселеративные методы 
 интерактивные технологии 

Практика
 задачи и упражнения 
 самопроверка
 практикумы, тренинги, кейсы, квесты
 домашние задания
 дискуссионные вопросы
 риторические вопросы от учеников

Иллюстрации
 аудио-, видеоклипы и мультимедиа 
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 юмор, анекдоты, приколы, комиксы
 притчи, поговорки, кроссворды, цитаты

Дополнения
 рефераты
 статьи 
 фишки для любознательных 
 шпаргалки 
 учебники основные и дополнительные
 словарь терминов                          
 прочие 

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 обновление фрагмента в учебнике 
 элементы новаторства на уроке 
 замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
 идеальные уроки 
 календарный план на год  
 методические рекомендации  
 программы
 обсуждения


Интегрированные уроки

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.