Tartalom
- Energia és munka
- Emberi erő példák
- Az energia típusai
- Mechanikus energiatárolás
- Az energiatárolás jövője
Az emberi erő és energia előnyeinek és hátrányainak megbeszélése gyakran elsősorban a szennyezés, a munkavállalók biztonsága, az energiahatékonyság, valamint a világméretű ellátás mértékének kérdéseit veszi körül. A modern globális élet ütemének fenntartásához szükséges energia nagy része forrásokból származik, amelyek nem kívánt hulladékterméket eredményeznek, vagy egyéb módon nemkívánatos helyzeteket hoznak létre.
Sokkal inkább, a hosszú és rövid távú környezeti hatások körül forognak antropogén (ember okozta) éghajlatváltozás, kivéve a hagyományos értelemben vett szennyeződést (például a széntüzelésű villamos erőművekből származó látható füst vagy a különféle ipari tevékenységekből származó szennyvíz).
Ennek oka az, hogy a fosszilis tüzelőanyagok égetése további CO-t eredményez2 (szén-dioxid) és más "üvegházhatású gázok" a Föld légkörébe kerülnek, ami a hő további csapdáját eredményezi a bolygók felülete közelében.
Energia és munka
Az emberi erő előnyei és hátrányai a szennyezésen kívüli tényezőkre összpontosítanak. Az is fontos, hogy egy adott eljárás felhasználásával elvégezhető-e az energiafelhasználáshoz viszonyított hasznos munka, amelyet mechanikai hatékonyságnak neveznek (az energiateljesítmény osztva az energiafelhasználással, százalékban kifejezve).
Az emberi hatalom hátránya gyakran az, hogy az emberek önmagukban sokkal kevésbé hatékonyan és sokkal rövidebb ideig tudnak munkát végezni, mint amennyit a gépezettel fejlesztett munka végezhet.
Energia a fizikában a távolság egységeivel szorozva az erő (a tömeg és a sebesség vagy gyorsulás változásának szorzata). Ez az egység a newton-méter, amelyet általában munkára használnak, és joule néven is ismert.
Ezt az egységet más egységek kombinációival állítják elő; például a lineáris kinetikus energiát (KE) az (1/2) mv képletből kapjuk2,, míg a potenciális energia mgh formában van, ahol m = tömeg, g = a gravitáció által okozott gyorsulás (9,8 m / s2 Földön) és h = a talaj feletti magasság vagy más zéró referenciapont).
Emberi erő példák
Erő a fizikában egyszerűen csak egységnyi időre jutó energia vagy a munka sebessége egy olyan rendszerben, amelyben az energiát mechanikusan felhasználják. Az egyszerű emberi hatalom példái közé tartozik a hegy felfutása vagy a súlyemelés; minél több energiát tartalmaz egységnyi idő alatt, annál nagyobb az energiateljesítmény.
Ha egy adott lépcsőn mászsz 10 másodpercen belül, akkor a potenciális energiád ugyanannyival megváltozik, mintha 5 vagy 15 másodperc alatt felmegy a lépcsőn. Az erőd attól függ, hogy mennyi időbe telik, hogy elérje a csúcsot, és minden esetben ugyanolyan mennyiségű fizikai munkát végzett.
Az energia típusai
Kinetikus és helyzeti energia alkotó tárgyak mechanikus energia. A tárgyaknak megvan az úgynevezett belső energiája is, amely elsősorban az apró alkotórészecskék molekuláris szintű gyors vibrációs mozgásával kapcsolatos.
Az energia számos más formában is jön: kémiai energia (a molekulák kötéseiben tárolva), elektromos energia (a töltések és az elektromos mező elválasztása miatt) és hőség, amelyet a legtöbb rendszerben nehéz munkához használni, és inkább "szétszóródik".
Az energia hasznosítása az üzemanyag (olaj földgáz, szén; egyes bioüzemanyagok) égetését jelenti az áramló víz vagy a szél (víz- vagy szélenergia) kinetikus energiájának vagy az atomok „megosztása” (nukleáris energia) felhasználásával.
Mechanikus energiatárolás
Míg a Földnek rengeteg rendelkezésre álló üzemanyaga van az energia (többnyire villamos energia) előállításához, az energiatárolás jelentős kihívás. Elemek Jelenleg nem képes biztosítani még annak apró részét sem, hogy a világméretű gyártás, a kommunikációs hálózatok és a globális szállítás nagyon hosszú időn át tartsa fenn a folyamatot.
A kedvező földrajzi helyzetű területeken lehetséges egy víztartályt egy erőműnél magasabb szinten tartani, és ebben a tározóban a gravitációs potenciál energiáját rövid távon vízenergia előállításához lehet használni, lehetővé téve, hogy az magasabb szintről alacsonyabb területekre folyjon, és táplálja a villamosenergia-generátorok turbináit a folyamat során. Mint gondolnád, ez a stoppap intézkedés nem működne sokáig egy nagyon lakott területen.
Az energiatárolás jövője
Az egyik kritika, amelyet a megújuló energiákra, különös tekintettel a napenergiára és a szélenergiára terjednek, a megbízhatatlanságuk miatt jönnek-mennek; nyugodt napok vagy időszakok fordulnak elő, csakúgy, mint a felhős napok.
Annak a nemzetközi követelménynek köszönhetően, hogy folytassuk az energiatermelést, miközben megpróbáljuk csökkenteni a környezeti károkat, a Massachusettsben található Massachusetts Technológiai Intézet kutatóinak egy csoportja elindította a 2018. évet a napenergia hatékony mennyiségének tárolására.
A csoport az olvadt szilíciumtartályok használatát javasolta az ilyen típusú energia tárolására és igény szerint történő felszabadítására, és azt jósolta, hogy elvileg a tervezésük révén a mai ipari szabványokhoz képest messze meghaladhatja a terméket, lítium-ion akkumulátorok.