Откуда берут энергию и как её сохраняют

Энергия. Её виды и формы

По своей сути энергия является общепринятой мерой различных форм движения материи и принята во всём мире в качестве меры перехода движения материи из одной формы в другую. Эти вопросы достаточно подробно рассматриваются в школьном курсе физики.

Наверняка многие из наших читателей вспомнят и о видах энергии, про которые рассказывают в школе. Самой первой в этом списке оказывается кинетическая энергия — энергия механической системы, зависящая от скоростей движения её точек. Следом изучаются:

• Потенциальная энергия.
• Электромагнитная энергия.
• Гравитационная энергия.
• Ядерная энергия.
• Энергия взрыва.
• Химический потенциал.

Эти виды энергии имеют физический смысл. Но как только речь заходит о солнечной энергии или об энергии ветра, мы уже сталкиваемся с описательным смыслом. Практически все из перечисленных видов энергии сегодня активно используются человеком и нередко предстают перед нами в различных формах. Но в быту мы сталкиваемся, главным образом, с теплом и светом. С них и начнём.

Источники энергии

Когда речь заходит об источниках энергии которые позволяют обеспечивать электро- и теплоснабжение и не только их, первое, что приходит на ум - полезные ископаемые. Примерно здесь и начинается самое интересное. По имеющимся данным, да и без них тоже, очевидно, что с годами энергопотребление растёт просто невероятно.

Так вот, все существующие и известные на сегодняшний день науке источники энергии можно разделить на две большие группы: невозобновляемые и постоянные (или возобновляемые, если угодно). К первым относятся полезные ископаемые: уголь, газ, нефть, радиоактивные элементы. Во вторую категория попадают вода, ветер, солнечный свет, геотермальные источники.

И если воду уже активно используют, то над ветром и светом пока раздумывают. На сегодняшний день вопрос о наиболее эффективных способах использования энергии ветра и солнца является одним из самых обсуждаемых. Ведь эти источники не просто возобновляемые - они практически неисчерпаемы.

Способы получения

Если обратиться к цифрам, они расскажут о том, что 75% всей вырабатываемой сегодня энергии получают из угля и прочих ископаемых. Практически в каждом крупном городе есть тепло-электростанция (ТЭС), государственная районная электростанции (ГРЭС) или теплоэлектроцентраль (ТЭЦ). Они-то и "раздают" тепло и свет в наши дома.

Главным источником энергии для этих предприятий является каменный уголь, который ежедневно сжигают сотнями тонн, чтобы мы могли хранить продукты в холодильнике, смотреть телевизор или печь пироги в электрической духовке.

Такой способ получения энергии экологичным назвать можно только с очень большой натяжкой. С использованием энергии воды дела обстоят чуть лучше, но и здесь не без бед и, простите за каламбур, подводных камней.

Строительство гидроэлектростанций (ГЭС) не только обходится в солидные суммы, но и связана с такими необратимыми изменениями ландшафтов, как вырубка леса на месте строительства, само строительство, а также с организацией водохранилищ. Много ГЭС построить нельзя: не каждая река может дать необходимую энергию.

Что касается атомных электростанций (АЭС), то этот вопрос является одним из самых острых. После трагедии в Чернобыле и недавних событий на АЭС "Фукусима" целесообразность использования атомной энергетики вызывает всё больше сомнений. Особенно с учётом того, что "экологически чистый" атом может натворить таких бед, что хватит не на одно поколение.

В общем, получать энергию можно из многих источников, но можно ли её сохранять, да ещё и достаточно длительное время и в больших объёмах? Попробуем выяснить.

Сохранение энергии

Энергия, конечно, не зерно и не картошка, но её тоже можно собрать и даже какое-то время хранить, постепенно расходуя. Самые простые примеры устройств для накопления энергии:

• пружина
• маховик
• аккумулятор.

Все они работают по-разному. У пружин энергоёмкость высокая, места они занимают немного. И сохранять накопленную энергию они могут очень и очень долго. Сколько пружина может пробыть в сжатом состоянии? Зависит от качеств материала, из которого она сделана.

Большой популярностью пользуются различные маховики, также способные сохранять и передавать достаточно большое количество энергии. Правда, устройства эти характеризуются рядом недостатков, среди которых - неустойчивость при внешних воздействиях.

Аккумуляторы имеют как плюсы, так и минусы. Даже при правильной эксплуатации они рассчитаны на ограниченное число циклов. А при несоблюдении условий вырабатывают свой ресурс значительно быстрее. Впрочем, для мобильных устройств и автомобилей аккумуляторы весьма удобны.

Возможно и накопление энергии за счёт теплоёмкости. К сожалению, подобные накопители либо чрезвычайно дороги, либо недолговечны. Хотя теоретически они способны работать практически вечно.

Наибольшее распространение получили электрические накопители. Самые массовые из них — обычные радиотехнические конденсаторы. Они обладают огромной скоростью накопления и отдачи энергии, способны работать в широком диапазоне температур многие годы. Разделяют их на два класса: неполярные (не содержащие жидкого электролита) и полярные (обычно электролитические).

Есть у конденсаторов и недостатки: во-первых, очень малая удельная плотность запасаемой энергии и, как следствие, небольшая ёмкость; во-вторых, малое время хранения энергии. В итоге область применения конденсаторов ограничивается различными электронными схемами и кратковременным накоплением.

Список рекомендуемой литературы

• Большая Советская Энциклопедия
• Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона
• Свободная электронная энциклопедия Википедия, раздел "Энергия".
• Свободная электронная энциклопедия Википедия, раздел "Энергетика".
• Свободная электронная энциклопедия Википедия, раздел "Электрический аккумулятор".
• Маргулова Т.Х. Атомные электрические станции.
• ГОСТ 15596-82. Источники тока химические. Термины и определения.
• Фейнман Ричард. Фейнмановские лекции по физике.
• Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика.