Войти
Огонь - пример преобразования энергии 
Преобразование энергии с использованием языка энергетических систем Преобразование энергии, также известное преобразование энергии - это процесс преобразования энергии из одной формы в другую. В физике энергия - это величина, которая обеспечивает способность выполнять работу (например, поднимать объект) или обеспечивает тепло. Согласно закону сохранения энергии энергия не только конвертируется, но и может быть передана в другое место или объект, но не может быть создана или уничтожена.
Энергия во многих ее формах может использоваться в естественных процессах или для предоставления некоторых услуг обществу, таких как отопление, охлаждение, освещение или выполнение механических работ для управления машинами. Например, для обогрева дома печь сжигает топливо, химическая потенциальная энергия которого преобразуется в тепловую энергию, которая затем передается воздуху дома для повышения его температуры.
Преобразование в тепловую энергию из других форм энергии может происходить со 100% эффективностью. Преобразование между нетепловыми формами энергии может происходить с довольно высокой эффективностью, хотя всегда имеется некоторая энергия, рассеиваемая термически из-за трения и подобных процессов. Иногда эффективность близка к 100%, например, когда потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию, когда объект падает в вакуум. Это относится и к противоположному случаю; например, объект на эллиптической орбите вокруг другого тела преобразует свою кинетическую энергию (скорость) в гравитационную потенциальную энергию (расстояние от другого объекта), когда он удаляется от своего родительского тела. Когда он достигнет самой дальней точки, он обратит процесс вспять, ускоряя и преобразовывая потенциальную энергию в кинетическую. Поскольку космос - это почти вакуум, этот процесс имеет почти 100% эффективность.
Тепловая энергия очень уникальна, потому что ее нельзя преобразовать в другие формы энергии. Только разница в плотности тепловой / тепловой энергии (температуры) может быть использована для выполнения работы, и эффективность этого преобразования будет (намного) меньше 100%. Это потому, что тепловая энергия представляет собой особенно неупорядоченную форму энергии; он случайным образом распределяется среди многих доступных состояний совокупности микроскопических частиц, составляющих систему (эти комбинации положения и импульса для каждой из частиц, как говорят, образуют фазовое пространство ). Мерой этого беспорядка или случайности является энтропия, а его определяющая особенность состоит в том, что энтропия изолированной системы никогда не уменьшается. Невозможно взять высокоэнтропийную систему (например, горячее вещество с определенным количеством тепловой энергии) и преобразовать ее в состояние с низкой энтропией (например, низкотемпературное вещество с соответственно более низкой энергией) без того, чтобы эта энтропия ушла в другое место. (как окружающий воздух). Другими словами, невозможно сконцентрировать энергию, не распределяя энергию в другом месте.
Тепловая энергия в равновесии при данной температуре уже представляет собой максимальное выравнивание энергии между всеми возможными состояниями, потому что она не полностью преобразована в «полезную» форму, то есть в форму, которая может делать больше, чем просто влиять на температуру.. Второй закон термодинамики гласит, что энтропия замкнутой системы никогда не может уменьшаться. По этой причине тепловая энергия в системе может быть преобразована в другие виды энергии с эффективностью, приближающейся к 100%, только если энтропия Вселенной увеличивается другими способами, чтобы компенсировать уменьшение энтропии, связанное с исчезновением тепловой энергии. и его энтропийное содержание. В противном случае только часть этой тепловой энергии может быть преобразована в другие виды энергии (и, следовательно, полезная работа). Это связано с тем, что оставшаяся часть тепла должна быть зарезервирована для передачи в тепловой резервуар при более низкой температуре. Увеличение энтропии для этого процесса больше, чем уменьшение энтропии, связанное с преобразованием остальной части тепла в другие виды энергии.
Чтобы сделать преобразование энергии более эффективным, желательно избегать термического преобразования. Например, эффективность ядерных реакторов, в которых кинетическая энергия ядер сначала преобразуется в тепловую, а затем в электрическую, составляет около 35%. Путем прямого преобразования кинетической энергии в электрическую энергию, осуществляемого путем исключения промежуточного преобразования тепловой энергии, можно значительно повысить эффективность процесса преобразования энергии.
Преобразования энергии в Вселенная с течением времени обычно характеризуется различными видами энергии, которые были доступны после Большого взрыва, а затем «высвобождаются» (то есть преобразуются в более активные типы энергии, такие как кинетическая или лучистая энергия) с помощью спускового механизма.
Прямое преобразование энергии происходит, когда водород, образовавшийся в результате Большого взрыва, собирается в такие структуры, как планеты, в процессе, во время которого часть гравитационного потенциала должна превращаться непосредственно в тепло. В Юпитере, Сатурне и Нептуне, например, такое тепло от продолжающегося коллапса больших газовых атмосфер планет продолжает приводить в движение большинство планет » погодные системы. Эти системы, состоящие из атмосферных полос, ветров и мощных штормов, лишь частично получают энергию от солнечного света. Однако на Уране этот процесс происходит нечасто.
На Земле значительная часть тепловыделения из недр планеты, по оценкам, составляет треть. до половины от общего количества, вызвано медленным схлопыванием планетарных материалов до меньшего размера с выделением тепла.
Знакомые примеры других подобных процессов преобразования энергии из Большой взрыв включает ядерный распад, который высвобождает энергию, которая изначально была «сохранена» в тяжелых изотопах, таких как уран и торий. Эта энергия накапливалась во время нуклеосинтеза этих элементов. В этом процессе используется гравитационная потенциальная энергия, высвободившаяся в результате коллапса сверхновых типа II, для создания этих тяжелых элементов перед их включением в звездные системы, такие как Солнечная система и Земля. Энергия, заключенная в уране, высвобождается самопроизвольно во время большинства типов радиоактивного распада и может внезапно высвобождаться в ядерных бомбах деления. В обоих случаях часть энергии, связывающей атомные ядра вместе, выделяется в виде тепла.
В аналогичной цепочке преобразований, начинающейся на заре Вселенной, ядерный синтез водорода на Солнце высвобождает еще один запас энергии. потенциальная энергия, которая была создана во время Большого взрыва. В то время, согласно одной теории, пространство расширилось, и Вселенная остыла слишком быстро, чтобы водород полностью расплавился на более тяжелые элементы. В результате водород представляет собой запас потенциальной энергии, которая может высвобождаться ядерным синтезом. Такой процесс термоядерного синтеза запускается теплом и давлением, возникающим в результате гравитационного коллапса водородных облаков, когда они рождают звезды, и часть энергии термоядерного синтеза затем преобразуется в звездный свет. Что касается Солнечной системы, звездный свет, в основном от Солнца, может снова накапливаться в качестве гравитационной потенциальной энергии после того, как он попадает в Землю. Это происходит в случае схода лавин или когда вода испаряется из океанов и выпадает в виде осадков высоко над уровнем моря (где после выброса на плотине гидроэлектростанции, его можно использовать для привода турбин / генераторов для производства электроэнергии).
Солнечный свет также влияет на многие погодные явления на Земле. Одним из примеров является ураган, который возникает, когда большие нестабильные области теплого океана, нагретые в течение месяцев, внезапно отдают часть своей тепловой энергии, чтобы обеспечить энергичное движение воздуха в течение нескольких дней. Солнечный свет также улавливается растениями как химическая потенциальная энергия посредством фотосинтеза, когда диоксид углерода и вода превращаются в горючую комбинацию углеводов, липидов и кислорода. Выделение этой энергии в виде тепла и света может быть внезапно вызвано искрой в лесном пожаре; или он может быть медленнее доступен для метаболизма животных или человека, когда эти молекулы попадают в организм, и катаболизм запускается действием фермента.
Через все эти цепочки трансформации потенциальная энергия, накопленная во время Большого взрыва, позже высвобождается в результате промежуточных событий, иногда сохраняясь несколькими разными способами в течение длительных периодов между выбросами, как более активная энергия. Все эти события включают преобразование одних видов энергии в другие, включая тепло.
A угольная электростанция включает следующие преобразования энергии:
В такой системе первая и четвертая ступени имеют высокую эффективность, но второй и третий шаги менее эффективны. Самые эффективные газовые электростанции могут достигать 50% эффективности преобразования. Мазутные и угольные станции менее эффективны.
В обычном автомобиле происходят следующие преобразования энергии:
Ветряная электростанция Ламаталавентоса Существует множество различных машин и преобразователей, которые преобразуют одну форму энергии в другую. Ниже приводится краткий список примеров:
