Глава 15. Энергия и ее виды: тепловые,
Гидро- и атомные электрические станции
Энергия и ее виды
Атомы – это наименьшие химически неделимые частицы вещества, основные кирпичики, из которых построено все вокруг нас. По своему строению атом напоминает миниатюрную Солнечную систему. В центре атома располагается очень плотное тяжелое ядро, которое состоит из положительно заряженных протонов и не имеющих заряда нейтронов. Ядро имеет положительный заряд, величина которого определяется числом протонов в ядре. Масса протона и нейтрона почти одинаковы и примерно равны одной условной единице (атомной единицей массы – а.е.м.). Протоны и нейтроны, составляющие атомное ядро, называют нуклонами (от лат. «nucleus», что означает «ядро»). Нуклоны удерживаются в ядре мощными ядерными силами притяжения, которые уравновешивают силы отталкивания положительно заряженных протонов.
В каждом ядре атома нуклоны находятся на определенном расстоянии друг от друга. В масштабах ядра в качестве единицы измерения расстояния используют ферми (Ф). Эта единица измерения названа по имени итальянского физика Энрико Ферми.
Заряд и масса элементарных атомных частиц:
– поперечное сечение атома – -10-10 м;
– атомное ядро – -10–10-15 м;
– 1 ф = 10-15 м;
– заряд протона – +1,60 ∙ 10-19 Кл;
– заряд электрона – -1,60 ∙ 10-19 Кл;
– масса электрона – 9,11∙ 10-31 кг;
– масса протона – 1,673 ∙ 10-27 кг;
– масса нейтрона – 1,675 ∙ 10-27 кг.
Энергия связи нуклонов в ядре атома значительно превосходит энергию химической связи атомов в молекуле. Поэтому в процессе химических превращений ядра атомов не разрушаются, происходит лишь перегруппировка атомов.
Ядро окружают легкие, отрицательно заряженные частицы – электроны, которые по размерам и массе уступают нуклонам. Масса электрона более чем в 1800 раз меньше массы нуклона. Электрон, протон и нейтрон называют элементарными частицами.
Процесс радиоактивного распада всегда сопровождается экзотермическим выделением энергии. Разложение и горение – это процессы обратные росту, ведущие к разрушению сложных органических молекул и построению из их атомов простых неорганических веществ. В процессе разложения и горения идет лишь перегруппировка атомов, а не их изменение. Закон сохранения массы (вещества) гласит: «атомы в химических реакциях не исчезают, не образуются, не преобразуются друг в друга, они только перегруппировываются с образованием различных молекул и соединений». Это не относится к ядерным реакциям.
Химическая реакция – это не просто перегруппировка атомов. Одновременно происходит:
– выделение энергии (экзотермическая реакция);
– поглощение энергии (эндотермическая реакция).
Различают твердое, жидкое и газообразное вещество. Любое вещество занимает пространство, имеет массу, может быть взвешенно.
Энергия не занимает определенного пространства. Она способна совершать работу, т. е. не измеряется единицами веса и объема. Форма энергии:
– свет и другие формы излучения;
– тепловая энергия – излучение, проведение, испарение;
– движение – физическое, механическое, биологическое;
– электрическая, электромагнитная.
Согласно представлениям науки энергия – это способность тела или системы тел совершать работу. Имеется много классификаций видов и форм энергии. Назовем те ее виды, с которыми человек наиболее часто встречается в процессе своей жизнедеятельности, например:
– кинетическая – механическая энергия, энергия движения тел, тепловая энергия, обусловленная движением молекул;
– потенциальная – энергия масс притягивающихся по закону всемирного тяготения, энергию положения однородных частиц – энергия упругодеформированного тела, химическую энергию.
Конечно, основной источник энергии – это солнце. Под действием лучей солнца, хлорофилла растений, углекислого газа, в результате фотосинтеза образуется органические вещества, а из воды в результате фотолиза – кислород. Уголь, подземный газ, торф, дрова и сланцы представляют собой запасы лучистой энергии солнца. Вода и ветер также получаются за счет солнечной энергии. Запасы энергии заключены в ядрах атомов химических элементов.
В международной системе единиц СИ в качестве единицы измерения энергии принят джоуль от имени первооткрывателя «Закона сохранения энергии» – англ. физика Дж. Джоуля. Если расчеты связаны с теплотой, биологической, электрической и многими другими видами, что в качестве единицы энергии применяется калория (кал) или килокалория (ккал)
1 кал. = 4,18 Дж или 1 ккал = 4,18 кДж
Одна калория – это количество тепловой энергии необходимое для нагревания 1 мл воды на 1 оС будет 1 кал, а нагревание 1 л воды на 1 оС будет 1 ккал.
Калорический коэффициент белков жиров и углеводов равен:
1 г белка = 4 ккал;
1 г жира = 9 ккал;
1 г углеводов = 4 ккал.
Для измерения электрической энергии пользуются такой единицей, как Baтт ∙ ч. (Вт ∙ ч., КВт ∙ ч, МВт ∙ ч)
1 Вт ∙ ч = 3,6 МДж или 1 Дж = 1 Вт ∙ с
Для измерения механической энергии пользуются такой единицей, как кг.м 1 кг ∙ м = 9,8 Дж.
Дата добавления: 2021-09-25; просмотров: 349;