• 1. Fizikai fogalmak az energiáról.
  • 1.1. Meghatározás?.
  • 1.2. Az energia formái.
  • 1.3. A termodinamika törvényei.
  • 1.4. Mérési egységek.
  • 2. Energia a természetes ökoszisztémákban.
  • 3. Irodalomjegyzék.

energ

1. Fizikai fogalmak az energiáról.

1.1. Meghatározás.

A fizikában az energiát a munkavégzés képességének definiálják. Amikor az egyik rendszer munkát végez a másikon, az energia átkerül a két rendszer között.

Elmondható, hogy az energia a munka elvégzésében nyilvánul meg. Jó példa erre egy bizonyos tömegre alkalmazott munka. Ha megemeljük, akkor egy bizonyos távolságra erőt alkalmazunk. Az elvégzett munkát potenciális energia formájában tárolják a tömeg helyzete a Föld gravitációs mezőjén belül. Ha felszabadul, a tömeg esik, és visszaadja a tárolt energiát.

1.2. Az energia formái.

Az energia bemutatásának módjait két nagy csoportba sorolhatjuk:

  • Külső vagy makroszkopikus energia.
  • Belső vagy mikroszkopikus energia.

A makroszkopikus energiának két oka lehet:

  • Egy bizonyos test tömege és sebessége, amely az úgynevezett kinetikus energiát eredményezi.
  • Pozíciója egy referenciakeretben, amely a potenciális energiát generálja.

A mozgási energia a mozgásnak köszönhető, és egy m tömegű objektum esetében, amely egyenes vonalban, állandó állandó v sebességgel mozog, a következő képlet szerint kell kiszámítani:

E kinetika = 1/2 mv 2

Egy példa szemlélteti a potenciális energia fogalmát. A Föld bolygó olyan gravitációs mezőt hoz létre, amely vonzza az összes testet. Ezeknek a földfelszínhez viszonyított relatív helyzetük függvényében potenciális energiája van, amelyet a következő képlet alapján számolunk: E potenciál = mgh, ahol m a test tömege, g a gravitáció gyorsulása és h, annak relatív helyzete a föld felszínéhez képest.

Mind az energiák, mind a kinetikus, mind a potenciális összegeket mechanikai energiának nevezzük:

Mechanikai energia = kinetikus energia + potenciális energia

A belső vagy mikroszkopikus energia az anyag szerkezetében, az azt alkotó molekulákban, atomokban és részecskékben rejlik.

Attól függően, hogy milyen formában vagy milyen fizikai rendszerben nyilvánul meg, az energia különböző formáinak tekinthetők:

  • Mechanikai energia, amely a tömeg mozgásával (kinetikus) vagy annak köszönhető, hogy a pozíciótól (potenciáltól) függő erő hat az említett tömegre.
  • Az elektromos töltések áramlásával vagy felhalmozásával kapcsolatos elektromos energia.
  • Elektromágneses energia, amelyet elektromágneses hullámok szállítanak, és amely a foton, az elektromágneses hullámokkal társított részecske által hordozott energiaként értelmezhető.
  • Hőenergia, amely a testet alkotó részecskék, atomok és molekulák belső kinetikus energiájaként értelmezhető. A hőmérséklet méri. A hő az az energia, amely az egyik testből a másikba kerül át, különböző hőmérsékletük alapján.
  • Kémiai energia, a különböző molekulákat alkotó atomok közötti kötésekben tárolva.
  • Atommagokban rejlő atomenergia.
  • Végül, a tömegenergia minden tömegben benne van, annak létezése miatt. Einstein 1905-ben hozta létre a képletet: E = mc 2, amely meghatározza az energiamennyiséget, amely szabad marad, ha egy m tömegmennyiség eltűnik, ahol a c állandó 300 000 km/s, amely a vákuum fénysebessége.

1.3. A termodinamika törvényei.

Láttuk, hogy az energia egyik formából a másikba, többféle módon is átalakulhat. A felhalmozódott potenciális energia átalakul kinetikus energiává és fordítva. Az üzemanyag kémiai energiája belső égésű motorban hőenergiává, majd mechanikai energiává alakul. Az elektromos energiát kémiai energia formájában tároljuk az akkumulátorban, míg az elektromos energiát elektromotorban mechanikai energiává alakíthatjuk, hogy csak néhány példát említsek.

Mindezeket az energiaátalakításokat a termodinamika alapelveinek nevezett két törvény határozza meg, amelyek korlátozzák őket, és amelyek egyszerű módon megfogalmazva:

  • A termodinamika 1. törvénye: az energia nem jön létre és nem semmisül meg, csak egyik formájából alakítható át a másikba. Más szavakkal, az Univerzum teljes energiája állandó. Más néven az energiatakarékosság törvénye.
  • A termodinamika 2. törvénye: az energiát folyamatosan hőenergiává bontják le. Más szóval, bármilyen energiaátalakítás során soha nem érhető el 100% -os hatásfok, mivel egy rész elkerülhetetlenül leromlik és hő formájában elveszik.

Mindkét törvény alapvető következményekkel jár az energia-átalakulásokra. Először is, az energiatakarékosság törvénye azt mondja nekünk, hogy nem kaphat valamit a semmiért; a folyamat során nyert energia mennyisége nem haladhatja meg a befektetett mennyiséget. Soha nem tervezhetünk és gyárthatunk olyan emberi eszközt, amely több energiát termel, mint amennyit elfogyaszt.

Másrészt a termodinamika 2. törvénye azt mondja nekünk, hogy az energia minősége mindig egy kevésbé hasznos forma felé hajlik, ami egyenértékű azzal a ténnyel, hogy az Univerzum rendellenessége növekszik. Ez a rendellenesség az entrópiának nevezett fizikai kifejezéssel társul. Ez az entrópia növekedési tendencia abban nyilvánul meg, hogy külső energiabevitel nélkül a rendszerek hajlamosabbak a nagyobb rendellenességekre. Például az emberi alkotások megfelelő karbantartás nélkül természetesen hajlamosak szétesni és eltűnni, és nem fordítva, hogy regenerálódjanak. A nézés másik módja, hogy minden rendszer spontán irányul a legalacsonyabb potenciális energia felé, ami azt jelenti, hogy a hőt el kell hagyni a külső felé. Így a víz természetesen hajlik a lejtőn lefolyni.

Összefoglalva a termodinamika törvényeit, azt mondják nekünk, hogy lehetetlen több energiát nyerni, mint amennyit egy bizonyos folyamatba fektettünk, és még az is, hogy a nyert energia mennyisége mindig kisebb, mint a befektetett mennyiség, mert elkerülhetetlenül egy része leromlik a hőforma. Magasabb konverziós megtérülést érhetünk el, de soha nem lehetnek 100% -osak.

1.4. Mérési egységek.

A Nemzetközi Egységrendszer a joule-t (J) használja mértékegységként, amely egy newton erővel előállított energia, amikor az alkalmazási pontját egy méterrel ugyanabban az irányban és értelemben mozgatja. Számos területen a kalóriát (kal) hagyományosan energiaegységként használják, amely az energia mennyisége, amelyet közölni kell egy gramm tiszta vízzel, hogy hőmérséklete 14,5ºC és 15,5ºC között legyen. 1 atmoszféra állandó nyomása.

1 cal = 4,18398 J

Az SI mértékegysége. a watt, és minden olyan gép által termelt vagy fogyasztott energia, amely másodpercenként egy joule-t fogyaszt vagy állít elő.

Végül más intézkedéseket alkalmaznak a nemzetközi kereskedelemben és statisztikákban:

Tonna olajegyenérték (lábujj). Ez egy tonna olaj elégetésénél felszabaduló energiamennyiség. 1 lábujj = 42 GJ.

Ekvivalens tonna szén (tec). Ugyanaz, mint fent. 1 tec = 28 GJ.

Hordó olajegyenérték (boe). Egy hordó olaj égésekor felszabaduló energia. 1 boe = 5 730 MJ.

2. Energia a természetes ökoszisztémákban.

Bármennyire is kifinomult és mesterséges lett az emberi társadalmak élete, alapját a természetes ökoszisztémák tartják fenn. Készleteink az ökológiai piramis csúcsán helyezkednek el, amelynek tövében a nap energiája található, amelyet növények rögzítenek, majd különböző állatokon áthaladva eljutnak hozzánk a lánc végéhez.

Az ökoszisztéma meghatározható többféle növény-, állat- és mikrobafajta gyűjteményeként, amelyek kölcsönhatásban állnak egymással és a környezetükkel. Valójában a természet egy elkülönített része a tanulmányozásra, és az ökoszisztémát komplex termodinamikai rendszernek tekinthetjük, amely nyitott a környezete felé. Olyan energiára és anyagokra van szüksége, amelyeket a környezetből elvesz, és más módon visszatér hozzá.

Ennek alapja a Nap energiája, amelyet zöld növények (autotróf organizmusok) fognak el, amelyek a fény energiáját felhasználják a fotoszintézis során, hogy szén-dioxidból (szénből és vízből) szénhidrátokat (glükózt) állítsanak elő, oxigént termelve a a folyamat:

Napenergia
|
V
6 CO 2 + 6 H 2 O -----> C 6 H 12 O 6 + 6 O 2

Az elektromágneses sugárzás (fény) energiáját a klorofill elnyeli, és kémiai energiaként tárolja a glükózmolekulák kötéseiben.

A fotoszintézis során termelt glükóz három szerepet játszik a növényben:

a) A talajból és a vízből felszívódó nitrogénnel, foszforral, kénnel és más ásványi tápanyagokkal együtt fehérjék, szénhidrátok stb. amelyek alkotják a növényi organizmust.
b) E molekulák szintézise és a tápanyagok felszívódása sejtlégzéssel nyert energiafogyasztást jelent:

C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 -----> 6 CO 2 + 6 H 2 O
|
V
Energia

c) Végül a glükóz egy részét a jövőbeni üzemekben tároljuk a növényben keményítő (szénhidrátok) és olajok (lipidek) formájában.

A piramis felső rétegében találhatók azok az élőlények, amelyeknek táplálkozniuk kell másokkal, mert önmagukban nem képesek rögzíteni az energiát, mint az autotrófok, heterotrófoknak nevezik őket. Először is figyelembe kell vennünk azokat a szervezeteket, amelyek kizárólag növényekkel táplálkoznak (fitofágok). Fölöttük vannak olyan szervezetek, amelyek más állatokkal (húsevők) táplálkoznak. Vannak olyan organizmusok is, mint az emberek, amelyek egyszerre táplálkozhatnak mindkettővel. Harmadik helyen vannak azok a szervezetek, amelyek hulladékkal, holt anyaggal és holttestekkel (detritivorok) táplálkoznak, és amelyek legkisebb formájukban, a baktériumok és gombák, a szerves anyagok eltűnését okozzák és összetevőit a környezetbe engedik, úgynevezett mineralizátoroknak.

Megfigyelhetjük, hogyan élnek és fejlődnek minden szinten az élőlények, ha a fejlődésükhöz szükséges energiát és anyagokat más alacsonyabb szintű organizmusokból veszik át. Ennek során minden organizmus nagy mennyiségű energiát vesz fel, de viszonylag kis mennyiséget tárol molekulái láncaiban. Mint azt korábban láthattuk, a termodinamika 2. törvénye szerint anyagcseréjük eredményeként termelniük kell, a nagy mennyiségű energia a sejtek légzéséből származó hő formájában degradálja a környezetet. Ily módon az ökoszisztémát állandó energiaáramlás járja át.

Két kezelendő fontos fogalom a biomassza és a termelékenység. Az első meghatározása az élőlények szárazanyag-tömegben kifejezett tömege, vagy a területegységre eső energiaegyenérték (tonna/hektár vagy kilokalória/m2). A termelékenység az élő anyag mennyisége, amelyet egy adott időszakban a biomassza termel.

3. Irodalomjegyzék

222 kérdés az energiáról. [Miguel Barrachina López és mtsai. ]. Madrid: A spanyol nukleáris ipar fóruma, 2001. Elérhető az interneten, tömörített változatban: http://www.foronuclear.org/faqs.jsp

DELÉAGE, Jean Paul. Energia: interdiszciplináris téma a környezeti nevelésben. Madrid: MOPT, 1990. 209 p. ISBN 84-7433-679-1

NEBEL, Bernard J.; WRIGHT, Richard T. Környezetvédelmi tudomány: a világ működése. London: Prentice-Hall International, 1996. XXI, 698 p. ISBN 0-1339-8124-X

TIPLER, Paul A. A tudomány és a technika fizikája. 4. kiadás Barcelona: Reverté, 2003. 2 v. ISBN 84-291-4384-X

Utolsó frissítés: 2016.03.31 .

Ha bármilyen kérdése van az oldallal vagy annak tartalmával kapcsolatban, forduljon az UNED könyvtárhoz