26. Сущность параметров давления и температуры, их влияние на фазовое состояние вещества, использование на практике, в технике и технологиях.

Энергия есть мера движений материи, удельная энергия — мера движения материи, заключенной в единице объема. Удельная энергия газа, выраженная в Дж/м³, есть давление этого газа, выраженное в Па (Паскалях), или. что то же самое, в Н/м², т.е. силе, выраженной в Ньютонах, приходящейся на единицу площади, выраженной в кв. м.:

Физическая сущность давления газа на поверхность заключается в упругой передаче молекулами импульсов движения этой поверхности при изменении своего направления движения в результате соударения с этой поверхностью. Таким образом, давление будет тем больше, чем больше число молекул в единице объема и чем выше их скорость.

Температура — это мера энергии одной молекулы газа:

где m — масса молекулы, u — ее скорость, k = 1,38 • 10^-23 Дж/град.

Для перехода тел из одного состояния в другое — из твердого в жидкое или из жидкого в газообразное нужно затратить дополнительную энергию — энергию плавления или энергию парообразования соответственно. Для воды эта энергия составляет 6,013 и 40,683 кДж/моль. При обратных фазовых переходах (конденсации или кристаллизации) происходит выделение тепла. Благодаря этому явлению не происходит полного замерзания рек и озер. Дождь идет теплым, что важно для растений. Практическое применение теплоты плавления или

парообразования заключается в первую очередь в учете ее при расчете затрачиваемого на плавление или парообразования тепла. Данное физическое явление может быть в ряде случаев полезно использовано, например, для поддержания постоянства температуры в некотором объеме. В этом случае плавящееся или испаряющееся теле нужно специально подбирать или менять его

давление. Следует учитывать, что температура фазовых переходов зависит от давления (фазовая диаграмма с тройной точкой). Это используют на практике, например, применение скороварок убыстряет процесс приготовления пищи, т. к. температура кипения воды повышается. В горах, где давление воздуха ниже, мясо варится более продолжительное время.

27. Источники энергии. Способы преобразования энергии. Тэс, гэс, аэс. Альтернативная энергетика.

1. Гидроисточники и геотермальные источники (основаны на воде). Энергия геотермальных вод – это энергия подземных горячих вод.

2. Энергия ветра (в США планируется к 2020 году увеличить ветроэнергию в 50раз).

3. Гелиоэнергетика (использование солнечной энергии). Солнце (звезда) выделяет энергию путем термоядерного синтеза.

4. АЭС (атомные электростанции). Используют энергия деления ядер. Первая АЭС была построена 27 июня 54 года в г. Обнинск.

Принцип работы основан на цепной реакции деления урана.

1кг урана выделяет в миллион раз больше энергии, чем 1кг каменного угля.

Способы преобразования энергии:

1. Получение тепловой энергии при сжигании топлива.

2. Преобразование, заключенной в топливе тепловой энергии, в механическую работу.

3. Преобразование тепла, высвобождающегося при сгорании топлива и деления ядер электроэнергию.

Паровая машина была создана во второй половине 19в. английским изобретателем Дж.Уаттом. Далее в 1886 немецкий электрик В. Сименс изобрел динамо-машину (электрогенератор).

ТЭС (тепловая электростанция) при сжигании ископаемого топлива получаются тепло и пар, подаваемый на турбогенераторы, вырабатывающие электроэнергию. В качестве топлива используются уголь, нефтепродукты или природный газ. КПД современной ТЭС – около 40%.

ГЭС (гидроэлектростанция): Принцип работы основан на преобразовании потенциальной энергии падающей воды в кинетическую энергию вращения турбины, связанной с генератором, преобразующим кинетическую энергию в потенциальную. КПД ГЭС – 60-70%.

АЭС (атомная электростанция) Принцип работы основан на цепной реакции деления урана. Деление ядер сопровождается выделением огромного количества энергии. По энергоёмкости ядерное топливо значительно превосходит все другие виды потребляемого топлива. КПД АЭС – 32%.

Альтернативная энергетика - совокупность перспективных способов получения энергии, которые распространены не так широко, как  традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования при низком риске причинения вреда экологии района.

Направления альтернативной энергетики:

1. Ветроэнергетика

2. Гелиоэнергетика

3. Альтернативная гидроэнергетика(водопадные ГЭС).

4. Геотермальная энергетика.

5. Космическая энергетика (Получение электроэнергии в фотоэлектрических элементах, расположенных на орбите Земли. Электроэнергия будет передаваться на землю в форме микроволнового излучения).

6. Биотопливо.

28. Ядерная энергия и проблемы ее использования. Термоядерный синтез. Энергоэффективные технологии.

Ядерная энергия - это внутренняя энергия атомного ядра, выделяющаяся при ядерных реакциях. Энергия, которую нужно затратить для расщепления ядра на составляющие его нуклоны наз-ся энергией связи ядра. Энергия связи ядра, рассчитанная на один нуклон, наз-ся удельной энергией связи.

Энергия связи ядра складывается из энергии притяжения нуклонов друг к другу под действием ядерных сил и энергии взаимного отталкивания протонов под действием электростатических сил. Каждый нуклон сильно взаимодействует лишь с небольшим числом соседних. Поэтому уже начиная с альфа-частицы удельная энергия связи слабо растет с увеличением атомного веса, достигая максимума у ядра железа Fe (А=56), после чего идет спад.

Из-за электростатического отталкивания протонов реакции ядерного синтеза могут развиваться, если кинетическая энергия ядер велика. В земных условиях осуществлены две термоядерные реакции - слияние двух дейтронов и синтез дейтрона т тритона.

Термоядерный синтез – это реакция слияния лёгких ядер при больших температурах с выделением энергии.

Недостатком ядерных энергий синтеза легких ядер - термоядерных реакций явл-ся необходимость получения высоких начальных температур и трудность удержания устойчивой плазмы. Эти трудности не преодолены до настоящего времени, и программы термоядерных реакций в наст. время свернуты во все мире.

Альтернативой ядерных АЭС явл-ся иные источники, экологически безопасные. К ним относятся солнечная энергия, энергия ветра. рек, морских волн и приливов.