Что такое энергия?

Энергия – удивительное явление. Ею пропитан наш мир. Энергия может находиться в людях и животных, в камнях и растениях, в ископаемом топливе, деревьях и воздухе, в реках и озерах. Энергия поднимает в космос ракеты, движет автомобилями, кораблями и самолетами, зажигает миллионы огней больших городов. Энергия дает нам свет, тепло, связь. И чем дальше в своем развитии продвигается человечество, тем больше ему нужно энергии.

Энергия – явление многостороннее и многозначное. Само слово «энергия» заимствовано из греческого языка и означает «действие». Чуть сложнее определение энергии, принятое в мире науки: «это общая количественная мера различных форм движения материи».

Энергия, которая возникает при движении предмета, одушевленного или неодушевленного, называется механической. Но не только движение рождает энергию: она существует во множестве форм. Например, при нагревании чего-либо возникает тепловая энергия. В ходе химической реакции высвобождается химическая энергия, а при распаде атомов – ядерная. Есть и другие виды энергии – электрическая, гравитационная, солнечная и т.д.

Энергия не исчезает и не появляется вновь, а только переходит из одной формы в другую. Энергия движения может быть преобразована в тепловую, тепловая – в световую и электрическую энергию, и наоборот. Но общее количество энергии при этом не меняется. Это легко понять на примере воды. Когда вода замерзает, то превращается в лед. Когда закипает – в пар. Становится ли воды больше или меньше при переходе из одного состояния в другое? Нет. То же самое можно сказать и про энергию: какие бы превращения с ней ни происходили, сумма мировой энергии остается неизменной.

Возможности энергии безграничны. Недаром ученые когда-то называли ее «живой силой». Сегодня энергия сопровождает нас на каждом шагу. Она приводит в действие огромное количество приборов и механизмов, которые делают нашу жизнь такой комфортной. Взамен она требует не так уж много – бережного отношения и экономного потребления.

Электричество в древности

Об электричестве знали еще древние греки. Янтарь они называли «электрон». Этот минерал, если его натереть шерстяной тканью, создает заряд статического электричества. А в пирамидах Древнего Египта ученые обнаружили сосуды, напоминающие аккумуляторы

Кто придумал слово «электричество»

Термин электричество (electricity) ввел английский естествоиспытатель, лейб-медик королевы Елизаветы Уильям Гилберт. Впервые он употребил это слово в своем трактате «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле», который был издан в 1600 году. В этом сочинении ученый объяснял действие магнитного компаса, а также приводил описания некоторых опытов с наэлектризованными телами.

Как жили без электричества

Масляные лампы и свечи были основными источниками света вплоть до середины XIX века. К этому времени из нефти научились получать керосин, который заменил масло в лампах.

Крестьянские избы на Руси в XVII-XIX веках с весны до осени вообще не освещались. Считалось, что с Пасхи до Покрова вставать и ложиться надо с зарей. Для домашних дел хватало света от трех окон на главном фасаде дома. И лишь зимой хозяева зажигали лучины и фитили, а в праздники – свечки

Что было сначала: тепло или электричество?

Удивительно, но централизованное теплоснабжение — всего лишь побочный продукт электрификации. Самые первые электростанции работали за счет тепловой энергии, получаемой в результате сгорания природного топлива — угля, нефти, торфа. Эта энергия нагревала воду, а образовавшийся пар поступал в турбину и вращал генератор. Отработанный пар поначалу не имел никакого применения и в буквальном смысле вылетал в трубу. Идея использовать его для обогрева помещений оказалась до гениальности простой и способствовала значительной экономии топлива. Тепло отработанного пара нагревало воду, а та при помощи насосов двигалась по трубам систем теплофикации. Первую тепловую электростанцию построил в 1882 году в Нью-Йорке знаменитый американский изобретатель Томас Эдисон. Любопытно, что в современной энергетике ситуация прямо противоположна: на станциях, вырабатывающих тепло, побочным продуктом считается уже электричество.

Электрификация России

Самая первая тепловая электростанция, построенная по плану ГОЭЛРО в 1922 году, называлась «Уткина заводь». В день пуска участники торжественного митинга переименовали ее в «Красный октябрь», и под этим именем она проработала до 2010 года. Сегодня это Правобережная ТЭЦ ОАО «ТГК-1».

Самая первая гидроэлектростанция, построенная по плану ГОЭЛРО – Волховская ГЭС. Ее ввели в эксплуатацию 19 декабря 1926 года. Станция и сегодня продолжает исправно работать, являясь неотъемлемой частью энергосистемы Северо-Запада.

Самым дорогостоящим за всю историю электрификации был «кабель с денежкой». Во время Великой Отечественной Войны в блокадном Ленинграде не могли найти кабельную бумагу для изоляции силового кабеля. Вместо нее использовали бумагу с водяными знаками, предназначенную для выпуска денег.

Электричество в Петербурге

Самым первым общественным зданием Петербурга, где появилось электрическое освещение, был магазин «дамскаго и мужескаго белья господина Флорана» на Большой Морской улице, дом 16. В 1874 году в нем зажглись три лампы, изобретенные талантливым инженером-электротехником Александром Лодыгиным. Изысканный товар освещался электрическим светом три месяца абсолютно бесплатно. Директор магазина, тот самый господин Флоран, обратил себе в прибыль любопытство, которое посетители проявляли к электрической диковинке.

30 декабря 1883 года на улицах Петербурга стоял тридцатиградусный мороз. Но холод совсем не мешал толпе зевак, собравшихся на Невском проспекте, чтобы посмотреть на новые электрические фонари, которые с этого дня стали регулярно освещать главный проспект города.

Вагон электрического трамвая изобрел Федор Аполлонович Пироцкий в 1880 году. Первые трамвайные линии в Санкт-Петербурге были проложены только зимой 1885 года по льду Невы в районе Мытнинской набережной фирмой «Подобедов и компания», так как право на использование улиц для пассажирских перевозок имели только владельцы конок – рельсового транспорта, который передвигался не на электрической тяге, а при помощи лошадей. Впервые жители Санкт-Петербурга прокатились на городском электрическом транспорте – трамвае – в 1907 году. Первым вагоновожатым был Генрих Осипович Графтио, талантливый инженер-энергетик, построивший «Трамвайную электростанцию».

Энергетика в цифрах

Одна современная электростанция производит достаточно электричества, чтобы обслуживать 180 000 домов.

Скорость электрического тока, который движется по проводам, составляет более 300 000 км в секунду, эта величина сравнима со скоростью света (скорость света в вакууме — фундаментальная физическая постоянная, по определению, точно равная 299 792, 458 км/с).

Современные энергосберегающие лампы потребляют в пять раз меньше энергии, чем обычные лампы накаливания, а служат в восемь раз дольше – около десяти тысяч часов.

Первая в России геотермальная теплоэлектростанция была построена еще в 1966 году. А столица Исландии Рейкьявик сегодня получает тепло исключительно от горячих подземных источников.

Удар молнии достигает силы 3 000 000 вольт, при этом длится менее секунды.

Сегодня существует более 300 видов рыб с электрическими органами, которые помогают им охотиться и отражать атаки более мощных противников. Одна из самых опасных пресноводных рыб — электрический угорь, обитающий в Амазонке. Сила его удара достигает 500 вольт: он не только смертелен для мелкой рыбешки, но может нанести серьезный вред человеку. Поэтому местные жители перед тем, как зайти в воду, запускают туда коров, чтобы потревоженные угри истратили на них весь свой запас электричества.

В пожарной дружине калифорнийского города Ливермор до сих пор висит электрическая лампочка мощностью всего 4 ватта, которая работает с 1901 года. За это время она гасла всего несколько раз при отключениях электричества и переездах (последний такой случай произошел в 1976 году). Однозначно объяснить, почему лампочка до сих пор не перегорела, никто не может. Есть мнение, что секрет ее долголетия – в добросовестности инженеров прошлого, которые даже лампочки делали на века. Сегодня за долгожительницей из Ливермора наблюдает целый общественный комитет – Ливерморский комитет вековой лампочки.

Удивительные источники энергии

На юго-восточном побережье Австралии запущена первая в мире электросиловая установка, использующая в качестве топлива ореховую скорлупу. Скорлупки, правда, «золотые», ведь строительство такого генератора обошлось австралийцам в три миллиона местных долларов. Однако высокая производительность электростанции, которая будет перерабатывать до 1680 килограммов ненужной ореховой скорлупы в час, производя при этом 1,5 мегаватта электричества, позволяет надеяться на ее быструю окупаемость.

Индийские ученые придумали еще один альтернативный источник питания. Они решили использовать фрукты, овощи и отходы от них для питания несложной бытовой техники. Внутри такие батарейки содержат пасту из переработанных бананов, апельсиновых корок и других овощей или фруктов, в которой размещены электроды из цинка и меди. От четырех таких батареек могут работать стенные часы, электронная игра или карманный калькулятор. Новинка рассчитана, прежде всего, на жителей сельских районов, которые могут сами заготавливать фруктово-овощные ингредиенты для подзарядки необычных батареек.

Не за горами тот день, когда человек сможет самостоятельно вырабатывать электричество. Американские исследователи разрабатывают специальную обувь с пластмассовыми вставками: во время ходьбы нога будет давить на пластинки, заставляя их сжиматься и растягиваться, что позволит вырабатывать до трех ватт электрической энергии. Этого количества энергии вполне хватит, чтобы послушать на ходу радио или музыку, сэкономив, таким образом, на батарейках.

Почему энергию надо беречь

Пока природные запасы тают, наши запросы ощутимо растут. Население современных городов постоянно увеличивается: в каждый новый многоэтажный дом въезжают сотни людей. С собой они привозят чайники, холодильники, микроволновые печи, кухонные комбайны, стиральные машины, компьютеры, домашние кинотеатры, электротренажеры и множество других необходимых в быту вещей. Чтобы все это работало, нужно много, очень много энергии!

Запомнить основные правила экономного потребления энергии и следовать им несложно, но этим ты вносишь свой маленький вклад в большое дело сохранения природных ресурсов нашей планеты. Если телевизор продолжает работать в пустой комнате, его можно со спокойной совестью выключить – диктор не обидится. Если из окна в комнату льется яркий дневной свет, включать электрическое освещение нет нужды – для игр и чтения дневного света более чем достаточно.

Способы экономного потребления энергии

Лучшие умы человечества придумали множество способов экономного потребления энергии. Ученые изобрели энергосберегающие лампы, потребляющие намного меньше энергии, чем обычные; в магазинах уже можно купить «умные» приборы, которые автоматически отключаются, если замечают, что про них давно забыли. В домах сегодня все чаще устанавливают инфракрасные датчики движения, которые срабатывают и автоматически зажигают свет, когда ты входишь в помещение, и гасят его, когда ты выходишь. Экономить электричество помогают специальные светорегуляторы – диммеры. Эти устройства устанавливаются вместо обычного выключателя и регулируют яркость ламп. Например, если ты слушаешь музыку, и тебе не нужно яркое освещение в комнате, то ты можешь повернуть ручку диммера и «притушить» свет.

Известно, что нагрузка на электрические сети в течение суток распределяется неравномерно. Утром, когда начинают работать предприятия, и вечером, когда люди возвращаются домой с работы, уровень потребляемой электроэнергии увеличивается в несколько раз, а ночью резко падает. Сэкономить энергию можно, если хотя бы часть бытовых приборов – например, стиральную или посудомоечную машину – включать поздно вечером.

Практические советы по экономии электроэнергии

• Не включай свет, если в помещении достаточно светло.  Выключая свет, ты сможешь сократить потребление электроэнергии.

• Чаще мой окна.  Грязные окна пропускают на 30% меньше света, а значит, приходится включать искусственное освещение. Не забывай мыть осветительные приборы.  Если тщательно очистить от пыли абажуры и отражатели ламп, света станет намного больше.

• Вместо обычных лампочек используй энергосберегающие, это снизит потребление энергии в 2 раза.

• Не оставляй в розетке зарядное устройство для мобильного телефона. Даже если оно не подключено к телефону, оно все равно потребляет электроэнергию. Другие бытовые приборы тоже не стоит оставлять в режиме standby, в «режиме ожидания» они потребляют электричество. Телевизор, музыкальный центр, DVD-плейер лучше выключать кнопкой на самом приборе или вынув вилку из розетки.

• Если у тебя электроплита, используй для экономии электроэнергии кастрюли и сковородки, дно которых соответствует размеру конфорки или чуть превосходит его. Посуда с искривленным дном увеличивает расход энергии на 50%.

• При стирке в стиральной машине старайся не превышать нормы максимальной загрузки белья и избегать неполной загрузки: перерасход электроэнергии в этом случае может составить 10–15%. 

• Холодильник будет рационально использовать энергию, если стоит в прохладном месте.  Он ни в коем случае не должен соседствовать с плитой. Чаще размораживай морозилку: толстый слой льда в ней увеличивает потребление электроэнергии.

Простые действия помогут сэкономить ценные природные ресурсы и сократить выброс вредных веществ в атмосферу.

Энергия и экология

Взаимоотношения человека с окружающей средой изучает наука экология. В переводе с греческого слово «экология» означает «наука о доме». Ученые-экологи изучают, как в «доме», то есть в природе, сосуществуют люди, растения и животные, как их деятельность воздействует на окружающую среду и как можно уменьшить негативные последствия этого воздействия.

Сама по себе энергия, вырабатываемая на электростанциях, окружающую среду не загрязняет. А вот побочные продукты ее выработки вполне могут стать опасными для природы. Сегодня основной источник энергии в мире – это органическое топливо (уголь, нефть, газ, мазут и пр.). Чтобы преобразовать его в энергию, его нужно сжечь, а при сжигании топлива выделяются вредные вещества. Чтобы минимизировать загрязнение атмосферы, тепловые электростанции сегодня оборудуют специальными фильтрами, которые не допускают попадания загрязняющих частиц в атмосферу. Помимо этого, все больше электростанций переходят на один из самых экологически чистых видов топлива – природный газ. 60% электроэнергии в России сегодня вырабатывается на газе.

Гидроэнергетика и атомная энергетика тоже не совсем безопасны для окружающей среды. Гидроэнергетика – из-за весеннего разлива водохранилищ, испарения огромных объемов воды с их поверхностей и связанной с этим перемены климата. Атомная энергетика – из-за чрезвычайно токсичных отходов, которые необходимо хранить глубоко под землей с соблюдением серьезных мер предосторожности.

Существует ли возможность полностью нейтрализовать воздействие энергетики на окружающую среду? Да, и она заключается в использовании экологически чистых, возобновляемых источников энергии, которые также называют альтернативными. Энергия будущего – это энергия солнца, ветра, подземных недр, океанских волн и приливов.

Задание 3. Разберем пример расчета экономической выгоды энергосберегающих лампочек.

Предположим, что в помещении используются 7 лампочек мощностью 60 Вт, они работают по 4 часа в день. Мощность – потребление в час, следовательно, умножив эту величину на количество часов работы и число дней месяца, мы получим потребление электроэнергии за месяц:

(7*60*4)*30/1000=50,4 кВт.

Чтобы узнать, сколько придется заплатить по счету за электроэнергию необходимо умножить потребление на тариф. Пусть он будет равен 4,01 рубль, тогда:

50,4*4,01=202,10 рубль.

Как видите, совсем немало.

Рассчитаем потребление электроэнергии лампочкой такого типа если в помещении включены все те же 7 штук, и работают они 4 часа в день, при тарифе 4,01 рубль, излучаемая мощность как в первом примере, а потребление за месяц будет:

(7*12*4)*30/1000=10,08 кВт.

Заплатить придется:

10,08*4,01=40,42 рубль.

2. Лампочка накаливания стоит 20 рублей и работает 1000 часов, энергосберегающие лампочки стоят 150 рублей и работают 12000. часов. Сколько лампочек накаливания вы смените за 12000 часов? Сколько затратите денег? Сравните сумму, потраченную на все лампочки накаливания и сумму, потраченную на 1 лампочку накаливания. Сделайте выводы.