Природа и классификация видов энергии

Основы понятия энергии

Энергия в физике определяется как скалярная величина, отражающая универсальную меру самых разных процессов движения и взаимодействия материи. Данный термин также служит количественной характеристикой способности одних форм движения материи переходить в другие. По сути, энергия — это ключевое понятие, позволяющее описывать динамические явления окружающего мира и связи между ними.

Таким образом, понятие энергии охватывает как количество различных видов движения материи, так и их возможные преобразования. Исходя из этой особенности, существует классификация, по которой виды энергия соотносятся с формами движения материи. В технологических процессах и повседневной жизни человек неизбежно сталкивается с различными энергетическими явлениями. Любое технологическое действие по сути является процессом постепенного преобразования одних видов энергия в другие.

В ходе производственных операций и технологических циклов энергия может переходить из одной формы в другую неоднократно. В соответствии с фундаментальными законами термодинамики, такие преобразования сопровождаются постоянными потерями — часть энергии становится рассеянной, обычно в виде тепла низкого качества, и теряет способность к совершению полезной работы.

Ключевые виды энергия

Современные фундаментальные науки и инженерия различают ряд основных видов энергия, каждый из которых имеет свою физическую природу. Среди них выделяют электроэнергию, энергию химических реакций, механическую энергию, световую, тепловую, ядерную и термоядерную. Все перечисленные виды энергия активно применяются как в природе, так и в технике.

Электрическая энергия занимает одно из центральных мест среди всех видов энергия благодаря возможности транспортировки на большие расстояния и широкому спектру использования. Основными источниками электроэнергии служат гидростанции, использующие кинетическую энергию воды, и тепловые электростанции, где происходит преобразование тепловой энергии сгорающего топлива. На атомных станциях электричество генерируется путём преобразования ядерной энергии в механическую, а после — в электрическую энергию.

Сферы применения видов энергия

На предприятиях химической, металлургической и других отраслей электроэнергия используется для обеспечения ряда процессов: электролиза, нагрева, плавления и иных электротермических операций, а также процессов, связанных с электростатическими и электромагнитными явлениями — например, для осаждения пыли или электрокрекинга органических веществ. Электроионные явления востребованы для контроля промышленной автоматики.

Преобразование электрической энергии в механическую лежит в основе таких производственных операций, как измельчение, смешивание, дробление сырья, работа насосов и вентиляторов. Электроэнергия прочно вошла и в быт человека. Тепловая энергия нужна для выполнения технологических задач, где не происходят химические превращения: это процессы сушки, выпаривания, плавления и нагревания. Обильное количество тепла требуется при проведении эндотермических химических реакций.

В сфере ядерной энергетики находит применение внутриядерная энергия, которая высвобождается при распаде ядер или их синтезе (например, при превращении водорода в гелий). Она используется для выработки электроэнергии на атомных станциях, а также в радиационно-химических технологиях, где ионизирующее излучение инициирует протекание необходимых реакций.

Химическая энергия, выделяющаяся при экзотермических реакциях, служит источником нагрева, а также находит применение в разнообразных аккумуляторах и гальванических элементах — здесь происходит прямое преобразование этого вида энергия в электрическую. Световая энергия необходима для управления фотохимическими процессами (например, реакции хлорирования органических соединений или синтез хлористого водорода). Применение фотоэлектрических преобразователей позволяет внедрять этот вид энергии в автоматические системы управления.

Классификация и ресурсы энергии

В промышленности используют разнообразные источники и виды энергия, каждый из которых характеризуется определённым типом ресурсов, наличием запасов и энергетической ёмкостью. Все энергетические ресурсы подразделяются на возобновляемые (например, гидроэнергия, солнечные лучи, ветер, биотопливо) и невозобновляемые, к числу которых относятся нефтепродукты, газ, уголь и горючие сланцы.

К невозобновляемым энергетическим источникам относят ископаемое сырьё, возобновить которое после использования невозможно из-за длительных периодов образования в природе. Энергетическая ценность того или иного ресурса определяется количеством энергии, которое возможно получить при его полной переработке или сгорании — например, для угля это около 8 кВт·ч на килограмм, для газа — 10,6 кВт·ч на кубометр.

В реальных условиях использование энергетических ресурсов зависит не только от их запасов, но и от таких условий, как географическое расположение, удобство добычи, возможности транспортировки, а также степень энергоэффективности их использования при преобразовании в другие виды энергия. В современную эпоху существенной проблемой становится поиск альтернативных, безопасных для природы источников энергии, поскольку традиционные невозобновляемые ресурсы оказывают негативное воздействие на окружающую среду, а их исчерпаемость становится всё более реальной.