Sisältö
- Energia ja työ
- Esimerkkejä ihmisen voimasta
- Energiatyypit
- Mekaaninen energian varastointi
- Energian varastoinnin tulevaisuus
Ihmisvoiman ja energian eduista ja haitoista käydään keskusteluja lähinnä ympäristön pilaantumisen, työntekijöiden turvallisuuden, energiatehokkuuden ja maailmanlaajuisen tarjonnan laajuuden suhteen. Suurin osa modernin globaalin elämän vauhdin ylläpitämiseen tarvittavasta voimasta on peräisin lähteistä, jotka tuottavat ei-toivottuja jätetuotteita tai aiheuttavat muuten ei-toivottuja tilanteita.
Pitkällä ja lyhyellä aikavälillä ympäristövaikutusten on pyritty kiertämään enemmän kuin mikään muu ihmisen aiheuttama (ihmisen aiheuttama) ilmastomuutos, lukuun ottamatta pilaantumista perinteisessä merkityksessä (esim. kivihiilellä toimivien sähkölaitosten näkyvä savu tai erilaisten teollisuustoimintojen jätevedet).
Tämä johtuu siitä, että fossiilisten polttoaineiden palaminen johtaa CO: n lisäykseen2 (hiilidioksidi) ja muut "kasvihuonekaasut" maapallon ilmakehään, mikä johtaa lämmön lisääntyneeseen vangitsemiseen planeettojen pinnan lähellä.
Energia ja työ
Ihmisvoiman hyvät ja huonot puolet keskittyvät muihin tekijöihin kuin pilaantumiseen. Myös hyödyllisen työn määrä, joka voidaan tehdä tietyllä prosessilla suhteessa energiansyöttöön, kutsutaan mekaaniseksi hyötysuhteeksi (energiantuotto jaettuna energiansyötöllä, ilmaistuna prosentteina), on myös tärkeä.
Ihmisen voiman heikkoudet ovat usein yksinkertaisesti sitä, että ihmiset yksin pystyvät toimimaan paljon vähemmän tehokkaasti ja paljon lyhyemmän ajan kuin koneella parannettu työ voidaan tehdä.
energia fysiikassa on etäisyyden yksiköitä kerrottuna voiman (massan ja nopeuden tai kiihtyvyyden muutoksen tuloksen). Tämä yksikkö on newton-metri, jota käytetään yleensä työhön, ja jota kutsutaan myös jouleksi.
Tämä yksikkö valmistetaan käyttämällä muita yksikköyhdistelmiä; esimerkiksi lineaarinen kineettinen energia (KE) saadaan kaavasta (1/2) mv2,, kun taas potentiaalienergia on muodossa mgh, missä m = massa, g = painovoimasta johtuva kiihtyvyys (9,8 m / s2 maan päällä) ja h = korkeus maanpinnan yläpuolella tai joku muu nollavertailupiste).
Esimerkkejä ihmisen voimasta
teho fysiikassa on yksinkertaisesti energiaa yksikköä kohti tai työn nopeutta järjestelmässä, jossa energia käytetään mekaaniseen käyttöön. Yksinkertaisiin ihmisen voimaesimerkkeihin kuuluu mäkeä juokseminen tai painojen nostaminen; mitä enemmän energiaa yksikköä kohti, sitä enemmän tehoa se tuottaa.
Jos kiipeilet tietyltä portaatolta 10 sekunnissa, potentiaalinen energianne muuttuu saman verran kuin jos kiipeisit portaalle 5 sekunnissa tai 15 sekunnissa. Mutta voimasi riippuu siitä, kuinka vähän aikaa kuluu saavuttamiseen huipulle, ja olet jokaisessa tapauksessa tehnyt saman määrän fyysistä työtä.
Energiatyypit
kineettinen ja Mahdollinen energia muodostavat esineet mekaaninen energia. Kohteilla on myös niin kutsuttu sisäinen energia, joka liittyy pääasiassa pienten aineosien hiukkasten nopeaan värähtelyliikkeeseen molekyylitasolla.
Energiaa tulee myös monia muita muotoja: kemiallinen energia (varastoituna molekyylien sidoksissa), sähköenergia (johtuen varausten ja sähkökentän erottumisesta) ja lämpö, jota on vaikea käyttää useimmissa järjestelmissä työhön ja sen sijaan "hajoaa".
Energian tuottaminen energialla tarkoittaa polttoaineen (öljymaakaasu, hiili; jotkut biopolttoaineet) polttoainetta virtaavan veden tai tuulen (vesi- tai tuulivoima) kineettisen energian avulla tai atomien "jakamista" (ydinenergia).
Mekaaninen energian varastointi
Vaikka maapallolla on paljon saatavissa olevaa polttoainetta energian (enimmäkseen sähkön) tuottamiseksi, energian varastointi on merkittävä haaste. Akut tällä hetkellä ei voida tarjota edes pientä osaa tarvittavasta voimasta, jotta maailmanlaajuinen tuotanto, viestintäverkot ja globaalit kuljetukset pysyisivät erittäin kauan.
Joillakin alueilla, joilla on suotuisa maantieteellinen alue, on mahdollista pitää vesisäiliö korkeammalla kuin voimalaitos ja käyttää tämän säiliön painovoimapotentiaalienergiaa vesivoiman tuottamiseksi lyhyellä aikavälillä antamalla sen virtata korkeammalta ala-alueille ja tehostamaan sähköntuottajien turbiineja prosessissa. Kuten voitte kuitenkin kuvitella, tämä pysäytysmitta ei toimisi kovin kauan erittäin asutuilla alueilla.
Energian varastoinnin tulevaisuus
Yksi uusiutuviin energialähteisiin, erityisesti aurinko- ja tuulivoimaan, kohdistuva kritiikki on niiden epäluotettavuus tulevien ja menneiden luonteensa vuoksi; tapahtuu rauhallisia päiviä tai jaksoja, samoin pilvisiä päiviä.
Kansainvälisen välttämättömyyden vuoksi jatkaa energiantuotantoa yrittäessään vähentää ympäristölle aiheutuvia haittoja. Ryhmä tutkijoita Massachusettsin teknillisessä instituutissa lähellä Bostonia, Massachusettsissa, aloitti työn 2018, jonka tarkoituksena on varastoida tehokkaat määrät aurinkovoimaa.
Ryhmä ehdotti sulan piisäiliöiden käyttämistä tällaisen energian varastointiin ja vapauttamiseen tarvittaessa, ja ennusti, että lopulta heidän konseptinsa avulla voidaan tuottaa tuote, joka on huomattavasti nykypäivän teollisuusstandardia parempi, litium-ioni-akut.