Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

15.1: Наше Сонце, гігантська атомна електростанція

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    20440

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання
    • Визначте енергію та розрізняйте кінетичну та потенційну енергію.
    • Опишіть фотосинтез
    • Виконувати розрахунки за участю потужності і енергії.

    В даний час Сонце щосекунди сплавляє близько 600 мільйонів тонн водню в гелій, перетворюючи 4 мільйони тонн речовини в енергію щосекунди. Сонячне світло у верхній частині атмосфери Землі складається (за загальною енергією) близько 50% інфрачервоного світла, 40% видимого світла та 10% ультрафіолетового світла. [46] Атмосфера, зокрема, фільтрує понад 70% сонячного ультрафіолету, особливо на коротших довжині хвиль. [47] Сонячне ультрафіолетове випромінювання іонізує верхню атмосферу Землі, створюючи електропровідну іоносферу. [48] Енергія сонячного світла підтримує майже все життя [c] на Землі шляхом фотосинтезу, [37] і керує кліматом і погодою Землі.

    Енергію можна визначити як потужність для подачі тепла або виконання робіт. Одним з видів роботи (w) є процес змушення матерії рухатися проти протилежної сили. Наприклад, ми робимо роботу, коли ми надуваємо велосипедну шину - ми рухаємо матерію (повітря в насосі) проти протилежної сили повітря, що оточує шину. Енергія вимірюється в одиницях СІ, в джоулі (Дж). Джоуль (= 1 ньютон-метр) - дуже мала одиниця, однак вона еквівалентна обсягу роботи по підняттю невеликого яблука (98 грам) вертикально вгору на один метр. З точки зору тепла,

    \(\mathrm{1\: cal = 4.184\: J}\)

    Швидкість виконаної роботи або передачі енергії називається потужністю, а її одиницею є ват.

    \(\mathrm{1\: watt = 1\: J/s}\)

    Ваш калькулятор може споживати кілька міліват, а комп'ютер споживає близько 100 Вт, як і 100-Вт лампочка. Кіловат (кВт) дорівнює одній тисячі (10 3) ват. Цей агрегат зазвичай використовується для вираження вихідної потужності двигунів та потужності електродвигунів, інструментів, машин та нагрівачів. Це також загальний блок, який використовується для вираження електромагнітної вихідної потужності радіомовних та телевізійних передавачів. Різні приклади потужності наведені в табл\(\PageIndex{1}\).

    Один кіловат приблизно дорівнює 1,34 кінської сили. Невеликий електрообігрівач з одним нагрівальним елементом може використовувати 1,0 кіловат. Середнє споживання електроенергії домогосподарством в США становить близько одного кіловата.

    Таблиця\(\PageIndex{1}\) потужності в кіловатах різних об'єктів або явищ.
    Об'єкт або явище Потужність в кіловатах (кВт)
    Наднова (на піку) \(5 \times 10^{34}\)
    Галактика Чумацький шлях \(10^{34}\)
    Пульсар Крабова Туманність \(10^{25}\)
    Сонце \(4 \times 10^{23}\)
    Виверження вулкана (максимум) \(4 \times 10^{12}\)
    Блискавка \(2 \times 10^{9}\)
    Атомна електростанція (сумарна електро- і тепловіддача) \(3 \times 10^6\)
    Авіаносець (загальна корисна і тепловіддача) \(10^5\)
    Драгстер (загальна корисна і тепловіддача) \(2 \times 10^3\)
    Автомобіль (загальна корисна і тепловіддача) \(8 \times 10^1\)
    Футболіст (загальна корисна і тепловіддача) \(5\)
    Сушарка для білизни \(4\)
    Типова лампочка розжарювання (загальна корисна і тепловіддача) (60Вт) \(0.06\)
    Електричний годинник \(0.003\)
    Кишеньковий калькулятор \(10^{-6}\)
    Приклад\(\PageIndex{1}\) Power and Energy Conversion

    Обчисліть електричну енергію в джоулі (Дж), яку використовує світлодіодна лампочка потужністю 20 Вт, яку залишали «увімкненими» протягом 3,0 годин.

    Рішення

    1. Оскільки 1 Вт = 1 Дж/с, то 20Вт = 20 Дж/с.

    2. Перетворити 3 h в s.

    3. Розрахуйте суму в J за 10 800 с.

    Вправа\(\PageIndex{1}\)

    Обчисліть електричну енергію, в джоулі (Дж), яка використовується лампою розжарювання потужністю 100 Вт, яка залишалася «включеною» протягом 2 годин.

    Відповідь

    720 000 КМ

    Енергетика та система життєзабезпечення

    Фотосинтез важливий для всього живого на землі; від нього залежать як рослини, так і тварини. Це єдиний біологічний процес, який може захоплювати енергію, яка походить у космічному просторі (сонячне світло), і перетворювати її в хімічні сполуки (вуглеводи), які кожен організм використовує для живлення свого метаболізму. Якщо коротко, то енергія сонячного світла захоплюється і використовується для підживлення електронів, які потім зберігаються в ковалентних зв'язках молекул цукру. Наскільки тривалими та стабільними є ці ковалентні зв'язки? Енергія, що видобувається сьогодні при спалюванні вугілля та нафтопродуктів, являє собою енергію сонячного світла, захоплену та накопичену фотосинтезом майже 200 мільйонів років тому.

    Фотосинтез - це багатоступінчастий процес, який вимагає сонячного світла, вуглекислого газу (який мало енергії) та води в якості субстратів (рис.\(\PageIndex{1}\)). Після завершення процесу він виділяє кисень і виробляє прості молекули вуглеводів (які мають високу енергію), які згодом можуть бути перетворені в глюкозу, сахарозу або будь-яку з десятків інших молекул цукру. Ці молекули цукру містять енергію та напружений вуглець, який потрібен усім живим істотам, щоб вижити.

    15C.png
    Малюнок\(\PageIndex{1}\) Фотосинтез використовує сонячну енергію, вуглекислий газ та воду для отримання вуглеводів, що накопичують енергію. Кисень утворюється як відпрацьований продукт фотосинтезу.

    Хімічне рівняння для фотосинтезу наведено на рис\(\PageIndex{2}\). Хоча рівняння виглядає простим, багато кроків, які відбуваються під час фотосинтезу, насправді досить складні. Насправді процес проходить у багато етапів із залученням проміжних реагентів та продуктів.

    15D.png
    Малюнок\(\PageIndex{2}\) Основне рівняння для фотосинтезу.

    Кінетична та потенційна енергія

    Як і матерія, енергія буває різних типів. Одна схема класифікує енергію на два типи: потенційна енергія, енергія, яку має об'єкт через його відносне положення, склад або стан, і кінетична енергія, енергія, якою володіє об'єкт через його рух. Вода у верхній частині водоспаду або греблі має потенційну енергію через своє положення; коли вона тече вниз через генератори, вона має кінетичну енергію, яку можна використовувати для роботи та виробництва електроенергії на гідроелектростанції (рис.\(\PageIndex{3}\)). Акумулятор має потенційну енергію, оскільки хімічні речовини всередині нього можуть виробляти електроенергію, яка може працювати.

    На малюнку a зображений великий водоспад з водою, що падає з високою висотою у верхній частині водоспаду на нижню висоту. Друга картина - вид, що дивиться вниз на греблю Гувера. Вода показана за високою стіною греблі з одного боку і біля основи греблі з іншого.
    \(\PageIndex{3}\)Рисунок (а) Вода, яка вище за висотою, наприклад, на вершині водоспаду Вікторія, має більш високу потенційну енергію, ніж вода на більш низькій висоті. Коли вода падає, частина її потенційної енергії перетворюється в кінетичну енергію. (b) Якщо вода протікає через генератори на дні греблі, наприклад, показану тут греблю Гувера, її кінетична енергія перетворюється в електричну енергію. (кредит a: модифікація роботи Стіва Юрветсона; кредит b: модифікація роботи «curimedia» /Wikimedia Commons).

    Потенційна енергія пов'язана не тільки з розташуванням речовини, але і з будовою речовини. Навіть пружина на землі має потенційну енергію, якщо вона стиснута; так само як і гумка, яка натягується туго. На молекулярному рівні зв'язки, які утримують атоми молекул разом, існують в певній структурі, яка має потенційну енергію. Той факт, що енергія може вивільнятися при розпаді певних хімічних зв'язків, означає, що ці зв'язки мають потенційну енергію. Насправді існує потенційна енергія, що зберігається в зв'язках всіх харчових молекул, які ми їмо, яка використовується для використання. Тип потенційної енергії, яка існує в хімічних зв'язках і виділяється, коли ці зв'язки розриваються, називається хімічною енергією. Хімічна енергія відповідає за забезпечення живих клітин енергією з їжі. Вивільнення енергії відбувається при порушенні молекулярних зв'язків всередині молекул їжі.

    Резюме

    • Енергія може бути визначена як здатність подавати тепло або виконувати роботу і вимірюється в одиницях СІ, в джоулі (Дж)
    • Фотосинтез має важливе значення для всього живого на землі, і це єдиний біологічний процес, який може захоплювати енергію, яка походить у космічному просторі (сонячне світло) і перетворювати її в хімічні сполуки (вуглеводи), які кожен організм використовує для живлення свого метаболізму.
    • Енергія надходить у двох принципово різних формах — кінетична енергія та потенційна енергія.
    • Кінетична енергія - це енергія руху.
    • Потенційна енергія - це накопичена енергія, яка залежить від положення об'єкта щодо іншого об'єкта.

    Автори та атрибуція

    1. Back to top
    • Was this article helpful?

    Recommended articles

    1. Article type
      Section or Page
      Show Page TOC
      No on Page
    2. Tags
      1. source[translate]-chem-153891