Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах и улицах «Добрая дорога детства» 2
Скачать 1.16 Mb.
|
Тема 2. Энергия и энергоресурсы2.1. Понятие энергии, единицы измерения С понятием энергия человек сталкивается постоянно и подчас не задумывается о глубоком смысле. Энергия определяется как общая количественная мера различных форм движения материи. В соответствии с разнообразием форм движения и различают механическую, тепловую, электрическую, ядерную, химическую и другие виды энергии. В соответствии с законом сохранения, открытым М.В. Ломоносовым, энергия не теряется, а сохраняется и преобразуется в другие виды энергии. Поэтому энергия является тем стержнем, который связывает воедино все процессы и явления материального мира. Для объектов энергетики энергетический анализ является основным инструментом исследования процессов преобразования энергии с проверкой на каждом этапе технологического процесса выполнения условия баланса энергии. В процессе преобразования часть энергии может изменять свой вид, что часто усложняет количественный учет и проверку баланса. Именно потребности измерений энергии на заре развития электротехники стимулировали активное обсуждение на международных выставках 1851 года в Лондоне и 1855 года в Париже необходимости введения единой системы мер и весов. На I Международном конгрессе электриков, состоявшемся в 1881 году, был предложен проект полной системы единиц СГС, в основу которой были положены сантиметр как единица длины, грамм как единица массы и секунда как единица времени. Но применение этой системы в инженерных расчетах создавало определенные трудности из-за малости основных единиц. В 1918 году во Франции, а в 1927 году и в СССР была принята система единиц МТС на основе метра, тонны и секунды. Однако и она оказалась неудобной, но уже из-за другой крайности. В октябре 1960 года XI Генеральная конференция по мерам и весам утвердила проект единой системы единиц, над которым специальная комиссия работала с 1954 года. Эта система стала известна под наименованием Международная система единиц СИ. В 1961 году в СССР был утвержден ГОСТ 9867-61 «Международная система единиц», которым устанавливалось предпочтительное применение единиц СИ во всех областях науки, техники, образования и народного хозяйства. Основными единицами СИ являются семь следующих единиц: длины – метр, массы – килограмм, времени – секунда, силы электрического тока – ампер, температуры – кельвин, количества вещества – моль, силы света – кандела. Кроме основных единиц в состав СИ вводится большое число производных величин, определяемых по отраслям науки и техники. Ниже в табл. 3 приведены производные единицы СИ, которые применяются в электротехнике. Таким образом, несмотря на разнообразие видов энергии все они измеряются в джоулях. Для механической работы, например, один джоуль определяется работой, выполненной единицей силы на пути в один метр, т.е. 1Дж=1Н·1м. Производные единицы системы СИ Таблица 3
Наряду с единицами системы СИ и их производными в специальных областях, в том числе и в энергетике, допускается применение единиц измерения из других систем и даже внесистемных единиц. Так, например, в энергетике для измерения тепловой энергии часто используется калория, имеющая простой физический смысл: за 1 калорию принимается такое количество теплоты, которое повышает температуру 1 грамма воды на 1 градус. Эта единица может рассматриваться как теплоемкость воды, равная 1 кал/(г·град). Из физики известно соотношение калории и джоуля 1 кал=4,187 Дж. Для измерения электрической энергии повсеместно используется внесистемная единица кВт·ч. Соотношение между кВт·ч и джоулем можно получить используя системную единицу мощности – 1 Ватт: 1 кВт·ч = 103 Вт ·3600 с =3,6 ·106 Дж. Учитывая предыдущее соотношение можно определить связь между единицами измерения электрической и тепловой энергии 1 кВт·ч = 3,6·106/4187=860 ккал. Для измерения больших объемов энергии, имеющих промышленное значение, а также больших и малых значений других физических величин используются приставки кратных и дольных единиц, основные из которых с шагом 1000 перечислены в табл. 4. Приставки кратных и дольных единиц Таблица 4
Применение полученных представлений об энергии и единицах измерения позволяет решать некоторые практические задачи по оценке важнейших технико-экономических показателей, которые характеризуют процессы получения и преобразования энергии с использованием в качестве первичных энергоресурсов органического топлива. Важнейшей характеристикой топлива является теплота сгорания, измеряемая в кДж/кг или в ккал/кг и определяющая количество тепловой энергии выделяемой при сгорании 1 кг натурального топлива. Для объективной оценки эффективности процессов выработки энергии на объектах, которые работают на разных видах топлива, вводят понятие условного топлива (у.т.), имеющего фиксированную теплоту сгорания, равную 7000 ккал/кг. При решении задач будет использоваться понятие коэффициента полезного действия (КПД) как отношения полезной энергии к полной затраченной, и удельного расхода топлива, т.е. расходуемого на единицу полезно отпущенной энергии. Задача № 2.1. Сколько воды можно нагреть от температуры to=20 0C до кипения на электроплите при расходе электроэнергии W= 1 кВт·ч , если установка работает с КПД =50 %. Решение Определим общую энергию в ккал, которая поступает в систему нагрева воды из электрической сети Q=1кВт·ч860 ккал/ кВт·ч=860 ккал. Энергия, которая используется для нагрева воды  .Из условия нагрева воды при   .Найдём массу воды  .Задача № 2.2 Сколько мазута расходуется на ТЭС, работающей с КПД=40%, на выработку 1 кВт·ч электроэнергии, если теплота сгорания с=10000 ккал/кг. Решение Определим необходимое количество тепловой энергии, которая должна поступить для выработки 1 кВт·ч при известном КПД  .Определим массу топлива  .Задача № 2.3 Сколько воды можно нагреть от 200С до кипения в бытовом котле, работающем с  при сжигании 0,215 кг мазута, имеющего с= 10000 ккал/кг.Решение Количество тепла, выделяемого при сжигании мазута,  .Объём теплоты, идущий на нагрев воды,  .Найдём массу воды  .Рассмотренные задачи позволяют оценить эффективность двух технологий нагрева воды. Сравнение их показывает, что вторая технология существенно рациональней первой и является энергосберегающей, поскольку здесь первичный энергоресурс (топливо) используется для нагрева воды без промежуточного преобразования энергии, и общий относительный КПД технологии  .В первой же технологии первичная энергия преобразуется в электрическую с КПД  , а затем в тепловую, идущую на нагрев с  .Общий КПД определяется как произведение относительных КПД  .Таким образом, для оценки эффективности различных технологий необходимо составить чёткую схему последовательного преобразования энергии, оценить КПД каждого звена  этой схемы и найти общий КПД как их произведение . | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
