Inhalt
- Energie und Arbeit
- Beispiele für menschliche Kraft
- Arten von Energie
- Mechanische Energiespeicherung
- Die Zukunft der Energiespeicherung
Die Diskussionen über die Vor- und Nachteile menschlicher Macht und Energie drehen sich häufig hauptsächlich um Bedenken in Bezug auf Umweltverschmutzung, Arbeitssicherheit, Energieeffizienz und den Umfang des weltweiten Angebots. Der größte Teil der Energie, die erforderlich ist, um das Tempo des modernen globalen Lebens aufrechtzuerhalten, stammt aus Quellen, die unerwünschte Abfallprodukte produzieren oder auf andere Weise unerwünschte Situationen schaffen.
Vor allem die langfristigen und kurzfristigen Umweltauswirkungen haben sich herumgesprochen anthropogener (vom Menschen verursachter) KlimawandelAbgesehen von Verschmutzung im herkömmlichen Sinne (z. B. sichtbarer Rauch von Kohlekraftwerken oder Abwasser aus verschiedenen industriellen Tätigkeiten).
Dies liegt daran, dass bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe zusätzlich CO anfällt2 (Kohlendioxid) und andere "Treibhausgase" in die Erdatmosphäre, was zu einem zusätzlichen Einschluss von Wärme in der Nähe der Planetenoberfläche führt.
Energie und Arbeit
Das Für und Wider der menschlichen Macht konzentriert sich auf andere Faktoren als die Umweltverschmutzung. Die Menge an nützlicher Arbeit, die mit einem bestimmten Prozess in Bezug auf den Energieeinsatz geleistet werden kann, wird als mechanischer Wirkungsgrad bezeichnet (Energieabgabe geteilt durch den Energieeinsatz, ausgedrückt als Prozentsatz).
Der Nachteil der menschlichen Kraft ist oft einfach, dass der Mensch selbst viel weniger effizient und in viel kürzerer Zeit arbeiten kann als maschinengestützte Arbeiten.
Energie in der Physik hat Einheiten der Entfernung multiplizierte Kraft (das Produkt von Masse und Änderungsrate der Geschwindigkeit oder Beschleunigung). Diese Einheit ist das Newtonmeter, das normalerweise für die Arbeit verwendet wird und auch als Joule bezeichnet wird.
Dieses Gerät wird unter Verwendung anderer Gerätekombinationen hergestellt. Beispielsweise wird die lineare kinetische Energie (KE) aus der Formel (1/2) mv erhalten2,Während die potentielle Energie in der Form mgh vorliegt, ist m = Masse, g = die Erdbeschleunigung (9,8 m / s)2 auf der Erde) und h = Höhe über dem Boden oder ein anderer Nullbezugspunkt).
Beispiele für menschliche Kraft
Leistung in der Physik ist einfach Energie pro Zeiteinheit oder die Arbeitsgeschwindigkeit in einem System, in dem Energie mechanisch genutzt wird. Einfache Beispiele für menschliche Kraft sind Bergauf rennen oder Gewichte heben. Je mehr Energie pro Zeiteinheit vorhanden ist, desto mehr Leistung wird abgegeben.
Wenn Sie in 10 Sekunden eine bestimmte Treppe hinaufsteigen, ändert sich Ihre potenzielle Energie um den gleichen Betrag, als würden Sie in 5 Sekunden oder 15 Sekunden die Treppe hinaufsteigen. Aber deine Kraft hängt davon ab, wie wenig Zeit du brauchst, um an die Spitze zu gelangen, und in jedem Fall hast du die gleiche Menge körperlicher Arbeit geleistet.
Arten von Energie
Kinetisch und potenzielle Energie Objekte erfinden mechanische Energie. Objekte haben auch eine sogenannte innere Energie, die sich hauptsächlich auf die schnelle Schwingungsbewegung von Materiewinzlingen auf molekularer Ebene bezieht.
Energie kommt auch in einer Reihe anderer Formen: chemische Energie (in den Bindungen von Molekülen gespeichert), elektrische Energie (resultierend aus der Trennung von Ladungen und elektrischem Feld) und HitzeDies ist in den meisten Systemen schwierig für die Arbeit zu verwenden und "zerstreut" sich stattdessen meistens.
Energiegewinnung bedeutet Verbrennung von Brennstoff (Erdöl, Kohle; einige Biokraftstoffe) unter Verwendung der kinetischen Energie von fließendem Wasser oder Wind (Wasser- oder Windkraft) oder "Spaltung" von Atomen (Kernkraft).
Mechanische Energiespeicherung
Während die Erde über viel verfügbaren Brennstoff zur Energieerzeugung verfügt (hauptsächlich Elektrizität), ist das Speichern von Energie eine bedeutende Herausforderung. Batterien Derzeit kann nicht einmal ein kleiner Teil des Stroms bereitgestellt werden, der für einen sehr langen Betrieb der weltweiten Fertigung, der Kommunikationsnetze und des globalen Transportwesens erforderlich ist.
In einigen Gebieten mit günstiger Geografie ist es möglich, ein Wasserreservoir höher als ein Kraftwerk zu halten und die in diesem Reservoir vorhandene potenzielle Gravitationsenergie kurzfristig zur Erzeugung von Wasserkraft zu nutzen, indem sie von höheren in niedrigere Gebiete fließen und treiben dabei die Turbinen der Stromerzeuger an. Wie Sie sich vielleicht vorstellen können, würde diese Notlösung in einem dicht besiedelten Gebiet nicht lange funktionieren.
Die Zukunft der Energiespeicherung
Ein Kritikpunkt an erneuerbaren Energien, insbesondere Sonnen- und Windenergie, ist ihre Unzuverlässigkeit aufgrund ihres Come-and-Go-Charakters. ruhige Tage oder Perioden kommen ebenso vor wie bewölkte Tage.
Aufgrund des internationalen Gebots, weiterhin Energie zu produzieren und gleichzeitig die Umwelt zu schonen, begann eine Gruppe von Forschern am Massachusetts Institute of Technology in der Nähe von Boston, Massachusetts, 2018 mit der Arbeit, effektive Mengen an Sonnenenergie zu speichern.
Die Gruppe schlug vor, Tanks mit geschmolzenem Silizium zu verwenden, um diese Art von Energie zu speichern und sie bei Bedarf freizugeben, und prognostizierte, dass ihr konzeptionelles Design schließlich ein Produkt hervorbringen könnte, das dem heutigen Industriestandard weit überlegen ist. Lithium-Ionen-Batterien.