Vor- und Nachteile von mechanischer Leistung

Diskussionen über die Vor- und Nachteile von menschlicher Kraft und Energie drehen sich oft hauptsächlich um Bedenken hinsichtlich der Umweltverschmutzung, der Arbeitssicherheit, der Energieeffizienz und des Umfangs der weltweiten Versorgung. Der größte Teil der Energie, die erforderlich ist, um das Tempo des modernen globalen Lebens aufrechtzuerhalten, stammt aus Quellen, die unerwünschte Abfallprodukte erzeugen oder auf andere Weise unerwünschte Situationen schaffen.

Mehr als alles andere drehen sich die lang- und kurzfristigen Umweltauswirkungen umanthropogener (vom Menschen verursachter) Klimawandel, abgesehen von Verschmutzung im herkömmlichen Sinne (z. B. sichtbarer Rauch aus Kohlekraftwerken oder Abwässer aus verschiedenen Industrieaktivitäten).

Denn bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht zusätzlich CO₂ (Kohlendioxid) und andere "Treibhausgase" in die Erdatmosphäre, was zu einem zusätzlichen Wärmeeinschluss in der Nähe der Erdoberfläche führt.

Die Vor- und Nachteile der menschlichen Macht konzentrieren 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, genannt der mechanische Wirkungsgrad (Energieabgabe dividiert durch Energieeinsatz, ausgedrückt in Prozent), auch Angelegenheiten.

Die Nachteile der menschlichen Kraft bestehen oft einfach darin, dass der Mensch allein viel weniger effizient und für einen viel kürzeren Zeitraum arbeiten kann, als dies durch maschinengestützte Arbeit möglich ist.

​Energiein der Physik hat die Einheiten Abstand multiplizierte Kraft (das Produkt aus Masse und Änderungsrate der Geschwindigkeit oder Beschleunigung). Diese Einheit ist das Newtonmeter, das normalerweise für die Arbeit verwendet wird und auch Joule genannt wird.

Diese Einheit wird unter Verwendung anderer Einheitenkombinationen hergestellt; zum Beispiel erhält man die lineare kinetische Energie (KE) aus der Formel (1/2)mv^2,, während die potentielle Energie die Form mgh hat, wobei m = Masse, g = Erdbeschleunigung (9,8 m/s² auf der Erde) und h = Höhe über dem Boden oder einem anderen Nullbezugspunkt).

​Leistungin der Physik ist einfach Energie pro Zeiteinheit oder die Arbeitsrate in einem System, in dem Energie mechanisch genutzt wird. Einfache Beispiele für menschliche Kraft sind das Hochlaufen eines Hügels oder das Heben von Gewichten; je mehr Energie pro Zeiteinheit, desto mehr Leistung ist vorhanden.

Wenn Sie eine bestimmte Treppe in 10 Sekunden hinaufsteigen, ändert sich Ihre potenzielle Energie um den gleichen Betrag, als ob Sie die Treppe in 5 Sekunden oder 15 Sekunden steigen würden. Aber Ihre Kraft hängt davon ab, wie wenig Zeit Sie brauchen, um die Spitze zu erreichen, und in jedem Fall haben Sie die gleiche körperliche Arbeit geleistet.

​Kinetikundpotenzielle Energieeinen Gegenstand ausmachenmechanische Energie.Objekte haben auch die sogenannte innere Energie, die sich hauptsächlich auf die schnelle Schwingungsbewegung der winzigen Bestandteile der Materie 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 einem elektrischen Feld) undHitze, die in den meisten Systemen nur schwer für die Arbeit zu verwenden ist und sich stattdessen meistens "auflöst".

Die Gewinnung von Strom aus Energie bedeutet die Verbrennung von Brennstoffen (Öl, Erdgas, Kohle; einige Biokraftstoffe), die kinetische Energie von fließendem Wasser oder Wind (Wasser- oder Windkraft) nutzen oder Atome "aufspalten" (Atomkraft).

Während die Erde über viele verfügbare Brennstoffe zur Energieerzeugung (hauptsächlich Elektrizität) verfügt, ist die Speicherung von Energie eine große Herausforderung.Batterienkann derzeit nicht einmal einen kleinen Bruchteil der Energie bereitstellen, die benötigt wird, um die weltweite Fertigung, die Kommunikationsnetze und den globalen Transport sehr lange am Laufen zu halten.

In einigen Gebieten mit günstiger Geographie ist es möglich, ein Wasserreservoir höher als ein Kraftwerk zu halten und dabei die potentielle Gravitationsenergie zu nutzen use kurzfristig Wasserkraft zu erzeugen, indem sie von höheren in tiefere Bereiche fließen und dabei die Turbinen von Stromerzeugern antreiben. Wie Sie sich vorstellen können, würde diese Notlösung in einem dicht besiedelten Gebiet jedoch nicht lange funktionieren.

Ein Kritikpunkt an erneuerbaren Energien, insbesondere Solar- und Windkraft, ist ihre Unzuverlässigkeit aufgrund ihres Kommen-und-Gehen-Charakters; ruhige Tage oder Perioden passieren, ebenso wie bewölkte Tage.

Dank der internationalen Notwendigkeit, weiterhin Energie zu produzieren und gleichzeitig die Umweltbelastung zu verringern, hat eine Gruppe von Forschern am Massachusetts Institute of Technology in der Nähe von Boston, Massachusetts, begannen 2018 mit den Arbeiten zur Speicherung effektiver Mengen an Solar Leistung.

Die Gruppe schlug vor, Tanks mit geschmolzenem Silizium zu verwenden, um diese Art von Energie zu speichern und bei Bedarf freizugeben, und prognostiziert, dass ihr konzeptionelles Design schließlich ein Produkt hervorbringen könnte, das der heutigen Industrie weit überlegen ist Standard,Lithium-Ionen-Batterien​.