Что такое энергия и откуда она берется? Говоря обыденным языком, энергия - это какое-то неопределимое, но желаемое качество, которое позволяет вам делать такие вещи, как упражнения, выполнять задания в классе и выполнять свою работу. В физике это сила, умноженная на расстояние, и выражается в тех же единицах, что и работа и тепло. На практике это то, на что человеческое общество полагается в отношении тепла, света, транспорта, производства. и другие процессы, которые отделяют людей сегодня от тех, кто жил в доисторические и ранние исторические раз.
В наши дни энергия также вызывает споры - а что нет? - в основном благодаря проблеме изменения климата. Сжигание ископаемого топлива, в основном угля, твердо признано одним из основных факторов глобального потепления, вызванного деятельностью человека, из-за углекислого газа (CO2) выбрасывается в атмосферу в процессе сгорания. Но миру необходимо производить много энергии для поддержания современного личного и коммерческого уровня жизни. К счастью для здоровья окружающей среды, в настоящее время исследуются другие источники энергии. возрастающая сила, поскольку планета неумолимо становится все более и более подверженной разрушительным воздействиям климата менять.
Источники энергии
Как правило, производство энергии происходит из двух начальный источники; это ископаемое топливо и чистая энергия. Вторичный источники поступают из первоисточников; один пример - электричество. В США потребление энергии обычно указывается в киловатт-часах или кВтч. Эта единица равна 3,6 миллионам джоулей, при этом джоуль, или ньютон-метр, является стандартной единицей энергии в физике. Другими распространенными единицами являются эрг, британская тепловая единица и калория. (Интересный факт: «калория», которую вы видите на этикетках с питанием, на самом деле является килокалорией, или 1000 «настоящих» калорий.)
Термины «чистая энергия» и «возобновляемые источники энергии» часто используются как синонимы. Это не совсем точно, потому что, как вы увидите, хотя ядерная энергия является формой чистой энергии, вопрос о том, можно ли ее классифицировать как возобновляемую, остается открытым. Тем не менее, формы чистой энергии включают - наряду с ядерной энергией - солнечную энергию, энергию ветра, гидроэнергетику, геотермальную энергию и биоэнергетику.
Объяснение возобновляемой энергии
Значимый список возобновляемых ресурсов для производства энергии в 21 веке будет включать: биомасса (например, древесина и древесные отходы, твердые бытовые отходы, свалочный газ и биогаз, этанол и биодизель); гидроэнергетика или гидроэнергетика; геотермальная энергия, которая исходит из недр Земли; и ветровая и солнечная энергия. Их называют «возобновляемыми», потому что они возникают из неисчерпаемого запаса. То есть, в то время как Земля, как ожидается, однажды даст свою последнюю унцию природного газа и свою последнюю унцию угля, идея полного исчезновения солнечного света, ветра и рек - по крайней мере, можно надеяться! - бессмысленно.
До середины 1800-х годов Америка получала необходимую энергию от сжигания дров. Поскольку население США было сравнительно небольшим, и большая часть этой энергии шла на отопление, свет и приготовления пищи, а машины, такие как автомобили и кондиционеры, были еще далеко, дров было достаточно, чтобы сделать работа. С конца 1800-х до начала 21-го века ископаемое топливо (уголь, нефть и природный газ) служило источником энергии для страны. До 1990-х годов основными возобновляемыми источниками энергии - термин, который до последних десятилетий был скорее теоретическим, чем реальным - были гидроэнергетика и твердая биомасса; сегодня биотопливо, солнечная энергия и энергия ветра играют серьезную и постоянно растущую роль.
В 2017 году возобновляемые источники энергии обеспечивали около девятой части общего потребления энергии в США. 57 процентов потребления приходилось на электроэнергию, а около одной шестой - за счет возобновляемых источников энергии.
Возобновляемые источники энергии важны для сокращения выбросов парниковых газов, поскольку они снижают зависимость от ископаемого топлива. В то время как уголь, газ и нефть вместе являются давним бесспорным мировым лидером в области энергетики, потребление биотоплива и других возобновляемых источников энергии, не относящихся к гидроэнергетике, в 2017 году более чем вдвое превысил уровень в начале 21-го век. Эта тенденция была вызвана сочетанием официальных регулирующих мер и финансовых стимулов для компаний, разрабатывающих возобновляемые источники энергии. Ожидается, что эта тенденция к увеличению использования биотоплива, не связанного с гидроэнергетикой, сохранится до 2050 года.
Энергия из ископаемого топлива
Хотя в настоящее время нефть, природный газ и нефть являются чем-то вроде персонажа нон грата в мире энергетики, по состоянию на 2018 год ведущими источниками энергии в США и во всем мире оставались. На сжигание этого топлива приходится 75 процентов выбросов углекислого газа с конца 20 века.
Ископаемое топливо образовалось, когда доисторические растения и животные погибли и в течение миллионов лет были погребены и раздавлены слоями горных пород. В основном в результате механического сжатия в зависимости от местных условий образовывались различные типы этих топлив, например: какое углеродсодержащее вещество присутствовало, как долго оно было захоронено и какие условия температуры и давления были на время. Отрасли ископаемого топлива бурят (нефть и газ) или добывают (уголь) эти источники энергии, а затем сжигают их для производства электричество или модифицируйте их для использования в качестве топлива для целей отопления (например, мазут) или транспортировки (например, бензин).
Энергия из биомассы
Биомасса относится к ранее живым веществам, то есть растениям и животным. Источники энергии из биомассы включают отходы деревообработки, которые можно сжигать для обогрева зданий, производства технологического тепла в промышленности и выработки электроэнергии; сельскохозяйственные отходы, которые можно сжигать в качестве топлива или преобразовывать в жидкое биотопливо; немного мусора, который можно сжигать для выработки электроэнергии на электростанциях или преобразовывать в биогаз на свалках; и даже навоз и сточные воды, которые можно преобразовать в биогаз.
Энергия Солнца
Солнце, очевидно, было источником энергии для всего живого на протяжении всей истории человечества. Совсем недавно люди развили способность использовать эту энергию и использовать ее в различных современных целях. Системы солнечной тепловой энергии сегодня используются для нагрева воды в домах, зданиях и гидромассажных ваннах; утеплить внутреннюю часть домов, сараев и теплиц; и нагревают жидкости до очень высоких температур, необходимых на солнечных электростанциях.
Солнечные фотоэлектрические системы используются для преобразования солнечного света в электричество. Фотоэлектрические элементы преобразуют солнечный свет в электричество. Некоторые из них могут питать небольшие устройства, такие как калькуляторы и часы, в то время как большие массивы фотоэлементов могут производить достаточно электроэнергии для обычного дома. Некоторые из этих электростанций имеют массивные массивы фотоэлементов, занимающих несколько акров, и они достаточно велики, чтобы удовлетворить потребности в электроэнергии в тысячах домов.
Энергия ветра
В светлое время суток воздух над сушей нагревается быстрее, чем над водой. Воздух над землей расширяется и поднимается по мере нагревания, и на его место втекает более тяжелый и прохладный воздух, создавая ветер. Ночью ветер меняет направление. Точно так же атмосферные ветры, которые вращаются вокруг Земли, создаются потому, что земля около экватора теплее, чем земля около полюсов. Энергия ветра, улавливаемая ветряными мельницами (часто большими массивами), используется в основном для производства электроэнергии.
Атомная энергия
Ядерная энергия является примером энергии, которая является «чистой» и считается возобновляемой некоторыми источниками, но сама по себе вызывает большие споры. Поскольку мировые поставки урана, материала, используемого на атомных электростанциях, ограничены, ядерная энергия обычно объединяется с ископаемым топливом и классифицируется как невозобновляемая.
В любом случае ядерная энергия обеспечивала 20 процентов энергии в США по состоянию на 2018 год, будучи в использовании более 60 лет. Благодаря своей роли в косвенном содействии сокращению выбросов углерода, «ядерные установки» остаются оплотом в США, а также за рубежом. Из-за получивших широкую огласку аварий и страхов на атомных электростанциях многие люди остаются настороженными. этого источника энергии, но научный консенсус способствует дальнейшему развитию в этой области с акцентом на безопасность.