Поиск новых источников энергии и способов ее экономии как глобальная проблема современности и естественнонаучные аспекты ее решения

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ: 

«Поиск  новых источников энергии и способов ее экономии как глобальная проблема современности и естественнонаучные аспекты ее решения» 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнила студентка 

2 группы 4 курса

филологического факультета

специальности «Журналистика»

Пятерикова  Ксения 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2011

СОДЕРЖАНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..3

1. Понятие энергии……………………………………………………………7
2. Историческое разнообразие источников энергии: от древности до наших дней…………………………………………………………….10
3. Поиск новых источников энергии……………………………………12
1. Преобразование энергии покоя в кинетическую энергию….13
2. Использование солнечной энергии…………………………..19
3. Ветровая энергия……………………………………………….21
4. Термальная энергия земли…………………………………….23
5. Энергия внутренних вод……………………………………….24
6. Энергия биомассы………………………………………………25
4. Способы экономии электроэнергии…………………………………26

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….31 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

     Всё взаимосвязано со всем - гласит первый экологический закон. Значит, и шага нельзя ступить, не задев, а порой и не нарушив чего-либо из окружающей среды. Каждый шаг человека по обычной лужайке - это десятки погубленных микроорганизмов, спугнутых насекомых, изменяющих миграционные пути, а может быть, и снижающих свою естественную продуктивность. Уже в прошлом веке возникла тревога человека за судьбу планеты, а в текущем столетии дело дошло до кризиса мировой экологической системы из-за возобновления нагрузок на природную среду.

     Казалось  бы, вопрос давно ясен, а круг их определился  ещё в начале 70-х годов, когда начал применяться сам термин "глобалистика", появились первые модели глобального развития.

     Одно  из определений относит к глобальным "проблемы, возникающие в результате объективного развития общества, создающие  угрозы всему человечеству и требующие для своего решения объединенных усилий всего мирового сообщества"¹. То есть это проблемы всего человечества, они носят планетарный масштаб².

     Правильность  этого определения зависит от того, какие проблемы относить к  глобальным. Если это узкий круг высших, планетарных проблем, то оно вполне соответствует истине. Если же добавить сюда такие проблемы, как стихийные бедствия (она глобальна лишь в смысле возможности проявления в регионе), тогда это определение оказывается узким, ограничивающим, в чем и состоит его смысл.

     Юрий Гладкий сделал интересную  попытку классификации глобальных  проблем, выделив три основных  группы³: 

1. Проблемы  политического и социально-экономического характера (предотвращение ядерной войны, нормальное функционирование мирового хозяйства, предотвращение отсталости слаборазвитых стран).

 

2. Проблемы  природно-экономического характера (экологическая, энергетическая, продовольственная, сырьевая, мирового океана).

 

3. Проблемы  социального характера (демографическая, международных отношений, кризиса культуры и нравственности, дефицита демократии, урбанизации, охраны здоровья).

 

     Осознание глобальных проблем, неотложности пересмотра многих привычных стереотипов пришло к нам поздно, гораздо позже  опубликования на Западе первых глобальных моделей, призывов остановить рост экономики. Между тем все глобальные проблемы теснейшим образом связаны между собой.

      Охрана  природы до недавнего времени  была делом отдельных лиц и  обществ, а экология сначала не имела никакого отношения к охране природы. Термин «экология» введен Э.Геккелем в 1866 году. Первоначально он означал науку о домашнем быте живых организмов. Долгое время экология оставалась чисто биологической наукой. В настоящее время экология является междисциплинарной наукой, изучающей проблемы взаимоотношений организмов с окружающей средой (природой), связывающей физические, химические и биологические явления и, образующей своеобразный мост между естественными  и общественными науками. Особое значение как наука экология приобрела в 70-е годы ХХ века, когда стало очевидным, какую угрозу несет миру техногенная цивилизация. Загрязнения атмосферы, отравление рек и озер, кислотные дожди, увеличивающиеся отходы производства, в особенности радиоактивные отходы, являются одними из наиболее существенных проблем, которыми занимается экология⁴.

     Кто что или кого ест, как приспосабливается  к сезонным изменениям климата - основные вопросы первоначальной экологии. За исключением узкого круга специалистов о ней никто ничего не знал. А  сейчас слово "экология" у всех на слуху.

     Такая резкая перемена на протяжении 30 лет  произошла в силу двух взаимосвязанных  обстоятельств, характерных для  второй половины века: роста населения  Земли и научно-технической революции.

     Быстрый рост населения Земли получил название демографического взрыва. Он сопровождался изъятием у природы огромных территорий под жилые дома и общественные учреждения, автомобильные и железные дороги, аэропорты и пристани, посевы и пастбища. Сотнями квадратных километров вырубались тропические леса. Под копытами многочисленных стад степи и прерии превращались в пустыни.

     Одновременно  с демографическим взрывом произошла  и научно-техническая революция. Человек освоил ядерную энергию, ракетную технику и вышел в  космос. Он изобрел компьютер, создал электронную технику и промышленность синтетических материалов.

     Демографический взрыв и научно-техническая революция  привели к колоссальному увеличению потребления природных ресурсов. Современная энергетика в основном базируется на горючих ископаемых, каковыми являются каменный и бурый уголь, сланцы, торф, нефть и газ. Так, на рубеже веков ежегодно добывалось 3,5 миллиарда тонн нефти и 4,5 тонн каменного и бурого угля⁵. В настоящее время в мире добывают около 7 миллиарда тонн условного топлива в год. Из той энергии, которая вырабатывается из органического топлива, около 25% расходует транспорт (автомобильный, авиационный, железнодорожный, морской) и сельскохозяйственные машины, 30-35% потребляют тепловые электростанции, около 30% идет в металлургическую и химическую промышленность, в машиностроение и производство стройматериалов и, наконец, не более 10% расходуется на бытовые нужды⁶. При таких темпах потребления стало очевидным исчерпание многих природных ресурсов в ближайшее время. Одновременно отходы гигантских производств стали все больше загрязнять окружающую природную среду, разрушая здоровье населения. Во всех промышленно развитых странах большое распространение получили раковые, хронические лёгочные и сердечно-сосудистые заболевания. Это доказывает взаимосвязь глобальных проблем между собой.

      Таким образом, глобальные проблемы современности  можно охарактеризовать как «совокупность  социоприродных проблем, от решения  которых зависит социальный прогресс человечества и сохранение цивилизации. Эти проблемы характеризуются динамизмом, возникают как объективный фактор развития общества и для своего решения требуют объединённых усилий всего человечества. Глобальные проблемы взаимосвязаны, охватывают все стороны жизни людей и касаются всех стран мира»⁷.

      В данном исследовании из всего комплекса проблем мы выбрали объектом для изучения проблему энергосбережения. Она будет изучаться в аспекте способов экономии энергии и поиска новых источников. Даная работа очень актуальна в настоящий момент времени, когда подходят к концу топливные ресурсы нашей планеты.

     Сейчас, как никогда остро встал вопрос, о том, каким будет будущее  планеты в энергетическом плане. В газетах и журналах все чаще и чаще встречаются статьи об энергетическом кризисе. Из-за нефти возникают войны, расцветают и беднеют государства, сменяются правительства. К разряду газетных сенсаций стали относить сообщения о запуске новых установок или о новых изобретениях в области энергетики. Разрабатываются гигантские энергетические программы, осуществление которых потребует громадных усилий и огромных материальных затрат. Естественные запасы органического топлива пока еще велики, но не безграничны. Считают, что с учетом постоянного, но все уменьшающегося пополнения этих запасов их будет достаточно еще на 80 лет или, по другим данным, на 120-140 лет. Поэтому совершенно естественно и давно встал вопрос о новых источниках энергии. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Понятие энергии.

 
 

      Понятие энергии занимает фундаментальное  положение в структуре современного естествознания. Под энергией понимают единую меру различных форм движения и взаимодействия материи. Она проявляется во множестве различных видов⁸.

      В механике различают два вида энергии: кинетическую и потенциальную. Кинетической энергией тела называют энергию, являющуюся мерой его механического движения и измеряемую той работой, которую может совершить тело при его торможении до полной остановки. Потенциальная энергия определяется как свойство системы материальных тел совершать работу при изменении положения или конфигурации тел в системе. Работа, совершаемая консервативными силами при изменении конфигурации системы, т. е. расположения всех ее частей по отношению к системе отсчета, не зависит от того, как было осуществлено это изменение при переводе системы из начальной конфигурации в конечную, в которых система имела различные значения энергии. Значит, работа может быть определена как мера изменения энергии, а энергия — как способность тела совершать работу. Причем применительно к механическим процессам полная энергия замкнутой консервативной системы тел, равная сумме их потенциальной и кинетической энергии, остается величиной постоянной. То есть всякое изменение потенциальной и кинетической энергии есть превращение потенциальной энергии в кинетическую, а кинетической в потенциальную. В случае механического движения передача энергии происходит в форме работы в процессе силового взаимодействия тел.

      В случае, когда помимо консервативной силы, зависящей только от положения  тела, в системе действуют и  силы трения, тогда любая работа, совершаемая над телом извне, равна сумме приращений кинетической, потенциальной и внутренней энергии. Значит, механическая энергия при трении переходит во внутреннюю энергию, что сопровождается изменением состояния, степени нагретости или объема тела. Величину внутренней энергии (U) можно увеличить двумя эквивалентными способами — совершая над телом механическую работу (А) или сообщая ему количество теплоты (Q):  

      Значит, количество теплоты является мерой  изменения внутренней энергии тела и выражает тепловую энергию. Установлен эквивалент между количеством теплоты и работой. Теплота может передаваться от тела к телу, переходить в работу, возникать при трении, но при этом она не является сохраняющей величиной. Механическая и тепловая энергии — это только две из многих форм энергии. Все, что может быть превращено в какую-либо из этих форм, есть тоже форма энергии. Химические реакции протекают с выделением или поглощением теплоты, показывая взаимопревращение химической энергии и теплоты. Работы Фарадея и Ленца приводят к открытию взаимопревращений электрической и магнитной энергий. Изучение процессов, происходящих в контактах двух металлических проводников, проделанных Пельтье и Ленцем, свидетельствуют о взаимопревращении электрической энергии и теплоты. Джоуль устанавливает соотношение между величиной количества теплоты, выделяемой при прохождении электрического тока через проводник, и величиной самого тока и сопротивления проводника (закон Джоуля—Ленца).

      Электрическая и магнитная энергии могут проявляться как единая электромагнитная энергия. В частном случае электромагнитную энергию испускают нагретые тела (примером этого служит солнечная энергия). Иногда солнечную энергию рассматривают лишь как прямое солнечное излучение, которое накапливается на Земле в виде гидроэнергии и энергии ископаемого горючего. Интенсивность солнечной энергии на поверхности Земли в средних широтах в летнее время примерно составляет 1 кВт/м². Если 0,1% всей поверхности Земли преобразуют эту солнечную энергию в электрическую с эффективностью 5%, то электрическая энергия, генерируемая ежегодно, будет в 40 раз больше современного годового уровня потребления ее во всем мире.

      В теории относительности было показано, что энергия покоя является энергетическим выражением массы тела, находящегося в состоянии покоя. А Эйнштейн показал, что энергия покоя тела с массой m₀ равна Е₀ = m₀ с². Согласно этой формуле один грамм вещества обладает энергией покоя 9 ■ 10¹³ Дж (10³³ эВ). В обычных условиях колоссальная энергия покоя находится как бы в скрытом состоянии. Условия, при которых возможно освобождение всей энергии покоя вещества, весьма необычны: каждый атом тела должен встречаться с антиатомом антитела. При такой встрече произойдет процесс аннигиляции, т. е. превращение энергии покоя обоих тел в другую форму энергии (например, в энергию покоя и кинетическую энергию образующихся при аннигиляции более легких, чем нуклоны, частиц). Разумеется, аннигиляция элементарных частиц пока практического значения (как источник энергии) не имеет, так как для создания условий, при которых она может происходить, приходится затрачивать неизмеримо больше энергии, чем ее выделяется при аннигиляции. Далеко не все вещества пригодны как источники энергии, и величины выделяемой энергии веществами имеют существенные различия. Например, величина энергии, необходимой для того чтобы удерживать валентный электрон в атоме, составляет всего несколько электронвольт (эВ), в то время как величина энергии, связывающей нуклоны (протоны и нейтроны) в атомном ядре, достигает порядка 10 млн эВ на каждый нуклон. Следовательно, энергия, высвобождаемая на один атом при сжигании ископаемого горючего, составляет несколько электронвольт, в то время как энергия, высвобождаемая в результате ядерных взаимодействий, исчисляется миллионами электронвольт (МэВ). Химическая реакция (химическая энергия):