Ενέργεια. Τεχνολογία Γυμνασίου

Η ενέργεια υπάρχει παντού γύρω μας σε διάφορες μορφές (φύση, ηφαίστεια ,θάλασσες, μικρόκοσμος, φυσικά φαινόμενα, τροφή κ.α.). 

Πηγές ενέργειας 

Είναι εκείνο το φυσικό μέγεθος που προκαλεί τις διάφορες μεταβολές στον υλικό κόσμο, εμφανίζεται με διάφορες μορφές  δεν χάνεται ούτε γεννιέται από το μηδέν αλλά μετατρέπεται από μια μορφή ενέργειας σε άλλη. 

Οι διάφορες μηχανές του ανθρώπου εκμεταλλεύονται  την ιδιότητα  της ενέργειας να αλλάζει μορφές και την χρησιμοποιούν ανάλογα με τις ανάγκες του κάθε φορά πχ :

• Σε ένα ανεμιστήρα η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται  κυρίως σε κινητική και ως απώλεια σε θερμική
• Σε έναν ανεμόμυλο η αιολική μετατρέπεται σε κινητική κυρίως και ως απώλεια σε θερμική
• Σε μια ανεμογεννήτρια η αιολική μετατρέπεται αρχικά  σε κινητική  και τελικά σε ηλεκτρική ,ενώ ένα μικρό ποσό σε θερμική ως απώλεια.
• κτλ.

ΒΑΘΜΟΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ

Η ενέργεια που προσφέρεται για τη λειτουργία μιας μηχανής* είναι πάντοτε μεγαλύτερη από την ωφέλιμη ενέργεια (ή το έργο) που θα αποδώσει η μηχανή*. Η διαφορά αυτή οφείλεται στις απώλειες της μηχανής.

Το πηλίκο αυτών των δύο μας δίνει το βαθμό απόδοσης της κάθε μηχανής και ο οποίος είναι μικρότερος από τη μονάδα.

Για παράδειγμα, σε έναν κινητήρα αυτοκινήτου οι 100 μονάδες προσφερόμενης χημικής ενέργειας του καυσίμου δεν μετατρέπονται σε 100 μονάδες κινητικής ενέργειας του οχήματος, παρά μόνο σε 30 μονάδες. Άρα ο βαθμός απόδοσης του κινητήρα είναι 0,3

Η εξίσωση ενέργειας ορίζει όμως, ότι η ενέργεια δε χάνεται.

Πράγματι οι υπόλοιπες 70 μονάδες ενέργειας δεν χάθηκαν αλλά αποδόθηκαν στο περιβάλλον υπό μορφή θερμότητας (λόγω τριβών, ψύξης του κινητήρα κ.λπ.) και αποτελούν το σύνολο των ενεργειακών απωλειών του συστήματος (κινητήρα).

*ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ:Υπάρχει κάποιες εξαιρέσεις όπου ο βαθμός απόδοσης είναι μεγαλύτερος από τη μονάδα και αυτές είναι:

• η αντλία θερμότητας-κλιματιστικό που η ωφέλιμη ενέργεια που αποδίδει μπορεί να είναι και 4 φορές μεγαλύτερη από την προσφερόμενη

Κάποιοι λέβητες αερίου που ξεπερνούν λίγο το 1 

Η ενέργεια είναι απαραίτητο στοιχείο για να εξελιχθεί  ζωή και η τεχνολογία. Τα εργοστάσια, οι Βιομηχανίες, οι παραγωγικές μονάδες που παράγουν τεχνολογία και όλα τα συστήματα τεχνολογίας χρειάζονται ποσά ενέργειας για να λειτουργήσουν. 

ΜΟΝΑΔΕΣ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Για να μπορούμε να γνωρίζουμε το ακριβές ποσό της ενέργειας που μετασχηματίζεται από μια μορφή σε κάποια άλλη ή του έργου που παράγεται, χρειαζόμαστε μονάδες μέτρησης της ενέργειας.

Στο διεθνές σύστημα μετρικών μονάδων (S.I.), μονάδα μέτρησης της ενέργειας είναι το 1 Joule (Τζάουλ) και είναι το έργο που παράγεται όταν δύναμη 1 Newton κινεί ένα αντικείμενο σε απόσταση 1 μέτρου.

Άλλη μονάδα μέτρησης είναι η θερμίδα (calorie)  το πολλαπλάσιο της η χιλιοθερμίδα (Kcal)

 

 ΓΕΝΙΚΗ  ΚΑΤΑΤΑΞΗ ΤΩΝ ΜΟΡΦΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

•   Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας(Ήπιες-Καθαρές)

Είναι πηγές ενέργειας που ανανεώνονται συχνά και προέρχονται από διάφορες φυσικές πηγές όπως ο ήλιος (ηλιακή ενέργεια), ο άνεμος (αιολική ενέργεια), η γεωθερμία, η ενέργεια του νερού (υδροδυναμική ενέργεια) η παλιρροϊκή, και η βιομάζα (υλικό που παράγεται από οργανισμούς και χρησιμοποιείται ως καύσιμο). 

Ονομάζονται ήπιες μορφές ενέργειας γιατί η εκμετάλλευσή τους δεν απαιτεί ιδιαίτερη παρέμβαση στη φύση και είναι καθαρές μορφές ενέργειας φιλικές προς το περιβάλλον αφού δεν έχουν κατάλοιπα.

1.Ηλιακή ενέργεια 

Είναι η ενέργεια που οφείλεται στην ακτινοβολία του ήλιου( λόγω της πυρηνικής σύντηξης ατόμων υδρογόνου που συμβαίνουν εκεί )

2.Υδροδυναμική ενέργεια

Είναι η ενέργεια που περιέχει το νερό όταν πέφτει από ψηλά(την όποια αποκτά το νερό με την βοήθεια του ήλιου που προκαλεί τον κύκλο του νερού)

3.Αιολική ενέργεια

Είναι η ενέργεια που περιέχει ο αέρας λόγω της κινητικής του κατάστασης( η οποία οφείλεται στην  άνιση  θέρμανση της γης από το ήλιο  κατά τη διάρκεια της ημέρας)

4.Βιομάζα

Είναι η χημική ενέργεια που περιέχεται σε ζωντανούς οργανισμούς( κυρίως μέσα από την φωτοσύνθεση  με την βοήθεια του ήλιου)

5.Γεωθερμική

Είναι η ενέργεια που  περιέχεται στο εσωτερικό της γης, εξ αιτίας της εσωτερικής θερμικής της κατάστασης

6.Παλιρροϊκή 

Είναι η ενέργεια από την κίνηση του νερού κατά την άμπωτη και παλίρροια(που οφείλεται στην έλξη του ήλιου και της σελήνης)ή από την κινητική  ενέργεια των κυμάτων( οφείλεται σε πολλούς παράγοντες , ένας από αυτούς είναι ο άνεμος) 

​  Μη ανανεώσιμες- Συμβατικές Πηγές Ενέργειας

Είναι οι πηγές ενέργειας που δεν ανανεώνονται, ή ανανεώνονται πολύ αργά για τα ανθρώπινα δεδομένα. Αυτό θα έχει κάποια στιγμή το αποτέλεσμα την πλήρη εξαφάνισή τους. Τέτοιες πηγές είναι τα ορυκτά καύσιμα όπως  ο άνθρακας, ο λιγνίτης, το πετρέλαιο και  το φυσικό αέριο. Βασικό μειονέκτημά τους είναι ότι η καύση τους προκαλεί βλαβερές χημικές ενώσεις για το περιβάλλον και την ατμόσφαιρα π.χ Διοξείδιο του άνθρακα, μονοξείδιο του άνθρακα ,διοξείδιο του Θείου κ.α.

Συνήθως χρησιμοποιούνται σε εργοστάσια παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, κίνηση μεταφορικών μέσων, θέρμανση κτλ.

1.  Δυναμική ενέργεια

Είναι η ενέργεια λόγω της δυνατότητας ενός σώματος να παράγει έργο λόγω της θέσης σε σχέση με το επίπεδο της θάλασσας ή της κατάστασης που βρίσκεται π.χ μια γλάστρα σε ένα παράθυρο έχει λόγω ύψους , ένα ελατήριο όταν το συμπιέζουμε ή το τεντώνουμε έχει δυναμική λόγω κατάστασης.

2. Κινητική ενέργεια

Είναι η ενέργεια που έχει ένα σώμα όταν κινείται με οποιονδήποτε τρόπο.

Η κινητική και η δυναμική είναι οι δύο μορφές της μηχανικής ενέργειας

3. Ηλεκτρική ενέργεια

Είναι η ενέργεια που μεταφέρει το ηλεκτρικό ρεύμα. Είναι για την ακρίβεια η κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων μέσα σε έναν αγωγό (π.χ καλώδιο).Για να παραχθεί ηλεκτρική ενέργεια πρέπει να χρησιμοποιήσουμε κάποα άλλη μορφή ενέργειας  πχ.αιολική,ηλιακή,χημική καυσίμων,πυρηνική,υδροδυναμική,γεωθερμία,μυική κτλ.

4. Χημική ενέργεια

Είναι η ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στους χημικούς δεσμούς οι οποίοι συγκρατούν τα άτομα και τα μόρια όλων των ουσιών. Όταν οι ουσίες αντιδρούν χημικά, η ενέργειά τους απελευθερώνεται  και μετατρέπεται σε άλλες μορφές. π.χ στα καύσιμα όταν καίγονται παράγεται θερμική ενέργεια, στις  μπαταρίες η χημική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια, οι τροφές όταν καταναλώνονται  η ενέργειά τους μετατρέπεται σε θερμική-κινητική και χημική άλλης ποιότητας , κ.α.

5. Πυρηνική ή ατομική ενέργεια

Είναι η ενέργεια που απελευθερώνεται όταν μετασχηματίζονται οι πυρήνες ατόμων σε ένα μόριο. Η πυρηνική ενέργεια απελευθερώνεται με τη σχάση ή τη σύντηξη των πυρήνων σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα. Το αποτέλεσμα της σχάσης ή της σύντηξης είναι η δημιουργία ακτινοβολίας σε επίπεδο ραδιενέργειας και απελευθέρωση θερμικής ενέργειας που με τη σειρά της μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια σε πυρηνικούς σταθμούς η σε πυρηνοκίνητα πλοία( πολεμικά ή παγοθραυστικά).

ΙΣΧΥΣ ΜΕΤΡΗΣΗ ΙΣΧΥΟΣ

Ισχύς ονομάζουμε το μέγεθος που μας δηλώνει πόσο γρήγορα μετασχηματίζεται (ή χρησιμοποιείται) η ενέργεια.

Μεγάλη ισχύς μιας μηχανής σημαίνει ότι μια ορισμένη ποσότητα ενέργειας μετασχηματίζεται (χρησιμοποιείται) σε μικρό χρόνο, ενώ μικρή ισχύς σημαίνει ότι χρειαζόμαστε πολύ χρόνο για να μετατρέψουμε (χρησιμοποιήσουμε) την ίδια ποσότητα ενέργειας.

Αν μια μηχανή ισχύος 1 KW λειτουργεί για μια ώρα καταναλώνει ενέργεια ίση με 1 κιλοβατώρα (1 KWh) .

Μονάδες μέτρησης ισχύος :

1 W (watt ή βατ) = 1 J/s (joule/sec),

1 kW (kilowatt ή κιλοβάτ) = 1000 W,

1 kcal/hr (kilocalorie/hour) = 1,16 W

1 KW=0.87 kcal/hr

1 hp (horsepower ή ιπποδύναμη για οχήματα κυρίως) = 0,73 kW