Главная

Популярная публикация

Научная публикация

Случайная публикация

Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






Характеристики энергоносителей в преобразователях энергии




В своем развитии энергетика прошла следующие качественные ступени:

1.Биоэнергетика – использование в качестве источника механической работы биологической энергии человека.

2.Механическая энергетика – использование энергии потоков воды и воздуха.

3.Теплоэнергетика – использование в качестве источника механической работы теплоты, выделяющейся при сжигании топлива.

4.Современная комплексная энергетика – преимущественное использование в качестве первичной энергии тепловой и гидравлической, а в качестве вторичной – электрической энергии.

5.Атомная энергетика – использование энергии ядерных реакций.

Для каждой из перечисленных ступеней развития энергетики характерен некоторый количественный показатель. Для одних из них таким показателем является удельная энергоемкость носителя энергии, выражаемая отношением количества механической работы в джоулях к единице массы энергоносителя. Для живых двигателей он неприменим вследствие особых форм восполняемости живого энергоносителя за счет биологической энергии. Тем не менее, в отдельных случаях в косвенной форме энергоемкость живых двигателей может быть успешно привлечена для оценки исторических ступеней развития энергетики.

Так, если для современного океанского судна водоизмещением 80 000 Т использовать вместо двигателя мускульные усилия людей, то для мощности 70 000 л. с. потребовалось бы свыше 2 млн. гребцов (при трехсменной работе), вес которых без багажа и запасов продовольствия в несколько раз превысил бы вес судна.

Что касается энергоносителей неживой природы, то здесь показатель удельной энергоемкости выражается достаточно точными цифрами и позволяет не только объяснить исторические факты, но и сделать прогнозы на будущее. Носитель гидроэнергии – вода – располагает запасом энергии в зависимости от возможной высоты падения. Так, 1 кг воды может располагать энергией в 10, 100, 1000 Дж или, скажем, 10000 Дж. Меньшей энергоемкостью обладает носитель ветровой энергии – воздух, энергоемкость которого к тому же постоянно и бессистемно изменяется в зависимости от скорости ветра.

Удельная энергоемкость 1 кг топлива лежит в пределах 8380–46000 кДж/кг или в среднем около 30000 кДж/кг. Даже если учесть, что КПД тепловых установок в среднем примерно в 3 раза ниже КПД гидравлических, высокая энергоемкость горючего дает выход энергии в десятки тысяч раз больший, чем энергоемкость воды.

Использование ядерной энергетики с позиций удельной энергоемкости, безусловно, знаменует громадный скачок к новой качественной ступени развития энергетики. Удельная энергоемкость ядерного горючего выражается в среднем в 85–1012 Дж/кг по ядрам тяжелых изотопов и 630–1012 Дж/кг по термоядерным реакциям, что в миллионы раз превышает среднюю энергоемкость обычного горючего. Даже если принять возможным использование только 10 % энергии ядерного горючего, энергоемкость носителей ядерной энергии более чем в миллион раз превосходит энергоемкость обычных видов топлива. Практическое применение ядерного горючего означает начало эры энергетики, совершенно независимой от местных условий, когда каждый энергопотребляющий объект в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и быту будет обеспечен громадными количествами необычайно концентрированной атомной энергии, расходуемой в самых разнообразных целях: нагрева, охлаждения, кондиционирования, связи, транспорта, привода орудий и машин.

Итак, в развитии энергетики должны быть отмечены следующие ступени, характеризующие резкое отличие применяемых форм энергии по весовой энергоемкости:

1. Использование первичной механической (гидравлической – и в меньшей степени ветровой) энергии с энергоемкостью порядка 100–10000 Дж/кг.

2. Использование первичной тепловой энергии с энергоемкостью 30∙106 Дж/кг.

3. Использование первичной ядерной энергии с энергоемкостью

85∙1012 – 630∙1012 Дж/кг.

Широкое применение электрической энергии в электромеханических преобразователях ставит вопрос о характеристиках используемых в них энергоносителей.

Преобразование энергии в электромеханических преобразователях осуществляется посредством электрического или магнитного поля. В соответствии с видом поля, которое играет роль посредника и выступает в качестве энергоносителя, ЭМП подразделяются на ёмкостные или индуктивные.

У обоих типов ЭМП взаимодействие между отдельными частями преобразователей и преобразование энергии происходит через поле, существующее в среде, которое заполняет пространство между взаимодействующими частями преобразователя. Этой средой обычно является воздух или другое вещество с подобными магнитными и электрическими свойствами. При практически достигнутых интенсивностях электрического и магнитного полей количество энергии в единице объема такой среды будет при магнитном поле значительно больше, чем при электрическом.

Электромагнитное поле, как и любая другая форма материи, обладает энергией и массой и может преобразовываться в другие формы материи с сохранением энергии и массы.

Являясь носителем энергии, электромагнитное поле обладает также и определенной массой, которая соответствует этой энергии, может быть определена с помощью закона Эйнштейна.

W = mc2,

где W – энергия, Дж; m – масса, кг; c – скорость, м/с.

Так как скорость света велика, то несмотря на значительную величину плотности энергии электромагнитных полей, используемых в технике, плотность массы их ничтожна по сравнению с плотностью массы любого вещества. Покажем это на примере. Пусть индукция магнитного поля равна 1 Тл, а напряженность электрического поля – 108 В/м. Отметим, что последнее может быть достигнуто лишь при весьма большом вакууме. При этих условиях объемная плотность энергии электрического и магнитного полей:

Дж/м3.

Соответствующая ей объемная плотность массы электромагнитного поля:

кг/м3. Отсюда следует, что объемная плотность массы электромагнитного поля является ничтожно малой величиной.

Существование массы электромагнитного поля имеет принципиальное значение как свидетельство материальности этого поля. Так, наличие массы у электромагнитного поля определяет давление света на освещенную поверхность, которое открыл и измерил в 1900 г. русский физик Лебедев П. Н.

Приведенные показатели свидетельствуют, с одной стороны, о преимущественном применении в современной энергетике индуктивных ЭМП и, с другой стороны, о специфичности электрических и магнитных полей как энергоносителей.

Электрическая энергия как совокупность энергии электрического и магнитного поля является вторичной энергией, преобразованной из других видов энергии.

Весовая энергоемкость электрической энергии по сравнению с приведенными видами энергии незначительна и поэтому этот показатель практически не используется в энергетике и электромеханике. Следует, однако, отметить широкое применение показателей с размерностью Дж/кг, Вт/кг для оценки энергетической эффективности конструкции ЭМП в виде электрических машин, аппаратов, электроприводов.

 






Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2024 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных