Теоретический материал для самостоятельного изучения

Урок 27. Что такое энергия

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1. Понятие «энергия»

2. Виды энергии, используемые человеком

Тезаурус:

Энергия – способность кого-либо или чего-либо совершать некоторое возможное для него количество работы.

Джоуль – это единица энергии, работы и количества теплоты, используемая в системе измерений.

Электрик – специалист по установке и ремонту электрических устройств.

Инженер-электрик – специалист по ремонту и эксплуатации промышленного электрооборудования.

Энергия механическая – способность тела совершать механическую работу: что-то поднять, переместить, разрезать, согнуть, построить и т.д.

Энергия кинетическая –энергия движущегося тела.

Энергия потенциальная – энергия неподвижного тела, положение какого-либо тела относительно поверхности Земли и других тел.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Энергией называют способность кого-либо или чего-либо совершать некоторое возможное для него количество работы.

Энергия – это то, без чего невозможно движение мышц, полёт самолётов и ракет, работа станков и аппаратов и многое другое. Выполнить работу, не имя энергии, невозможно. Чем больше энергии, тем большую работу можно выполнить.

Слово «энергия» в переводе с греческого языка означает «действие», «деятельность», «сила», «мощь». Примерно 2400 лет назад это слово ввёл в свой трактат «Физика» великий древнегреческий философ Аристотель. Однако там оно обозначало деятельность лишь человека.

В современном смысле этого слова первым его стал употреблять в 1807 г. Томас Юнг. Природа дает нам различные виды энергии. И вся эта энергия, так или иначе, работает на человека.

Энергия животного, человека и машины определяется величиной работы, которую они могут совершить. Человек может перенести на большое расстояние гораздо меньший груз, чем осёл. А автомобиль может перевезти более тяжёлый груз, чем осёл. Значит человек, осёл и автомобиль обладают разной энергией.

Единицей измерения энергии является 1 джоуль. Названа по имени Дж. П. Джоуля, английского физика. Это такая энергия, которая позволяет разогнать тело массой 1 кг до скорости 1 метр в секунду на участке длиной 1 метр.

Камень массой 100 граммов, брошенный со скоростью около 25 метров в секунду, обладает меньше энергией, чем пуля массой 9 грамм, вылетающая из ствола пистолета со скоростью 500 метров в секунду. Энергия пули в этом случае в 800 раз больше энергии камня.

Человек часто пользуется электрической энергией. Существуют профессии электрик и инженер-электрик. Электрики работают на разных предприятиях и обслуживают электрооборудование. Эта профессия имеет множество специальностей: электромонтажник, электромеханик, электромонтёр, техник-электрик, электрослесарь, электроосветитель, электросварщик и др.

В обязанности инженера-электрика входят проектирование, наладка, монтаж и эксплуатация промышленного электрооборудования, иловых преобразовательных устройств и электронных систем управления.

Рассматривая энергию как объект технологии, надо учитывать её виды и свойства.

Существует:

· механическая энергия;

· энергия волн;

· энергия магнитного поля;

· электрическая энергия;

· электромагнитна энергия;

· ядерная энергия;

· термоядерная энергия;

· химическая энергия.

Виды и свойства энергии изучает наука физика.

Механическая энергия определяет способность тела совершать механическую работу.

Например: что-то поднять, переместить, разрезать, согнуть, построить и т.д.

Механическая энергия подразделяется на кинетическую и потенциальную.

Энергия кинетическая – это энергия движущегося тела.

Чем больше скорость тела и его масса, тем больше кинетическая энергия.

Движение может быть поступательным, как у брошенного камня или движущегося автомобиля, и вращательным, как у волчка или юлы.

Количество кинетической энергии тем больше, чем больше его масса и скорость. Тонкая струя воды с частичками песка, движущаяся со скоростью более 1200 метров в секунду, может резать сталь толщиной до 10 см.

Потенциальна энергия – это энергия неподвижного тела.

Этой энергией обладают, например, поплавок, погружённый в воду, часовая пружина, натянутая тетива лука, сжатый газ, разогретый до высокой температуры водяной пар, готовый вырваться наружу.

Чем больше масса тела и чем выше оно поднято над поверхностью Земли, тем большей потенциальной энергией оно обладает.

Кинетическая и потенциальная энергии тела могут переходить одна в другую.

Урок 28. Накопление механической энергии

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1. Способы сохранения энергии

2. Работа механизмов энергонакопления.

Тезаурус:

Аккумулирование энергии – накопление энергии впрок.

Аккумулятор – устройство, с помощью которого накапливают и сохраняют энергию.

Маятник – система, подвешенная в поле тяжести и совершающая механические колебания.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Накопление энергии — это аккумуляция энергии для её использования в дальнейшем.

Примером устройства накопления энергии (энергонакопителя) является аккумуляторная батарея, в которой хранится химическая энергия, легко преобразуемая в электричество для работы мобильного телефона.

Еще один пример - гидроэлектростанция: вода в резервуаре выступает в качестве источника потенциальной энергии гравитации.

Система из нескольких шариков, подвешенных на нитях в одной плоскости, колеблющихся в этой плоскости и соударяющихся друг с другом, называется маятником Ньютона. Эта система предназначена для демонстрации преобразования энергии различных видов друг в друга.

Сегодня данную конструкцию часто можно встретить на столах в офисах.

Механическую энергию можно накапливать, чтобы потом было удобнее и быстрее использовать. Такое накопление энергии называется аккумулированием, а устройства, с помощью которых накапливают и сохраняют энергию, называются аккумуляторами.

Аккумуляторы механической энергии применялись еще с древних времен.

При применении любого механического ручного инструмента происходит передача от мышц человека обрабатываемому предмету, а в инструменте аккумулируется потенциальная и кинетическая энергия.

Таким образом, удары такими примитивными орудиями труда, как например рубило, можно смело считать передачей и аккумулированием механической энергии.

Удельная кинетическая энергия, запасенная в ударном орудии (например, топоре) к моменту удара, зависит от скорости, которую человек способен передать этому орудию.

Первым грузовым аккумулятором можно считать поднятый человеком камень.

Примером аккумулятора может служить тетива арбалета, поднятая гиря в механических весах, спиральная пружина, установленная в механизме часов и заводной игрушке, а так же баллон с сжатым под большим давлением газом.

В механических часах источником питания служит движение пружины, скрытой в особом барабане. Пружина в часах, будучи лентой из стали или иного специализированного сплава находится в свёрнутом виде в металлическом барабане. На внешней поверхности барабана сделаны зубья и колесо-барабан одето на определенный вал, на котором может свободно крутиться вокруг его оси. Один конец пружин закреплён внутри барабана, а другой закреплён за крючок на валу. Владелец заводит свои часы – и тогда пружина внутри корпуса закручивается, после чего начинает раскручиваться, «оживляя» механизм.

Маятник — система, подвешенная в поле тяжести и совершающая механические колебания. Колебания совершаются под действием силы тяжести, силы упругости и силы трения.

Во время колебаний маятника происходят постоянные превращения энергии из одного вида в другой. Кинетическая энергия маятника превращается в потенциальную энергию и обратно.

Маятники используются в различных приборах, например, в часах.

Раскрученный массивный диск-маховик может долго сохранять кинетическую энергию. Его раскручивают до большого числа оборотов в камере, из которой выкачан воздух. Воздух тормозит вращение диска. Скорость вращения составляет от 200-400 оборотов в секунду. Такой супермаховик способен долго вращаться в камере, сохраняя полученную энергию.

Аккумуляторами потенциальной энергии могут служить большие бассейны с водой, расположенные на возвышенности. Спуская поток воды по водоводу к турбине, можно, израсходовав накопленную потенциальную энергию воды, получить дополнительную электроэнергию, когда это необходимо.

Одним из первых стабильных источников энергии, освоенных человеком, был ветер. Именно благодаря ему произошли великие географические открытия, человечество получило возможность путешествовать, орошать поля, молоть зерно и, наконец, оно научилось превращать ветер в чистую энергию в виде электричества.

Энергия ветра впервые была использована на парусных судах, которые были главным транспортным средством для перевозки товаров по Нилу в древнем Египте.

В XI веке ветряные мельницы широко использовались на Ближнем Востоке и при возвращении крестоносцев попали в Европу.