Шпаргалка по "Концепциям современного естествознания"

Энергия и ее виды

Энергия - всеобщая основа природных  явлений, базис культуры и всей деятельности человека. В то же время под энергией (греческое - действие,деятельность) понимается количественная оценкаразличных форм движения материи, которые могутпревращаться одна в другую.

Согласно  представлениям физической науки, энергия - это  способность тела или системы тел  совершать работу. Существуют различные  классификации видов  и форм энергии. Человек  в своей повседневной жизни наиболее часто  встречается со следующими видами энергии: механическая, электрическая, электромагнитная, тепловая, химическая, атомная (внутриядерная). Последние три  вида относятся к  внутренней форме  энергии, т.е. обусловлены  потенциальной энергией взаимодействия частиц, составляющих тело, или кинетической энергией их беспорядочного движения.

Если  энергия - результат  изменения состояния  движения материальных точек или тел, то она называется кинетической; к ней относят механическую энергию движения тел, тепловую энергию, обусловленную движением молекул.

Если  энергия - результат  изменения взаимного  расположения частей данной системы или  ее положения по отношению  к другим телам, то она называется потенциальной; к ней относят энергию масс, притягивающихся по закону всемирного тяготения, энергию положения однородных частиц, например, энергию упругого деформированного тела, химическую энергию.

Энергию в естествознании в зависимости  от природы делят  на следующие виды.

Механическая  энергия - проявляется  при взаимодействии, движении отдельных  тел или частиц.

К ней относят энергию  движения или вращения тела, энергию деформации при сгибании, растяжении, закручивании, сжатии упругих тел (пружин). Эта энергия наиболее широко используется в различных машинах - транспортных и технологических.

Тепловая энергия - энергия неупорядоченного (хаотического) движения и взаимодействия молекул веществ.

Тепловая энергия, получаемая чаще всего при сжигании различных видов топлива, широко применяется для отопления, проведения многочисленных технологических процессов (нагревания, плавления, сушки, выпаривания, перегонки и т.д.).

Электрическая энергия - энергия движущихся по электрической цепи электронов (электрического тока).

Электрическая энергия  применяется для получения механической энергии с помощью электродвигателей  и осуществления механических процессов  обработки материалов: дробления, измельчения, перемешивания; для проведения электрохимических  реакций; получения тепловой энергии  в электронагревательных устройствах  и печах; для непосредственной обработки  материалов (электроэрозионная обработка).

Химическая энергия - это энергия, «запасенная» в атомах веществ, которая высвобождается или поглощается при химических реакциях между веществами.

Химическая энергия  либо выделяется в виде тепловой при проведении экзотермических реакций (например, горении топлива), либо преобразуется в электрическую в гальванических элементах и аккумуляторах. Эти источники энергии характеризуются высоким КПД (до 98%), но низкой емкостью.

Магнитная энергия - энергия постоянных магнитов, обладающих большим запасом энергии, но «отдающих» ее весьма неохотно. Однако электрический ток создает вокруг себя протяженные, сильные магнитные поля, поэтому чаще всего говорят об электромагнитной энергии.

Электрическая и магнитная  энергии тесно взаимосвязаны  друг с другом, каждую из них можно  рассматривать как «оборотную»  сторону другой.Электромагнитная энергия - это энергия электромагнитных волн, т.е. движущихся электрического и магнитного полей. Она включает видимый свет, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские лучи и радиоволны. 
 
 

Таким образом, электромагнитная энергия - это энергия излучения. Излучение переносит энергию  в форме энергии электромагнитной волны. Когда излучение поглощается, его энергия преобразуется в  другие формы, чаще всего в теплоту.

Ядерная энергия - энергия, локализованная в ядрах атомов так называемых радиоактивных веществ. Она высвобождается при делении тяжелых ядер (ядерная реакция) или синтезе легких ядер (термоядерная реакция).

Бытует и старое название данного вида энергии - атомная  энергия, однако это название неточно  отображает сущность явлений, приводящих к высвобождению колоссальных количеств  энергии, чаще всего в виде тепловой и механической.

Гравитационная энергия - энергия, обусловленная взаимодействием (тяготением) массивных тел, она особенно ощутима в космическом пространстве. В земных условиях, это, например, энергия, «запасенная» телом, поднятым на определенную высоту над поверхностью Земли - энергия силы тяжести.

Таким образом, в зависимости от уровня проявления, можно выделить энергию макромира - гравитационную, энергию взаимодействия тел -механическую, энергию молекулярных взаимодействий - тепловую, энергию атомных взаимодействий - химическую, энергию излучения -электромагнитную, энергию, заключенную в ядрах атомов - ядерную.

Современная наука  не исключает существование и  других видов энергии, пока не зафиксированных, но не нарушающих единую естественнонаучную картину мира и понятие об энергии.

Превращения энергии

  Нескончаемый  поток энергии в клетке, поток  энергии от одной клетки к другой или от одного организма к другому  и составляет сущность жизни. Живые  клетки обладают сложными и эффективными системами для превращения одного вида энергии в другой. Превращения  энергии происходят главным образом  в двух структурах — в хлоропластах, имеющихся у зеленых растений, и в митохондриях, имеющихся в  клетках как растений, так и животных. Изучением превращений энергии в живых организмах занимается биоэнергетика.

  В живом мире различают три основных вида превращения энергии:

  1. Лучистая энергия солнечного  света улавливается имеющимся  в зеленых растениях зеленым  пигментом хлорофиллом и превращается  в процессе так называемого  фотосинтеза в химическую энергию,  которая используется для синтеза  из двуокиси углерода и воды  углеводов и других сложных  молекул. Энергия солнечного света,  представляющая собой одну из  форм кинетической энергии, превращается таким образом в один из типов потенциальной энергии. Химическая энергия запасается в молекулах углеводов и других питательных веществ в форме энергии связей между входящими в их состав атомами.

  2. Химическая энергия углеводов  и других молекул превращается  в процессе клеточного дыхания  в биологически доступную энергию  макроэргических фосфатных связей. Такого рода превращения энергии  осуществляются в митохондриях.

  3. Превращение энергии, происходящее  при использовании клеткой химической  энергии этих фосфатных связей  для работы: механической работы  — при мышечном сокращении, электрической  работы — при передаче нервного  импульса, осмотической работы —  при передвижении молекул против  градиента концентраций, химической  работы — при синтезе молекул  в процессе роста. Часть энергии  при этом теряется, рассеиваясь  в форме тепла. Растения и  животные выработали в процессе  эволюции весьма эффективные  преобразователи энергии для  осуществления этих процессов,  а также весьма тонкие регуляторные  системы, дающие клетке возможность  приспосабливаться к изменениям  окружающих условий.