Prednosti in slabosti mehanske moči

Vsebina

• Energija in delo
• Primeri človeške moči
• Vrste energije
• Mehansko shranjevanje energije
• Prihodnost skladiščenja energije

Razprave o prednostih in pomanjkljivostih človeške moči in energije se pogosto vrtijo predvsem zaradi pomislekov glede onesnaževanja, varnosti delavcev, energetske učinkovitosti, obsega svetovne oskrbe. Večina moči, ki je potrebna za vzdrževanje tempa sodobnega svetovnega življenja, izhaja iz virov, ki povzročajo neželene odpadke ali kako drugače ustvarjajo nezaželene razmere.

Dolgoročni in kratkoročni vplivi na okolje se bolj kot karkoli drugega vrtijo antropogene podnebne spremembe, ki jih povzroča človek, razen onesnaženja v tradicionalnem smislu (npr. vidni dim iz elektrarn na premog ali odpadne vode iz različnih industrijskih dejavnosti).

Razlog za to je, da zgorevanje fosilnih goriv povzroči dodajanje CO₂ (ogljikov dioksid) in drugi "toplogredni plini" v Zemljino atmosfero, kar povzroči dodaten ujetje toplote v bližini planetov.

Energija in delo

Prednosti in slabosti človeške moči se osredotočajo na dejavnike, ki niso onesnaževanje. Količina koristnega dela, ki jo lahko opravimo z uporabo danega postopka v zvezi z vložkom energije, ki se imenuje mehanična učinkovitost (poraba energije, deljena z vložkom energije, izražena v odstotkih), je prav tako pomembna.

Pomanjkanje človeške moči je pogosto preprosto to, da lahko ljudje sami delajo veliko manj učinkovito in za veliko krajše časovno obdobje, kot je to mogoče s strojno izboljšanim delom.

Energija v fiziki ima enote pomnožene sile na daljavo (produkt mase in hitrosti spremembe hitrosti ali pospeška). Ta enota je newton-meter, ki se običajno uporablja za delo in se imenuje tudi joule.

Ta enota se proizvaja z uporabo drugih kombinacij enot; na primer, linearna kinetična energija (KE) dobimo iz formule (1/2) mv^2,, medtem ko je potencialna energija v obliki mgh, kjer je m = masa, g = pospešek zaradi gravitacije (9,8 m / s² na Zemlji) in h = višina nad tlemi ali kakšno drugo ničelno referenčno točko).

Primeri človeške moči

Moč v fiziki je preprosto energija na enoto časa ali stopnja dela v sistemu, v katerem se energija nameni mehanski uporabi. Preprosti primeri človeške moči vključujejo tek po hribu ali dvigovanje uteži; več energije na enoto časa, večjo moč oddaja.

Če se v določenih letih stopnic povzpnete v 10 sekundah, se vaša potencialna energija spremeni za enako količino, kot če se po stopnicah povzpnete v 5 sekundah ali 15 sekundah. Toda vaša moč je odvisna od tega, kako malo časa potrebujete, da dosežete vrh, in v vsakem primeru ste opravili enako količino fizičnega dela.

Vrste energije

Kinetična in potencialna energija sestavljajo predmete mehanska energija. Predmeti imajo tudi tako imenovano notranjo energijo, ki se nanaša predvsem na hitro vibracijsko gibanje snovi drobnih sestavnih delcev na molekularni ravni.

Tudi energija prihaja je vrsta drugih oblik: kemična energija (shranjene v vezicah molekul), električna energija (ki so posledica ločevanja nabojev in električnega polja) in toplota, kar je v večini sistemov težko uporabiti za delo in se namesto tega večinoma "razprši".

Izvajanje energije iz energije pomeni gorivo (zemeljski plin, premog; nekatera biogoriva) z uporabo kinetične energije tekoče vode ali vetra (hidro ali vetrne energije) ali "cepitve" atomov (jedrske energije).

Mehansko shranjevanje energije

Medtem ko ima Zemlja veliko razpoložljivega goriva za proizvodnjo energije (večinoma električne energije), je skladiščenje energije velik izziv. Baterije trenutno ne more zagotoviti niti majhnega dela energije, ki je potrebna za ohranjanje proizvodnje, komunikacijskih omrežij in globalnega prometa zelo dolgo.

Na nekaterih območjih, ki imajo ugodno geografijo, je mogoče obdržati rezervoar vode višje od elektrarne in izkoristiti gravitacijsko potencialno energijo v tem rezervoarju za kratkoročno ustvarjanje hidroenergije, tako da ji omogočimo pretok iz višjih v nižja območja in v procesu napajajo turbine generatorjev električne energije. Kot si morda predstavljate, ta ukrep zaustavitve ne bi deloval zelo dolgo v zelo poseljenem območju.

Prihodnost skladiščenja energije

Ena od kritik, ki se nanaša na obnovljive vire energije, zlasti sončno in vetrno, je njihova nezanesljivost zaradi narave, ki prihaja; prihajajo umirjeni dnevi ali obdobja, kot tudi oblačni dnevi.

Zahvaljujoč mednarodnemu nujnosti, da nadaljuje s proizvodnjo energije, medtem ko poskuša zmanjšati škodo okolju, je skupina raziskovalcev Tehnološkega inštituta v Massachusettsu blizu Bostona v Massachusettsu začela z delom 2018, namenjena shranjevanju učinkovitih količin sončne energije.

Skupina je predlagala uporabo rezervoarjev staljenega silicija, da bi shranili tovrstno energijo in jo sprostili na povpraševanje, in napovedali, da bi sčasoma njihova konceptualna zasnova lahko ustvarila izdelek, ki je močno boljši od današnjih industrijskih standardov litij-ionske baterije.