С выделением или поглощением энергии

С выделением или поглощением энергии происходят реакции расщепления атомных ядер?

А. В одних реакциях с выделением энергии, в других с поглощением

Б. Только с поглощением энергии

В. Только с выделением энергии

Г. Выделение или поглощение энергии в реакции зависит от скорости частиц при осуществлении реакции.

9. При бомбардировке нейтронами атома алюминия испускается α-частица. В ядро какого изотопа превращается ядро алюминия? Напишите уравнение реакции.

10. Найдите дефект масс и энергию связи трития ,если m_p = 1,00728 а.е.м , m_n = 1,00866 а.е.м , М_я = 3,01605а.е.м.

ОТВЕТЫ К КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ «СТРОЕНИЕ АТОМА И АТОМНОГО ЯДРА»

№ задания	Вариант 1	Вариант 2
1	Г	Б
2	А	Г
3	В	Б
4	В	Г
5	В	А
6	Б	В
7	Г	Б
8	В	А
9
10	Δm = 0,13705 а.е.м.=0,227610^-27 кг ΔЕ₀ = 2,048110^-11 Дж	Δm = 0,00855 а.е.м.=0,014210^-27 кг ΔЕ₀ = 0,127810^-11 Дж

Повторительно-обобщающий тест 11 класс «Развитие представлений о строении и свойствах вещества»

Повторительно-обобщающий тест

«Развитие представлений о строении и свойствах вещества»

Вариант 1.

1.Кто предложил ядерную модель строения атома?

А. Д. Томсон. Б. Э. Резерфорд. В. А. Веккерель. Г. Н. Бор.

2. Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Между какими парами частиц внутри ядра действуют ядерные силы притяжения?

1). Протон – протон. 2). Протон – нейтрон. 3). Нейтрон – нейтрон.

А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 1,2,3.

3. Атомное ядро состоит из Z протонов и N нейтронов. Масса свободного нейтрона mn, свободного протона – mр. Какое из трех приведенных ниже условий выполняется для массы ядра mя?

1) mя = Z mр + N mn. 2) mя < Z mр + N mn. 3) mя > Z mр + N mn

А. 1. Б. 2. В. 3.

4. Атомное ядро висмута 83Вi в результате ряда радиоактивных превращений превратилось

в ядро свинца 32Pb. Какие виды радиоактивных превращений оно испытывало?

А. β – распад. Б. α – распад. В. α и β – распад.

5. Определите второй продукт ядерной реакции:

13Al + 2He → 15P +?

А. α-частица. Б. Нейтрон. В. Протон. Г. Электрон.

6.При осуществлении ядерной реакции деления ядер урана около 165 МэВ освобождается в форме кинетической энергии движения осколков ядра. Какие силы сообщают ускорение осколкам ядра, увеличивая их кинетическую энергию?

А. Кулоновские силы. Б. Гравитационные силы. В. Ядерные силы.

7.Какой вид радиоактивного излучения наиболее опасен при внешнем облучении человека?

А. β – излучение. Б. γ – излучение. В α.–излучение. Г. Все три одинаково опасны.

8.У каких из перечисленных ниже частиц есть античастицы?

1) Протон. Б. Нейтрон. В. Электрон.

А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 1, 2, 3. Д. 1, 2.

9. С выделением или поглощением энергии происходят реакции синтеза атомных ядер?

А. С выделением энергии. Б. С поглощением энергии. В. В одних реакциях с выделением энергии, в других – с поглощением.

10.При вычислении энергии связи атомных ядер и выхода ядерных реакций с использованием формулы ∆Е = ∆mс² в каких единицах должно быть выражено значение массы ∆m?

А. кг. Б. г. В. а.е.м. Г. МэВ.

Повторительно-обобщающий тест «Развитие представлений о строении и свойствах вещества»

Вариант 2

1.Кто экспериментально доказал существование атомного ядра?

А. М. Кюри. Б. Франк и Герц. В. А. Беккерель. Г. Э. Резерфорд.

2. Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Между какими парами частиц внутри ядра не действую ядерные силы притяжения?

1) Протон – протон. 2). протон – нейтрон. 3). Нейтрон – нейтрон.

А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 1, 2, 3.

1) mя < Z mр + N mn. 2) mя > Z mр + N mn. 3) mя = Z mр + N mn

А. 1. Б. 2. В. 3.

4. Атомное ядро 84Ро в результате ряда радиоактивных превращений превратилось в ядро

висмута 83Вi. Какие виды радиоактивных превращений оно испытало?

А α.– распад. Б. β – распад. В. α и β – распад.

5. Определите второй продукт ядерной реакции:

23 24

13Al + n → 11 Na +?

А. α-частица. Б. Нейтрон. В. Протон. Г. Электрон.

А Ядерные силы. Б. Гравитационные силы. В. Кулоновские силы

7. Какой вид радиоактивного излучения наиболее опасен при внутреннем облучении человека?

А. β – излучение. Б. γ – излучение. В α.–излучение. Г. Все три одинаково опасны.

8. По отношению к какой частице позитрон является античастицей?

А. К электрону. Б. К протону. В. К нейтрону. Г. К нейтрино.

9. С выделением или поглощением энергии происходят реакции расщепления атомных ядер?

А. С выделением энергии. Б. С поглощением энергии.

10.При вычислении энергии связи атомных ядер и выхода ядерных реакций с использованием формулы ∆Е = ∆mс² в каких единицах будет получено значение энергии?

А. эВ. Б. МэВ. В. Дж. Г. а.е.м.

ОТВЕТЫ:

Задания

Вариант 1

Вариант 2

Превращение энергии при химических реакциях — Знаешь как

Содержание статьи

Многие химические реакции, как, например, горение, соединение металлов с серой или хлором, нейтрализация кислот щелочами и др., сопровождаются выделением значительных количеств тепла.

Такие реакции, как разложение углекислого кальция, разложение окиси ртути и ряд других, наоборот, требуют непрерывного притока тепла извне и тотчас же приостанавливаются, если прекратить нагревание.

Очевидно, в этих случаях превращение происходит с поглощением тепла. При некоторых реакциях наряду с выделением тепла наблюдается также выделение света.

Тщательное изучение всевозможных химических процессов показало, что химическое превращение всегда связано с выделением или поглощением энергии. Эти явления составляют существенную особенность химических превращений; для практики они часто даже важнее, чем происходящее в то же время образование новых веществ. Поэтому мы рассмотрим выделение и поглощение энергии при химических реакциях несколько подробнее.

Выделение энергии в форме тепла при соединении различных веществ показывает, что эти вещества до соединения уже содержали в себе некоторый запас энергии, но только в скрытой форме. Такая форма энергии, скрытой в веществах и «освобождающейся» только при химических превращениях, называется внутренней или химической энергией.

Образование энергии при соединении водорода с кислородом

Рис. 2. Установка для демонстрации превращения химической энергии в электри ческую

Освобождение химической энергии связано с превращением ее в другие формы энергии. Так, например, когда водород соединяется с кислородом, их химическая энергия превращается в тепловую и проявляется в виде выделяющегося при реакции тепла. Понятно, что в образовавшейся воде уже нет того количества энергии, которое содержали водород и кислород вместе до их соединения. Но это отнюдь не значит, что в воде совсем не осталось химической энергии.

Вода, в свою очередь, может взаимодействовать с другими веществами с выделением тепла; следовательно, в ней еще имеется запас химической энергии. Вообще при химических превращениях освобождается только часть содержащейся в веществах энергии; всей химической энергии мы не можем исчерпать и не знаем, как велик ее запас в различных веществах. Измеряя тепловой эффект реакции, мы можем судить только об изменении этого запаса.

Выделением тепла сопровождаются очень многие химические реакции, так как легче всего химическая энергия переходит в тепловую. Значительно реже приходится наблюдать переход химической энергии в световую. Обыкновенно в тех случаях, когда при реакции выделяется свет, химическая энергия превращается в световую не прямо, а через посредство тепловой энергии. Например, появление света при горении угля является следствием сильного накаливания угля за счет выделяющегося при реакции тепла.

Такой же эффект можно получить, если нагреть уголь до высокой температуры чисто физическим путем, например, пропуская ток через угольную нить электрической лампочки. Но известны и такие, правда, очень немногочисленные процессы, где химическая энергия превращается в световую непосредственно. Сюда относится свечение фосфора на воздухе, свечение гнилого дерева и т. п. Во всех этих случаях выделение света происходит без сколько-нибудь заметного повышения температуры.

Переход химической энергии в электрическую

Рис. 3. Установка для демонстрации превращения химической энергии в механическую. 1— склянка с цинком и серной кислотой; 2 — склянка с водой; 3 — колесико с лопастями

Химическая энергия может также превращаться в электрическую. Чтобы показать это на опыте, погрузим две пластинки— платиновую и цинковую — в стакан с разбавленной серной кислотой и соединим концы их проволоками с гальванометром (рис. 2). Стрелка гальванометра тотчас же отклоняется, указывая на появление электрического тока. В то же время из жидкости выделяются пузырьки водорода, а цинк и серная кислота постепенно расходуются. Следует заметить, что химическому превращению подвергаются только цинк и серная кислота, платина же остается неизмененной и служит лишь проводником электрического тока.

Таким образом, в этих условиях химическая энергия цинка и серной кислоты переходит в электрическую энергию. Изменяя условия, можно осуществить переход химической энергии в механическую. Это легко продемонстрировать при помощи установки, изображенной на рис. 3. В склянку налита серная кислота и помещено несколько кусочков цинка.

Рис. 7. Установка для демонстрации превращения химической энергии в механическую. 1— склянка с цинком и серной кислотой; 2 — склянка с водой; 3 — колесико с лопастями

Выделяющийся при взаимодействии цинка с серной кислотой водород давит на воду, налитую в склянку 2, и заставляет ее подниматься по трубке вверх. Химическая энергия цинка и серной кислоты превращается здесь в объемную энергию сжатого газа, а последняя — в потенциальную энергию поднятой воды; если под конец трубки подставить колесико с лопастями, то вытекающая из трубки вода будет приводить колесико в движение, совершая некоторую работу.

При разложении взрывчатых веществ химическая энергия тоже превращается в механическую — частью непосредственно, частью переходя сперва в тепловую энергию.

Итак, освобождающаяся при химических превращениях химическая энергия может переходить в тепловую, световую, электрическую и механическую энергию. Но и обратно, все эти формы энергии могут превращаться в химическую. Чаще всего происходит превращение тепловой энергии в химическую. Как известно, разложение многих веществ требует непрерывного нагревания.

Сообщаемое тепло поглощается при реакции и превращается в химическую энергию продуктов разложения. Поэтому, например, ртуть и кислород, полученные путем разложения окиси ртути, содержат в сумме больше химической энергии, чем окись ртути, из которой они образовались.

Известны также и реакции соединения, сопровождающиеся поглощением тепла. Например, получение азотной кислоты из воздуха основано на том, что при высокой температуре азот соединяется с кислородом, поглощая тепло и образуя окись азота NО, которая затем может быть превращена в азотную кислоту. В данном случае сложное вещество — окись азота обладает большим запасом энергии, чем простые вещества — азот и кислород, из которых она образовалась.

Превращение электрической энергии в химическую

Превращение электрической энергии в химическую происходит при разложении веществ с помощью электрического тока. Примером такого превращения может служить разложение воды электрическим током. Подобным же путем в настоящее время получают многие металлы из их соединений, а также различные химические продукты: бертолетову соль, хлор, каустическую соду и др.

Очень важную роль в природе играет превращение световой энергии в химическую, сопровождающее процесс усвоения углекислого газа воздуха зелеными растениями. Этот процесс, поддерживающий всю органическую жизнь на земле, требует непрерывного притока энергии извне. Такой энергией является энергия солнечных лучей, которая поглощается растениями и превращается в скрытую химическую энергию образующихся в растениях веществ.

Разложение некоторых веществ на свету также сопровождается поглощением световой энергии и ее превращением в химическую. Так, например, хлористое или бромистое серебро может неограниченно долго сохраняться в темноте, но при действии света постепенно распадается на свои составные части, причем серебро выделяется в виде мельчайших черных крупинок. На этом основано применение хлористого и бромистого серебра в фотографии.

Так как выделение или поглощение энергии при химических реакциях чаще всего происходит в форме тепла, то все реакции, протекающие с выделением энергии, называются экзотермическими. Реакции же, при которых, энергия поглощается, получили название эндотермических. В соответствии с этим и химические соединения, образовавшиеся из простых веществ с выделением энергии, называются экзотермическими в отличие отэндотермических соединений, при образовании которых энергия поглощается.

Эндотермических соединений гораздо меньше, чем экзотермических; они содержат по сравнению с экзотермическими соединениями значительно больший запас энергии и сравнительно легко разлагаются. Tо более или менее неустойчивы. Экзотермические соединения обычно образуются при низких или умеренных температурах, более устойчивы и гораздо труднее разлагаются, чем эндотермические соединения.

Из закона сохранения энергии непосредственно вытекает следующее положение:

Если при образовании какого-либо химического соединения из простых веществ выделяется (или поглощается) некоторое количество тепла, то при разложении этого соединения на простые вещества такое же количество тепла поглощается (или выделяется) .

В самом деле, если бы при образовании сложного вещества выделялось больше тепла, чем его затрачивается на разложение того же вещества, то, заставив сперва простые вещества соединиться, а затем, разложив образовавшееся соединение, мы получили бы некоторый излишек тепла из ничего, а этого по закону сохранения энергии не может быть. Отсюда понятно, что чем больше тепла выделяется при образовании химического соединения, тем больше энергии надо затратить на его разложение. Поэтому экзотермические соединения более прочны и труднее разлагаются, чем эндотермические.

Статья на тему Превращение энергии при химических реакциях

Выделение и поглощение тепла при химических реакциях

При нагревании проходят многие окислительно-восстановительные реакции

При всех химических реакциях происходят поглощение и выделение энергии. Когда химические связи разрываются, выделяется энергия. Благодаря ей образуются новые химические связи. Если энергии процессов близки, то тепловой эффект реакции приближается к нулю. Если энергии выделяется больше, чем поглощается, то во время реакции выделяется тепло, и она называется экзотермической (от «экзо» — «внешний»). Если энергии выделяется меньше, чем поглощается, то она называется эндотермической (от «эндо» — «внутренний»). При этом тепло поглощается.

Поглощение и выделение тепла выражаются при помощи термохимических уравнений. Тепловой эффект реакции называется энтальпией.

Например, реакция горения углерода, а проще говоря, угля, идет с выделением тепла и является экзотермической:

С + О2 = СО2 + 4О2 кДж.

Значит, при сгорании 1 моля углерода выделяется 402 кДж тепла. Благодаря этой реакции можно всегда рассчитать, сколько тепла выделится при сгорании разного количества углерода.

Реакция окисления азота идет с поглощением тепла и является эндотермической:

N2 + О2 = 2NО -180,8 кДж.

Электростанции, работающие на угле, выделяют в атмосферу продукт его сгорания — углекислый газ, или оксид углерода

Поделиться ссылкой

Тепловой эффект химической реакции

Из материалов урока вы узнаете, что такое «тепловой эффект химической реакции», какие реакции называют экзотермическими, а какие – эндотермическими.

I. Тепловой эффект химической реакции

В каждом веществе запасено определенное количество энергии. С этим свойством веществ мы сталкиваемся уже за завтраком, обедом или ужином, так как продукты питания позволяют нашему организму использовать энергию самых разнообразных химических соединений, содержащихся в пище. В организме эта энергия преобразуется в движение, работу, идет на поддержание постоянной (и довольно высокой!) температуры тела.

Любая химическая реакция сопровождается выделением или поглощением энергии. Чаще всего энергия выделяется или поглощается в виде теплоты (реже - в виде световой или механической энергии). Эту теплоту можно измерить. Результат измерения выражают в килоджоулях (кДж) для одного МОЛЯ реагента или (реже) для моля продукта реакции. Количество теплоты, выделяющееся или поглощающееся при химической реакции, называется тепловым эффектом реакции (Q). Например, тепловой эффект реакции сгорания водорода в кислороде можно выразить любым из двух уравнений:

2 H₂(г) + O₂(г) = 2 H₂О(ж) + 572 кДж

2 H₂(г) + O₂(г) = 2 H₂О(ж) + Q

Это уравнение реакции называется термохимическим уравнением. Здесь символ "+Q"означает, что при сжигании водорода выделяется теплота. Эта теплота называется тепловым эффектом реакции. В термохимических уравнениях часто указывают агрегатные состояния веществ.

Реакции протекающие с выделением энергии называются ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИМИ (от латинского "экзо" – наружу). Например, горение метана:

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O + Q

Самые типичные экзотермические реакции — это реакции горения. Иногда энергетический "выигрыш" настолько велик, что происходит выделение и тепловой и световой энергии, что чаще всего принято называть взрывом. Например, горение метана в атмосфере воздуха.

В случае, если на образование новых химических связей требуется энергия большая, чем выделилась при разрыве старых связей, то системе требуется дополнительная подача тепла.

Реакции протекающие с поглощением энергии называются ЭНДОТЕРМИЧЕСКИМИ (от латинского "эндо" - внутрь). Примером является образование оксида углерода (II) CO и водорода H₂ из угля и воды, которое происходит только при нагревании.

C + H₂O = CO + H₂ – Q

Тепловые эффекты химических реакций нужны для многих технических расчетов.

Тепловые эффекты химических реакций нужны для многих технических расчетов. Представьте себя на минуту конструктором мощной ракеты, способной выводить на орбиту космические корабли и другие полезные грузы (рис.).

Рис. Самая мощная в мире российская ракета "Энергия" перед стартом на космодроме Байконур. Двигатели одной из её ступеней работают на сжиженных газах - водороде и кислороде.

Допустим, вам известна работа (в кДж), которую придется затратить для доставки ракеты с грузом с поверхности Земли до орбиты, известна также работа по преодолению сопротивления воздуха и другие затраты энергии во время полета. Как рассчитать необходимый запас водорода и кислорода, которые (в сжиженном состоянии) используются в этой ракете в качестве топлива и окислителя?

Без помощи теплового эффекта реакции образования воды из водорода и кислорода сделать это затруднительно. Ведь тепловой эффект - это и есть та самая энергия, которая должна вывести ракету на орбиту. В камерах сгорания ракеты эта теплота превращается в кинетическую энергию молекул раскаленного газа (пара), который вырывается из сопел и создает реактивную тягу.

В химической промышленности тепловые эффекты нужны для расчета количества теплоты для нагревания реакторов, в которых идут эндотермические реакции. В энергетике с помощью теплот сгорания топлива рассчитывают выработку тепловой энергии.

Врачи-диетологи используют тепловые эффекты окисления пищевых продуктов в организме для составления правильных рационов питания не только для больных, но и для здоровых людей - спортсменов, работников различных профессий. По традиции для расчетов здесь используют не джоули, а другие энергетические единицы - калории (1 кал = 4,1868 Дж). Энергетическое содержание пищи относят к какой-нибудь массе пищевых продуктов: к 1 г, к 100 г или даже к стандартной упаковке продукта. Например, на этикетке баночки со сгущенным молоком можно прочитать такую надпись: "калорийность 320 ккал/100 г".

II. Расчёты по термохимическим уравнениям (ТХУ): алгоритмы

Алгоритм №1

Задача 1. По термохимическому уравнению 2Cu + O₂ = 2CuO + 310 кДж вычислите количество теплоты, выделившейся в результате окисления 4 моль меди.

Алгоритм решения

1. Над формулами веществ надпишем сведения, взятые из условия задачи, а под формулой – соотношение, отображаемое уравнением реакции

2. Находим выделившееся количество теплоты, решая пропорцию:

Ответ: количество выделившейся теплоты 620 кДж.

Алгоритм №2

Задача 2. По термохимическому уравнению С + O₂ = CO₂ + 412 кДж вычислите количество теплоты, выделившейся в результате окисления угля кислородом, объём которого равен 44,8л при н.у.

Алгоритм решения

1. Вычислим количество вещества кислорода:

2. Над формулами веществ надпишем ν(О₂) и х кДж, а под формулой – соотношение, отображаемое уравнением реакции

3. Находим выделившееся количество теплоты, решая пропорцию:

Ответ: количество выделившейся теплоты 824 кДж.

Алгоритм №3

Задача 3. При сжигании магния массой 3г выделяется 75,15кДж теплоты. Составьте термохимическое уравнение реакции горения магния.

Алгоритм решения

1. Составим химическое уравнение реакции горения магния:

2Mg + O₂ = 2MgO

2. Вычислим количество вещества магния:

3. Над формулами веществ надпишем ν(Mg) и 75,15 кДж, а под формулой – соотношение, отображаемое уравнением реакции

4. Решая пропорцию, находим тепловой эффект (Q = х) реакции:

Ответ: термохимическое уравнение имеет вид: 2Mg + O₂ = 2MgO + 1202,4кДж

Алгоритм №4

Задача 4. По термохимическому уравнению: N_2(г) + O_2(г) = 2NO_(г) – 180,7кДж, вычислите объём вступившего в реакцию азота при н.у., если при его окислении поглотилось 45,2 кДж теплоты.

Алгоритм решения

1. Над формулами веществ надпишем сведения, взятые из условия задачи, а под формулой –соотношение, отображаемое уравнением реакции

2. Вычислим количество вещества азота ν(N₂) = х моль, решив пропорцию:

3. Вычислим объём азота по формуле: V = ν ∙ V_m

V(N₂) = 0,25 моль ∙ 22,4 л/моль = 5,6л

Ответ: V(N₂) = 5,6л.

Поглощение и выделение различных видов энергии при химических превращениях. Теплота и работа. Внутренняя энергия и энтальпия.

Химические реакции протекают с выделением или с поглощением энергии. Обычно эта энергия выделяется или поглощается в виде теплоты. Так, горение, соединение металлов с серой или с хлором, нейтрализация кислот щелочами сопровождаются выделением значительных количеств теплоты. Наоборот, такие реакции, как разложение карбоната кальция, образование оксида азота из азота и кислорода, требуют для своего протекания непрерывного притока теплоты извне и тотчас же приостанавливаются, если нагревание прекращается. Ясно, что эти реакции протекают с поглощением теплоты.

Выделение теплоты при взаимодействии различных веществ заставляет признать, что эти вещества еще до реакции в скрытой форме обладали определенной энергией. Такая форма энергии, скрытая в веществах и освобождающаяся при химических, а также при некоторых физических процессах (например, при конденсации пара в жидкость или при кристаллизации жидкости), называется внутренней энергией вещества.

При химических превращениях освобождается часть содержащейся в веществах энергии. Измеряя количество теплоты, выделяющееся при реакции (так называемый тепловой эффект реакции), мы можем судить об изменении этого запаса.

При некоторых реакциях наблюдается выделение или поглощение лучистой энергии. Обычно в тех случаях, когда при реакции выделяется свет, внутренняя энергия превращается в излучение не непосредственно, а через теплоту. Например, появление света при горении угля является следствием того, что за счет выделяющейся при реакции теплоты уголь раскаляется и начинает светиться. Но известны процессы, в ходе которых внутренняя энергия превращается в лучистую непосредственно. Эти процессы носят название холодного свечения или люминесценции. Большое значение имеют процессы взаимного превращения внутренней и электрической энергии. При реакциях, протекающих со взрывом, внутренняя энергия превращается в механическую — частью непосредственно, частью переходя сперва в теплоту.

Итак, при химических реакциях происходит взаимное превращение внутренней энергии веществ, с одной стороны, и тепловой, лучистой, электрической или механической энергии, с другой. Реакции, протекающие с выделением энергии, называют экзотермическими, а реакции, при которых энергия поглощается, — эндотермическими.

Энергия - единая скалярная мера различных форм движения материи. Характеризует способность систем совершать работу.

Теплота - энергия хаотического движения и взаимодействия частиц тел. Теплота является микрофизической формой передачи энергии от однонго тела к другому при наличии разности температур между ними, причем при этом имеет место обмен кинетической энергией между молекулами соприкасающихся тел, либо перенос тепла электромагнитными волнами.

Работа - макрофизическая форма передачи энергии, связанная с преодолением внешних силовых полей, либо сил давления.
Первый закон термодинамики:
Теплота(Q), полученная системой извне, расходуется на приращение её внутренней энергии (∆U) и совершение работы (А).
-Q = ∆U + А

Закон позволяет рассчитать теплоту химической реакции (Всеобщий закон сохранения энергии). Энергия не возникает и не исчезает. Основатель закона Дауль.

Внутренней энергией U называется энергия системы, зависящая только от ее термодинамического состоянии. Для системы, не подверженной действию внешних сил и находящейся в состоянии макроскопического покоя, внутренняя энергия представляет собой полную энергию системы. В некоторых простейших случаях внутренняя энергия равна разности между полной энергией W системы и суммой кинетической энергии WK ее макроскопического движения и потенциальной энергии Wп, обусловленной действием на систему внешних силовых полей:
U = W - (Wk + Wп)
Энтальпией H (теплосодержанием, тепловой функцией) называется функция состояния термодинамической системы, равная сумме ее внутренней энергии и произведения давления на объем системы, выраженного в тех же единицах:
H = U + pV
Энтальпия идеального газа зависит только от его абсолютной температуры и пропорциональна массе газа

видов энергии - банк знаний

Энергия может быть преобразована из одной формы в другую по-разному.

Кинетическая энергия - это энергия движущегося объекта.

Потенциальная энергия - это энергия, которая хранится в объекте или веществе.

Закон сохранения энергии гласит, что энергия может быть преобразована из одной формы в другую, но не может быть ни создана, ни уничтожена.

Energy Transformations см. Диаграмму…

Обратите внимание, , что эти примеры передачи энергии показывают только полезные передачи энергии. Однако автомобильные двигатели также являются шумными (звуковая энергия) и горячими (тепловая энергия), а электрические лампы также выделяют тепловую энергию.

Деление ядер - Energy Education

Рис. 1. Модель реакции деления урана-235. ^[1] Обратите внимание, что это лишь одна из многих возможных реакций деления.

Деление ядра - это процесс расщепления ядер (обычно крупных). Когда большие ядра, такие как уран-235, делятся, выделяется энергия. ^[2] Выделяется так много энергии, что наблюдается заметное уменьшение массы из-за эквивалентности массы и энергии. Это означает, что некоторая часть массы преобразуется в энергию.Количество массы, потерянной в процессе деления, равно примерно 3,20 × 10 ⁻¹¹ Дж энергии. Этот процесс деления обычно происходит, когда большое ядро, которое является относительно нестабильным (это означает, что в ядре существует некоторый дисбаланс между кулоновской силой и сильной ядерной силой), поражается тепловым нейтроном с низкой энергией . Помимо ядер меньшего размера, которые образуются при делении, при делении также выделяются нейтроны.

Энрико Ферми первоначально расщепил ядра урана в 1934 году.Он считал, что определенные элементы могут быть получены путем бомбардировки урана нейтронами. Хотя он ожидал, что новые ядра будут иметь более крупные атомные номера, чем исходный уран, он обнаружил, что образовавшиеся ядра были радиоизотопами более легких элементов. ^[3] Эти результаты были правильно интерпретированы Лиз Мейтнер и Отто Фриш во время рождественских каникул. Чтобы прочитать эту очаровательную историю об истории ядерной науки, пожалуйста, прочтите эту статью.

Откуда берется энергия?

Огромная энергия, которая выделяется в результате этого расщепления, происходит из-за того, как сильно протоны отталкивают друг друга с помощью кулоновской силы, которую эта сила едва удерживает вместе.Каждый протон толкает каждый другой протон с силой около 20 Н, примерно с силой руки, лежащей на коленях человека. Это невероятно огромная сила для таких маленьких частиц. Эта огромная сила на небольшом расстоянии приводит к изрядному количеству высвобождаемой энергии, которая достаточно велика, чтобы вызвать ощутимое уменьшение массы. Это означает, что полная масса каждого из осколков деления меньше массы исходного ядра. Эта недостающая масса называется дефектом массы. ^[4]

Удобно говорить о количестве энергии, которое связывает ядра вместе.Эту энергию связи имеют все ядра, кроме водорода (у которого всего 1 протон и нет нейтронов). Полезно подумать об энергии связи, доступной каждому нуклону, и это называется энергией связи на нуклон . По сути, это то, сколько энергии требуется на нуклон для отделения ядра. Продукты деления более стабильны, а это означает, что их труднее разделить. Поскольку энергия связи на нуклон для продуктов деления выше, их полная масса нуклонов ниже.Результат этой более высокой энергии связи и более низкой массы приводит к производству энергии. ^[4] По сути, дефект массы и энергия связи ядра - взаимозаменяемые термины.

Использование в производстве энергии

Деление более тяжелых элементов - экзотермическая реакция. Деление может дать до 200 миллионов эВ по сравнению с сжиганием угля, которое дает всего несколько эВ. Только из этого числа становится ясно, почему ядерное деление используется в производстве электроэнергии. Кроме того, количество выделяемой энергии намного эффективнее на массу, чем у угля.^[3] Основная причина того, что ядерное деление используется для выработки электроэнергии, заключается в том, что при надлежащем замедлении и использовании регулирующих стержней выброшенные в результате реакции деления свободные нейтроны могут затем снова вступить в реакцию с топливом. Затем это создает устойчивую цепную ядерную реакцию, которая высвобождает довольно постоянное количество энергии. Одним из недостатков использования деления в качестве метода генерации электричества является то, что образующиеся дочерние ядра радиоактивны. Ниже приведено моделирование, показывающее, как нейтроны в реакторе вызывают события деления внутри пучка твэлов.При моделировании красная вспышка внутри топливного стержня означает, что произошло событие деления, а синяя вспышка указывает на поглощение нейтронов.

Когда ядерное деление используется для выработки электроэнергии, это называется ядерной энергией. В этом случае уран-235 используется в качестве ядерного топлива, и его деление запускается поглощением медленно движущегося теплового нейтрона. Другими изотопами, которые могут быть индуцированы к подобному делению, являются плутоний-239, уран-233 и торий-232. ^[2] Для элементов легче железа в периодической таблице ядерный синтез вместо ядерного деления дает энергию.Однако в настоящее время не существует метода, который позволил бы нам получить доступ к мощности, которую может произвести синтез.

Список литературы

ToxTutor - Введение в абсорбцию

Токсиканты попадают в организм путем абсорбции. Организм считает проглоченные и вдыхаемые материалы находящимися вне его, пока эти материалы не преодолеют клеточные барьеры желудочно-кишечного тракта или дыхательной системы. Вещество должно абсорбироваться, чтобы оказывать действие на внутренние органы, хотя может наблюдаться местная токсичность, например раздражение.

Рис. 1. Процессы токсикокинетики
(Источник изображения: адаптировано из iStock Photos, ©)

Вариабельность поглощения

Поглощение сильно зависит от конкретных химических веществ и пути воздействия.

При воздействии на кожу, ротовую полость или дыхательные пути поглощенная доза составляет лишь часть дозы облучения (доза внешнего облучения).
Для веществ, вводимых или имплантированных непосредственно в организм, доза воздействия равна , как поглощенная или внутренняя доза.

Несколько факторов влияют на вероятность абсорбции ксенобиотика. Наиболее важными факторами являются:

Маршрут воздействия.
Концентрация вещества в месте контакта.
Химические и физические свойства вещества.

Путь воздействия влияет на изменение концентрации и свойств вещества. В некоторых случаях высокий процент вещества может не всасываться одним путем, тогда как небольшое количество может всасываться другим путем.

Например, очень мало Порошок ДДТ проникает через кожу, тогда как большая часть его абсорбируется при проглатывании.

Узнайте больше о ДДТ [PDF] в Национальном информационном центре по пестицидам при Университете штата Орегон.

Из-за таких различий в абсорбции, связанных с путями, ксенобиотики часто классифицируются по степени опасности в соответствии с путями воздействия. Вещество можно отнести к категории относительно нетоксичных для одного пути и высокотоксичных для другого.

Пути воздействия

основных путей воздействия , посредством которых ксенобиотики могут проникать в организм:

Желудочно-кишечный тракт - важен для воздействия на окружающую среду загрязнителей из пищи и воды; основной путь для многих фармацевтических препаратов.
Дыхательные пути - важен для воздействия загрязнителей воздуха на окружающую среду и на рабочем месте; некоторые фармацевтические препараты (например, назальные или пероральные аэрозольные ингаляторы) используют этот путь.
Кожа - важный путь воздействия на окружающую среду и на рабочем месте; многие потребительские и фармацевтические продукты наносятся непосредственно на кожу.

Другие пути воздействия - используются в основном для специальных медицинских целей:

Инъекции - в основном используются для фармацевтических препаратов.
Имплантаты - фармацевтические препараты могут быть имплантированы, чтобы обеспечить медленное высвобождение во времени (например, гормоны). Имплантируются многие медицинские устройства, для которых требуется минимальное поглощение (например, искусственный хрусталик или сухожилия). Некоторые материалы попадают в организм через кожу в результате несчастных случаев или оружия.
Инстилляции конъюнктивы (глазные капли) - в первую очередь для лечения глазных заболеваний; однако в некоторых случаях может происходить значительная абсорбция и вызывать системную токсичность.
Суппозитории - используются для лекарств, которые могут недостаточно всасываться после перорального приема или которые предназначены для местной терапии; обычные места для суппозиториев - прямая кишка и влагалище.

Клеточные мембраны

Клеточные мембраны (часто называемые плазматическими мембранами) окружают все клетки организма и похожи по структуре. Они состоят из двух слоев молекул фосфолипидов, расположенных в виде сэндвича, называемого «бислоем фосфолипидов».«Каждая молекула фосфолипида состоит из фосфатной головки и липидного хвоста. Фосфатная головка полярна, что означает, что она гидрофильная (притягивается к воде) . Напротив, липидный хвост является липофильным (притягивается к липидорастворимым веществам)

Два слоя фосфолипидов ориентированы на противоположных сторонах мембраны, так что они являются приблизительными зеркальными отображениями друг друга. Полярные головки обращены наружу, а липидные хвосты обращены внутрь в мембранном сэндвиче (рис. 2).

Рис. 2. Каждая молекула фосфолипида состоит из фосфатной головки и липидного хвоста
(Источник изображения: адаптировано из Wikimedia Commons, получено в рамках Public Domain, , исходное изображение )

Клеточная мембрана плотно упакована этими молекулами фосфолипидов с вкраплениями различных белков и молекул холестерина. Некоторые белки охватывают всю мембрану, что может создавать отверстия для водных каналов или пор.

Типичная структура клеточной мембраны показана на рисунке 3.

Рис. 3. Типичная структура клеточной мембраны (Источник изображения: адаптировано из Wikimedia Commons, получено из общественного достояния, исходное изображение )

Роль клеточных мембран в абсорбции

Для того, чтобы ксенобиотик проник в организм (а также перемещался внутри и покидал тело), он должен пройти через клеточные мембраны (клеточные стенки). Клеточные мембраны представляют собой грозный барьер и главную защиту организма, предотвращающую проникновение инородных захватчиков или веществ в ткани организма.Обычно клетки твердых тканей (например, кожи или слизистых оболочек легких или кишечника) настолько плотно уплотнены, что вещества не могут проходить между ними. Для этого необходимо, чтобы ксенобиотик обладал способностью проникать через клеточные мембраны. Он должен пересечь несколько мембран, чтобы перейти от одной области тела к другой.

Для того, чтобы вещество могло перемещаться через одну клетку, необходимо, чтобы оно сначала переместилось через клеточную мембрану в клетку, прошло через клетку, а затем снова пересекло клеточную мембрану, чтобы покинуть клетку.Это верно независимо от того, находятся ли клетки в коже, слизистой оболочке кровеносного сосуда или во внутреннем органе, таком как печень. Во многих случаях для того, чтобы вещество достигло места, где оно оказывает токсическое действие, оно должно пройти через несколько мембранных барьеров.

Анимация 1 показывает, как химическое вещество из теоретического потребительского продукта, называемого «гель для душа», может попасть на поверхность кожи во время принятия душа, а затем пройти через несколько мембран, прежде чем вступить в контакт с внутренней частью клетки печени.

Анимация 1. От геля к клетке: прослеживаем путь химического вещества из теоретического геля для душа через несколько мембран и в конечном итоге в клетку
(Источник изображения: iStock Photos, ©)

Перемещение токсичных веществ через клеточные мембраны

Некоторые токсичные вещества относительно легко перемещаются через мембранный барьер, в то время как для других это трудно или невозможно. Те, которые могут пересекать мембрану, используют один из двух общих методов: 1) пассивный перенос или 2) облегченный перенос .

Пассивный перенос состоит из простой диффузии (или осмотической фильтрации) и является «пассивным», поскольку не требуется клеточная энергия или помощь.

Некоторые токсиканты не могут просто диффундировать через мембрану, они требуют помощи специализированных транспортных механизмов. Основными видами специализированных транспортных механизмов являются:

Облегченная диффузия
Активный транспорт
Эндоцитоз (фагоцитоз и пиноцитоз)

Пассивная передача

Пассивный перенос - наиболее распространенный способ проникновения ксенобиотиков через клеточные мембраны.Скорость пассивной передачи определяется двумя факторами:

Разница в концентрациях вещества на противоположных сторонах мембраны (это происходит, когда вещество перемещается из области с высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией. Диффузия будет продолжаться до тех пор, пока концентрация не станет одинаковой с обеих сторон мембраны) .
Способность вещества перемещаться либо через маленькие поры в мембране, либо через липофильную внутреннюю часть мембраны.

Свойства, влияющие на способность химического вещества к пассивному переносу:

Растворимость липидов
Размер молекулы
Степень ионизации

Вещества с высокой растворимостью в липидах легко диффундируют через фосфолипидную мембрану. Небольшие водорастворимые молекулы могут проходить через мембрану через водные поры вместе с нормальным внутриклеточным потоком воды.

Крупные водорастворимые молекулы обычно не могут пройти через мелкие поры, хотя некоторые могут диффундировать через липидную часть мембраны, но с медленной скоростью.

Большинство водных пор имеют размер около 4 Ангстрем (Å) и пропускают химические вещества с молекулярной массой 100-200. Исключение составляют мембраны капилляров и почечных клубочков, которые имеют относительно большие поры (около 40 Ангстрем [Å]), которые позволяют молекулам с молекулярной массой около 50 000 (молекулы немного меньше, чем альбумин с молекулярной массой 60 000).

Обычно высокоионизированные химические вещества обладают низкой растворимостью в липидах и с трудом проходят через липидную мембрану.

Рисунок 4 демонстрирует пассивную диффузию и фильтрацию ксенобиотиков через типичную клеточную мембрану.

Рисунок 4. Распространение клеток
(Источник изображения: сотрудники Blausen.com (2014). « Медицинская галерея Blausen Medical 2014 ». WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI: 10. 15347 / wjm / 2014.010 . ISSN 2002-4436 . Получено по лицензии Creative Commons.)

Облегченная диффузия

Облегченная диффузия похожа на простую диффузию тем, что не требует энергии и следует градиенту концентрации.Разница в том, что это транспортный механизм, опосредованный переносчиками (рис. 5), то есть специальные транспортные белки, встроенные в клеточную мембрану, облегчают перемещение молекул через мембрану. Результаты аналогичны пассивному переносу, но быстрее и способны перемещать более крупные молекулы, которым трудно диффундировать через мембрану без носителя.

Примерами являются транспорт сахара и аминокислот в эритроциты и ЦНС.

Рисунок 5.Facilitated Diffusion
(Источник изображения: сотрудники Blausen.com (2014). « Медицинская галерея Blausen Medical 2014 ». WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI: 10.15347 / wjm / 2014.010 . ISSN 2002-4436 . Получено по лицензии Creative Commons.)

Активный транспорт

Некоторые вещества не могут двигаться при диффузии, не могут растворяться в липидном слое и слишком велики, чтобы проходить через водные каналы. Для некоторых из этих веществ существуют процессы активного транспорта , в которых движение через мембрану может составлять против градиента концентрации, то есть от низких концентраций к более высоким.Для этого требуется клеточная энергия от аденозинтрифосфата (АТФ). Переносимое вещество может перемещаться с одной стороны мембраны на другую с помощью этого энергетического процесса. Активный транспорт важен для транспорта ксенобиотиков в печень, почки и центральную нервную систему, а также для поддержания баланса электролитов и питательных веществ.

На рис. 6 показано движение натрия и калия против градиента концентрации с помощью натрий-калиевого обменного насоса АТФ.

Рисунок 6. Насос для натрий-калиевого обмена
(Источник изображения: Blausen.com staff (2014). « Медицинская галерея Blausen Medical 2014 ». WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI: 10.15347 / wjm / 2014.010 . ISSN 2002-4436 . Получено по лицензии Creative Commons.)

Эндоцитоз (фагоцитоз и пиноцитоз)

Многие крупные молекулы и частицы не могут проникать в клетки через пассивные или активные механизмы. Тем не менее, некоторые из них все еще могут проникать в результате процесса, известного как эндоцитоз .

При эндоцитозе клетка окружает вещество частью своей клеточной стенки. Это поглощенное вещество и часть мембраны затем отделяются от мембраны и перемещаются внутрь клетки. Двумя основными формами эндоцитоза являются 1) фагоцитоз и 2) пиноцитоз.

При фагоцитозе (поедание клеток) крупные частицы, взвешенные во внеклеточной жидкости, поглощаются и либо транспортируются в клетки, либо разрушаются внутри клетки. Это очень важный процесс для фагоцитов легких и некоторых клеток печени и селезенки.

Пиноцитоз (питье клеток) представляет собой аналогичный процесс, но включает поглощение жидкостей или очень мелких частиц, которые находятся во взвешенном состоянии во внеклеточной жидкости.

Рисунок 7 демонстрирует типы мембранного транспорта за счет эндоцитоза.

Рисунок 7. Типы эндоцитоза
(Источник изображения: Wikimedia Commons, получено по лицензии Public Domain, исходное изображение )

Проверка знаний

Процесс, при котором вещество перемещается из-за пределов тела в тело, известен как:

Для того чтобы ксенобиотик переместился из-за пределов тела в место токсического действия, необходимо, чтобы он:

В базовую структуру клеточной мембраны входят:

Процесс мембранного транспорта, при котором большие гидрофобные молекулы пересекают мембраны через липидную часть мембраны, следуют градиенту концентрации и не требуют энергии или молекул-носителей, известен как:

Эндоцитоз - это форма специализированного мембранного транспорта, при котором клетка окружает вещество частью своей клеточной мембраны.Специфический процесс эндоцитоза, при котором жидкости или очень маленькие частицы захватываются и транспортируются через мембрану, известен как:

Различия в адсорбции и абсорбции - Контейнеры AGM

Разница заключается в осушителе (на поверхности)

При обсуждении функции осушителя (материала, используемого для удаления влаги из воздуха во время хранения или транспортировки с целью предотвращения повреждения goods) существует большая путаница в том, как это работает. В большинстве случаев адсорбент адсорбирует влагу, а не поглощает ее, и разница может быть неясной. Тем не менее, управляющий инженер AGM Пэт Лейн здесь, чтобы объяснить:

Это непростая тема, потому что различие между абсорбцией и адсорбцией нечеткое, и многие материалы, которые делают одно, также делают другое.

Во-первых, давайте взглянем на определения этих двух процессов:

из Девятого нового университетского словаря Вебстера (1988. Печать) :

«Поглощение». Def. 1а: процесс абсорбции или абсорбции

«Абсорбировать». Def. 1: принять и стать частью существующего целого. Def. 2а: Для всасывания или взятия, например: губка впитывает воду, древесный уголь впитывает газ, а корни растений впитывают воду.

«Адсорбция.”Def. 1: Адгезия в очень тонком слое молекул (например, газов, растворенных веществ или жидкостей) к поверхностям твердых тел или жидкостей, с которыми они контактируют.

Из THE CONDENSED Chemical Dictionary. (10-е изд. 1981. Print.) :

«Поглощение». Определение 1: В химической терминологии, проникновение одного вещества во внутреннюю структуру другого, в отличие от адсорбции, при которой одно вещество притягивается и удерживается поверхность другого.

«Адсорбция». Def. 1: адсорбция. Прилипание атомов, ионов или молекул газа или жидкости к поверхности другого вещества, называемого адсорбентом (q.v.). Наиболее известными примерами являются системы газ / твердое тело и жидкость / твердое тело. Мелкодисперсный или микропористый материал с большой площадью активной поверхности является сильным адсорбентом и используется для удаления цветов, запахов и водяного пара (активированный уголь, активированный оксид алюминия, силикагель).

Суть

Хорошо, так что эти два процесса кажутся очень похожими с точки зрения определения.Для меня, однако, адсорбцию от абсорбции отличает то, где она происходит, какие силы задействованы и насколько «толстый» слой. То есть я считаю, что большинство адсорбированных веществ представляют собой только один молекулярный слой толщиной на поверхности, на которой они адсорбируются.

Как это работает

Многие из нас используют губку для впитывания. Губка легко всасывает воду, а затем легко выпускает ее, когда мы механически сжимаем губку. Однако если полностью сухую губку намочить, а затем отжать, она все равно останется влажной.Это потому, что по крайней мере часть влажности (хотя и не вся) составляет и сорбированная вода.

Ad сорбция

Если я отожму влажную губку руками, а затем положу ее в пресс и очень сильно сожму, я смогу получить больше жидкой воды, чтобы из нее вытечь. Однако в какой-то момент, как бы сильно я ни отжимал, жидкая вода перестает вытекать, но губка остается влажной. Это сорбированная часть и .

Обычно эта часть представляет собой один молекулярный слой толщиной и покрывает каждый кусочек поверхности губки, включая то, что мы не видим на микроскопическом уровне.Для многих материалов, включая губку, они гораздо более пористые, чем мы видим своими глазами. Эти поры создают гораздо большую площадь поверхности, чем мы ожидаем, или во многих случаях даже можно предположить, что они присутствуют.

В случае осушающих материалов они кажутся нашему глазу как мелкие твердые частицы, обычно в форме шариков или гранул. Но если бы мы посмотрели на них в сканирующий электронный микроскоп, мы бы увидели, что они чрезвычайно пористые с большим количеством пустого пространства, чем твердый материал, что объясняет их исключительно большую площадь поверхности и, следовательно, их способность адсорбировать значительное количество влаги. .

Ab сорбция

Теперь, если мы поместим губку в воду, а затем вытащим ее, через несколько секунд она перестанет капать. Но если присмотреться, можно увидеть жидкую воду в «порах» губки. Это представляет собой поглощение, потому что мы можем видеть жидкую воду, которая состоит из тысяч молекулярных слоев.

Компенсация реактивной энергии, потребляемой трансформатором

Если измерение выполняется на стороне СН трансформатора, может потребоваться компенсация потерь реактивной энергии в трансформаторе (в зависимости от тарифа).

Природа индуктивных сопротивлений трансформатора

Все предыдущие ссылки были связаны с шунтирующими подключенными устройствами, такими как те, которые используются в обычных нагрузках, конденсаторных батареях с коррекцией коэффициента мощности и т. Д. Причина этого в том, что подключенное шунтирующее оборудование требует (на сегодняшний день) самого большого количества реактивной энергии в энергосистемах. ; однако последовательно соединенные реактивные сопротивления, такие как индуктивные реактивные сопротивления линий электропередач и реактивное сопротивление рассеяния обмоток трансформатора и т. д., также поглощают реактивную энергию.

Если измерение выполняется на стороне среднего напряжения трансформатора, потери реактивной энергии в трансформаторе могут (в зависимости от тарифа) быть компенсированы. Что касается только потерь реактивной энергии, трансформатор может быть представлен в виде элементарной схемы , рисунок L20. Все значения реактивного сопротивления относятся к вторичной обмотке трансформатора, где шунтирующая ветвь представляет путь тока намагничивания. Ток намагничивания остается практически постоянным (около 1.8% от тока полной нагрузки) от холостого хода до полной нагрузки в нормальных условиях, то есть с постоянным первичным напряжением, так что шунтирующий конденсатор фиксированного значения может быть установлен на стороне среднего или низкого напряжения для компенсации реактивной энергии впитывается.

Рис. L20 - Реактивные сопротивления трансформатора на фазу

Потребление реактивной мощности при последовательном включении (поток рассеяния) реактивное сопротивление XL

Реактивной мощностью, потребляемой трансформатором, нельзя пренебрегать, и она может составлять (около) 5% от номинальной мощности трансформатора при подаче его полной нагрузки.Компенсация может быть обеспечена батареей конденсаторов. В трансформаторах реактивная мощность поглощается как шунтирующим (намагничивающее), так и последовательным (поток утечки) реактивными сопротивлениями. Полная компенсация может быть обеспечена за счет установки параллельно подключенных низковольтных конденсаторов.

Простую иллюстрацию этого явления дает векторная диаграмма , рис. L21.

Составляющая реактивного тока через нагрузку = I sin φ, так что QL = VI sin φ.

Составляющая реактивного тока от источника = I sin φ, так что QE = EI sin φ '.

Видно, что E> V и sin φ '> sin φ.

Разница между EI sin φ 'и VI sin φ дает квар на фазу, поглощаемую XL.

Можно показать, что это значение квар равно I ² XL (что аналогично потерям активной мощности (кВт) I ² R из-за последовательного сопротивления линий электропередач и т. Д.).

Из формулы I ² X _L очень просто вывести потребляемую квар, потребляемую при любом значении нагрузки для данного трансформатора, следующим образом:

Если используются удельные значения (вместо процентных значений), можно выполнить прямое умножение I и X _L.

Пример

Трансформатор 630 кВА с реактивным напряжением короткого замыкания 4% полностью загружен.

Каковы его потери реактивной мощности (квар)?

X _L = 0,04 о.е. и I = 1 о.е.

потери = I ² X _L = 1 ² x 0,04 = 0,04 о.е. квар

, где 1 о.е. = 630 кВА

Потери в трехфазной кВАр составляют 630 x 0,04 = 25,2 кВАр (или, проще говоря, 4% от 630 кВА).

При половинной нагрузке, т.е. I = 0,5 о.е., потери будут

0.5 ² x 0,04 = 0,01 pu = 630 x 0,01 = 6,3 квар и так далее ...

Этот пример и векторная диаграмма Рис. L21 показывают, что:

Коэффициент мощности на первичной стороне нагруженного трансформатора отличается (обычно ниже), чем на вторичной стороне (из-за поглощения вар.)
Потери квар при полной нагрузке из-за реактивного сопротивления утечки равны процентному реактивному сопротивлению трансформатора (реактивное сопротивление 4% означает потерю квар, равную 4% от номинальной мощности трансформатора в кВА). Потери
квар из-за реактивного сопротивления утечки зависят от тока (или нагрузки в кВА) в квадрате

Рис.L21 - Потребление реактивной мощности последовательной индуктивностью

Для определения общих потерь в кВАр трансформатора необходимо добавить потери в цепи постоянного тока намагничивания (примерно 1,8% от номинальной мощности трансформатора, кВА) к вышеуказанным «последовательным» потерям. На рисунке L21 показаны кварцевые потери холостого хода и полной нагрузки для типичных распределительных трансформаторов. В принципе, последовательные индуктивности можно компенсировать последовательными конденсаторами постоянной емкости (как это обычно бывает в длинных линиях передачи среднего напряжения).Однако такая компоновка трудна в эксплуатации, поэтому на уровнях напряжения, описываемых в данном руководстве, всегда применяется шунтирующая компенсация.

В случае измерения среднего напряжения достаточно поднять коэффициент мощности до точки, при которой трансформатор плюс потребляемая реактивная мощность нагрузки ниже уровня, при котором производится выставление счетов. Этот уровень зависит от тарифа, но часто соответствует значению tan ϕ, равному 0,31 (cos φ, равному 0,955).

Рис. L22 - Потребляемая реактивная мощность распределительных трансформаторов с первичной обмоткой 20 кВ

Номинальная мощность (кВА)	Реактивная мощность (квар) для компенсации
Номинальная мощность (кВА)	Без нагрузки	Полная нагрузка
100	2.5	6,1
160	3,7	9,6
250	5,3	14,7
315	6,3	18,4
400	7,6	22,9
500	9,5	28,7
630	11,3	35,7
800	20	54.5
1000	23,9	72,4
1250	27,4	94,5
1600	31,9	126
2000	37,8	176

Интересно, что потери квар в трансформаторе могут быть полностью компенсированы путем регулировки конденсаторной батареи, чтобы дать нагрузке (немного) опережающий коэффициент мощности. В таком случае вся квар трансформатора питается от конденсаторной батареи, в то время как вход на стороне среднего напряжения трансформатора имеет единичный коэффициент мощности, как показано на Рис. L23.

Рис. L23 - Чрезмерная компенсация нагрузки для полной компенсации потерь реактивной мощности трансформатора

Таким образом, на практике компенсация потребляемой трансформатором квар включается в конденсаторы, в первую очередь предназначенные для коррекции коэффициента мощности нагрузки, глобально, частично или в индивидуальном режиме. В отличие от большинства других устройств, поглощающих квар, поглощение трансформатора (то есть часть, обусловленная реактивным сопротивлением утечки) значительно изменяется при изменении уровня нагрузки, поэтому, если к трансформатору применяется индивидуальная компенсация, то средний уровень нагрузки должен быть предполагаться.

К счастью, это потребление квар обычно составляет лишь относительно небольшую часть общей реактивной мощности установки, поэтому несоответствие компенсации при изменении нагрузки вряд ли будет проблемой.

На рисунке L22 показаны типичные значения потерь в квар для цепи намагничивания (столбцы «квар без нагрузки»), а также для общих потерь при полной нагрузке для стандартного ряда распределительных трансформаторов, питаемых напряжением 20 кВ (включая потери из-за реактивного сопротивления утечки).

Возобновляемые источники энергии, факты и информация

В любой дискуссии об изменении климата возобновляемые источники энергии обычно возглавляют список изменений, которые мир может осуществить для предотвращения наихудших последствий повышения температуры. Это потому, что возобновляемые источники энергии, такие как солнце и ветер, не выделяют углекислый газ и другие парниковые газы, которые способствуют глобальному потеплению.

Чистая энергия может рекомендовать гораздо больше, чем просто быть «зеленой». Растущий сектор создает рабочие места, делает электрические сети более устойчивыми, расширяет доступ к энергии в развивающихся странах и помогает снизить счета за электроэнергию.Все эти факторы способствовали возрождению возобновляемых источников энергии в последние годы, когда ветер и солнце устанавливают новые рекорды для производства электроэнергии.

В течение последних 150 лет или около того люди в значительной степени полагались на уголь, нефть и другие ископаемые виды топлива для питания всего, от лампочек до автомобилей и заводов. Ископаемое топливо присутствует практически во всем, что мы делаем, и в результате выбросы парниковых газов при сжигании этого топлива достигли исторически высоких уровней.

Поскольку парниковые газы улавливают в атмосфере тепло, которое в противном случае могло бы уйти в космос, средняя температура на поверхности растет.Глобальное потепление является одним из симптомов изменения климата, этим термином ученые теперь предпочитают описывать сложные сдвиги, влияющие на погодные и климатические системы нашей планеты. Изменение климата включает не только повышение средних температур, но и экстремальные погодные явления, изменение популяций и мест обитания диких животных, повышение уровня моря и ряд других воздействий.

Конечно, у возобновляемых источников энергии, как и у любого другого источника энергии, есть свои компромиссы и связанные с ними дискуссии. Один из них посвящен определению возобновляемой энергии.Строго говоря, возобновляемые источники энергии - это именно то, что вы могли подумать: они доступны постоянно или, по выражению Управления энергетической информации США, «практически неисчерпаемы». Но «возобновляемый» не обязательно означает устойчивый, как часто утверждают противники кукурузного этанола или крупных гидроэлектростанций. Он также не охватывает другие ресурсы с низким или нулевым уровнем выбросов, у которых есть свои сторонники, включая энергоэффективность и ядерную энергетику.

Смотрите все наши видео о возобновляемых источниках энергии здесь.

Виды возобновляемых источников энергии

Гидроэнергетика: На протяжении веков люди использовали энергию речных течений, используя плотины для регулирования потока воды. Гидроэнергетика на сегодняшний день является крупнейшим источником возобновляемой энергии в мире, при этом ведущими производителями гидроэнергии являются Китай, Бразилия, Канада, США и Россия. Хотя гидроэнергетика теоретически является чистым источником энергии, восполняемым за счет дождя и снега, у нее также есть несколько недостатков.

Крупные плотины могут разрушить речные экосистемы и окружающие сообщества, нанося вред дикой природе и вытесняя жителей.Производство гидроэлектроэнергии уязвимо для накопления ила, который может снизить производительность и повредить оборудование. Засуха также может вызвать проблемы. Согласно исследованию 2018 года, в западной части США выбросы углекислого газа за 15-летний период были на 100 мегатонн выше, чем обычно, поскольку коммунальные предприятия обратились к углю и газу для замены гидроэнергетики, потерянной из-за засухи. Даже гидроэнергетика, работающая на полную мощность, несет свои собственные проблемы с выбросами, поскольку разлагающийся органический материал в резервуарах выделяет метан.

Плотины - не единственный способ использовать воду в качестве источника энергии: проекты по приливной и волновой энергии по всему миру стремятся запечатлеть естественные ритмы океана.В настоящее время морские энергетические проекты вырабатывают около 500 мегаватт энергии - менее одного процента всех возобновляемых источников энергии, - но потенциал намного больше. Такие программы, как премия Шотландии Saltire Prize, поощряют инновации в этой области.

Посмотрите, как первая в мире плавучая ветряная электростанция прокатится по волнам СМОТРЕТЬ: Эти ветряные турбины, более высокие, чем Статуя Свободы, путешествовали по морю.

Ветер: Использование ветра в качестве источника энергии началось более 7000 лет назад. В настоящее время ветряные турбины, вырабатывающие электричество, распространяются по всему миру, а Китай, США и Германия являются ведущими производителями энергии ветра.С 2001 по 2017 год совокупная ветровая мощность во всем мире увеличилась до более чем 539 000 мегаватт с 23 900 мВт - более чем в 22 раза.

Некоторые люди могут возражать против того, как ветряные турбины выглядят на горизонте и как они звучат, но энергия ветра, цены на которую снижаются, оказывается слишком ценным ресурсом, чтобы отрицать это. В то время как большая часть энергии ветра поступает от наземных турбин, появляются и морские проекты, больше всего в Великобритании и Германии. Первая в США оффшорная ветряная электростанция открылась в 2016 году в Род-Айленде, и другие оффшорные проекты набирают обороты.Еще одна проблема с ветряными турбинами заключается в том, что они представляют опасность для птиц и летучих мышей, ежегодно убивая сотни тысяч человек, не так много, как от столкновений со стеклом и других угроз, таких как потеря среды обитания и инвазивные виды, но достаточно, чтобы инженеры работали над решениями они безопаснее для летающих диких животных.

С выделением или поглощением энергии