ЭНЕРГИЯ И ВРЕМЯ
ЦЕЛЬ: Ознакомиться с различными формами энергии и временными рамками, необходимыми для развития этих форм энергии.
ЦЕЛЬ: 1. Студент познакомится с различными формами энергии.
2. Студент поймет источники энергии.
3. Студент получит представление об истории различных источников энергии.
УРОК / ИНФОРМАЦИЯ: Являются ли источники энергии возобновляемыми или невозобновляемыми? Вы можете решить для себя. Если источник энергии заменяется по мере того, как мы его используем, так что мы никогда не сможем его использовать, он называется возобновляемым. Если имеется определенный, ограниченный запас источника энергии, и он не может быть заменен, он называется невозобновляемым. Это важная идея, потому что она помогает нам решить, как мы должны использовать каждый из наших многочисленных источников энергии.
Энергия окружает нас повсюду и поступает из многих источников. Одним из важнейших источников энергии является солнце. Энергия солнца является первоначальным источником большей части энергии на Земле.
Мы получаем солнечную тепловую энергию от солнца, а солнечный свет также можно использовать для производства электроэнергии с помощью солнечных (фотоэлектрических) элементов.
Солнце нагревает поверхность земли, а Земля нагревает воздух над ней, вызывая ветер.
Вода, испаряемая солнцем, образует облака и дождь, чтобы дать нам текущие ручьи и реки. И ветер, и проточная вода (гидроэнергетика) являются источниками энергии.
Итак, вы видите, что солнце является источником многих видов энергии, встречающихся в природе. Эти виды энергии окружают нас все время. Они производятся быстро и постоянно обновляются по мере их использования. По этой причине мы говорим, что они возобновляемы.
Энергия солнца также может быть сохранена. Растения накапливают энергию солнца по мере роста. Например, фрукты, овощи и древесина деревьев содержат накопленную солнечную энергию. Мы называем это энергией биомассы, от «био» до «жизни» или «живого». Эти виды энергии также являются возобновляемыми, но, конечно, для выращивания растения или дерева требуется больше времени, чем для получения тепла непосредственно от солнечного света.
Когда энергия хранится в материале, мы называем это материальным топливом. Пища и древесина являются топливом из биомассы. Когда у вас есть старая биомасса, которая стала концентрированной, у вас есть то, что мы называем «ископаемым топливом».
ФОРМИРОВАНИЕ ИСКОПАЕМЫХ ТОПЛИВОВ Ископаемые виды топлива находятся в отложениях в горных породах. Они образовались здесь между 350 и 50 миллионами лет назад. Процессы, посредством которых они образовались, до конца не изучены. Разложившиеся остатки древних растений и/или животных погребены под отложениями. Под действием тепла и давления на протяжении миллионов веков они химически изменялись. Результатом являются уголь, нефть и природный газ.
Уголь образовался из остатков папоротников, деревьев и трав, которые росли на больших болотах 345 миллионов лет назад. Эти останки образовывали слои, погружаясь под воду болот. Растительный материал частично разложился, поскольку эти слои образовали слои торфа, мягкого коричневого вещества, содержащего до 30% углерода. Торф является самой ранней стадией углеобразования.
Позднее мелководье покрыло болота и медленно отложило слои песка и ила поверх торфа. Эти отложения оказывали давление на торф на протяжении тысячелетий. Медленно произошли химические изменения, превратившие его в лигнит или бурый уголь, который содержит около 40% углерода. Миллионы лет спустя повышение давления и тепла превратило лигнит в битуминозный или мягкий уголь (около 66% углерода) и, наконец, в антрацит или каменный уголь (более 90% углерода).
Нефть и природный газ также находятся в пластах осадочных пород. Осадки были отложены мелководными морями миллионы лет назад. Остатки растений и животных, обитавших в морях, осели на дно и были погребены под слоями наносов. Эти слои подвергались теплу и давлению на протяжении миллионов лет. Отложения превратились в слои горных пород, а останки растений и животных претерпели медленные химические изменения и образовали нефть и природный газ.
Как видите, для образования ископаемого топлива требуются миллионы лет. Их нельзя быстро заменить. На самом деле, с точки зрения нашей жизни их вообще нельзя заменить. По этой причине мы называем их невозобновляемыми.
ДРУГИЕ ФОРМЫ ЭНЕРГИИ Существуют и другие виды энергии: например, тепловая энергия океана, геотермальная энергия и ядерная энергия. Мы не можем обсуждать их все здесь, но ваш учитель может дать вам информацию о них.
КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ЭНЕРГЕТИКИ До 1700-х годов История американской жизни – это история энергии. Первые американцы, коренные американцы, использовали свою мускульную силу, чтобы выполнять работу и путешествовать. Они сжигали дрова для приготовления пищи и отопления. Они использовали энергию солнца для сушки пищи и шкур животных.
1700-е годы Когда поселенцы пришли из Европы, они использовали те же самые виды энергии, но также использовали и некоторые новые. Они использовали энергию ветра, чтобы управлять кораблями, которые привели их сюда. Они использовали силу животных, чтобы помочь в работе и путешествиях. Они также построили мельницы, которые использовали энергию воды для измельчения зерна, распиливания древесины и перекачки воды. Древесина по-прежнему оставалась их основным топливом.
В 1800-х годах население Америки росло. Люди хотели больше еды, более быстрое путешествие, лучшую одежду и кров. Новый паровой двигатель можно было использовать для запуска машин, кораблей и поездов, но для этого требовалось топливо. Заводы и железные дороги росли, используя все больше и больше топлива. В некоторых местах древесины стало не хватать, поэтому древесину начал заменять уголь. Для освещения место свечей и китового жира стали заменять угольный и природный газ. Люди научились расщеплять масло на такие продукты, как керосин, для освещения и приготовления пищи. Потом был изобретен автомобиль. Вскоре для производства бензина для автомобилей потребуется много нефти.
1900-е годы Стала очевидной большая зависимость от электричества. Электрическое освещение, приборы и машины облегчили жизнь американцам. Уголь, нефть, природный газ и гидроэнергия (вода) использовались для производства электроэнергии. Затем была открыта ядерная энергия, которая также использовалась для производства электричества.
Американцы использовали много нефти. Мы использовали его для производства электроэнергии, топлива для транспорта и отопления, а также для производства многих товаров, таких как пластик и нейлон. Цена на нефть выросла, как и цены на электричество и бензин. Запасы конечны и продолжают сокращаться ускоренными темпами.
Люди стали экономить энергию. Они начали использовать те виды энергии, которые использовали коренные американцы и первые поселенцы: энергию солнца, ветра и дерева. Они также искали новые источники энергии и новые способы использования энергии в будущем.
2000-е годы Предскажите будущее развития энергетики в 2000-х годах. ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________
ЗАДАНИЕ 1: На приведенных ниже графиках представлены два разных представления наших источников энергии. Они иллюстрируют одно и то же по-разному. История, которую они рассказывают, та же история, которую вы только что прочитали. Внимательно изучите их, а затем ответьте на вопросы.
Диаграмма перепечатана с разрешения New York Energy Education Handbook, Департамент образования штата Нью-Йорк.
ВОПРОСЫ: 1. Какие виды энергии были самыми важными в первые дни существования Америки? Для чего они использовались?
2. Американская революция произошла в 1770-х годах. Какое топливо тогда использовалось больше всего?
3. Гражданская война в США была в 1860-х годах. Какое топливо тогда использовалось больше всего?
4. Почему уголь стал так важен к 1900 г.?
5. Как вы думаете, почему углю потребовалось так много времени, чтобы заменить древесину в качестве наиболее важного топлива?
6. Какое топливо было наиболее используемым в 1975 г. Какое применение оно имело?
7. Как вы думаете, почему в 1970-е годы потребление нефти сократилось, а использование древесины возросло?
8. От каких источников энергии США больше всего зависят сегодня?
ЗАДАНИЕ 2: Соедините картинки ниже с правильными названиями. _____1. Солнечная тепловая энергия _____2. Биомасса _____3. Гидроэнергетика _____4. Ветер _____5. Геотермальная _____6. Фотогальванический
ПРОВЕРКА ИНФОРМАЦИИ Указания: Изучив предоставленную информацию, заполните поля ниже.
______________ является изначальным источником почти всей энергии на Земле. Энергия проявляется во многих различных формах, но если вы проследите ее достаточно далеко, вы обнаружите, что все началось в одном и том же месте: ____________________.
Некоторые источники энергии существуют практически в неограниченном количестве. Как только мы используем некоторую энергию, она заменяется большей. По этой причине мы говорим, что эти источники энергии ________________________.
Возможно, самая «быстрая» энергия — это ____________________ электричество, которое вырабатывается, когда солнечные лучи падают на солнечные элементы. Это круглые голубоватые пластины, которые устанавливаются на космические спутники, чтобы обеспечивать их электроэнергией от солнечного света, когда они находятся в космосе.
Солнцу требуется всего несколько минут, чтобы дать нам прямое солнечное _________________. Вы можете почувствовать это в машине, которая стоит на солнце. Дома и здания могут быть спроектированы так, чтобы собирать солнечный свет таким же образом. Вы также можете построить солнечные коллекторы, чтобы улавливать солнечное тепло.
Солнце нагревает землю, а земля нагревает воздух над собой. Нагретый воздух поднимается вверх (прямо как воздушный шар). Когда более холодный воздух устремляется, чтобы вытеснить нагретый воздух, мы имеем __________________. Эта энергия может быть использована для плавания кораблей или приводов машин для перекачивания воды или производства электроэнергии.
Солнце нагревает поверхностные воды озер и океанов. Часть воды испаряется при нагревании. Затем он образует облака, выпадает в виде дождя и собирается в озерах и реках. Когда эта вода течет обратно в море, она обеспечивает _________________, который может вращать турбину для выработки электроэнергии.
Земные растения являются солнечными коллекторами. В процессе фотосинтеза они используют солнечный свет для производства накопленной химической энергии, которая используется в пищу или в качестве топлива. Энергия растений называется _______________.
Производство некоторых источников энергии занимает так много времени, что если мы их израсходуем, то заменить их будет невозможно. ____________________, _________________ и _________________ такие. Мертвые растения и животные должны разлагаться от сотен до миллионов лет, чтобы произвести эти ископаемые виды топлива. Вот почему мы говорим, что они _____________________________.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЧТЕНИЕ: Нью-Йоркский образовательный проект по энергетике, Исследовательский фонд Государственного университета Нью-Йорка. Олбани, Нью-Йорк. 1985 г.
ПРИМЕЧАНИЯ ДЛЯ УЧИТЕЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ: Являются ли они возобновляемыми или невозобновляемыми? Вы можете решить для себя. Если источник энергии заменяется по мере того, как мы его используем, так что мы никогда не сможем его использовать, он называется возобновляемым. Если имеется определенный, ограниченный запас источника энергии, и он не может быть заменен, он называется невозобновляемым. Это важная идея, потому что она помогает нам решить, как мы должны использовать каждый из наших многочисленных источников энергии.
Quad — Гигантская энергетическая единица (часто используется для обозначения того, сколько энергии покупают целые страны каждый год). Он представляет собой квадриллион БТЕ, количество тепловой энергии в 172 миллионах баррелей нефти; единица энергии, равная одному квадриллиону БТЕ (1 000 000 000 000 000).
ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ: 1.Уголь и древесина были самыми важными источниками энергии в первые дни существования Америки.
2. Наиболее часто используемым топливом в 1770-х годах были дрова.
3. В 1860-х годах дрова все еще были наиболее используемым топливом.
4. Уголь приобрел важное значение незадолго до 1900 года из-за его многочисленных применений, таких как топливо для паровых двигателей, которые приводили в действие многие железнодорожные двигатели, популярные в то время, и топливо для паровых турбин, используемых для производства электроэнергии. Уголь также начал заменять древесину в качестве источника тепла для коммерческих и жилых зданий.
5. Дрова долгое время оставались самым популярным топливом из-за их изобилия и того факта, что они были чрезвычайно дешевы.
6. Нефть была самым важным топливом в 1975 году. Мазут, полученный из нефти, стал чрезвычайно важным в это время из-за мобильности людей в мире и так называемого «сжатия земного шара» за счет все более и более быстрых транспортных средств.
7. Нефть подешевела из-за мер по энергосбережению и высоких цен на мазут, вызванных арабским нефтяным эмбарго.
8. Соединенные Штаты по-прежнему сильно зависят от нефти как основного источника энергии. Это серьезная проблема из-за сокращения поставок. Альтернативные источники, такие как атомная энергия, природный газ и возобновляемые источники, должны быть разработаны в ближайшем будущем, чтобы избежать катастрофических последствий.
ОТВЕТЫ НА ЗАДАНИЕ 2 1. = D 2. = B 3. = A 4. = E 5. = F 6. = C
ОТВЕТЫ НА ПРОВЕРКУ ИНФОРМАЦИИ: ____СОЛНЦЕ_____ является изначальным источником почти всей энергии на Земле. Энергия проявляется во многих различных формах, но если вы проследите ее достаточно далеко, вы обнаружите, что все началось в одном и том же месте: ______СОЛНЦЕ__________.
Некоторые источники энергии существуют практически в неограниченном количестве. Как только мы используем некоторую энергию, она заменяется большей. По этой причине мы говорим, что эти источники энергии ____ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ_______.
Возможно, самая «быстрая» энергия — это _____СОЛНЕЧНОЕ__________ электричество, которое вырабатывается, когда солнечные лучи падают на солнечные элементы.Это круглые голубоватые пластины, которые устанавливаются на космические спутники, чтобы обеспечивать их электроэнергией от солнечного света, когда они находятся в космосе.
Солнцу требуется всего несколько минут, чтобы дать нам прямую солнечную ____ЭНЕРГИЮ_______. Вы можете почувствовать это в машине, которая стоит на солнце. Дома и здания могут быть спроектированы так, чтобы собирать солнечный свет таким же образом. Вы также можете построить солнечные коллекторы, чтобы улавливать солнечное тепло.
Солнце нагревает землю, а земля нагревает воздух над собой. Нагретый воздух поднимается вверх (прямо как воздушный шар). Когда более холодный воздух устремляется, чтобы вытеснить нагретый воздух, мы имеем ______ВЕТЕР________. Эта энергия может быть использована для плавания кораблей или приводов машин для перекачивания воды или производства электроэнергии.
Солнце нагревает поверхностные воды озер и океанов. Часть воды испаряется при нагревании. Затем он образует облака, выпадает в виде дождя и собирается в озерах и реках. Когда эта вода течет обратно в море, она обеспечивает ___ГИДРОЭНЕРГЕТИЮ____, которая может приводить в действие турбину для выработки электроэнергии.
Земные растения являются солнечными коллекторами. В процессе фотосинтеза они используют солнечный свет для производства накопленной химической энергии, которая используется в пищу или в качестве топлива. Энергия растений называется ___БИОМАССА_____.
Производство некоторых источников энергии занимает так много времени, что если мы их израсходуем, то заменить их будет невозможно. _______УГОЛЬ___________, ______НЕФТЬ_______ и _____ГАЗ_________ такие же. Мертвые растения и животные должны разлагаться от сотен до миллионов лет, чтобы произвести эти ископаемые виды топлива. Вот почему мы говорим, что они ________НЕОБНОВЛЯЕМЫЕ___________.
Комментарии или вопросы по адресу: TechAsmt@LA.GOV
