ЕНЕРГІЯ У НЕЖИВІЙ ПРИРОДІ - PDF

Description
ВІДПОВІДІ НА ЗАПИТАННЯ КОНКУРСУ КОЛОСОК- осіннй класи Для підготовки до участі у конкурсі КОЛОСОК- весняний читай Всеукраїнський науково-популярний природничий журнал КОЛОСОК ПЕРЕДПЛАТНИЙ

Please download to get full document.

View again

of 17
All materials on our website are shared by users. If you have any questions about copyright issues, please report us to resolve them. We are always happy to assist you.
Information
Category:

Advertisement

Publish on:

Views: 16 | Pages: 17

Extension: PDF | Download: 0

Share
Transcript
ВІДПОВІДІ НА ЗАПИТАННЯ КОНКУРСУ КОЛОСОК- осіннй класи Для підготовки до участі у конкурсі КОЛОСОК- весняний читай Всеукраїнський науково-популярний природничий журнал КОЛОСОК ПЕРЕДПЛАТНИЙ ІНДЕКС ВИДАННЯ (українською мовою) (російською мовою) ЕНЕРГІЯ У НЕЖИВІЙ ПРИРОДІ 1. А. Сонця. Сонце основа життя. Так говорили античні філософи і не помилялися. Всесвіт наповнений різними видами енергії, проте основним її джерелом для переважної більшості біологічних процесів на нашій планеті є сонячне світло. Але і тут не все так просто. Вловлювати світлову енергію Сонця і перетворювати її на щось корисне, а саме на енергію хімічних зв язків синтезованих вуглеводів, не кожен мастак. Це можуть зробити лише ті організми, які опанували секрети фотосинтезу фототрофи. До них належать рослини та фотосинтезуючі бактерії, зокрема зелені, пурпурові, ціанобактерії. Впродовж року рослини суходолу і океану маніпулюють колосальними кількостями речовини і енергії: засвоюють 1, т вуглекислого газу, розкладають 1, т води, виділяють т вільного кисню і запасають калорій енергії Сонця у вигляді хімічної енергії продуктів фотосинтезу. Ось як писав про космічну роль зелених рослин російський дослідник фотосинтезу К. А. Тімірязєв: Рослина посередник між небом і землею. Вона є справжні Прометеєм, який викрав вогонь з неба. Викрадений нею промінь сонця горить і в мерехтливому каганці, і в сліпучій іскрі електрики. Промінь сонця приводить у рух і величезний маховик гігантської парової машини, і пензель художника, і перо поета Дайте найкращому кухарю вдосталь свіжого повітря, вдосталь сонячного світла, річку чистої води і попросіть, щоб з усього цього він приготував цукор, крохмаль, жири і зерно, він вирішить, що ви насміхаєтеся з нього. Але те, що здається цілком фантастичним для людини, з легкістю відбувається в зелених листках рослин. Детальніше про таємниці фотосинтезу читай у статті Ярини Колісник Зелена фабрика життя у журналі КОЛОСОК 7/ Б. Кінетична енергія. Поняття енергії формувалося у фізиці протягом багатьох століть. Його розуміння весь час змінювалося. Вперше термін енергія у сучасному фізичному розумінні застосував у1808 році Томас Юнг. Раніше вживали термін життєва сила (лат. vis viva), який ще в 17-му столітті запропонував Лейбніц, визначивши його як добуток маси на квадрат швидкості. Юнг розумів під живою силою кінетичну енергію рухомого тіла. Томас Юнг У 1829 році Кориоліс вперше застосував термін кінетична енергія в сучасному сенсі, а термін потенціальна енергія запровадив Вільям Ренкін у 1853 році. На той час дослідження у різних областях науки почали складатися в загальну картину. Завдяки дослідам Джоуля, Маєра, Гельмгольца прояснилося питання перетворення механічної енергії в теплову. В одній з перших робіт Про збереження сили (1847) Гельмгольц, дотримуючись ідеї єдності природи, математично обґрунтував закон збереження енергії і положення про те, що живий організм є фізико-хімічним середовищем, у якому зазначений закон точно виконується. Гельмгольц сформулював принцип збереження сили і неможливість Perpetuum Mobile. Ці відкриття дозволили сформулювати перший закон термодинаміки або закон збереження енергії. Поняття енергії стало центральним у розумінні фізичних процесів. Незабаром природним чином у поняття енергії вписалася термодинаміка хімічних реакцій і теорія електричних та електромагнітних явищ. З появою теорії відносності до поняття енергії додалося нове розуміння: Ейнштейн встановив зв'язок енергії та маси. Квантова механіка збагатила поняття енергії квантуванням для певних фізичних систем енергія може приймати лише дискретні значення. 3. В. Герон Олександрійський. Тепловий двигун (парова машина) відіграв і продовжує відігравати надзвичайно важливу роль у розвитку нашої цивілізації. Його винахід і запровадження у виробництво, транспорт та інші сфери діяльності людини спричинили промислову революцію XVIII століття, відкрили нові горизонти в нашому житті. Але ще на початку нашої ери давньогрецький математик і механік Герон Олександрійський сконструював кулю, що обертається силою струменя пари, висунув ідею парових машин. Наочним підтвердженням тому став Геронівскій еоліпіл, перша парова турбіна куля, що оберталася струменями водяної пари. Герон Олександрійський Еоліпіл Герона Точні дати народження і смерті цього давньогрецького інженера, фізика, механіка, математика, винахідника часів давньої Греції невідомі. Герон жив на початку нашої ери (вірогідно, у І ІІ ст. н.е.) в Олександрії. У своїх працях Герон наслідував Архімеда і часто тлумачив та узагальнював його відкриття. Цікаво, що Герон виконував замовлення військових та релігійних установ, театрів тощо. А використовував цей видатний винахідник зовсім прості, «звичайні» явища: силу тяжіння, тиск рідин, енергію пари тощо. Адже в його часи про використання електрики у технічних засобах не могло бути й мови. Герону належать формули визначення площі різних геометричних фігур. Найбільш відома його формула для знаходження площі трикутника (Формула Герона). Він вперше дослідив п'ять типів простих машин: важіль, коловорот, клин, гвинт і блок. Аналізуючи результати багатьох досліджень та винаходів, можна стверджувати, що ідея створення роботів-автоматів уперше була розвинута Героном Олександрійським, який залишив після себе зібрання наукових творів, що містять креслення та описи автоматичних пристроїв. Він винайшов автомат для продажу святої води; двері храмів, що відчинялися автоматично, коли над жертовником запалювався жертовний вогонь; арбалет, який перезаряджався автоматично. Ці та інші цікаві пристрої Герон описав у своїй роботі Пневматика. Сучасники сприймали винаходи Герона як чарівні фокуси. На превеликий жаль, багато дивовижних винаходів древніх греків на довгі століття були забуті. Детальніше про те, як виникла парова машина та хто її сконструював, читай у статті Богдана Ціжа Коротка історія виникнення і розвитку парової машини у журналі КОЛОСОК 4/2011. 4. Д. Усі вказані фізичні величини. Енергія це скалярна фізична величина, яка є мірою різних форм руху матерії та характеристикою стану системи (тіла) і визначає роботу, яку може виконати тіло (система). Тому і енергія, і робота вимірюються у джоулях. Робота може бути як додатною, так і від ємною. Робота у механіці характеризує дію сили і пов язана з переміщенням. А = Fscosα, де α це кут між напрямком дії сили і переміщенням. Якщо напрям дії сили збігається з напрямком переміщення, то робота сили над тілом вважається додатною, (А 0, α 90 ). Якщо напрям дії сили і напрям переміщення протилежні, то робота буде від ємною (А 0, α 90 ). У механіці розрізняють два види енергії: кінетичну і потенційну. Кінетичною енергією називають механічну енергію будь-якого тіла, що вільно рухається, і вимірюють її тією роботою, яку могло б здійснювати тіло під час його гальмування до повної зупинки. В будьякому підручнику говориться, що тіло масою m, яке рухається відносно вибраної системи відліку з якоюсь швидкістю v, має в цій системі кінетичну енергію E кін = mv 2 /2. Якщо ж у якійсь системі відліку тіло нерухоме, то його кінетична енергія дорівнює нулю. Кінетична енергія тіла і системи тіл не може бути від ємною величиною. Потенціальна енергія це механічна енергія системи тіл, яка визначається їхнім взаємним розташуванням і характером сил взаємодії між ними. Енергія взаємодії тіл може бути як додатною, так і від ємною. Під час вивчення механічних явищ у багатьох випадках зручно вибрати рівень відліку потенційної енергії так, щоб вона мала від ємне значення. Розраховують потенціальну енергію з урахуванням природи сил, які діють на ці тіла. Найпростіше розрахувати потенціальну енергію тіла, піднятого над поверхнею Землі, оскільки сила тяжіння, яка діє на нього, залишається практично сталою протягом усього часу його руху. Нехай тіло масою m знаходиться на висоті h над землею. Якщо воно впаде на поверхню, то за рахунок потенціальної енергії буде виконана робота А = Fs = mgh. Отже, про таке тіло можна сказати, що воно має потенціальну енергію Е п = mgh. В цій формулі приховано умовна угода: положення тіл, що взаємодіють, за якого енергія їхьої взаємодії Е п умовно вважається такою, що дорівнює нулю (нульовий рівень), вибирається так, що в цьому положенні висота h = 0. Але обираючи нульовий рівень фізики керуються лише прагненням максимально спростити рішення задачі. Якщо з якихось міркувань зручно вважати, що потенційна енергія дорівнює нулю в точці на висоті h 0 = 0, то формула для потенційної енергії набуває вигляду: Е п = mg(h h 0 ). Повна механічна енергія фізичної системи це сума кінетичної та потенціальної енергії. Повна енергія теж може набувати від ємних значень. Ви знайомі з такими випадками: електрон у атомі рухається навколо ядра (має кінетичну енергію) та взаємодіє з ним (має потенціальну енергію. А тепер уявіть собі нерухомий електрон на безмежно далекій відстані від ядра. Логічно припустити, що там його енергія дорівнює нулю: він нерухомий (кінетична енергія дорівнює нулю) і не взаємодіє з ядром (потенціальна енергія взаємодії рівна нулю). Щоб вирвати електрон з атома, треба виконати роботу, тобто, надати йому енергію (енергію іонізації). Таким чином, надавши електрону енергію, ми віддалимо його від атома і він матиме енергію, рівну нулю. А це значить, що в атомі його повна енергія була від ємною. Зрозуміло, що значення повної енергії залежить в цьому випадку від вибору нульового рівня потенціальної енергії. Аналогічно можна розмірковувати про повну енергію тіла (наприклад, планети) у гравітаційному полі (зорі, наприклад, Сонця). Якщо потенціальну енергію гравітаційної взаємодії тіл прийняти рівною нулю, коли планета віддалена від Сонця на безконечно велику відстань (а це логічно, бо за такої умови гравітаційна взаємодія, а, отже, і потенціальна енергія дорівнюють нулю), то повна енергія планети у полі тяжіння зорі теж матиме від ємне значення. Кількість теплоти енергія, яку тіло отримало або віддало внаслідок теплопередачі. У фізиці прийнято вважати кількість теплоти додатною, якщо тіло отримує теплову енергію, і від ємною, якщо воно віддає її. На підставі цього правила записують рівняння теплового балансу: алгебраїчна (з урахуванням знаку!) сума кількостей теплоти тіл, що беруть участь в теплообміні в ізольованій системі рівна 0, або сума кількості теплоти, яку отримали тіла, дорівнює сумі кількості теплоти, яку віддали інші тіла внаслідок теплопередачі. 5. Г. 500 м. Теплота, так само як і енергія, у міжнародній системі СІ вимірюється в джоулях (Дж) на честь видатного англійського фізика Джеймса Джоуля, який вперше встановив точне співвідношення між одиницями вимірювання механічної енергії і теплоти. Колись кількість теплоти вимірювали в калоріях. Та й сьогодні на продуктах харчування зазначають їхню калорійність. Наприклад, на плитці шоколаду зазначено: 500 ккал/100 г. Одна калорія це кількість теплоти, необхідна для нагрівання 1 г води на 1 C. Одна калорія це приблизно 4,2 Дж. Отже, 500 ккал це 500 x 1000 x 4,2 = Дж. Щоб підняти тіло на висоту, потрібно виконати роботу А = mgh. Звідси h = А/mg. Таким чином, енергії 500 ккал вистачит
Related Search
Similar documents
View more...
We Need Your Support
Thank you for visiting our website and your interest in our free products and services. We are nonprofit website to share and download documents. To the running of this website, we need your help to support us.

Thanks to everyone for your continued support.

No, Thanks