Способы получения механической энергии

Примеры использования механической энергии дома и в повседневной жизни

Механическая энергия, также известная как энергия движения, — это то, как объект движется в зависимости от его положения и движения. Это происходит, когда на объект действует сила, и объект использует

Содержание:

Механическая энергия, также известная как энергия движения, — это то, как объект движется в зависимости от его положения и движения. Это происходит, когда на объект действует сила, и объект использует переданную энергию в качестве движения. Если объект движется, он использует механическую энергию. Просмотрите приведенные ниже примеры механической энергии, чтобы узнать, где вы можете увидеть ее в повседневной жизни.

Повседневные примеры механической энергии

Механическая энергия — один из немногих видов энергии, который легко увидеть. Если что-то движется, это использует механическую энергию! Обратите внимание на эти источники механической энергии, которые вы, скорее всего, найдете в доме.

• Поворачивая дверную ручку
• Вдыхать и выдыхать
• Забивая гвоздь
• Поездка на велосипеде
• Заточка карандаша
• Использование кухонной техники
• Слушать музыку
• Печатать на клавиатуре
• Водить машину
• Упражнения

Оглянись вокруг. Любой движущийся объект использует кинетическую механическую энергию. Даже неподвижные объекты накапливают потенциальную механическую энергию. Когда вы перемещаете что-то рукой, вы передаете кинетическую механическую энергию от вашего тела к объекту, который вы перемещаете.

Потенциальная и кинетическая механическая энергия

Существует два типа механической энергии: потенциальная энергия (запасенная энергия положения) и кинетическая энергия (энергия движения). Механическая энергия объекта — это сумма его потенциальной энергии и его кинетической энергии. Объекты с большим количеством механической энергии будут двигаться больше, чем объекты с низкой механической энергией.

Возможная механическая энергия

Когда объект может двигаться, но на него не действует сила, он накапливает потенциальную механическую энергию. Два основных типа потенциальной энергии:

• Гравитационно потенциальная энергия: Энергия, которая хранится в высоте или положении объекта. Более тяжелые объекты обладают большим количеством гравитационной энергии.
• Упругая потенциальная энергия: Энергия, которая сохраняется благодаря состоянию объекта. Это состояние часто зависит от материала объекта (например, резины).

Например, тяжелый шар для боулинга, удерживаемый на высоте четырех футов над землей, обладает большей гравитационной потенциальной энергией, чем более легкий теннисный мяч, который имеет некоторую упругую потенциальную энергию из-за своего резинового материала.

Когда на шары действует сила, чтобы бросить их, гравитационная потенциальная энергия шара для боулинга сочетается с его кинетической энергией движения. Он упадет с большей силой, чем теннисный мяч, который отскочит из-за своей высокой упругой потенциальной энергии.

Кинетическая механическая энергия

Во время движения объект использует кинетическую механическую энергию. Сила воздействовала на объект, заставляя его выполнять работу. Кинетическая механическая энергия может возникать, когда кинетическая энергия другого объекта передается ему (например, когда питчер бросает мяч) или когда другой тип кинетической энергии преобразуется в механическую энергию.

Помимо механической энергии, четыре типа кинетической энергии включают:

• Радиантная энергия: энергия, производимая световыми волнами.
• Электрическая энергия: энергия, производимая электричеством.
• Звуковая энергия: энергия, производимая звуковыми волнами.
• Тепловая энергия: энергия, производимая за счет тепла.

Никакая форма энергии не может быть создана или уничтожена. Энергию можно только передавать или преобразовывать в разные виды энергии.

Преобразование механической энергии

Любая переданная энергия, которая заставляет объект выполнять работу, является примером преобразования энергии. Преобразование в механическую энергию позволяет объекту двигаться.

Стать механической энергией

Вот несколько примеров того, как различные типы энергии превращаются в механическую.

• Бензин преобразует химическую энергию в механическую энергию в автомобилях.
• Паровые двигатели в поезде преобразуют тепловую энергию в механическую.
• Ваше тело преобразует химическую энергию из питательных веществ в механическую энергию движения.
• Электродрель преобразует электрическую энергию в механическую при включении и использовании.
• Музыка преобразует звуковую энергию в механическую энергию барабанной перепонки.

Преобразование механической энергии

И наоборот, механическая энергия может преобразовываться в разные виды энергии. Ознакомьтесь с этими примерами преобразования энергии в результате движения.

• Ветряные мельницы преобразуют механическую энергию в электрическую в домах.
• Удар по барабану преобразует механическую энергию в звуковую.
• Потирание рук преобразует механическую энергию в тепловую.
• При включении выключателя механическая энергия преобразуется в электрическую и лучистую.

При переваривании пищи механическая энергия преобразуется в химическую.

Посмотреть и скачать PDF

Дополнительные ресурсы по физике

Продолжите инструкцию, добавив больше статей по концепциям физики. Ознакомьтесь с этими примерами объектов в состоянии инерции или списком физических свойств материи или энергии. Независимо от того, что вы делаете, продолжайте двигаться!

Источник

Способ получения механической энергии

Использование: в области энергетики. Сущность: за счет использования в качестве рабочего тела предварительно насыщенной газом воды, причем механическая энергия получается как в результате фазового перехода, так и разложения рабочего тела, что позволяет получить механическую энергию и при отрицательных, и при положительных температурах окружающей среды. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к тепловым двигателям, использующим изменения температуры окружающей среды для преобразования тепловой энергии в механическую при периодическом охлаждении и нагревании рабочего тела.

Изобретение может использоваться при строительстве и эксплуатации сооружений, создании электростанций (особенно в районах Крайнего Севера) и других установок.

Известен способ получения механической энергии [1] в котором рабочее тело (воду) нагревают до температуры испарения с получением механической энергии при фазовом переходе рабочего тела в пар с последующим охлаждением рабочего тела до температуры конденсации с совершением холостого хода.

Недостатками известного способа являются низкая эффективность при больших энергозатратах, малый коэффициент полезного действия.

Наиболее близким по технической сущности и решаемым задачам к заявляемому способу является способ получения механической энергии [2] в котором расширяющееся при замерзании рабочее тело (воду) охлаждают до температуры кристаллизации с получением механической энергии за счет увеличения объема рабочего тела при его фазовом превращении с последующим нагреванием рабочего тела до температуры плавления с совершением холостого хода.

Недостатками данного аналога являются: низкая эффективность способа вследствие малого (до 10%) расширения рабочего тела и значительной продолжительности кристаллизации и расплавления рабочего тела, невозможность получения механической энергии в области положительных температур.

Известен способ подъема давления природного газа [3] в котором используются газогидраты (клатратный лед), в которые для получения высокого давления нагревают до температуры их разложения. Однако в заявляемом способе в отличие от известного (а.с. N 237770) используют для получения механической энергии фазовый переход клатратного льда, получая при этом механическую энергию в области отрицательных температур, тем самым расширяя рабочий диапазон, то есть повышая эффективность способа.

Нами не обнаружено технических решений, в которых использовался бы фазовый переход клатратного льда с целью получения механической энергии.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности использования способа за счет увеличения рабочего хода, сокращения времени фазового перехода рабочего тела, снижения энергозатрат, а также расширения температурного диапазона применения способа, в результате увеличения объема рабочего тела как при отрицательных, так и положительных температурах.

Указанная задача достигается тем, что перед заполнением рабочей камеры водой ее предварительно насыщают газом, способным образовывать с водой клатратный лед, а нагревание рабочего тела осуществляют до температуры разложения рабочего тела, превышающей температуру плавления, с выделением газа и получением механической энергии за счет совершения рабочего хода как в области отрицательных температур, в результате фазового перехода, так и в области положительных температур, при разложении рабочего тела, причем после образования клатратного льда из рабочей камеры отводят балластную воду.

Использование в качестве рабочего тела газонасыщенной воды обусловлено тем, что при замерзании она увеличивает свой объем на 15 20% больше, нежели при кристаллизации обыкновенной воды, в результате чего может быть получена большая механическая энергия. Кроме того время образования и разложения клатратного льда значительно меньше, чем время кристаллизации и расплавления обыкновенного льда. Это позволяет дополнительно повысить эффективность использования предлагаемого способа.

И наконец, если в прототипе в области положительных температур получение механической энергии невозможно, поскольку вода, образованная при расплавлении обыкновенного льда, не расширяется, то в предлагаемом способе это имеет место, в результате выделения большого количества газа (1 см 3 клатратного льда выделяет до 300 см 3 газа) в процессе разложения клатратного льда при его нагревании.

Удаление балластной воды необходимо для того, чтобы сократить время фазового перехода рабочего тела и чтобы при разложении клатратного льда весь выделяющийся газ участвовал в получении механической энергии, а не растворялась бы часть его в балластной воде. Кроме того, различные примеси (соли и т. п. ), находящиеся в балластной воде, будут удаляться с ее удалением из рабочей камеры, что улучшает свойства клатратного льда.

Таким образом, с помощью предлагаемого способа можно повысить эффективность преобразования тепловой энергии в механическую и расширить температурный диапазон использования этого способа (как в отрицательной, так и в положительной области).

Осуществить указанный способ можно следующим образом.

При комнатной (или любой, но более 10 o C) температуре помещают в рабочую камеру 1 (см. чертеж) через вентиль 2, расположенный под поршнем 3 в стенке рабочей камеры, воду, в которой растворен газ, в количестве достаточном для образования клатратного льда. Закрыв вентиль, снижают температуру газонасыщенной воды в зависимости от вида газа до 1 6 o C. Температуру внутри рабочей камеры регистрируют с помощью термопары 4 и милливольтметра 5. При указанной температуре в рабочей камере образуется клатратный лед и остается избыточная (балластная) воды. Затем через вентиль 2 удаляют балластную воду, в результате чего в рабочей камере остается только клатратный лед, представляющий собой рабочее тело, которое и используют для получения механической энергии.

Так, при снижении температуры в отрицательную область клатратный лед расширяется и перемещает поршень (рабочий ход), тем самым совершая механическую работу. Если теперь начать повышать температуру рабочего тела, объем клатратного льда уменьшается и поршень будет совершать обратный (холостой) ход. Однако при достижении температуры разложения клатратного льда из него начнет выделяться газ и поршень будет вновь совершать рабочий ход, но уже не при охлаждении, а при нагревании рабочего тела и не в отрицательной, а в положительной области температур.

Таким образом, рабочий ход поршня значительно увеличивается по сравнению с прототипом, а следовательно, возрастают механическая энергия и эффективность способа.

Пример. В рабочую камеру 1 объемом 1,510 -2 м 3 через вентиль 2 при температуре 20 o C поместили под поршень 5 л воды насыщенной пропаном. С помощью холодильника снизили температуру внутри камеры до -3 o C (зимой для этой цели использовали низкую температуру наружного воздуха). После образования клатратного льда (момент его образования фиксировался по милливольтметру 5) через вентиль 2 удалили балластную воду. Снизили температуру рабочего тела до -12 o C (для этой цели использовались либо морозильная камера, либо наружный воздух). При этом объем рабочего тела возрос на 30% и поршень поднялся на 10 см (если бы вместо клатратного использования обыкновенный лед, объемное расширение которого 10% то поршень поднялся бы только на 3 см). При повышении температуры (в нашем примере до 20 o C) клатратный лед сначала расплавился и объем рабочего тела уменьшился до первоначального значения (совершился холостой ход), а затем в результате выделения газа поршень вновь поднялся но уже на высоту 40 см, что позволило получить дополнительную механическую энергию.

Преимущества технико-экономических показателей заявляемого способа перед прототипом (базовым объектом) показаны в таблице.

Таким образом, использование заявляемого способа позволяет повысить эффективность и энергоемкость и получить возможность совершения механической работы как при отрицательных так и при положительных температурах.

1. Способ получения механической энергии, основанный на изменении объема рабочего тела при изменении температуры, заключающийся в том, что рабочую камеру заполняют рабочим телом в виде газового гидрата, способного образовывать клатратный лед, а затем нагревают до температуры разложения с образованием газовой фазы, отличающийся тем, что газовый гидрат дополнительно охлаждают до температуры ниже образования клатратного льда.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что газовый гидрат образуют, предварительно насыщая рабочую камеру газом с последующим заполнением ее водой.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что после образования клатратного льда из рабочей камеры отводят балластную воду.

Источник

Технология. 5 класс

Конспект урока

Технология, 5 класс

Урок 28. Накопление механической энергии

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1. Способы сохранения энергии
2. Работа механизмов энергонакопления.

Аккумулирование энергии – накопление энергии впрок.

Аккумулятор – устройство, с помощью которого накапливают и сохраняют энергию.

Маятник – система, подвешенная в поле тяжести и совершающая механические колебания.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1.Технология. 5 класс : учеб. пособие для общеобразовательных организаций / [В.М. Казакевич, Г.В. Пичугина, Г.Ю. Семенова и др.]; под ред. В.М. Казакевича. — М.: Просвещение, 2017

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Накопление энергии — это аккумуляция энергии для её использования в дальнейшем.

Примером устройства накопления энергии (энергонакопителя) является аккумуляторная батарея, в которой хранится химическая энергия, легко преобразуемая в электричество для работы мобильного телефона.

Еще один пример — гидроэлектростанция: вода в резервуаре выступает в качестве источника потенциальной энергии гравитации.

Система из нескольких шариков, подвешенных на нитях в одной плоскости, колеблющихся в этой плоскости и соударяющихся друг с другом, называется маятником Ньютона. Эта система предназначена для демонстрации преобразования энергии различных видов друг в друга.

Сегодня данную конструкцию часто можно встретить на столах в офисах.

Механическую энергию можно накапливать, чтобы потом было удобнее и быстрее использовать. Такое накопление энергии называется аккумулированием, а устройства, с помощью которых накапливают и сохраняют энергию, называются аккумуляторами.

Аккумуляторы механической энергии применялись еще с древних времен.

При применении любого механического ручного инструмента происходит передача от мышц человека обрабатываемому предмету, а в инструменте аккумулируется потенциальная и кинетическая энергия.

Таким образом, удары такими примитивными орудиями труда, как например рубило, можно смело считать передачей и аккумулированием механической энергии.

Удельная кинетическая энергия, запасенная в ударном орудии (например, топоре) к моменту удара, зависит от скорости, которую человек способен передать этому орудию.

Первым грузовым аккумулятором можно считать поднятый человеком камень.

Примером аккумулятора может служить тетива арбалета, поднятая гиря в механических весах, спиральная пружина, установленная в механизме часов и заводной игрушке, а так же баллон с сжатым под большим давлением газом.

В механических часах источником питания служит движение пружины, скрытой в особом барабане. Пружина в часах, будучи лентой из стали или иного специализированного сплава находится в свёрнутом виде в металлическом барабане. На внешней поверхности барабана сделаны зубья и колесо-барабан одето на определенный вал, на котором может свободно крутиться вокруг его оси. Один конец пружин закреплён внутри барабана, а другой закреплён за крючок на валу. Владелец заводит свои часы – и тогда пружина внутри корпуса закручивается, после чего начинает раскручиваться, «оживляя» механизм.

Маятник — система, подвешенная в поле тяжести и совершающая механические колебания. Колебания совершаются под действием силы тяжести, силы упругости и силы трения.

Во время колебаний маятника происходят постоянные превращения энергии из одного вида в другой. Кинетическая энергия маятника превращается в потенциальную энергию и обратно.

Маятники используются в различных приборах, например, в часах.

Раскрученный массивный диск-маховик может долго сохранять кинетическую энергию. Его раскручивают до большого числа оборотов в камере, из которой выкачан воздух. Воздух тормозит вращение диска. Скорость вращения составляет от 200-400 оборотов в секунду. Такой супермаховик способен долго вращаться в камере, сохраняя полученную энергию.

Аккумуляторами потенциальной энергии могут служить большие бассейны с водой, расположенные на возвышенности. Спуская поток воды по водоводу к турбине, можно, израсходовав накопленную потенциальную энергию воды, получить дополнительную электроэнергию, когда это необходимо.

Одним из первых стабильных источников энергии, освоенных человеком, был ветер. Именно благодаря ему произошли великие географические открытия, человечество получило возможность путешествовать, орошать поля, молоть зерно и, наконец, оно научилось превращать ветер в чистую энергию в виде электричества.

Энергия ветра впервые была использована на парусных судах, которые были главным транспортным средством для перевозки товаров по Нилу в древнем Египте.

В XI веке ветряные мельницы широко использовались на Ближнем Востоке и при возвращении крестоносцев попали в Европу.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля

Задание 1. Постановка элементов в пропуски в таблице

Какие источники энергии используют приведённые ниже устройства?

Правильный вариант ответа: ветер, солнце, вода

Задание 2. Ввод с клавиатуры пропущенных элементов в тексте

Впишите недостающее слово

…– устройство, с помощью которого накапливают и сохраняют энергию.

Источник