אנרגיה

4.989 visualizaciones

Publicado el

מצגת בנושא אנרגיה


לסרטונים ומצגות בנושאים מדעיים הכנסו לאתר
http://www.weizmann.ac.il/zemed/net_activities.php?cat=1747&incat=1428

Publicado en: Tecnología, Educación
  • Sé el primero en comentar

  • Sé el primero en recomendar esto

אנרגיה

  1. 1. אנרגיה כל הזכויות שמורות לצמ " ד
  2. 2. מהי אנרגיה ? <ul><li>כיוון שאין הגדרה מדויקת ומספקת נהוג להגדיר אנרגיה כ : </li></ul>היכולת לבצע עבודה ההגדרה המדעית ל &quot; עבודה &quot; היא : כמות האנרגיה המועברת ממערכת אחת לשניה בשל הפעלת כח לאורך מסלול כלשהו . אז למעשה אנחנו מגדירים אנרגיה ע”י אנרגיה ... אם ננסה לדייק , נתייחס לאנרגיה כאל גודל פיזיקלי אשר מאפיין מערכות בטבע וגודלו נשמר ע”י הטבע . למשל , עבודה מכנית היא תוצאה של הכח הפועל כפול הדרך . אם נסתכל על קרנף הנופל ממגדל , העבודה שהוא עושה בנפילתו היא הכח הפועל עליו בכל רגע כפול הדרך שהוא עובר עד למטה .
  3. 3. מהי אנרגיה ? <ul><li>כיוון שאין הגדרה מדויקת ומספקת נהוג להגדיר אנרגיה כ : </li></ul>יכולת אינה חייבת להתממש . בסוללה ישנה אנרגיה כימית גם אם לא מנסים להשתמש בה . היכולת לבצע עבודה ההגדרה המדעית ל &quot; עבודה &quot; היא : כמות האנרגיה המועברת ממערכת אחת לשניה בשל הפעלת כח לאורך מסלול כלשהו . אז למעשה אנחנו מגדירים אנרגיה ע”י אנרגיה ... אם ננסה לדייק , נתייחס לאנרגיה כאל גודל פיזיקלי אשר מאפיין מערכות בטבע וגודלו נשמר ע”י הטבע . למשל , עבודה מכנית היא תוצאה של הכח הפועל כפול הדרך . אם נסתכל על קרנף הנופל ממגדל , העבודה שהוא עושה בנפילתו היא הכח הפועל עליו בכל רגע כפול הדרך שהוא עובר עד למטה .
  4. 4. חוק שימור האנרגיה <ul><li>מהי מערכת מבודדת ? </li></ul><ul><li>מערכת מבודדת הינה מערכת שלא יכולה להעביר או לקבל אנרגיה או חומר לתוכה . </li></ul><ul><li>אמנם רוב המערכות שאנו מכירים אינן מערכות מבודדות ( גוף חי , מבחנה , צמח , תמיסה , פלנטה , כל אלו מערכות שיכולות להחליף לפחות אנרגיה עם הסביבה וחלקן גם חומר ), אבל אם נגדיר את כל היקום כמערכת מבודדת נבין שאנרגיה אינה נוצרת יש מאין ואינה נהרסת , אלא יכולה רק לשנות את צורתה . </li></ul>אילו צורות ישנן לאנרגיה ? אנרגיה במערכת מבודדת אינה יכולה לההרס או להיווצר , אבל היא יכולה לשנות את צורתה .
  5. 5. צורות אנרגיה ( נא לא לבלבל עם מקורות אנרגיה , כמו שמש , רוח וכו )‏ <ul><li>החלוקה הקלאסית מתייחסת לשתי צורות אנרגיה : פוטנציאלית וקינטית . </li></ul>אנרגיה קינטית : האנרגיה שיש למערכת הודות לתנועה שלה . אנרגיה זו יכולה לבוא לידי ביטוי בצורות שונות כגון : חום , חשמל , קרינה אלקטרומגנטית , קול ועוד . המערכת צוברת אנרגיה קינטית בזמן תאוצה . כאשר המערכת נעה במהירות קבועה האנרגיה הקינטית אינה משתנה , אולם כאשר המהירות משתנה המערכת מרוויחה או מפסידה אנרגיה קינטית . כאשר הקרנף קופץ מהמגדל הוא מרוויח אנרגיה קינטית בשל התאוצה שיש לו . אנרגיה פוטנציאלית : אנרגיית המקום – האנרגיה שמושכת את המערכת לחזור למצב שיווי משקל . אנרגיה זו הינה אנרגיה שצבורה במצב סטטי כלשהו כמו סוללה , גובה של עצם , ATP , קפיץ מתוח וכו ' אנרגיה פוטנציאלית קיימת במערכת בזכות המקום שלה יחסית לעצמים אחרים ובזכות קיומו של כח שיווי משקל . דוגמא : כאשר קרנף מטפס לראש מגדל גבוה , ישנו כח שרוצה להחזיר אותו למטה ( כח הכבידה ), ולכן הקרנף מכיל אנרגיה פוטנציאלית .
  6. 6. ומה קורה בדרך ? האנרגיה של המטוטלת היא בחלקה אנרגיה קינטית ובחלקה אנרגיה פוטנציאלית . לסיכום - כמות האנרגיה במערכת קבועה , אולם ביטוייה יכולים להשתנות בין אנרגיה קינטית בלבד , אנרגיה פוטנציאלית בלבד או שילוב של שתיהן . ברגע שהמטוטלת נמצאת בקצה הימיני או השמאלי , היא במצב הרחוק ביותר משיווי משקל ביחס לכח הכבידה – כלומר מקסימום אנרגיה פוטנציאלית . כמו כן , המהירות שלה היא אפס – אין אנרגיה קינטית . כל האנרגיה של המטוטלת במצב זה היא אנרגיה פוטנציאלית ! ברגע שהמטוטלת נמצאת בדיוק באמצע היא מרגישה את התאוצה הגבוהה ביותר – מקסימום אנרגיה קינטית . כמו כן , היא במצב שיווי משקל ביחס לכח הכבידה – אין אנרגיה פוטנציאלית . כל האנרגיה של המטוטלת במצב זה היא אנרגיה קינטית ! המטוטלת
  7. 7. ונחזור אל הקרנף ... נקודת הפתיחה הקרנף עומד בראש המגדל ללא תנועה , אין לו אנרגיה קינטית משום שהוא נמצא במנוחה , כל האנרגיה במערכת היא פוטנציאלית .
  8. 8. ונחזור אל הקרנף ... נקודת הפתיחה הקרנף עומד בראש המגדל ללא תנועה , אין לו אנרגיה קינטית משום שהוא נמצא במנוחה , כל האנרגיה במערכת היא פוטנציאלית . רגע לאחר הקפיצה הקרנף החל ליפול מהמגדל , אנרגיה קינטית מתחילה להצטבר , ככל שהקרנף יתקדם יותר לכיוון הקרקע יותר אנרגיה קינטית תצטבר על חשבון אנרגיה פוטנציאלית . ניתן לומר גם כי אנרגיה הפוטנציאלית מומרת / מתגלגלת לאנרגיה קינטית .
  9. 9. ונחזור אל הקרנף ... נקודת הפתיחה הקרנף עומד בראש המגדל ללא תנועה , אין לו אנרגיה קינטית משום שהוא נמצא במנוחה , כל האנרגיה במערכת היא פוטנציאלית . רגע לאחר הקפיצה הקרנף החל ליפול מהמגדל , אנרגיה קינטית מתחילה להצטבר , ככל שהקרנף יתקדם יותר לכיוון הקרקע יותר אנרגיה קינטית תצטבר על חשבון אנרגיה פוטנציאלית . ניתן לומר גם כי אנרגיה הפוטנציאלית מומרת / מתגלגלת לאנרגיה קינטית . רגע לפני ההתרסקות הקרנף נמצא מרחק קטן מהקרקע , ומהירותו מקסימלית . האנרגיה הפוטנציאלית אפסית , והאנרגיה הקינטית מקסימלית . למעשה ניתן לומר שהאנרגיה הפוטנציאלית הומרה / התגלגלה לאנרגיה קינטית .
  10. 10. ונחזור אל הקרנף ... נקודת הפתיחה הקרנף עומד בראש המגדל ללא תנועה , אין לו אנרגיה קינטית משום שהוא נמצא במנוחה , כל האנרגיה במערכת היא פוטנציאלית . רגע לאחר הקפיצה הקרנף החל ליפול מהמגדל , אנרגיה קינטית מתחילה להצטבר , ככל שהקרנף יתקדם יותר לכיוון הקרקע יותר אנרגיה קינטית תצטבר על חשבון אנרגיה פוטנציאלית . ניתן לומר גם כי אנרגיה הפוטנציאלית מומרת / מתגלגלת לאנרגיה קינטית . רגע לפני ההתרסקות הקרנף נמצא מרחק קטן מהקרקע , ומהירותו מקסימלית . האנרגיה הפוטנציאלית אפסית , והאנרגיה הקינטית מקסימלית . למעשה ניתן לומר שהאנרגיה הפוטנציאלית הומרה / התגלגלה לאנרגיה קינטית . ההתרסקות הקרנף שרוע למרגלות המגדל . האנרגיה הקינטית שהצטברה הומרה לצורות אחרות של אנרגיה קינטית – חום , תנועה של אבנים שעפו מהמכתש שנוצר וכו ' האנרגיה עדיין נמצאת במערכת רק שהיא לא נמצאת בקרנף ... הקרנף שוב נמצא במצב מנוחה . אם נעלה אותו שוב אל ראש המגדל האנרגיה הפוטנציאלית שלו שוב תעלה . העבודה שנפעיל על מנת להעלות אותו למעלה למעשה תיתן לו את האנרגיה הפוטנציאלית הדרושה ליפול שוב ...
  11. 11. מקורות אנרגיה דוגמאות לאנרגיה מתחדשת אנרגית שמש : אנרגית השמש היא הקרינה המגיעה אל כדוה &quot; א . קרינה זו ניתנת להמרה , בקלות יחסית , לצורות אחרות של אנרגיה כמו חום ( דודי שמש ) וחשמל . אנרגיית השמש והיכולת של כדוה &quot; א לשמר אותה הם תנאים הכרחיים ובסיסיים לחיים על פני כדוה &quot; א . השמש היא אמנם מקור אנרגיה בלתי נדלה , אך קשה להשתמש בה לכל צרכינו וזאת כיוון שהיא אינה זמינה במשך כל היום , קשה יחסית לאסוף אותה והעוצמה שלה משתנה ממקום למקום ומעונה לעונה . למרות חסרונות אלו , ניצול אנרגיית השימוש הוא תחום מחקר נרחב ומתפתח . אנרגית מים : זרימת המים טומנת בחובה אנרגיה רבה . אנרגיה זו מגיעה מתנועת המים ( אנרגיה קינטית , לדוגמא בזרימת נהר ) ומנפילת המים מגובה ( אנרגיה פוטנציאלית , לדוגמא נפילת מים במפל ). אנרגית מים נקראית גם אנרגיה הידראולית ומנוצלת במדינות רבות ליצור חשמל . תנועת המים מניעה את הטורבינה אשר הכרחית ליצור חשמל . כיום , 19% מייצור החשמל בעולם נעשה ע &quot; י שימוש באנרגיה הידראולית .
  12. 12. אנרגית רוח : רוח היא אויר בתנועה הנגרמת בשל התחממות לא אחידה של כדור הארץ . במהלך היום , האויר שמעל ליבשה מתחמם יותר מאשר זה שמעל לימים ולאוקינוסים . האויר החם עולה ומתפשט והאויר הקר ( והכבד יותר ) נע כדי למלא את החלל שהותיר האויר החם ויוצר רוח . בלילה כיוון הרוח הוא הפוך , כיוון שהאויר מעל המים מתקרר לאט יותר מאשר זה שמעל לאדמה . כמו כן , האויר באיזור קו המשווה מתחמם מהר יותר מאשר זה שמעל לקטבים וכך נוצר מעגל רוח על פני כדוה &quot; א כולו . אנרגית רוח משמשת כיום ליצור חשמל . הרוח מניעה כנפיים ובכך יוצרת אנרגיה קינטית . אנרגיה זו מתורגמת לפעולתו של גנרטור המייצר חשמל . אנרגית ביומסה : ביומסה הוא כינוי לחומרים אורגניים העשויים מצמחים או בע &quot; ח . האנרגיה הטמונה בביומסה מגיעה ברובה מקרינת השמש , צמחים קולטים קרינה זו בתהליך הנקרא פוטוסינתזה . בע &quot; ח ובני אדם אוכלים את הצמחים הללו וכך אנרגית הביומסה עוברת אליהם . כיוון שניתן לגדל עוד ועוד צמחיה , אנרגית הביומסה היא אנרגיה מתחדשת . כאשר ביומסה נשרפת משתחררת אנרגיה כימית ( האנרגיה הטמונה בקשרים בין אטומים ובין מולקולות ) בצורת חום . דלקי - ביומסה נפוצים הם עץ , דשן , יבולים שונים ואף זבל . כניסיון לשמש תחליף לדלקים מבוססי - נפט משתמשים היום יותר ויותר בכוהל המופק מתירס ( או גידולים אחרים ) כדלק למנועים .
  13. 13. מקורות אנרגיה דוגמאות לאנרגיה מתכלה פחם : פחם הוא מוצק טבעי בצבע חום או שחור שנוצר מצמחים ועצים שהתאבנו לפני מאות מיליוני שנים . הפחם נוצר בתקופה שרוב כדוה &quot; א היה מכוסה צמחיית ביצות . במשך מיליוני שנים הצמחייה המתה אשר היתה קבורה בתחתית הביצות כוסתה במים ובבוץ , תוך שהיא שומרת על האנרגיה שלה . החום והלחץ שהופעלו על שכבת הצמחייה הזו , הפכו אותה לחומר המוכר כיום כפחם ( שימו לב שפחם זה שונה מ &quot; פחם עץ &quot; אשר נוצר משריפתם של עצים ). פחם מופק בתהליך כרייה , כאשר רוב הפחם העולמי נכרה בארה &quot; ב . השימוש העיקרי של הפחם הינו בתעשיית ייצור החשמל , אך הוא משמש גם בתעשיות השונות וכן לייצור פלדה . שריפת פחם היא הגורם הראשי לייצור של פחמן דו - חמצני , אשר ידוע כ &quot; גז חממה &quot; הגורם להתחממות כדוה &quot; א . השימוש בפחם מזיק לסביבה בדרכים נוספות : כרייה לא מפוקחת של פחם יכולה לגרום להרס האדמה ולזיהום מקורות מים , בשריפת פחם נפלטים גזים נוספים הרעילים לסביבה וכן חלקיקי גופרית וכספית אשר עוברים תהליכים המזיקים לבע &quot; ח , לצמחייה , לאדמה ולמים .
  14. 14. גז טבעי : גז טבעי נוצר באותו תהליך כמו נפט והוא בעצם תערובת של גזים , כאשר המרכיב העיקרי הוא מתאן ( המולקולה הפשוטה ביותר שניתן ליצור מפחמן ומימנים ). גז טבעי עובר עיבוד במהלכו נפטרים מרוב הגזים שאינם מתאן ומוסיפים כמות קטנה של גזים בעלי ריח . מתאן הוא גז נטול ריח והגזים הריחניים חיונים לזיהוי של דליפת גז . גז טבעי מעובד הוא המקור העיקרי לייצור חשמל בעולם . שריפה של גז טבעי מעובד יעילה יותר ומייצרת פחות פחמן דו - חמצני משריפת פחם או נפט . גז טבעי מעובד משמש לצריכה ביתית , לבישול וחימום . כיום , ישנן מכוניות המונעות ע &quot; י גז טבעי מעובד , אשר כאמור ידידותי יותר לסביבה מבנזין , אולם הן עדיין מיעוט ביחס למכוניות המונעות ע &quot; י בנזין . הבעיה העיקרית בשימוש בגז טבעי היא אחסנתו והובלתו . מחצבי גז טבעי נמצאים רק בכ -15 מדינות בעולם . העברתו של גז ממקום למקום הינה יקרה ומסוכנת . נפט : נפט נוצר משאריות של צמחים ובעל חיים שחיו באוקינוסים לפני תקופת הדינוזאורים . במהלך השנים השאריות הללו התכסו בשכבות של בוץ . החום והלחץ שנבעו מהשכבות הללו יצרו את הנפט . כיום שואבים את הנפט ממעמקי האדמה , במקרים רבים אדמה שנמצאת מתחת לאוקינוס . מנפט מייצרים קרוסן ( הנוזל המכונה בטעות &quot; נפט &quot;), בנזין (&quot; דלק &quot;), פרפין ( שעוות הנרות היא דוגמא אחת לפרפין ), אספלט ועוד . כאשר משתמשים בתוצרי נפט כחומר בעירה ( לדוגמא במנועים ) נפלטים חומרים הרעילים לסביבה ולאדם . נפט הוא הבסיס העיקרי לחומרי הדלק כיום וכן אחד הגורמים הראשיים לפגיעה באיכות הסביבה ולהתחממות כדור הארץ . מולקולת מתאן
  15. 15. <ul><li>אנרגיה גרעינית : </li></ul><ul><li>אנרגיה גרעינית היא האנרגיה הטמונה בגרעין האטום והמחזיקה את חלקיקי הגרעין ( פרוטונים וניטרונים ) ביחד . ניתן להפיק אנרגיה גרעינית בשלוש דרכים : </li></ul><ul><li>דעיכה רדיואקטיבית - תהליך בו גרעין של חומר רדיואקטיבי דועך ( מאבד את התכונה הרדיואקטיבית שלו ) באופן ספונטני ע &quot; י פליטה של חלקיק או קרינה . </li></ul><ul><li>היתוך גרעיני - התרכבות אטומים שונים ליצירת אטום גדול יותר ( כפי שקורה בשמש ), בתהליך זה משתחררים חלק מחלקיקי האטומים ונושאים איתם כמות גדולה של אנרגיה . </li></ul><ul><li>ביקוע גרעיני - פירוק הגרעין לחלקים קטנים יותר תוך שחרור האנרגיה שהחזיקה את החלקיקים הללו יחד . זהו התהליך המתרחש בכורים גרעיניים . </li></ul><ul><li>ביקוע גרעיני : </li></ul><ul><li>היסוד הנפוץ ביותר בתהליכי ביקוע גרעיני הוא אורניום , או ליתר דיוק , סוג מסוים של אורניום , 235 U , הנדיר יחסית . אורניום , על סוגיו השונים , מופק ממכרות . כדי להשתמש באורניום זה לייצור אנרגיה גרעינית בכמות המתאימה לייצור חשמל יש להגדיל את אחוז ה -235 U בתוך האורניום . תהליך זה נקרא &quot; העשרה &quot; והוא נעשה בעזרת צנטריפוגות ( סרכזות ). כדי ליצר נשק גרעיני יש צורך באחוז גבוה יותר של 235 U מזה המאושר לייצור חשמל . </li></ul><ul><li>בביקוע גרעיני , חלקיק הנקרא ניוטרון ( חלק מהאטום ) פוגע באטום האורניום וגורם להתפרקותו . כתוצאה מכך נפלטת כמות גדולה של אנרגיה ומשתחררים ניוטרונים נוספים . ניוטרונים אלו פוגעים באטומי אורניום נוספים והתהליך חוזר על עצמו שוב ושוב . זה נקרא תגובת שרשרת . האנרגיה המשתחררת משמשת כאנרגית הבסיס לייצור חשמל . </li></ul>
  16. 16. המרת אנרגיה <ul><li>מקורות האנרגיה הללו מכילים אנרגיות מסוגים שונים . אנרגיה כימית , אנרגית חום , אנרגית תנועה ועוד . אנרגיה אינה יכולה להעלם , אך היא יכולה לשנות את ביטוייה . </li></ul><ul><li>ניקח לדוגמא את תהליך הפקת החשמל מפחם : </li></ul>שריפת הפחם חימום המים אנרגיה כימית הופכת לאנרגית חום יצירת קיטור והנעת הטורבינה באמצעותו אנרגית חום הופכת לאנרגית תנועה הנעת המחולל בעזרת הטורבינה אנרגית תנועה הופכת לאנרגית חשמל
  17. 17. לסרטונים ומצגות נוספים הכנסו לאתר : צמ &quot; ד אונליין – מאגר מדע http:// www.weizmann.ac.il/zemed/net_activities.php

×