Преобразуване на енергия по време на горене; Подкрепа за ученици
Ситуация
Овладяването на преобразуването на енергия винаги е било решаващ фактор за развитието на човечеството и е тясно свързано с идеята за прогреса. От овладяването на „огъня“, което е не друго, а овладяването на превръщането на химическата енергия, съдържаща се в горивата, в топлинна енергия, през овладяването на „вятъра“ (преобразуване на механичната енергия) до овладяването на химичните енергии, съдържащи се във фосилни горива през 19 и 20 век, което доведе до индустриалната революция чрез превръщане в електрическа енергия.
За съжаление тази нарастваща жажда за енергия също е придружена от дълбока трансформация на нашата околна среда, с климатични промени, които вече не могат да бъдат отречени, докато известни учени като Нобеловия лауреат по химия Пол Йозеф Кръцен, обявяват, че дори сме влезли нова геоложка ера: антропоценът !
Следователно става спешно да контролираме начина, по който трансформираме енергията, да избираме енергийни ресурси, които имат минимално въздействие върху нашата околна среда, да мислим за съхранение на енергия и да бъдем напълно информирани за проблемите, които сега засягат цялото човечество.
Енергийни ресурси
Енергийните ресурси са основните ресурси, от които енергията ще се трансформира за човешка употреба. Има два вида ресурси: възобновяема и невъзобновяема.
Възобновяеми ресурси са тези, които няма да се изтощават в човешки мащаб. От само себе си се разбира, че не можем да говорим в мащаба на Вселената, тъй като знаем, че Слънцето ще изчерпи вътрешните си енергийни ресурси след около пет милиарда години и че следователно вече няма да осигурява енергия, излъчваща Земята. Но след пет милиарда години човечеството отдавна ще е изчезнало или ще се превърне в нещо друго !
Следователно сред възобновяемите енергийни ресурси можем да класифицираме механичната енергия на вятъра или водата, топлинната енергия на недрата (геотермална енергия), лъчистата енергия от Слънцето или химическата енергия, съдържаща се в биомасата на живите организми. Всички тези енергии могат да бъдат трансформирани в използваема и транспортируема от хората енергия, като електрическа или топлинна енергия. Счита се, че тези ресурси се подновяват достатъчно бързо, за да бъдат „неизчерпаеми“.
Енергийни ресурси невъзобновяеми не подновяват или много бавно, в човешки мащаб. Включваме изкопаеми горива (природен въглищен газ, нефт) и делящи се горива (уран 235), които всички се преобразуват в топлинна енергия (преди да се преобразуват обратно в електрическа енергия в топло- или ядрени централи).
По-голямата част от нашето използване на енергийни ресурси, тези невъзобновяеми ресурси бързо се изчерпват. Например, годишно се консумират няколко милиарда тона петрол, докато отнема милиони години, за да се образува.
Оценката на оставащите световни резерви е сложна, тъй като вариациите в потреблението са големи. Световната икономическа криза от 2008 г. драстично намали потреблението на изкопаеми горива, докато войните го увеличиха драстично. Откриват се малко нови находища, но с нарастващите цени експлоатацията на определени ресурси, като катранени пясъци или шистов газ, става печеливша. Без тези цифри да са поставени в камък, ето прогнозите за 2017 г .:
| Ресурс | Продължителност на резервациите |
| Масло | 40 години |
| Газ | На 57 години |
| Въглища | 150 години |
| Уран | На 80 години |
Тези цифри предполагат идентично потребление с това от 2010 г.
Енергийни предизвикателства за нашето бъдеще
Следователно в дългосрочен план бъдещето на нашето използване на енергия зависи от контрола на възобновяемите енергии и оптимизирането на тяхната трансформация. Възможно е обаче да подобрим използването на тези енергийни ресурси, като имаме предвид някои основни въпроси: транспорт, съхранение, разходи и въздействието върху околната среда.
Ресурсите, особено вкаменелости и изкопаеми, не са разпределени равномерно на планетата. Освен управлението на геополитическото напрежение, свързано с тези ресурси, трябва да се помни, че самият им транспорт използва енергия и не винаги е печеливш. От друга страна, някои ресурси се съхраняват лесно, като петрол, докато някои форми на енергия не могат да се съхраняват в дългосрочен план, като например електрическа енергия.
Разходите за експлоатация на определени енергийни ресурси понякога са по-големи от разходите за тази енергия в трансформиран вид. Тогава е обществен и политически избор дали да се субсидират тези енергийни ресурси, което може да има предимството от намалено въздействие върху изменението на климата.
И накрая, експлоатацията на определени енергийни ресурси създава сериозни екологични или здравни проблеми, като експлоатация на шистов газ, катранени пясъци или третиране на радиоактивни отпадъци поради трансформацията на ядрените енергии.
Химична енергия
Химичната енергия е свързана с образуването или разпадането на ковалентни връзки. Следователно всяка химическа реакция ще въведе тази химическа енергия в действие, като я абсорбира или освободи. Като трябва да се доставя енергия за разкъсване на ковалентни връзки, някои химични реакции ще „консумират“ повече външна енергия (обикновено топлинна), отколкото отделят, и обратно.
Химичната енергия се съдържа в резервоари за които може да се използва трансформирам в друга форма. Тези резервоари могат да бъдат природни, като нефт, природен газ или биомаса, или са създадени от хора, като батерии или акумулатори. След това тази химическа енергия може да се трансформира естествено или да се провокира в устройства, позволяващи възстановяване под друга форма: топлинна, електрическа, лъчиста ... говорим за преобразувател на енергия.
Така че човешкото тяло е преобразувател на енергия, който консумира храна, за да трансформира химическата им енергия в механична енергия, която ще накара мускулите му да работят. Ако тези храни са растения, те самите са трансформирали лъчистата енергия на Слънцето в химическа енергия. Акумулаторните батерии също са преобразуватели на енергия, които преобразуват електрическата енергия в химическа енергия, за да я съхраняват, преди да правят обратното, когато е необходима електрическа енергия.
Изгаряне на алкани и алкохоли
Алканите и алкохолите са много ценени енергията, която те отделят по време на химична реакция на име изгаряне. Тази реакция включва a горими, тук алкан или алкохол, и а окислител, обикновено кислородът, присъстващ във въздуха.