Основы энергетики

Химические реакции, такие как реакции, возникающие при освещении с помощью зажжённой спички, включают в себя изменения в энергии и в материи.

Химические изменения и сопутствующие им изменения в энергии являются важными элементами повседневной жизни. Макронутриенты в пище подвергаются метаболическим реакциям, которые обеспечивают энергию для поддержания функционирования организма. Различные виды топлива (бензин, природный газ, уголь) сжигаются для производства энергии для транспортировки, отопления и выработки электроэнергии. Промышленные химические реакции используют огромное количество энергии для производства сырья (например, железа и алюминия). Затем энергия используется для производства этих сырьевых материалов в полезные продукты, такие как автомобили, небоскребы и мосты.

Более 90% энергии, используемой людьми, исходит от солнца. Каждый день солнце обеспечивает землю почти в 10,000 раз больше энергии, необходимой для удовлетворения всех мировых энергетических потребностей на этот день. Остается задача найти способы преобразования и хранения поступающей солнечной энергии, чтобы ее можно было использовать в реакциях или химических процессах, которые одновременно являются удобными и экологически незагрязняющими. Растения и многие бактерии захватывают солнечную энергию посредством фотосинтеза. Люди высвобогают энергию, хранящуюся на заводах, при сжигании древесины, угля, нефти или других продуктов завода, таких как этанол. Они также используют эту энергию для того, чтобы питать свои тела, едя еду, которая поступает непосредственно от растений.

Термохимия

Основные идеи важной области науки, в которой речь идет о количестве тепла, поглощенного или выделяемом в ходе химических и физических изменений, называются термохимическим веществом. Концепции широко используются почти во всех научно-технических областях. Ученые, занимающиеся наукой о пище, используют термохимию для определения энергетического содержания продуктов. Биологи изучают энергетику живых организмов, таких как метаболическое сжигание сахара в углекислый газ и воду. Нефтегазовая и транспортная отрасли, поставщики возобновляемой энергии и многие другие стремятся найти лучшие методы производства энергии для коммерческих и личных нужд. Инженеры стремятся повысить энергоэффективность, найти лучшие способы нагревания и охлаждения домов, охладить продукты питания и напитки, а также удовлетворить энергетические и охлаждающие потребности компьютеров и электроники, в том числе и в других областях применения. Понимание принципов термохимического анализа крайне важно для химиков, физиков, биологов, геологов, инженеров всех типов и практически для всех, кто изучает или занимается какой-либо наукой.

Энергии

Энергия может быть определена как мощность для подачи тепла или работы. Один из видов работы (w) – это процесс, в результате которого материю будет противостоять противоборствующим силам. Например, при накачивании велосипедной шины — вещество перемещается (воздух в насосе) против силы противодействия воздуха, уже поступающего в шину.

Как и материя, энергия имеет разные типы. Одна схема классифицирует энергию на два типа: Потенциальная энергия, энергия, которую объект имеет из-за его относительного положения, состава или состояния, и кинетическая энергия, энергия, которой обладает объект из-за его движения.

Вода в верхней части водопада или плотины имеет потенциальную энергию из-за своего положения; когда она течет вниз через генераторы, она обладает кинетической энергией, которая может быть использована для работы и производства электроэнергии на гидроэлектростанции. Аккумуляторная батарея имеет потенциальную энергию, поскольку химические вещества внутри нее могут производить электричество, которое может работать.

Этот текст был адаптирован из OpenStax Химия 2е изд., раздел 5.1: Основы энергетики.