Содержание
Энергия Солнца
Солнце — лишь одна из миллиардов звезд, но оно — источник энергии для всего живого и для самой Земли. Ископаемое топливо расходуется такими темпами, что его запасы истощатся где-то во второй половине следующего столетия. Атомные электростанции, когда-то считавшиеся хорошей альтернативой, оказались опасными, что было продемонстрировано аварией в Чернобыле (СССР) в 1986 г. Из всех альтернативных источников энергия солнца является самой чистой и безопасной.
Солнечное излучение
Около 30% солнечного излучения отражается атмосферой Земли, а еще 20% поглощается. В результате, лишь 50% его достигает поверхности нашей планеты, но это эквивалентно всей энергии, вырабатываемой примерно 170 миллионами самых мощных электростанций мира.
Многие лесные пожары возникают в жару по вине солнечного света, сфокусированного капельками утренней росы. Еще в 400 г. до н. э. греки научились использовать энергию Солнца для разжигания костра с помощью наполненного водой стеклянного шара. К 200 г. до н. э. похожий способ с использованием вогнутых зеркал для фокусировки солнечных лучей стали применять и в Китае.
В современной бытовой солнечной печи сфокусированные лучи разогревают пищу. Вместо вогнутого зеркала в некоторых печах используют ряд плоских отражателей, установленных под углом и направленных на место размещения пищи.
Солнечное отопление
Все дома частично обогреваются Солнцем, но есть проекты, позволяющие максимально использовать этот даровой источник энергии и таким образом значительно снизить плату за отопление. В таких домах установлены большие окна на стороне, освещаемой полуденным солнцем, и намного меньшие окна на противоположной, более прохладной стороне. В некоторых домах жалюзи из теплоизолирующих материалов закрываются на ночь, что позволяет сохранить большую часть тепла, накопленного за день. Это — пассивная солнечная технология.
Солнечная энергия может также использоваться для водяного отопления домов. Лучи Солнца нагревают воду с помощью вакуумных солнечных коллекторов, поглощающих (в отличие от радиаторов отопления) излучение для нагрева воды.
Эти коллекторы обычно устанавливают на крыше дома под углом, чтобы улавливать максимальное количество прямых солнечных лучей. Холодная вода протекает через панели и нагревается поглощенным ими солнечным светом.
Солнечные элементы
Солнечные элементы — это электронные устройства, где за счет фотоэлектрического эффекта свет преобразуется в электроэнергию. Каждый элемент производит немного энергии, поэтому для обеспечения электроснабжения в достаточном объеме необходимы батареи таких соединенных друг с другом элементов. Элемент состоит из тонкого слоя полупроводникового материала, обычно кремния. В некоторых солнечных элементах применяют другой полупроводник — арсенид галлия. Они более эффективны, чем кремниевые, и могут работать при гораздо более высоких температурах, благодаря чему их можно применять на спутниках, подвергающихся мощному воздействию лучей Солнца в космосе. На энергии солнечных элементов работают большинство искусственных спутников; она также используется в некоторых электронных калькуляторах и часах.
В 1981 г. легкий самолет «Солар чэлленджер» пересек Ла-Манш, используя солнечный свет как единственный источник энергии. Крылья самолета были покрыты солнечными элементами, производящими энергию для управления электроприводом воздушного винта. В штате Флорида, США, телефон-автомат работал от солнечных фотоэлектрических батарей, установленной на крыше будки.
Электричество в районах
В некоторых отдаленных районах большие батареи солнечных элементов обеспечивают большую часть бытовой электроэнергии, которая используется для зарядки батарей, работающих ночью.
Солнечные элементы очень надежны. После установки они практически не нуждаются в уходе и могут годами работать без обслуживания. В Великобритании есть маяки, работающие в автоматическом режиме от солнечных элементов. Батареи таких элементов используются также в ряде автоматических метеостанций, расположенных вдоль побережья и в море.
Электроэнергия, получаемая от солнечных элементов, зависит не от тепла, а от света.
Благодаря этому посадочный радиомаяк мощностью 360 кВт может работать на солнечной энергии в условиях мерзлоты на Аляске. Начиная с 1960-х годов, батареи фотоэлектрических элементов используются для производства электроэнергии для спутников связи. Новейшие батареи такого типа установлены на борту космических станций. В заоблачной вышине одна из станций с помощью восьми панелей крыльевого типа преобразовывает солнечный свет в 75 кВт электроэнергии.
Проект использования солнечной энергии, предложенный американским инженером Питером Глейзером, может обеспечить нас энергией из космоса. По замыслу автора, должны быть запущены 40 солнечных орбитальных электростанций (СОЭ), оснащенных огромными батареями солнечных элементов. Полученная энергия будет преобразовываться в пучки микроволн, посылаемых на приемные станции на Земле. Там микроволны будут преобразованы обратно в электричество.
К сожалению, птицы и неметаллические самолеты просто сгорят при попадании на них мощных пучков микроволновой энергии, посылаемых СОЭ.
Как рождается энергия Солнца? — Hi-News.ru
Есть одна причина, по которой Земля является единственным местом в Солнечной системе, где существует и процветает жизнь. Конечно, ученые подозревают, что под ледяной поверхностью Европы или Энцелада может тоже существовать микробная или даже водная форма жизни, также ее могут найти и в метановых озерах Титана. Но до поры до времени Земля остается единственным местом, которое обладает всеми необходимыми условиями для существования жизни.
Одна из причин этому заключается в том, что Земля расположена в потенциально обитаемой зоне вокруг Солнца (так называемой «зоне Златовласки»). Это означает, что она находится в нужном месте (не слишком далеко и не слишком близко), чтобы получать обильную энергию Солнца, в которую входит свет и тепло, необходимые для протекания химических реакций. Но как именно Солнце обеспечивает нас энергией? Какие этапы проходит энергия на пути к нам, на планету Земля?
Все самые свежие новости из мира высоких технологий вы также можете найти в Google News.
Ответ начинается с того, что Солнце, как и все звезды, может вырабатывать энергию, поскольку является, по сути, массивным термоядерным реактором. Ученые считают, что оно началось с огромного облака газа и частиц (т. е. туманности), которое коллапсировало под силой собственной тяжести — это так называемая теория туманности. В этом процессе родился не только большой шар света в центре нашей Солнечной системы, но и водород, собранный в этом центре, начал синтезироваться с образованием солнечной энергии.
Технически известный как ядерный синтез, этот процесс высвобождает огромное количество энергии в виде тепла и света. Но на пути из центра Солнца к планете Земля эта энергия проходит через ряд важных этапов. В конце концов, все сводится к слоям Солнца, и роль каждого из них играет важную роль в процессе обеспечения нашей планеты важнейшей для жизни энергией.
Содержание
- 1 Ядро
- 2 Зона лучистого переноса
- 3 Конвективная зона
- 4 Фотосфера
Ядро
Ядро Солнца — это область, которая простирается от центра до 20-25% радиуса светила.
Именно здесь, в ядре, производится энергия, порождаемая преобразованием атомов водорода (H) в молекулы гелия (He). Это возможно благодаря огромному давлению и высокой температуре, присущим ядру, которые, по оценкам, эквивалентны 250 миллиардам атмосфер (25,33 триллиона кПа) и 15,7 миллионам градусов по Цельсию, соответственно.
Конечным результатом является слияние четырех протонов (молекул водорода) в одну альфа-частицу — два протона и два нейтрона, связанных между собой в частицу, идентичной ядру гелия. В этом процессе высвобождается два позитрона, а также два нейтрино (что меняет два протона на нейтроны) и энергия.
Ядро — единственная часть Солнца, которая производит значительное количество тепла в процессе синтеза. По сути, 99% энергии, произведенной Солнцем, содержится в пределах 24% радиуса Солнца. К 30% радиуса синтез почти целиком прекращается. Остаток Солнца подогревается энергией, которая передается из ядра через последовательные слои, в конечном счете достигая солнечной фотосферы и утекая в космос в виде солнечного света или кинетической энергии частиц.
Солнце высвобождает энергию, преобразуя массу в энергию со скоростью 4,26 миллиона метрических тонн в секунду, что эквивалентно 38,460 септиллионам ватт в секунду. Чтобы вам было понятнее, это эквивалентно взрывам 1 820 000 000 «царь-бомб» — самой мощной термоядерной бомбы в истории человечества.
Зона лучистого переноса
Эта зона находится сразу после ядра и простирается на 0,7 солнечного радиуса. В этом слое нет тепловой конвекции, но солнечная материя очень горячая и достаточно плотная, чтобы тепловое излучение запросто передавало интенсивное тепло из ядра наружу. В основном она включает ионы водорода и гелия, испускающие фотоны, которые проходят короткое расстояние и поглощаются другими ионами.
Чтобы не пропустить ничего интересного из мира высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Там вы узнаете много нового.
Температура этого слоя пониже, примерно от 7 миллионов градусов ближе к ядру до 2 миллионов градусов на границе конвективной зоны.
Плотность тоже падает в сто раз с 20 г/см³ ближе к ядру до 0,2 г/см³ у верхней границы.
Конвективная зона
Это внешний слой Солнца, на долю которого приходится все, что выходит за рамки 70% внутреннего радиуса Солнца (и уходит примерно на 200 000 километров ниже поверхности). Здесь температура ниже, чем в радиационной зоне, и тяжелые атомы не полностью ионизированы. В результате радиационный перенос тепла проходит менее эффективно, и плотность плазмы достаточно низка, чтобы позволить появляться конвективным потокам.
Из-за этого поднимающиеся тепловые ячейки переносят большую часть тепла наружу к фотосфере Солнца. После тог, как эти ячейки поднимаются чуть ниже фотосферической поверхности, их материал охлаждается, а плотность увеличивается. Это приводит к тому, что они опускаются к основанию конвективной зоны снова — где забирают еще тепло и продолжают конвективный цикл.
На поверхности Солнца температура падает до примерно 5700 градусов по Цельсию.
Турбулентная конвекция этого слоя Солнца также вызывает эффект, который вырабатывает магнитные северный и южный полюса по всей поверхности Солнца.
Именно в этом слое также появляются солнечные пятна, которые кажутся темными по сравнению с окружающей область. Эти пятна соответствуют концентрациям потоков магнитного поля, которые осуществляют конвекцию и приводят к падению температуры на поверхности по сравнению с окружающим материалом.
Фотосфера
Наконец, есть фотосфера, видимая поверхность Солнца. Именно здесь солнечный свет и тепло, излученные и поднятые на поверхность, распространяются в космос. Температуры в этом слое варьируются между 4500 и 6000 градусами. Поскольку верхняя часть фотосферы холоднее нижней, Солнце кажется ярче в центре и темнее по бокам: это явление известно как затемнение лимба.
Толщина фотосферы — сотни километров, именно в этой области Солнце становится непрозрачным для видимого света. Причина этого в уменьшении количества отрицательно заряженных ионов водорода (H-), которые с легкостью поглощают видимый свет.
И наоборот, видимый свет, который мы видим, рождается в процессе реакции электронов с атомами водорода с образованием ионов H-.
Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен. Там можно найти много всего интересного, чего нет даже на нашем сайте.
Энергия, испускаемая фотосферой, распространяется в космосе и достигает атмосферы Земли и других планет Солнечной системы. Здесь, на Земле, верхний слой атмосферы (озоновый слой) фильтрует большую часть ультрафиолетового излучения Солнца, но пропускает часть на поверхность. Затем эта энергия поглощается воздухом и земной корой, согревает нашу планету и обеспечивает организмы источником энергии.
Солнце находится в центре биологических и химических процессов на Земле. Без него жизненный цикл растений и животных закончился бы, циркадные ритмы всех земных существ были бы сорваны, и жизнь на Земле перестала бы существовать. Важность Солнца была признана еще в доисторические времена, и многие культуры рассматривали его как божество (и зачастую помещали его в качестве главного божества в свои пантеоны).
Однако только в последние несколько столетий мы начали понимать процессы, которые питают Солнце. Благодаря постоянным исследованиям физиков, астрономов и биологов, мы теперь можем понять, как Солнце производит энергию и как она проходит через нашу Солнечную систему. Изучение известной Вселенной с ее разнообразием звездных систем и экзопланет также помогает нам провести аналогию с другими типами звезд.
Наши источники энергии, Солнце — Национальные академии
Солнце
Мы потребляем энергию в десятках форм. Тем не менее, практически вся используемая нами энергия исходит от энергии атома. Реакции ядерного синтеза питают звезды, в том числе Солнце, и возникающий в результате солнечный свет оказывает глубокое воздействие на нашу планету.
Солнечный свет содержит удивительно большое количество энергии. В среднем, даже после прохождения сотен километров воздуха в ясный день, солнечное излучение достигает Земли с достаточным количеством энергии на один квадратный метр для работы настольного компьютера среднего размера, если бы весь солнечный свет можно было захватить и преобразовать в электричество.
Фотоэлектрические и солнечные тепловые технологии собирают часть этой энергии сейчас, и их использование и эффективность будут расти в будущем.
Солнечное излучение достигает Земли с достаточным количеством энергии на один квадратный метр, чтобы запустить настольный компьютер среднего размера.
Энергия Солнца нагревает поверхность планеты, приводя в действие колоссальную передачу тепла и давления в погодных условиях и океанских течениях. Возникающие воздушные потоки приводят в действие ветряные турбины. Солнечная энергия также испаряет воду, которая выпадает в виде дождя и скапливается за плотинами, где ее движение используется для выработки электроэнергии с помощью гидроэнергетики.
Однако большинство американцев используют солнечную энергию в ее вторичной форме: ископаемом топливе. Когда солнечный свет падает на растение, часть энергии улавливается в результате фотосинтеза и накапливается в химических связях по мере роста растения. Конечно, мы можем восстановить эту энергию через несколько месяцев или лет, сжигая растительные продукты, такие как древесина, которая разрывает связи и высвобождает энергию в виде тепла и света.
Однако чаще мы используем накопленную энергию в гораздо более концентрированных формах, которые возникают, когда органическое вещество после миллионов лет геологической и химической активности под землей превращается в уголь, нефть или природный газ. В любом случае, мы восстанавливаем силу солнечного света.
Похожие темы
- Солнечная энергия
Исходный материал
-
Электроэнергия из возобновляемых ресурсов: состояние, перспективы и препятствия (2010 г.)
-
Влияние налоговой политики США на выбросы парниковых газов (2013 г.)
-
Обзор и краткое изложение книги «Энергетическое будущее Америки: технологии и трансформация» (2010 г.
) -
Оценка морских и гидрокинетических ресурсов Министерства энергетики США (2013 г.)
-
Устойчивое развитие биотоплива из водорослей в США (2012 г.)
)Посмотреть полную исходную библиотеку
Энергия Солнца | manoa.hawaii.edu/sealearning
|
Это задание основано на приведенном ниже содержании. Для получения дополнительной информации о выращивании растений ознакомьтесь с материалами для выращивания растений. |
Энергия в повседневной жизни
На обычном языке люди говорят о «производстве» или «использовании» энергии.
Однако, когда мы говорим «производить энергию», мы на самом деле имеем в виду преобразование энергии из одной формы в другую. Например накопленная энергия воды за плотиной высвобождается, когда вода течет вниз по склону и приводит в действие турбогенератор (рис. 1А). Точно так же ветряные мельницы позволяют нам улавливать энергию, когда дует ветер (рис. 1Б).
Энергия в вашей пище
Вся энергия, которую мы получаем из пищи, восходит к солнцу! Растения используют энергию солнца для преобразования воды и углекислого газа в пригодные для использования сахара. Этот процесс называется фотосинтезом. Затем эти растения могут быть съедены насекомыми, которых съедят животные, которых затем съедят более крупные животные. Итак, весь процесс питается от солнца!
Пища, которую мы едим, помогает нашему телу расти, восстанавливаться, сохранять тепло и дает нам энергию в течение дня. В нашей повседневной жизни мы могли бы съесть курицу, которая съела гусеницу, которая съела лист, выросший в результате фотосинтеза.
На этикетках нашей еды указан список ингредиентов и сведения о пищевой ценности, которые помогают нам понять, что мы едим (рис. 2).
Пищевые цепи
Пищевые цепи — это упрощенные модели, описывающие пищевые отношения между различными видами организмов в экологическом сообществе. Пищевые цепи являются полезным инструментом для понимания трофических уровней организмов в экологическом сообществе. Стрелки используются для линейного представления передачи энергии с каждого уровня (рис. 3).
В этом примере пищевой цепи водоросли представляют собой первичных продуцентов, которые являются автотрофными организмами, которые производят себе пищу путем преобразования энергии солнечного света в пищевую энергию. Консументы — гетеротрофные организмы, которые не могут производить себе пищу и должны добывать пищу, поедая чужие продукты. Морской еж является травоядным, поедает растения или водоросли и в этом примере является основным потребителем. Хищники питаются травоядными и другими видами хищников.
Осьминог — хищник, и, поскольку он является первым плотоядным животным в пищевой цепи, он также является основным хищником. Угорь является вторичным хищником. И, наконец, улуа является главным хищником в этом примере с пищевой цепочкой, потому что ни один другой потребитель не ест его.
Пищевые сети
В данной экосистеме или сообществе множество различных пищевых цепей могут быть объединены в пищевую сеть (рис. 4). Пищевые сети дают более реалистичную картину пищевых отношений.
Рассмотрим, например, пищевую цепь, описанную выше. На самом деле водоросли поедают морские ежи, а также различные виды рыб и других беспозвоночных. На диаграмме пищевой сети можно использовать множество стрелок, чтобы указать от водорослей к множеству различных организмов, которые ими питаются. Точно так же другие типы потребителей едят морских ежей, осьминогов и угрей. Можно провести множество стрелок, чтобы объяснить пищевые отношения различных организмов в сообществе коралловых рифов.
|
Приложение Жизнь рыб: пищевая сеть Этот раздаточный материал Fish Life был подготовлен Отделом водных ресурсов и профинансирован Федеральной программой помощи в восстановлении спортивной рыбы. Другие, подобные этому, проиндексированы и доступны для загрузки на этом сайте NOAA. |
Передача энергии
Растения получают энергию непосредственно от солнца. Все источники пищи восходят к растениям. Как первичные производители, растения находятся в основании энергетической пирамиды (рис. 5). Различные части пирамиды называются трофическими уровнями. Только часть энергии фактически передается с одного трофического уровня на другой. Чаще всего часть энергии используется для выполнения работы, а часть энергии теряется в виде тепла в окружающую среду. Та же идея может быть применена к энергии, необходимой нашему телу для выживания.
Каждый последовательно более высокий трофический уровень имеет все меньше и меньше доступной энергии. В большинстве сообществ уменьшение доступной энергии на каждом трофическом уровне отражается в уменьшении относительной численности (числа организмов) и общей биомассы (количества живого вещества на единицу площади) организмов. Это изображается все меньшими и меньшими трофическими уровнями внутри пирамиды.
Сохранение энергии
Энергия сохраняется с течением времени. Хотя часть энергии теряется в виде тепла, когда животные переваривают пищу, тепло также является формой энергии. Кроме того, тепло является важным видом энергии для поддержания тепла у млекопитающих, как и у людей. Но даже когда энергия теряется в виде тепла в окружающую среду, сама энергия не уничтожается.
Например, при горении древесины большая часть энергии древесины превращается в тепло. Часть этого тепла улетучивается, а часть может использоваться для работы, например, для приготовления пищи или обогрева дома.
И часть энергии и вещества из древесины останется в виде золы (которую можно добавить в почву, а оставшуюся энергию использовать некоторые организмы).
|
Энергия Солнца Словарь
|
Добавить комментарий