Вода - это самая важная жидкость, которая существует на Земле и предлагает нам ряд ресурсов и услуг. Вода способствует развитию жизни, регулированию климата, а также обеспечивает нас энергией. Энергия - это еще один из наиболее необходимых ресурсов для человека, потому что без нее у нас не было бы ни электричества, ни тепла. Возможно, самой известной формой энергии из воды является гидроэнергетика, однако она получается из других кинетических и потенциальных источников энергии.
Что такое энергия: простое определение
Прежде всего, нам нужно знать, что такое энергия. Под энергией понимается способность объекта выполнять работу и передавать тепло.
В свою очередь, работа соответствует усилиям, которые должны быть приложены для перемещения предмета или вещества на определенное расстояние. Но энергия - это тоже тепло, и поэтому ее можно также определить как поток тепла, который перемещается от объекта или вещества, от горячего к более холодному.
Энергия может быть получена в различных формах, таких как свет, тепло, электричество, химическая и/или механическая энергия. Последнее основано на движении материи и обычно определяется как сумма кинетической и потенциальной энергий.
Поток воды является ярким примером этой механической энергии, и сейчас вы узнаете, из чего состоит кинетическая энергия и потенциальная энергия воды.
Какова кинетическая и потенциальная энергия воды?
Кинетическая энергия - это энергия, связанная с любым движущимся телом. При расчете кинетической энергии следует иметь в виду, что ее расчет зависит как от массы тела, так и от скорости движения. Поэтому, зная общее определение кинетической энергии, мы можем определить кинетическую энергию воды как энергию, которая исходит от ее движения или потока.
Чем больше объем (и масса) воды и чем больше ее скорость, тем больше ее кинетическая энергия.
Однако существует и другая форма энергии, которая тесно связана
с кинетической энергией, а именно потенциальная энергия. Потенциальная энергия - это просто энергия, которая потенциально может быть преобразована в другую форму энергии, обычно кинетическую. Другими словами, потенциальная энергия - это энергия, которая накапливается в организме и может быть использована.
Хотя вода обладает кинетической энергией, существует также потенциальная энергия воды. Потенциальной энергией воды является та, которая накапливается в водоеме и преобразуется в кинетическую энергию, когда она начинает течь.
Потенциальная энергия в значительной степени зависит от высоты, поэтому те водоемы, которые находятся на большей высоте, обладают большей потенциальной энергией. Таким образом, те водоемы, которые находятся в ущельях или имеют катаракту, имеют более высокий энергетический потенциал.
Как работает гидравлическая энергия или потенциальная и кинетическая энергия воды?
Кинетическая энергия воды может быть использована, когда она течет.
А это значит, что энергия может быть использована при выполнении таких процессов, как перемещение турбины.
С другой стороны, для того, чтобы максимально эффективно использовать кинетическую энергию, также требуется максимальная потенциальная энергия. Гидравлическая энергия основана на этом принципе, и для этого необходимо строительство плотин. Плотины и водохранилища также позволяют накапливать воду и, таким образом, предоставлять ее для потребления и других видов деятельности, таких как сельское хозяйство.
Для оптимального использования гидроэнергетики необходимо принимать во внимание два важных фактора:
- Поток.
- Высота водопада.
Плотины служат для регулирования потока в зависимости от времени года, а также для увеличения водопада и, следовательно, потенциальной энергии.
Для получения электрической энергии плотина открывается, часть накопленной воды опускается, преобразуя потенциальную энергию в кинетическую. Падение воды приводит в движение турбину, подключенную к электрогенератору. Таким образом, вода, проходящая через турбины на высокой скорости, заставляет турбины вращаться, вырабатывая электричество.
Таким образом, электричество вырабатывается из кинетической энергии (и потенциала) воды.
Другие способы увеличить высоту водопада
- Одна из них заключается в отводе воды из реки по руслу с небольшим уклоном (меньше, чем русло реки).
- С другой стороны, во многих странах (особенно в развивающихся) были установлены небольшие электростанции с низким энергопотреблением, но позволяющие вырабатывать достаточно электроэнергии для питания небольших регионов.
Так обстоит дело в Китае или Коста-Рике, где эти небольшие плотины являются основным источником электроэнергии. Эта миниатюрная форма гидравлической энергии известна как минигидравлическая энергия и считается более экологичной.
Гидроэнергетика: преимущества и недостатки
Гидравлическая энергия, получаемая из кинетической энергии воды и потенциала, имеет свои преимущества и недостатки.
Преимущества гидроэнергетики
- Считается возобновляемой и экологически чистой энергией.
- Очень стабильное производство энергии.
- Гибкость производства благодаря потоку воды.
- Безопасная энергия, в отличие от других видов невозобновляемой энергии, таких как атомная энергия.
Недостатки гидроэнергетики
- Зависит от дождей и таяний льда, а также от отсутствия больших засух.
- Места для его установки ограничены.
- Высокие начальные инвестиции.
- Оказывает воздействие на окружающую среду, в частности, на ландшафт.