В каких единицах измеряются энергия, работа и мощность? Как эти величины связаны между собой и что они характеризуют? Что такое механический эквивалент теплоты?

Единица измерения энергии и работы в международной системе (СИ) — Джоуль.   В системе СИ мощность измеряется в Ваттах, или в Джоулях в секунду.

Физическая величина, равная произведению модуля силы на модуль перемещения и косинус угла между ними, называется механической работой: А = Fs cos а. Работа — величина скалярная. Единица работы — джоуль (Дж). Дж — это работа, совершаемая силой в 1 Н при перемещении на 1 м.

В зависимости от направлений векторов силы и перемещения механическая работа может быть положительной, отрицательной или равной нулю. Например, если векторы F и s сонаправлены, то cos 0° = 1 и А > 0 . Если векторы F и s направлены в противоположные стороны, то cos 180° = -1 и А < 0. Если же F и s перпендикулярны, то cos 90° = 0 и А = 0.

Энергией называется физическая величина, измеряемая работой, которую может совершить тело или система тел. Энергия, как и работа, измеряется в джоулях.   К механической энергии относятся: потенциальная энергия тяготения , потенциальная энергия деформированных тел  кинетическая энергия движущихся тел 

Переход механической энергии из одного вида в другой подчиняется закону сохранения механической энергии: в изолированной системе тел, между которыми действуют лишь силы тяготения и упругости, механическая энергия остается неизменной. Поэтому механическая энергия тела в процессе его движения не меняется. По мере падения тела его потенциальная энергия будет уменьшаться, но зато будет возрастать кинетическая энергия.

Механический эквивалент теплоты, количество работы, эквивалентное единице количества переданной в процессе теплообмена теплоты (калории или килокалории). Понятие механический эквивалент теплоты возникло в связи с тем, что исторически механическую работу и количество теплоты измеряли в разных единицах.

С установлением эквивалентности механической работы и теплоты были осуществлены тщательные измерения механического эквивалента теплоты. Результаты измерений показали, что 1 ккал = 426,9 кгс×м. В Международной системе единиц (СИ) нет необходимости пользоваться понятием механический эквивалент теплоты, в этой системе принята одна единица для измерения как работы, так и количества переданной теплоты — джоуль. 1 дж = 0,239 кал = 0,102 кгс×м.

Эратосфен (235 г. до н.э.) произвел первые измерения размеров Земли. Он жил и работал в Александрии. Эратосфен знал, что в Сиене (нынешний Асуан) 22 июня в полдень солнечные лучи, падая в глубокий колодец, достигали воды и отражались вверх. Сиена по прикидкам Эратосфена (он был к тому же географом) располагалась на 800 км (в современных единицах измерения) южнее Александрии. Используя тень от обелиска

 

 

Эратосфен определил, что в Александрии в это же время солнечные лучи образуют с вертикалью угол в семь с половиной градусов.

Этих данных ему хватило, чтобы определить радиус Земли. Как он это сделал? Оценить погрешность в сравнении с современными данными. Как вы думаете, действительно ли древние греки могли производить измерения с такой точностью или это результат счастливого совпадения?

Почему мощность печи указывают в кВт

Статьи

Что такое мощность печи и почему в кВт? В киловаттах же электричество!?

Определение и измерение мощности

Действительно, существует единица измерения Килова́тт-час (кВт⋅ч), которая показывает количество энергии, производимое или потребляемое, а также в других подобных случаях (измерение проделанной работы).

Преимущественно эту единицу измерения используют в энергетике и в быту для измерения электроэнергии.

Следует заметить, что правильно писать именно «кВт⋅ч» (мощность, Умноженная на время). Написание «кВт/ч» (киловатт в час со знаком Деления), которое часто употребляется во многих документах — неправильное. Для удобства чтения стали использовать упрощённое обозначение кВт (киловатт), под которым понимается количество киловатт в час.

Понятие кВт используется в одинаковой мере по всему миру, поэтому для обозначения тепловой мощности стали использовать именно его. Исследования показали, что один килограмм любой древесины при влажности 20% производит 4,16 кВт тепла. Другое дело, что разные породы дерева имеют разную плотность (разный вес), и при одинаковых внешних размерах поленья разных пород дадут разное количество тепла.

Почему печи разной мощности и как подобрать себе печь

Все производители рекомендуют использовать дрова лиственных пород и чаще всего для отопления используются дрова березы. Для удобства исчисления принято считать 4 кВт на килограмм. Таким образом мощность печи зависит от её размеров. Чем больше дров можно положить в печь, тем она мощнее.

Теперь мы понимаем, что в печь мощностью 8 кВт можно положить два килограмма дров, а в печь 12 кВт помещается три килограмма. Точнее бы сказать наоборот: печь в которую можем положить три килограмма дров должна дать 12 кВт тепла, так как если в ту же печь положим только два килограмма дров, то получим 8 кВт тепла. Таким образом, мы можем протопить помещение на большей мощности, а потом использовать меньшую.

Как понять сколько дров можно положить в печь

Часто в устройствах есть метка указывающая на максимальный уровень дров. Без такой метки рекомендуется закладывать не более двух третей топки. Переполнение топки топливом может отрицательно сказаться на её можности и даже привести к поломке устройства. Например, сейчас набирают популярность дровяные брикеты. Они имеют большую плотность и маленькую влажность. При аккуратных размерах брикетов, по весу их помещатся в топку больше, чем дров и такой перегруз камина может привести к его поломке.

Если камин нужен для интерьера, то его мощность не столь важна. Конечно в маленьком помещении камин лучше не делать, чтобы не устроить сауну. Тем не менее, при нехватке тепла ничего не случится, а при избытке можно хорошо проветрить.

Другое дело когда нужна печь для отопления. Тогда к вопросу выбора нужно подходить более внимательно. В среднем на 10 квадратных метров площади отопления берётся 1 кВт мощности печи. Это при потолках не более 2.7 метра и при низких теплопотерях дома.

Например, когда нужно обогреть 80 квадратных метров, нужно выбирать печь 9-11 кВт, рассматривая запас мощности, учитывая погодные и другие условия. Например, печь Jotul F8. Мы знаем, что если взять два разных термоса и одновременно налить в них кипяток из одного чайника, то в одном вода остынет быстрее, а в другом медленнее. Также и с домами. Всё индивидуально, в первую очередь хозяин знает особенности своего дома и свои предпочтения.

Опять немного физики

Киловатт-час равен количеству энергии, потребляемой или производимой устройством мощностью один киловатт в течение одного часа.

Интересный факт, что даже люди являются потребителями и производителями энергии. Все мы знаем, что на упаковках любых продуктов указанна энергетическая ценность продукта. Как правило, энергетичность еды измеряют в Килокалориях (ккал), в то же время американцы измеряют её в Джоулях (Дж). Слово Калория от латинского означает — тепло.

Ранее калория широко использовалась для измерения энергии, работы и теплоты. Калорийностью называлась теплота сгорания топлива. А под калорийностью или энергетической ценностью пищи, подразумевается количество энергии, которое получает организм при полном её усвоении.

Все три единицы измерения: Ватт, Джоуль, Калория пересекаются между собой. Подробнее о них можно узнать, например в Википедии. Человек также является производителем тепла и один врослый человек находясь в комнате площадью десять квадратных метров и высотой два с половиной метра, может повысить температуру этой комнаты на два градуса. Не зря про кого-то говорят «энергичный человек», а про других наоборот. Именно из-за этого в местах переполненных народом душно.

Цифры

Киловатт-час равен количеству энергии, потребляемой или производимой устройством мощностью один киловатт в течение одного часа.

1 Вт⋅с = 1 Дж

1 кВт⋅ч = 1000 Вт ⋅ 3600 с = 3,6 МДж.
1Дж = 0,239 Калории
1 кВт⋅ч = 0,86МКал

Познавательно

• Для обогрева одного метра площади понадобится примерно 20-25 лампочек накаливания с обычной спиралью и мощностью 60 Вт, при потолках 2,5 метра. Это будет 1,2-1,5 кВт часть энергии которых уйдёт на свет, а остальная на тепло.
  
• Бытовым, домашним утюгом можно обогреть полкомнаты, то есть на обогрев комнаты 15 метров понадобится два утюга, с учётом периодичности включения и выключения утюгов.
  
• Даже если взрослый человек будет просто лежать он выделяет до одного киловатта тепла, поэтому при выборе кондиционера нужно учитывать площадь комнаты и сколько человек могут одновременно там находиться.

Как мы должны измерять энергию (и мощность)? – Metric Views

Недавняя консультация по так называемым «калориям» в меню, а также запуск новых моделей электромобилей натолкнули на эти мысли о неэффективном способе измерения энергии и мощности. Эта путаница отражает непонимание фундаментальной науки и мешает людям проводить полезные сравнения. Мы должны стандартизировать джоуль (Дж) и ватт (Вт).

Рассмотрим некоторые из различных единиц, которые используются или использовались для измерения энергии и мощности (перечень не является исчерпывающим):

Энергия

• Британские тепловые единицы (БТЕ), как правило, для бытовых котлов (хотя обычно они означают БТЕ/ч) – см. ниже
• киловатт-часов (кВтч), за электроэнергию (иногда и за газ) счета
• джоулей (Дж) — единица СИ — используется для пищевой энергии (питания) на этикетках упаковки
• калорий (кал) (часто путают с килокалориями – ккал) также для пищевой энергии
• эргов — устаревшая единица из предыдущей версии современной метрической системы
.
• электронвольт (эВ) — используется физиками для измерения очень малых количеств энергии

Мощность

• лошадиных сил (л.с.) — до сих пор иногда используется для описания мощности автомобильного двигателя
• тормозных лошадиных сил (BHP) — сейчас редко используется
• налоговых лошадиных сил — ранее использовалось для расчета налога на автомобили (например, Austin 7)
• Pferdestärke (PS) — немецкая версия HP для автомобильных двигателей
.
• chevaux fiscaux (CV) — аналогичный вариант французского слова «налоговая мощность» (например, Citroën 2CV)
• ватт — единица СИ, определяемая как джоуль в секунду (Дж/с)
• британских тепловых единиц в час (БТЕ/ч) – используется для систем отопления

Как – если вообще – все эти единицы связаны друг с другом? Чтобы объяснить это, нам нужно пересмотреть немного фундаментальной науки.

Что такое энергия и мощность и как они соотносятся?

Существуют различные формы энергии (возможно, поэтому возникли разные единицы измерения), но у них есть одна общая черта: энергия — это то, что заставляет вещи двигаться, или нагревать, или освещать, или издавать звук. Таким образом, это может быть тепловое (то есть тепловое), электромагнитное, гравитационное, механическое и т. д. Но все это энергия. Энергия не может быть создана или уничтожена, но одна форма энергии может быть преобразована в другую форму энергии – т. е. когда турбина вырабатывает электричество, которое, в свою очередь, нагревает чайник или приводит в движение двигатель; или когда химическая энергия, хранящаяся в батарее, преобразуется в звуковые волны вашего радиоприемника. Поскольку все это в основном одно и то же «вещество» — энергия, полезно, если ее можно измерить одним и тем же способом.

Мощность — скорость преобразования энергии, т.е. 60-ваттная лампа накаливания каждую секунду преобразует 60 джоулей электрической энергии в свет и тепло (кстати, в основном последнее). Точно так же это скорость, с которой химическая энергия, хранящаяся в бензине, преобразуется в механическую энергию для движения автомобиля и выработки электроэнергии для зарядки аккумулятора. Опять же, хотя он может принимать разные формы, полезно, если его можно измерить одним и тем же способом.

Проведение сравнений

Итак, если бы мы измеряли энергию и мощность, используя одну общую единицу измерения для каждого из них, какие единицы измерения мы должны были бы выбрать и какие виды сравнений были бы возможны?

Для энергии очевидным выбором должна быть единица СИ, джоуль. Его достоинство состоит в том, что он определяется в терминах других единиц СИ и не должен устанавливаться экспериментально. Энергия на самом деле представляет собой «массу × ускорение × расстояние», поэтому джоуль определяется как количество энергии, необходимое для ускорения массы в один килограмм со скоростью один метр в секунду в квадрате на расстоянии в один метр.

Все остальные возможные устройства, перечисленные выше, имеют недостатки. Калория – это количество энергии, необходимое для повышения температуры 1 г чистой воды с 14,5 °С до 15,5 °С при атмосферном давлении 100 кПа. Однако эти условия могут быть воспроизведены только в контролируемой лабораторной ситуации и не являются общеприменимыми. Аналогичные возражения относятся к британской тепловой единице, которая представляет собой количество энергии, необходимое для нагревания одного фунта воды на один градус по Фаренгейту, что также делает ее полностью несовместимой с другими единицами СИ. Электронвольт подходит для ядерной физики (хотя его значение также должно быть определено экспериментально), но он слишком мал для обычного использования.

«Киловатт-час» (кВтч) в счетах за электричество и газ является особенно неудовлетворительной единицей. Как мы видели, ватт — это джоуль в секунду. Итак, кВтч — это килоджоуль, разделенный на секунду, умноженный на час. В часе 3600 секунд, поэтому «киловатт-час» на самом деле равен 3600 кДж, то есть 3,6 МДж. Так не разумнее ли было бы измерять энергию, содержащуюся в электричестве или газе, в джоулях — или, в данном случае, в мегаджоулях?

Поскольку, как показано выше, мощность есть скорость преобразования энергии, выбор единицы измерения мощности следует из выбора единицы энергии. «Лошадиная сила» со всеми ее вариантами не является серьезным кандидатом, так как очень немногие люди могли бы дать ее определение, за исключением того, что двигатель с большим числом мощнее, чем двигатель с маленьким числом. «Британские тепловые единицы в час» (БТЕ/ч) неудовлетворительны по той же причине, что и БТЕ. Так что это должно быть ватт.

Не высшая математика

Вышеприведенные отношения не высшая математика, и любой человек с нормальным интеллектом может легко их понять. Так почему же они не более известны и не используются? Я подозреваю сочетание причин, таких как:

• инерция – людям удобно то, с чем они знакомы – поэтому люди продолжают использовать разные единицы для измерения одного и того же.
• средства массовой информации тупые до наименьшего общего знаменателя понимания.
• невежество в фундаментальных науках (например, неспособность к математике) терпимо и даже считается модным для людей, которые не признаются в незнании, скажем, Чарльза Диккенса или Трафальгарской битвы.
• ошибочных представлений о том, что традиционные «британские» единицы измерения (такие как Фаренгейты!) имеют культурную ценность.
• боязнь непонимания или даже насмешек со стороны сверстников, если единицы используются в незнакомом контексте – например, кВт для измерения мощности двигателя автомобиля или метры в крикете или футболе.

Как можно преодолеть эти барьеры понимания? В основном, за счет увеличения знакомства. Многое зависит от подачи хорошего примера – и это будет зависеть от школьных учителей (особенно за пределами урока математики или естественных наук), политиков (Тони Блэр, к его дискредитации, причинил большой вред, симулируя незнание километров в 2006 году), вещателей и журналистов. , образцы для подражания в спорте и шоу-бизнесе. Руководство от правительства также поможет.

Возвращаясь к вопросу о «калориях» в меню (с которого началась эта статья), весьма прискорбно, что государственное учреждение — Агентство по пищевым стандартам — поощряло расширенное использование неудовлетворительной единицы, «калории». (или они имели в виду «килокалорию» или действительно «калорию»?) вместо правильной единицы СИ — джоуль. Они даже использовали слово «калория» как синоним «энергии». Поступая таким образом, они поощряют невежество и непонимание, и они даже не пытаются научить людей соотносить энергию, которую они поглощают с пищей и расходуют в своей физической деятельности, с энергией, которая так расточительно используется в транспорте, производстве электроэнергии и в бытовые системы отопления – во вред нашей планете.

Нравится:

Нравится Загрузка…

1. Энергия является физической величиной

Версия на испанском языке
также доступна »

Учение о природе энергии поддерживается 8 ключевыми понятиями:

1.1 Энергия это количество, которое передается из системы в систему. Энергия – это способность системы совершать работу. Система совершила работу, если она приложила силу к другой системе на некотором расстоянии. Когда это происходит, энергия передается от одной системы к другой. Во время этого процесса по крайней мере часть энергии также преобразуется из одного вида в другой. Можно отслеживать, сколько энергии передается в систему или из нее.

Есть еще 7 основных понятий. Посмотреть их все…

Скрыть

1.2 Энергия системы или объекта, в результате которой возникает его температура, называется тепловой энергией. Когда происходит чистая передача энергии от одной системы к другой из-за разницы температур, передаваемая энергия называется теплотой. Передача тепла происходит тремя способами: конвекцией, теплопроводностью и излучением. Как и любая передача энергии, теплопередача включает в себя силы, действующие на расстоянии на некотором уровне при взаимодействии систем.

1.3 Энергия не создается и не уничтожается. Изменение общего количества энергии в системе всегда равно разнице между количеством переданной энергии и количеством переданной энергии. Общее количество энергии во Вселенной конечно и постоянно.

1.4 Энергия, доступная для выполнения полезной работы, уменьшается по мере ее передачи от системы к системе. Во время всех передач энергии между двумя системами часть энергии теряется в окружающую среду. В практическом смысле эта потерянная энергия была «израсходована», хотя она все еще где-то рядом. Более эффективная система будет терять меньше энергии, вплоть до теоретического предела.

1.5 Энергия бывает разных форм и может быть разделена на категории. Формы энергии включают световую энергию, упругую энергию, химическую энергию и многое другое. Вся энергия делится на две категории: кинетическая и потенциальная. Кинетика описывает типы энергии, связанные с движением. Потенциал описывает энергию, которой обладает объект или система из-за его положения относительно другого объекта или системы и сил между ними. Некоторые формы энергии являются частично кинетической и частично потенциальной энергией.

1.6 Химические и ядерные реакции связаны с переносом и преобразованием энергии. Энергия, связанная с ядерными реакциями, намного больше, чем энергия, связанная с химическими реакциями для данного количества массы. Ядерные реакции происходят в центрах звезд, в ядерных бомбах, а также в ядерных реакторах деления и синтеза. Химические реакции широко распространены в живых и неживых системах Земли.

1.7 Для количественного определения энергии используется множество различных единиц. Как и в случае с другими физическими величинами, с энергией связано множество различных единиц измерения. Например, джоули, калории, эрги, киловатт-часы и БТЕ — все это единицы энергии. Учитывая количество энергии в одном наборе единиц, всегда можно преобразовать его в другой (например, 1 калория = 4,186 джоулей).

1.8 Мощность – это мера скорости передачи энергии. Полезно говорить о скорости, с которой энергия передается от одной системы к другой (энергия за время). Эта скорость называется мощностью. Один джоуль энергии, передаваемой за одну секунду, называется ваттом (т. е. 1 джоуль в секунду = 1 ватт).

Энергия — это слово, имеющее множество значений, но не имеющее универсального определения.

Какой вид энергии изображен здесь? Американские горки Thunder Dolphin в Токио, Япония, развивают скорость до 81 мили в час. Фото Бена Гарни.

В повседневной жизни мы постоянно взаимодействуем с различными формами энергии. Энергия содержится в бензине, кошачьем корме и звездах, и энергия переходит из одной формы в другую посредством ветра, движения и тепла. Итак, с чего начать обучение тому, что интуитивно очевидно, но в то же время абстрактно и сложно?

Этот принцип помогает учащимся ознакомиться с некоторыми основами энергии, многие из которых основаны на физике. Мы хотим, чтобы учащиеся освоились с концепцией того, что энергия существует во многих формах, может передаваться из одной системы в другую и может быть измерена.

Несмотря на то, что определить термин «энергия» сложно, нетрудно определить, описать и измерить определенные виды энергии.

Механическая энергия — это энергия механических систем, таких как мяч, катящийся по рампе, или шарик, выпущенный из рогатки. Механическая энергия может быть в трех формах:

• Гравитационная потенциальная энергия — это энергия объекта или системы из-за гравитационного притяжения. Например, мы можем рассчитать механическую энергию мяча, который вылетит из высокого окна, или гравитационную потенциальную энергию воды в водохранилище, используемом для гидроэнергетики.
• Кинетическая энергия — это энергия движения объекта. Мчащийся автомобиль, парящий в воздухе бейсбольный мяч и лыжник, скользящий вниз по склону, — все это примеры объектов с кинетической энергией. Маховики — это метод хранения кинетической энергии.
• Упругая потенциальная энергия — это энергия, запасенная в растянутой пружине, резиновой ленте или другом эластичном материале.

Тепловая энергия – это энергия, возникающая в результате кинетической энергии молекул вещества. Горячий чайник имеет больше тепловой энергии, чем холодный. Предметы, которые кажутся теплыми, излучают тепловую энергию, а передача тепловой энергии вызывает изменения температуры.

Лучистая энергия — это энергия электромагнитного излучения, такого как видимый свет, микроволны или рентгеновские лучи.

Химическая энергия — это энергия, запасенная в химических связях. Бензин и продукты питания являются примерами соединений с химической потенциальной энергией.

Ядерная энергия — это название, данное энергии, которая возникает в результате преобразования массы в энергию во время ядерных реакций. Это мощный и обильный источник энергии, потому что небольшое количество массы может быть преобразовано в большое количество энергии, как описано знаменитым уравнением Эйнштейна E=mc ² .

Независимо от того, какую форму принимает энергия, энергия имеет числовое значение, которое мы можем измерить и присвоить объектам или системам. Когда система претерпевает некоторые изменения, энергия может быть преобразована из одного вида энергии в другой.

Учащиеся могут испытать и распознать различные формы энергии

Сопутствующее видео Министерства энергетики
Посмотреть версию этого видео не на YouTube из которого можно учить о других аспектах энергии. Понятия потери энергии, передачи энергии от одной системы к другой и способов измерения энергии являются важными понятиями для преподавания энергии. Хотя может возникнуть соблазн пропустить эти основы и начать преподавать ветряные турбины и солнечные панели, важно установить систему отсчета для понимания того, что такое энергия, прежде чем обсуждать различные виды топлива, источники энергии и использование энергии.

Что удивительно в энергии, так это то, как одна форма энергии может быть преобразована в, казалось бы, несвязанные формы энергии. Джеймс Прескотт Джоуль провел новаторские эксперименты, показавшие, что некоторое количество механической энергии может быть преобразовано в такое же количество тепловой энергии. Например, взрыв преобразует химическую потенциальную энергию в кинетическую энергию, лучистую энергию и тепловую энергию. Лучистая энергия может быть преобразована в электрическую с помощью фотогальванического элемента. Тепловая энергия может быть преобразована в электрическую с помощью термоэлектрического генератора.

Во всех случаях преобразования энергии часть энергии преобразуется в тепловую энергию. Поскольку эта энергия часто не может быть восстановлена ​​с пользой, эта тепловая энергия часто считается потраченной впустую или потерянной.

Помощь учащимся в понимании этих идей

Неправильные представления распространены, когда дело доходит до понимания форм энергии. С одной стороны, у всех нас есть интуитивное представление о том, что такое энергия. Но наука об энергии может быть сложной. Учителя должны найти золотую середину между точными объяснениями, не упрощая и не создавая дополнительных заблуждений.

Распространенным камнем преткновения является понятие мощности и единиц для описания энергии и мощности. В метрической системе единицами измерения энергии являются джоули. Джоуль — это количество энергии, необходимое для ускорения объекта массой 1 кг до скорости 2 м/с или для подъема объекта массой 1 кг примерно на 10 см по вертикали. Калории, БТЕ и киловатт-часы — это другие единицы, которые можно использовать для измерения энергии.

Мощность, то есть скорость передачи энергии, измеряется в джоулях в секунду, также называемых ваттами. В отличие от других единиц, описывающих ставки (например, мили в час для скорости, доллары в час для заработной платы), единица «Ватт» уже имеет встроенную единицу измерения «в секунду». Без знакомого «в секунду» в единицах измерения студенты часто думают, что ватт равен 9.0194 количество энергии, а не скорость передачи энергии. Например, лампочка мощностью 100 Вт потребляет 100 Дж электроэнергии в секунду, преобразовывая ее в основном в тепловую энергию.

К этой путанице добавляется единица киловатт-час. Киловатт-час равен 1000 Вт, умноженным на 3600 секунд, или 3,6 миллиона джоулей. Это обычная единица энергии, используемая электроэнергетическими компаниями при выставлении счетов,

Похожий и забавный пример путаницы между мощностью и энергией состоит в том, что электрические коммунальные предприятия часто называют «энергетическими» компаниями, даже если продукт, который они продают, является энергией.

Принесите эти идеи в ваш класс

Как работает работа? Это видео, подготовленное TED, иллюстрирует концепции работы и энергии, которые могут помочь нам раскрыть и понять многие физические законы, управляющие нашей вселенной. В этом уроке Питер Бохачек исследует взаимодействие каждой концепции применительно к двум обычным объектам — лампочке и напольным часам.

Как показано в видеоролике TED, базовые математические концепции можно использовать для понимания того, как измеряется энергия, например, измерение энергии в двух разных формах с последующим преобразованием этих величин в общепринятые единицы. Такие термины, как мощность (энергия за время), работа (сила за расстояние), могут быть легко измерены и рассчитаны. Все эти термины имеют альтернативные, но связанные значения в повседневной жизни, поэтому знакомство учащихся с математическими определениями потребует от учащихся понимания немного разных значений одних и тех же слов.

Многие формы преобразования энергии можно непосредственно наблюдать в классе, поэтому демонстрации являются эффективным средством демонстрации преобразований между различными формами энергии.

Покажите примеры демонстраций в классе, иллюстрирующих различные формы энергии

Скрыть

Химическая батарея, работающая от лампочки , которая освещает поверхность: химическая энергия преобразуется в электрическую энергию, которая преобразуется в лучистую и (в основном) тепловую энергию . Изучение маркировки на лампочке позволяет учащимся рассчитать эффективность, найдя отношение светового потока (люмен) к используемой мощности (Ватт). Лампы с более высокой эффективностью производят больше люменов видимого света на ватт.

Ручной генератор/моторы и лампочка показывают, как кинетическая энергия может быть преобразована в электрическую энергию. Соединение двух ручных генераторов/моторов вместе показывает, как кинетическая энергия может быть преобразована в электрическую, а затем обратно в кинетическую.

Соединение Пельтье (или термоэлектрический генератор) преобразует электрическую энергию в разность температур или разность температур в электрическую энергию.

Так называемые «весёлые/грустные» шарики , которые можно приобрести в компаниях, поставляющих материалы для научного образования, показывают, как эластичность материала может влиять на передачу энергии. «Счастливый» мяч сделан из полимера, который при сжатии накапливает упругую потенциальную энергию и высвобождает такое же количество кинетической энергии, когда он не сжат. Например, когда мяч падает с высоты 1 метр, потенциальная энергия гравитации преобразуется в кинетическую энергию при падении мяча. Когда мяч ударяется об пол, мяч сжимается, и кинетическая энергия преобразуется в основном в упругую потенциальную энергию (и немного в тепловую энергию). Когда мяч отскакивает, упругий потенциал преобразуется обратно в основном в кинетическую энергию (опять же, немного в тепловую), заставляя мяч отскакивать на значительную часть высоты, с которой он был выпущен. Отношение высоты отскока к высоте выброса — это отношение конечной энергии системы к исходной энергии — оценка эффективности передачи энергии. «Грустный» мяч изготовлен из менее эластичного полимера. Когда этот мяч сжимается, почти вся механическая энергия преобразуется в тепловую энергию, и мяч не отскакивает заметно.

Пружинные игрушки и попперсы являются другими примерами подобных преобразований энергии.

Сосуд Дьюара или вакуумная колба «термос» является прекрасным примером передачи тепловой энергии. Описание того, как вакуумная колба препятствует передаче тепловой энергии внутрь или наружу, помогает учащимся понять, что «холод» — это не количество или форма энергии, а скорее недостаток тепловой энергии. Студентам может быть интересна история разработки термоса и того, как он был коммерциализирован компанией Thermos, которая выиграла от того, что Дьюар не запатентовал эту идею.

Учебные материалы из коллекции CLEAN

Средняя школа

• Практическое занятие «Вращение — создание модели паровой турбины» вовлекает учащихся в изучение того, как можно использовать различные источники энергии для вращения турбины и выработки электроэнергии. электричество с помощью магнита.

 

Средняя школа

• Такие инструменты, как Калькулятор преобразования единиц энергии, могут помочь учащимся сравнивать количества энергии в различных формах. Когда учащиеся понимают значение различных единиц энергии, они могут эффективно учитывать масштабы использования энергии, что является частью Энергетического принципа 6.
• Путеводитель по энергии Земли — это видео TED-Ed, в котором показано, как энергия циркулирует в системах Земли: атмосфере, гидросфере, литосфере и биосфере.

 

Колледж

• Проект «Солнечный водонагреватель» позволяет студенческим командам проектировать и строить солнечные водонагреватели и лучше понимать три различных типа теплопередачи, каждый из которых играет роль в солнечном водонагревателе. дизайн. Обратите внимание, что это задание предназначено для старшеклассников, но оно может стать отличной лабораторной работой для начинающих студентов.
• Global Energy Flows позволяет учащимся анализировать данные о глобальных источниках и поглотителях энергии (использовании) и строить диаграммы, чтобы показать относительный масштаб и связи между ними. Обсуждения масштаба; включены исторические, социально-экологические и географические различия в этих данных и последствия для будущего использования энергии.

 

Найдите упражнения и наглядные материалы для преподавания этой темы

Поиск по уровню обучения: средняя школа средняя школа введение колледж старшие классы колледж поиск все уровни обучения

Ссылки

Что такое энергия? Этот блок от EIA Energy Kids охватывает основы энергетики, виды энергии, единицы энергии и калькуляторы энергии.