ΕΝΕΡΓΕΙΑ αναφορά στα είδη και μετατροπές ενέργειας ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Α’ Λυκείου Ιανουάριος 2008 Χριστάκης Βασιλείου

Τι είναι ενέργεια; Είναι η ικανότητα της ύλης ή ενός συστήματος να παράγει έργο Κύρια ιδιότητα της ύλης που εκδηλώνεται με διάφορες μορφές (θερμότητα, κίνηση, φως, ηλεκτρισμός, κλπ) Ικανότητα οργάνωσης ή αλλαγής στη δομή της ύλης Αποτελεί την πηγή ζωής για τους ζωντανούς οργανισμούς Όλες οι φυσικές και ανθρωπογενείς διαδικασίες απαιτούν ενέργεια Ιανουάριος 2008 Ενέργεια

Παραδείγματα αναγκαιότητας της ενέργειας Για να παραχθεί έργο απαιτείται ενέργεια Πλύσιμο ρούχων: ενέργεια από ηλεκτρισμό Κίνηση πλοίου: ενέργεια από πετρέλαιο Η τροφή που καταναλώνουμε μας δίνει ενέργεια π.χ. για να εργαζόμαστε, να τρέχουμε, να σκεφτόμαστε, κλπ Ιανουάριος 2008 Ενέργεια

Κύρια χαρακτηριστικά της ενέργειας Δεν είναι ορατή Υπάρχει παντού Γίνεται αντιληπτή: όταν μεταφέρεται από ένα φυσικό σύστημα σε ένα άλλο π.χ. η ενέργεια του ανέμου που κινεί τον ανεμόμυλο όταν μετατρέπεται από μια μορφή σε άλλη π.χ. ηλεκτρική ενέργεια που γίνεται θερμότητα στην ηλεκτρική κουζίνα Η ενέργεια μπορεί να αποθηκευτεί π.χ. οι μπαταρίες αποθηκεύουν ηλεκτρική ενέργεια με τη μορφή χημικής ενέργειας Είναι φυσικό μέγεθος που μπορεί να μετρηθεί Ιανουάριος 2008 Ενέργεια

Αρχή διατήρησης της ενέργειας Η ενέργεια δεν παράγεται από το μηδέν ούτε καταστρέφεται, μετατρέπεται μόνο από μια μορφή σε άλλη π.χ. στη θερμάστρα η χημική ενέργεια του πετρελαίου μετατρέπεται σε θερμότητα, η οποία στη συνέχεια αποβάλλεται στο περιβάλλον (απώλειες θερμότητας) Η συνολική ενέργεια του σύμπαντος παραμένει σταθερή Ιανουάριος 2008 Ενέργεια

Πηγές και μορφές ενέργειας Στη φύση υπάρχουν τεράστιες ποσότητες ενέργειας που προσφέρονται από πολλές πηγές και σε διάφορες μορφές Πηγές ενέργειας: Από που αντλούμε ενέργεια – «αποθήκες ενέργειας» Κύρια πηγή ενέργειας είναι ο ήλιος Μορφές ενέργειας: Διαφορετικά «πρόσωπα» με τα οποία εμφανίζεται και χρησιμοποιείται η ενέργεια Η ενέργεια αλλάζει μορφή όταν μεταφέρεται από ένα σύστημα σε ένα άλλο Ιανουάριος 2008 Ενέργεια

Πηγές ενέργειας Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας: Παρέχουν ενέργεια όσο υπάρχει ζωή στον πλανήτη. Ο ρυθμός αναπλήρωσης είναι μεγαλύτερος από το ρυθμό κατανάλωσης τους (ανεξάντλητες πηγές ενέργειας) Περιέχουν ενέργεια χαμηλής ισχύος – αραιές μορφές ενέργειας Μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας: Είναι πηγές που όταν χρησιμοποιηθούν δεν μπορούν να αναπληρωθούν. Η διαδικασία αναπλήρωσης τους διαρκεί πολλά εκατομμύρια χρόνια (μη ανεξάντλητες πηγές ενέργειας) Το καύσιμο περιέχει ενέργεια σε συμπυκνωμένη μορφή Χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: Απολιθωμένα καύσιμα (ορυκτά καύσιμα) Μη απολιθωμένα καύσιμα Ιανουάριος 2008 Ενέργεια

Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας Ήλιος Ηλιακή ενέργεια (κύρια πηγή ενέργειας) Άνεμος Αιολική ενέργεια Υδατοπτώσεις Υδραυλική ενέργεια Βιομάζα Ενέργεια από φυτικά, ζωικά και αστικά απορρίμματα – χημική ενέργεια Ιανουάριος 2008 Ενέργεια

Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας Θερμική ενέργεια ωκεανών Θερμοκρασιακή διαφορά μεταξύ νερού επιφάνειας και βάθους ωκεανού (περίπου 20οC) Παλίρροια Παλιρροϊκή ενέργεια – υψομετρική διαφορά στάθμης νερού Ιανουάριος 2008 Ενέργεια

Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας Ενέργεια κυμάτων Ενέργεια από την κίνηση των κυμάτων Γεωθερμία Ενέργεια από το εσωτερικό της γης - θερμική ενέργεια Ιανουάριος 2008 Ενέργεια

Μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας Απολιθωμένα (ορυκτά) καύσιμα Πετρέλαιο Χημική ενέργεια Από τη μετατροπή υπολειμμάτων ζωικών και φυτικών οργανισμών (πριν εκατομμύρια χρόνια στο βυθό της θάλασσας) Άνθρακας ή κάρβουνο Από την αποσύνθεση των φυτών (πριν εκατομμύρια χρόνια μέσα στη γη) Ιανουάριος 2008 Ενέργεια

Μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας Απολιθωμένα (ορυκτά) καύσιμα Φυσικό αέριο Χημική ενέργεια Κυρίως συνυπάρχει με το πετρέλαιο Μη απολιθωμένα καύσιμα Ουράνιο (U235) Πυρηνική ενέργεια Ιανουάριος 2008 Ενέργεια

Κύριες μορφές ενέργειας Μηχανική ενέργεια Δυναμική ενέργεια Λόγω θέσεως του σώματος π.χ. πεδίο βαρύτητας της γης Λόγω μορφής του σώματος π.χ. προένταση ελατηρίου Κινητική ενέργεια Λόγω κίνησης του σώματος Ιανουάριος 2008 Ενέργεια

Κύριες μορφές ενέργειας Ηλιακή ενέργεια Ηλιακή ακτινοβολία Παρέχεται σε τεράστιες ποσότητες από τον ήλιο Παραμένει ουσιαστικά ανεκμετάλλευτη Θερμική ενέργεια Λόγω αυξημένης θερμοκρασίας του σώματος - κινητική ενέργεια των μορίων της ύλης Από τις πρώτες μορφές ενέργειας που χρησιμοποίησε ο άνθρωπος Ιανουάριος 2008 Ενέργεια

Κύριες μορφές ενέργειας Αιολική ενέργεια Κινητική ενέργεια του ανέμου Από την ανομοιόμορφη θέρμανση και την περιστροφής της γης Μυϊκή ενέργεια Δύναμη των μυών Από χημική ενέργεια των τροφών Πρώτη μορφή ενέργειας που χρησιμοποίησε ο άνθρωπος Ιανουάριος 2008 Ενέργεια

Κύριες μορφές ενέργειας Πυρηνική ενέργεια Σχάση (διάσπαση) του ατόμου στον πυρηνικό αντιδραστήρα Απελευθέρωση μεγάλων ποσοτήτων θερμότητας (ενέργεια 1 kg ουρανίου = ενέργεια 1,000,000 kg άνθρακα) Επικίνδυνη - Ραδιενέργεια Ηλεκτρική ενέργεια Μεταφορά ηλεκτρονίων Πολύ εύχρηστη μορφή ενέργειας Επικίνδυνη από λάθος χρήση Ιανουάριος 2008 Ενέργεια

Κύριες μορφές ενέργειας Χημική ενέργεια Αποθηκευμένη σε χημικές ενώσεις Κύρια συστατικά των χημικών ενώσεων είναι τα στοιχεία άνθρακα και υδρογόνου Απελευθέρωση θερμότητας από μια χημική αντίδραση - καύση Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία Εξαρτάται από το μήκος κύματος της ακτινοβολίας που εκπέμπεται Ακτινοβολία του ήλιου (ηλιακή ενέργεια) Ακτίνες Χ Ακτίνες Γάμμα Φως (φωτεινή ενέργεια) Ακτίνες Laser Ιανουάριος 2008 Ενέργεια

Μετατροπή ενέργειας Φυσικός ενεργειακός κύκλος Δημιουργία φυσικών ενεργειακών πόρων Μετατροπή ηλιακής ενέργειας σε χημική (φωτοσύνθεση) π.χ. χλωροφύλλη των φυτών – ξυλεία, τροφές, πετρέλαιο, κλπ. Παραγωγή βιομάζας Μετατροπή ηλιακής ενέργειας σε αιολική (άνεμος) Τεχνητό ενεργειακό σύστημα Ανάπτυξη τεχνολογιών για τη μετατροπή, μεταφορά, αποθήκευση και τη χρήση ενέργειας με σκοπό την ικανοποίηση των ανθρώπινων αναγκών Ιανουάριος 2008 Ενέργεια

Μετατροπή ενέργειας Ενέργεια Ενέργεια Ακτινοβολία Αιολική Μυϊκή Ηλεκτρομαγνητική Ενέργεια Ενέργεια Ακτινοβολία Μηχανική Ηλεκτρική Χημική Ενέργεια Ενέργεια Ενέργεια Ηλιακή Θερμική Πυρηνική (φωτοσύνθεση) Ιανουάριος 2008 Ενέργεια

Παραδείγματα μετατροπής ενέργειας Ηλεκτροπαραγωγικοί σταθμοί Μετατρέπουν την ενέργεια του καυσίμου (άνθρακα, πετρελαίου, φυσικού αερίου, άτομα ουρανίου) σε θερμική, στη συνέχεια σε κινητική και τέλος σε ηλεκτρική ενέργεια Βενζινοκινητήρες - πετρελαιοκινητήρες Μετατρέπουν τη χημική ενέργεια του καυσίμου (βενζίνη – πετρέλαιο) σε θερμική και στη συνέχεια σε κινητική ενέργεια για να κινήσει το όχημα Ιανουάριος 2008 Ενέργεια

Παραδείγματα μετατροπής ενέργειας Ηλεκτρογεννήτριες Μετατρέπουν την κινητική σε ηλεκτρική ενέργεια Ηλεκτρικοί κινητήρες Μετατρέπουν την ηλεκτρική σε κινητική ενέργεια Ηλεκτρικοί θερμαντήρες νερού Μετατρέπουν την ηλεκτρική σε θερμική ενέργεια για να ζεσταθεί το νερό Ιανουάριος 2008 Ενέργεια

Αξιοποίηση πηγών ενέργειας Παραγωγή ηλεκτρικής από ηλιακή ενέργεια Φωτοβολταϊκά συστήματα Άμεση μετατροπή Ηλιακοί πύργοι (ηλιακές κάμινοι) Έμμεση μετατροπή Παραγωγή χημικής από ηλιακή ενέργεια Φωτοσύνθεση (παραγωγή βιομάζας) Ιανουάριος 2008 Ενέργεια

Αξιοποίηση πηγών ενέργειας Παραγωγή θερμικής από ηλιακή ενέργεια Παθητικά ηλιακά συστήματα Θέρμανση χώρου Άμεση μετατροπή Ενεργητικά ηλιακά συστήματα Ηλιακοί συλλέκτες Θέρμανση νερού (ή αέρα) Ιανουάριος 2008 Ενέργεια

Αξιοποίηση πηγών ενέργειας Παραγωγή ηλεκτρικής από αιολική ενέργεια Ανεμογεννήτριες – Αιολικό πάρκο Έμμεση μετατροπή Παραγωγή ηλεκτρικής από υδραυλική ενέργεια Υδροηλεκτρικοί σταθμοί Ιανουάριος 2008 Ενέργεια

Αξιοποίηση πηγών ενέργειας Παραγωγή ηλεκτρικής από θερμική ενέργεια Θερμοηλεκτρικός σταθμός Καύσιμο: άνθρακας, πετρέλαιο, φυσικό αέριο Έμμεση μετατροπή Παραγωγή ηλεκτρικής από πυρηνική ενέργεια Πυρηνικοί σταθμοί Ιανουάριος 2008 Ενέργεια

Αξιοποίηση πηγών ενέργειας Γεωθερμική ενέργεια Θέρμανση χώρων Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Χρήση στις αγροτικές δραστηριότητες Άμεση – έμμεση μετατροπή Ενέργειες θαλασσών Έμμεση μετατροπή Ενέργεια βιομάζας Παραγωγή θερμότητας Ιανουάριος 2008 Ενέργεια

Κύρια Πλεονεκτήματα και Μειονεκτήματα των πηγών ενέργειας Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (Π) Καθαρές μορφές ενέργειας φιλικές προς το περιβάλλον (Π) Ανεξάντλητες πηγές ενέργειας (Μ) Χαμηλής ενεργειακής αξίας – αραιές μορφές ενέργειας (Μ) Δεν είναι σε μεγάλο βαθμό οικονομικά εκμεταλλεύσιμες Μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (Π) Καύσιμο ψηλής ενεργειακής αξίας – συμπυκνωμένη μορφή (Π) Ανεπτυγμένη τεχνολογία – ευρεία χρήση, εφαρμογές (Μ) Μη ανεξάντλητες πηγές ενέργειας (Μ) Ρύπανση του περιβάλλοντος Ιανουάριος 2008 Ενέργεια

Ενεργειακό Πρόβλημα Το Ενεργειακό πρόβλημα συνιστούν: οι συνεχώς αυξανόμενες ανάγκες της ανθρωπότητας σε ενέργεια η αλόγιστη χρήση και σπατάλη ενέργειας η εξάντληση ενεργειακών αποθεμάτων του πλανήτη οι δυσκολίες που αντιμετωπίζονται για την αναπλήρωση της ενέργειας στην απαιτούμενη ποσότητα και μορφή που τη χρειάζεται ο άνθρωπος Ανάγκη για: εξοικονόμηση ενέργειας περαιτέρω αξιοποίηση των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας ανακύκλωση υλικών βελτίωση του βαθμού απόδοσης κατά τη μετατροπή ενέργειας Ιανουάριος 2008 Ενέργεια

Βιβλιογραφία P. Fowler, M. Horsley (1998). (Μετάφρ. Α. Μελετιές, Ν. Φοινίκεττος, Κ. Θεοχάρους, Σ. Τσιακκαρής, Γ. Ευθυμίου), «Τεχνολογία Α’ Ενιαίου Λυκείου», Β’ έκδ., Λευκωσία: Υπουργείο Παιδείας και Πολιτισμού, Υπηρεσία Ανάπτυξης Προγραμμάτων, 2006, pp. 69-77. Γ. Τσιλιγκιρίδης, «Σημειώσεις Ενεργειακής Οικονομίας», Θεσσαλονίκη: Α.Π.Θ., Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών, Ενεργειακός Τομέας, 1990. Κέντρο Περιβαλλοντικής εκπαίδευσης Καστοριάς, «Ενέργεια και Περιβάλλον», Εκπαιδευτικό Πρόγραμμα, Καστοριά: Internet. http://kpe-kastor.kas.sch.gr/energy1/index.html, 2007. Ιανουάριος 2008 Ενέργεια