Типы энергии и её альтернативные источники.

Наиболее ранний источник энергии, или первичный двигатель, используемый людьми, был животного происхождения, то есть, энергия, полученная из одомашненных животных. Позже, с развитием цивилизации, чтобы привести в движение суда и ветряные мельницы использовалась энергия ветра, ручьи и реки использовались для вращения водных колёс различного назначения. Вращающийся вал ветроэнергетической установки или водяного колеса мог тогда использоваться для перемалывания зерен в муку, подъёма воды на высоты для сельскохозяйственных нужд, или имели любой другой вид использования. Движение ветра и воды, так же как вращение колеса или вала, представляет форму механической энергии. Источник животной мощности - в конечном счете химическая энергия, содержавшая в еде и полученная путём переваривания этой пищи людьми и животными. Химическая энергия, содержавшая в древесине и других горючих материалах, использовалась в древние времена как источник тепла для приготовления пищи и согревания. В начале индустриальной революции гидроресурсы использовались, чтобы через систему валов или ремней снабдить этой энергией различные машины.

Тепловая энергия

Изобретение парового поршневого двигателя, который преобразовывает химическую энергию топлива в тепловую энергию, а тепловую энергию в механическую, представлял из себя совершенно новый источник энергии. Паровой поршневой двигатель называют двигателем внешнего сгорания, так как топливо для создания пара, используемого в нем, сгорает вне двигателя. В 19-ом столетии был разработан двигатель внутреннего сгорания; вид топлива, в зависимости от типа двигателя, сгорал прямо в камерах этого двигателя, чтобы снабдить его механической энергией. И паровые двигатели и двигатели внутреннего сгорания нашли своё применение не только как стационарные источники мощности для различных целей, но и как источники для перевозок, например - в пароходах, локомотивах железной дороги (паровых и дизельных), автомобилях. Вся их работа в конечном счете зависит от сгорания топлива.

Электроэнергия

В начале 19-ого века был разработан ещё один источник энергии, который не нуждался в обязательном сгорании топлива - электрогенератор, или генератор постоянного тока. Генератор преобразовывает механическую энергию проводника, двигающегося в магнитном поле в электроэнергию, используя правило электромагнитной индукции. Большое преимущество электроэнергии, или электричества, как его обычно называют, состоит в том, что оно может быть легко послано на большие расстояния. В результате это - наиболее широко используемая форма энергии в современной цивилизации; она с лёгкостью преобразовывается в световую энергию, чтобы осветить, в тепловую, что бы нагреть или, через электродвигатель, обратно в механическую. Крупномасштабное производство электроэнергии стало возможным с изобретением гидротурбины, которая эффективно преобразовывает прямолинейное движение падающей воды или расширяющегося пара во вращательное движение ротора большого генератора.

Ядерная энергия

Развитие ядерной энергии сделало доступным другой источник энергии. Тепло ядерного реактора может использоваться для производства пара, который приведёт в движение гидротурбину электрогенератора, винт большого судна или некоторую другую машину. В 1999, 23% электричества, генерируемого в Соединенных Штатах, вырабатывалось на ядерных реакторах; однако ещё с 1980-ых годов, строительства и запуски ядерных реакторов в Соединенных Штатах замедлились из-за проблемы утилизации радиоактивных отходов и опасности, представляющей ядерной реакцией для населения планеты.

Экологические Рассмотрения

Потребление энергии в современном обществе устойчиво растёт не столько из-за растущей распространённости и доступности этой энергии, как из-за большого числа высокотехнологичных, популяризируемых и доступных по цене товаров, которое значительно улучшают комфорт населения, но при этом являются самыми мощными потребителями энергии. Например, несмотря на выпуск большего количества топливосберегающих автомобилей (средние количество киллометров проезда на 100 литров бензина увеличились на 34% с 1975 по 1990 года), потребление топлива транспортными средствами в Америке увеличилось на 20% с 1975 и 1990. Повышение потребления бензина обуславливается увеличением количества километров в среднем проезжаемым транспортным средством и в то же время 40%-ым ростом числа транспортных средств на дорогах. С 1990 года КПД бензиновых двигателей изменилось относительно немного, в то время как число автомобилей, расстояние, на которое они перемещаются и общая сумма потребляемого топлива, продолжают увеличиваться.

В результате увеличения потребления энергии повысилось беспокойство об истощении природных ресурсов и сохранении экологической безопасности. Урон экологии и здоровью населения наносится как использованием ресурсов планеты в качестве энергоносителя, так и при авариях при транспортировке этих энергоносителей от места добычи к месту переработки в топливо, то есть, непосредственно в источник энергии, а так же и в результате загрязнения отходами производства при переработке. Большая часть расходуемой энергии в конечном счете генерируется сгоранием ископаемого топлива, такого как уголь, нефть, и природный газ, и у мира есть только ограниченного количество этих ресурсов, которые вскоре будут израсходованы. Кроме того, при сгорании этих топлив выделяются различные вещества (см. загрязнение), такое как моноокись углерода и двуокись серы, которые представляют угрозу здоровья и могут способствовать общему загрязнению среды обитания, выпадению кислотных дождей и глобальному потеплению. Кроме того, защитники окружающей среды становятся все более и более встревожены распространяющимися разрушениями микрофлоры чувствительных к чистоте окружающей среды участков планеты (тропические леса, арктической тундры, прибрежного шельфа) во время добычи и транспортировании их ресурсов.

Поиск Новых Источников энергии

Экологические последствия выработки энергоносителей привели многие нации в мире к вводу более строгих правил добычи и потребления природных ресурсов. Благодаря этому, поиск новых альтернативных источников энергии и методов сбережения использываемой энергии ускорился. Именно термоядерному реактору часто дают право быть возможным решением наших энергетических проблем. На данный момент атомные электростанции используют ядерное деление, которое требует дефицитных и дорогостоящих видов топлива и производит потенциально опасные отходы.

Другой источник энергии - солнечная энергия. Земля получает огромное количество энергии каждый день от солнца, но задача заключается в том что бы использовать эту энергию где необходимо в подходящее время и в соответствующей форме. Например, солнечная энергия может быть получена только в дневное время, но больше электроэнергии для обогрева и освещения нам необходимо ночью. Несмотря на технические достижения в развитии солнечных батарей, энергия, полученная таким образом пока не выигрывает конкуреную борьбу. Хотя несколько солнечных электростанций уже работают по всему миру и в частности, в Калифорнии, они еще не способны конкурировать с электростанциями обычного типа из экономических соображений.

Некоторые ученые предложили использовать геомагнитную внутреннюю теплоту как источник энергии. Геотермальная энергия выделяется естественно в гейзерах и вулканах. В мире часть электричества генерируется комплексами геотермальных электростанций, а в Исландии, которая является геологически очень активной, примерно 90% домов нагреты геотермальной энергией. Ещё один возможный источник энергии - энергия приливов и отливов. Несколько электростанций были подключены к электросетям и два раза в день генерировали электроэнергию силой отливов и приливов океана, но широко не используются, так как гидротурбины не могут работать непрерывно и потому что строиться они должны по индивидуальным проектам для каждого побережья имеющего мощный прилив.

Другим направлением исследований и экспериментов с топливом является поиск альтернатив бензину. Можно использовать метанол, который произведен из древесины, угля или природного газа; этиловый спирт, алкоголь, произведенный из зерна, сахарного тростника, и других растений сельского хозяйства и в настоящее время используемый в некоторых типах американского моторного топлива (например, gasohol и E85, смесь 85%-ого этилового спирта и 15%-ый бензин); сжатый природный газ, который намного меньше загрязняет атмосферу чем бензин и в настоящее время используется 1.5 миллионами транспортных средств во всем мире; и электричество, которое могло бы реально стать более дешевым и менее загрязняющим окружающую среду, особенно если бы было сгенерировано путём преобразования солнечной или ветровой энергии.