В каких веществах содержится энергия
Энергия определяется как количественное свойство, которое должно быть передано объекту чтобы он имел возможность выполнять работу.
Каждый день мы используем различные виды энергии для выполнения всевозможной работы для того, чтобы жить более комфортно.
Существует множество различных видов энергетических ресурсов, доступных для выполнения работы: электрическая, кинетическая, потенциальная, тепловая, химическая, электрохимическая, электромагнитная, световая, звуковая, ядерная.
Основные виды энергетических ресурсов
Как правило, формы энергии являются либо потенциальными, либо кинетическими.
Формы потенциальной энергии хранятся в том числе химическом, гравитационном, механическом и ядерном виде.
Формы кинетической энергии используются для выполнения различных работ и находятся в электрическом, химическом, электрохимическом, тепловом, электромагнитном виде.
Вот кратко описаны некоторые виды энергии, а также преимущества их применения.
Электрическая
Электрическая энергия – возникает за счет потока электронов между атомами вещества проводника при приложении электрического поля. В отличие от других источников, электричество является вторичным источником энергии. Мы должны использовать другой вид энергии (например, уголь) для производства электроэнергии.
Электростанция – это совокупность установок, оборудования и аппаратуры где другие виды энергии, например уголь, природный газ, гидроэнергия и ядерная превращаются в электроэнергию для передачи в места применения по назначению.
Электричество иногда называют энергоносителем, потому что это хорошо зарекомендовавший себя, эффективный и безопасный способ перемещения энергии из одного места в другое. Кроме того, оно может быть удобно использовано для выполнения многих задач. По мере роста мирового населения мы используем больше электроэнергии для нашей повседневной деятельности, а также больше технологий и инноваций для многочисленных применений. В результате спрос на мировую электроэнергию постоянно растет.
Электрическая мощность может быть вычислена путем умножения напряжения на ток.
Кинетическая
Кинетическая энергия имеется у объекта который двигается. Мы можем рассмотреть такой объект, как пуля, летящая по воздуху. Пуля обладает “кинетической энергией” за счет того, что она находится в движении относительно другой пули, которая неподвижна.
Кинетическая энергия рассчитывается следующим образом: E (кинетическая) =1/2 mv2, где m-масса; v-скорость.
Мы используем эти виды энергии для двух основных применений:
- Она легко доступна в движущихся объектах, поскольку все, что нужно, – это движение.
- Кинетическая чиста и не загрязняет окружающую среду.
Потенциальная
Потенциальная или накопленная энергия, – это способность системы выполнять работу, обусловленную ее положением или внутренней упругой структурой.
Например, гравитационная потенциальная энергия – запасенная и определяется положением объекта в гравитационном поле. Наша земная гравитация необходима для потенциальной гравитационной энергии.
Гравитационная потенциальная энергия Е (потенциальная) = mgh, где Е – потенциальная в джоулях; m-масса (кг); g-сила тяжести (м/с2); h-высота (м).
Потенциальная энергия пружины запасена в пружине.
Е =1/2 kx2 , где Е-потенциальная энергия пружины; k-постоянная силы пружины; x-расстояние от равновесия.
Мы используем эти виды энергии для трех основных применений:
- Потенциальная практически свободна (например, энергия пружины).
- Гораздо более постоянна и надежна, чем ветровая, солнечная энергия или сила волны.
- Отсутствие произведенных отхода или загрязнения.
Тепловая
Тепловая энергия – внутренняя, присутствующая в системе в силу разницы температур с окружающей средой.
Температура системы – это мера того, сколько тепловой энергии она имеет. Чем выше температура, тем быстрее молекулы движутся и “вибрируют”.
Тепловая может быть получена путем сжигания ископаемого топлива (уголь, нефть, природный газ) или биомассы (например, древесина). Она также может быть получена из пара в геотермальной системе или через ядерные реакции на атомной станции.
Мы используем эти виды энергии для следующих основных применений:
- Используется для промышленного производства электроэнергии и доступна по всему миру в большинстве областей.
- Она может обеспечить непрерывность, имеет надежные ресурсы, которые не зависят от погоды (за исключением солнечной тепловой).
Химическая
Химическая энергия – это форма потенциальной, связанная со структурным расположением атомов или молекул, которая существует из-за сил притяжения (химической связи), действующих между различными частями каждой молекулы.
Химическая энергия вещества может быть преобразована в другие виды энергии с помощью процесса, называемого химической реакцией.
Например, глюкоза в нашем собственном теле обладает ресурсом, потому что глюкоза высвобождает энергию при химическом взаимодействии с кислородом. Мы все используем эту энергию, чтобы генерировать силу и выделять тепло. Батареи, которые питают все наши мобильные телефоны, ископаемое топливо, которое мы потребляем каждый день в наших транспортных средствах и электростанциях, все это связано с применением химической работы.
Мы используем химическую энергию для следующих основных преимуществ:
- Химическая энергия используется нашими собственным организмом каждый день.
- Она является одним из наиболее эффективных источников для хранения и использования.
- Последние достижения в области химической энергетики привели к созданию долговечных аккумуляторных батарей и топливных элементов.
Электрохимическая
Электрохимическая энергия – потенциальная, хранящаяся в батарее или электрическом элементе, где также участвуют как химическая так и электричество. Следовательно, эти виды энергии называют электрохимическими.
Электрохимический потенциал важен в промышленных применениях, особенно для эффективных систем хранения, таких как батареи, суперконденсаторы и топливные элементы. Они использованы для многочисленных применений освещения, для компьютеров, бесшнуровых инструментов, аварийного питания и освещения, кораблей и воздушных суден, станций дистанционного контроля, игрушек, ракет, спутников, слуховых аппаратов, портативных приборов связи, электротранспортов, космического корабля, электроники в общем.
Мы используем электрохимические виды энергии для следующих основных преимуществ применения:
- Электрохимическая энергия обеспечивает очень эффективную систему накопления.
- Электротехника подходит для запуска, освещения и зажигания в многочисленных приборах.
- Электрохимические источники имеют дополнительные преимущества применения для выравнивания пиковых нагрузок.
Электромагнитная и световая
Электромагнитная представляет вид энергии в виде поперечных магнитных и электрических волн.
Свет – это лучи электромагнитных волн или излучение в видимой части электромагнитного спектра. Свет также можно рассматривать как фотоны или частицы. Слово “фотон “происходит от слова ”фото“, что означает “свет”. 
Электромагнитная энергия обычно относится к системам, которые передают электрическую энергию по беспроводной сети.
Электромагнитная энергия была великим открытием девятнадцатого века, областями применения которой являются радиоволны, рентгеновские и гамма-лучи.
И вот некоторые из применений в нашей повседневной деятельности.
Солнце передает лучистую энергию на нашу Землю в виде инфракрасной области спектра, видимого света и ультрафиолетовых лучей. Лампочки передают световые лучиэнергию нашим глазам в виде видимого света.
Микроволновые печи используют электромагнитную для приготовления пищи. А радиоволны передают информацию на наши радиоприемники и телевизоры также с помощью электромагнитной энергии. Принцип работы УЗИ аппарата также основан на применении электромагнитных волн.
Мы используем электромагнитные виды энергии для следующих основных применений:
- Электромагнитная чиста и применима во многих инструментах.
- С помощью электромагнитных волн легко произвести электричество, и это может быть сделано в крайне на крайне малых масштабах, таких как микрочипы.
- В отличие от ядерных ресурсов не содержит радиоактивных компонентов, которые могут быть опасны.
Звуковая или акустическая
Звуковая или акустическая энергия – это механическая волновая, производимая вибрирующими объектами, связанная с вибрационным движением молекул воздуха и находящаяся в пределах слышащих частот. Телефон и мобильные устройства преобразуют звуковую в электрическую и обратно в звуковую для нашего повседневного использования.
Ультразвуковое исследование использует высокочастотные радиоволны для того чтобы выполнять ультразвуковой контроль (например, обнаружить отказы и утечки в промышленных баках) или сделать измерения толщины.
Мы используем звуковые виды энергии для следующих преимуществ применения:
- Каждый день мы используем звук, чтобы слышать.
- Используется для ультразвуковых исследований.
Ядерная
Ядерная энергия генерируется за счет использования урана (природного металла, который добывается во всем мире) посредством ядерных реакций.
Ядерная энергия создается посредством химических реакций, которые включают расщепление или слияние атомов ядер вместе.
Процесс расщепления ядра атома называется делением, а процесс слияния ядер атомов называется слиянием, которое высвобождает энергию. Имеет высокую плотность энергии. Преобразование ядерных масс в виды энергии известно через популярное химическое уравнение, открытое Эйнштейном:
E = mc2, где E – количество выделяемой энергии, m – масса ядер, c-величина скорости света.
Мы используем ядерные виды энергии для следующих применений:
- Ядерная имеет очень высокое содержание плотности энергии и использует относительно гораздо меньше топлива в электрогенерирующих электростанциях.
- Это чистая энергия, которая также производит меньше отходов, и не производит углекислый газ или дым, поэтому не способствует парниковому эффекту на Земле.
Источник
Энергия не может возникнуть ниоткуда или исчезнуть в никуда, она может только превращаться из одного вида в другой. Вся энергия на Земле берется от Солнца. Растения способны превращать солнечную энергию в химическую
Пищевые источники энергии Всю необходимую для жизнедеятельности энергию человек получает вместе с пищей. Единицей измерения энергии является калория. Одна калория – это количество тепла, необходимое для нагрева 1 кг воды на 1°С. Большую часть энергии мы получаем из следующих питательных веществ:
– Углеводы – 4ккал (17кДж) на 1г
– Белки (протеин) – 4ккал (17кДж) на 1г
– Жиры – 9ккал (37кДж) на 1г
Теперь разберем все по порядку
Углеводы (сахара и крахмал) являются важнейшим источником энергии, больше всего их содержится в хлебе, рисе и макаронах. Хорошими источниками протеина служат мясо, рыба и яйца. Сливочное и растительное масло, а также маргарин почти полностью состоят из жирных кислот. Волокнистая пища, а также алкоголь также дают организму энергию, но уровень их потребления сильно отличается у разных людей.
Витамины и минералы сами по себе не дают организму энергию, однако, они принимают участие в важнейших процессах энергообмена в организме.
Энергетическая ценность различных пищевых продуктов сильно отличается. Здоровые люди достигают сбалансированности своей диеты потреблением самой разнообразной пищи. Очевидно, что, чем более активный образ жизни ведет человек, тем больше он нуждается в пище, или тем более энергоемкой она должна быть.
Подпишись на канал ТВОРЕЦ СВОЕГО ТЕЛА чтобы получать больше полезной информации!
Самым важным источником энергии для человека являются углеводы. Сбалансированная диета обеспечивает организм разными видами углеводов, но большая часть энергии должна поступать из крахмала. В последние годы немало внимания уделялось изучению связи между компонентами питания людей и различными болезнями. Исследователи сходятся во мнении, что людям необходимо уменьшать потребление жирной пищи в пользу углеводов.
Каким образом мы получаем энергию из пищи?
После того, как пища проглатывается, она некоторое время находится в желудке. Там под воздействием пищеварительных соков начинается ее переваривание. Этот процесс продолжается в тонком кишечнике, в результате компоненты пищи распадаются на более мелкие единицы, и становится возможной их абсорбция через стенки кишечника в кровь. После этого организм может использовать питательные вещества на производство энергии, которая вырабатывается и хранится в виде аденозин трифосфат (АТФ).
Молекула АТФ из аденозина и трех фосфатных групп, соединенных в ряд. Запасы энергии «сосредоточены» в химических связях между фосфатными группами. Чтобы высвободить эту потенциальную энергию одна фосфатная группа должна отсоединиться, т.е. АТФ распадается до АДФ (аденозин дифосфат) с выделением энергии.
Аденозинтрифосфа?т (сокр. АТФ, англ. АТР) — нуклеотид, играет исключительно важную роль в обмене энергии и веществ в организмах; в первую очередь соединение известно как универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах. АТФ является основным переносчиком энергии в клетке.
В каждой клетке содержится очень ограниченное количество АТФ, которое обычно расходуется за считанные секунды. Для восстановления АДФ до АТФ требуется энергия, которая и получается в процессе окисления углеводов, протеина и жирных кислот в клетках.
Запасы энергии в организме.
После того, как питательные вещества абсорбируются в организме, некоторая их часть откладывается в запас как резервное топливо в виде гликогена или жира.
Гликоген также относится к классу углеводов. Запасы его в организме ограничены и хранятся в печени и мышечной ткани. Во время физических нагрузок гликоген распадается до глюкозы, и вместе с жиром и глюкозой, циркулирующей в крови, обеспечивает энергией работающие мышцы. Пропорции расходуемых питательных веществ зависят от типа и продолжительности физических упражнений.
Гликоген состоит из молекул глюкозы, соединенных в длинные цепочки. Если запасы гликогена в организме в норме, то избыточные углеводы, поступающие в организм, будут превращаться с жир.
Обычно протеин и аминокислоты не используются в организме как источники энергии. Однако при дефиците питательных веществ на фоне повышенных энергозатрат аминокислоты, содержащиеся в мышечной ткани, могут также расходоваться на энергию. Протеин, поступающий с пищей, может служить источником энергии и превращаться в жир в том случае, если потребности в нем, как в строительном материале, полностью удовлетворены.
Как расходуется энергия во время тренировки?
Начало тренировки
В самом начале тренировки, или когда энергозатраты резко возрастают (спринт), потребность в энергии больше, чем уровень, с которым происходит синтез АТФ с помощью окисления углеводов. Вначале углеводы «сжигаются» анаэробно (без участия кислорода), это процесс сопровождается выделением молочной кислоты (лактата). В результате освобождается некоторое количество АТФ – меньше, чем при аэробной реакции (с участием кислорода), но быстрее.
Другим «быстрым» источником энергии, идущим на синтез АТФ, является креатин фосфат. Небольшие количества этого вещества содержатся в мышечной ткани. При распаде креатин фосфата освобождается энергия, необходимая для восстановления АДФ до АТФ. Этот процесс протекает очень быстро, и запасов креатин фосфата в организме хватает лишь на 10-15 секунд «взрывной» работы, т.е. креатин фосфат является своеобразным буфером, покрывающим краткосрочный дефицит АТФ.
Начальный период тренировки
В это время в организме начинает работать аэробный метаболизм углеводов, прекращается использование креатин фосфата и образование лактата (молочной кислоты). Запасы жирных кислот мобилизуются и становятся доступными как источник энергии для работающих мышц, при этом повышается уровень восстановления АДФ до АТФ за счет окисления жиров.
Основной период тренировки
Между пятой и пятнадцатой минутой после начала тренировки в организме повышенная потребность в АТФ стабилизируется. В течение продолжительной, относительно ровной по интенсивности тренировки синтез АТФ поддерживается за счет окисления углеводов (гликогена и глюкозы) и жирных кислот. Запасы креатин фосфата в это время постепенно восстанавливаются.
Креатин является аминокислотой , которая синтезируется в печени из аргинина и глицина. Именно креатин позволяет спортсменам выдерживать высочайшие нагрузки с большей легкостью. Благодаря его действию в мышцах человека задерживается выделение молочной кислоты, которая и вызывает многочисленные мышечные боли. С другой стороны креатин позволяет производить сильные физические нагрузки благодаря высвобождению большого количества энергии в организме.
При возрастании нагрузки (например, при беге в гору) расход АТФ увеличивается, причем, если это возрастание значительное, организм вновь переходит на анаэробное окисление углеводов с образованием лактата и использование креатин фосфата. Если организм не успевает восстанавливать уровень АТФ, может быстро наступить состояние усталости.
Какие источники энергии используются в процессе тренировки?
Углеводы являются самым важным и самым дефицитным источником энергии для работающих мышц. Они необходимы при любом виде физической активности. В организме человека углеводы хранятся в небольших количествах в виде гликогена в печени и в мышцах. Во время тренировки гликоген расходуется, и вместе с жирными кислотами и глюкозой, циркулирующей в крови, используется как источник мышечной энергии. Соотношение различных используемых источников энергии зависит от типа и продолжительности упражнений.
Несмотря на то, что в жире больше энергии, его утилизация происходит медленнее, и синтез АТФ через окисление жирных кислот поддерживается использованием углеводов и креатин фосфата. Когда запасы углеводов истощаются, организм становится не в состоянии переносить высокие нагрузки. Таким образом, углеводы являются источником энергии, лимитирующим уровень нагрузки во время тренировки.
1. Источники энергии, используемые при различных типах физической активности
Когда физическая активность достигает максимального для продолжения процессов аэробного окисления уровня, возникает потребность быстрого восстановления запасов АТФ. Углеводы становятся основным топливом для организма. Однако только окислением углеводов требуемый уровень АТФ поддерживаться не может, поэтому параллельно происходит окисление жиров и образование лактата.
– максимальная интенсивность (спринт)
Синтез АТФ поддерживается, в основном, использованием креатин фосфата и образование лактата, поскольку метаболизм окисления углеводов и жиров не может поддерживаться с такой большой скоростью.
2. Продолжительность тренировки
Тип источника энергии зависит от продолжительности тренировки. Сначала происходит выброс энергии за счет использования креатин фосфата. Затем организм переходит на преимущественное использование гликогена, что обеспечивает энергией приблизительно на 50-60% синтез АТФ. Остальную часть энергии на синтез АТФ организм получает за счет окисления свободных жирных кислот и глюкозы. Когда запасы гликогена истощаются, основным источником энергии становятся жиры, в то же время из углеводов начинает больше использоваться глюкоза.
3. Тип тренировки
В тех видах спорта, где периоды относительно низких нагрузок сменяются резкими повышениями активности (футбол, хоккей, баскетбол), происходит чередование использования креатин фосфата (во время пиков нагрузки) и гликогена как основных источников энергии для синтеза АТФ. В течение «спокойной» фазы в организме восстанавливаются запасы креатин фосфата.
4. Тренированность организма
Чем тренированнее человек, тем выше способность организма к окислительному метаболизму (меньше гликогена превращается в лактозу) и тем экономичнее расходуются запасы энергии. То есть, тренированный человек выполняет какое-либо упражнение с меньшим расходом энергии, чем нетренированный.
5. Диета
Чем выше уровень гликогена в организме перед началом тренировки, тем позднее настанет утомление. Чтобы повысить запасы гликогена, необходимо увеличить потребление пищи, богатой углеводами. Специалисты в области спортивного питания рекомендуют придерживаться таких диет, в которых до 70% энергетической ценности составляли бы углеводы.
Рекомендуемая спортсменам пища, богатая углеводами:
– рис
– паста (макаронные изделия)
– хлеб
– зерновые злаки
– корнеплоды
Наши рекомендации
Следующие рекомендации помогут Вам оптимизировать диету и улучшить самочувствие:
– введите в свой план питания больше углеводов, чтобы поддерживать энергетические запасы организма;
– за 1-4 часа до тренировки съедайте 75-100 г углеводов;
– непосредственно перед тренировкой выпейте 200-500 мл специализированного спортивного напитка (изотоника) для увеличения запасов жидкости и углеводов;
– если возможно, пейте по 100-150 мл изотоника каждые 15-20 минут во время тренировки, чтобы компенсировать расход жидкости и углеводов;
– в течение первого получаса тренировки, когда способность мышц к восстановлению максимальна, съешьте 50-100 углеводов;
– после тренировки необходимо продолжать потребление углеводов для скорейшего восстановления запасов гликогена.
Источник