1Sila- ubrzanje a neke mase m

F= ma

kgm/s2=N

Rad- djelovanje sile F na nekom putu x

L=F x

(kgm/s2)m= Nm=J

Snaga izvrenje rada L u jedinici vremena P= L/=(F x)/sJ/s= W

Energija - sposobnost vrenja rada

SILA, RAD, SNAGA, ENERGIJA

2O ENERGIJI

Energetski sustavi

Energija od grke rijei energos - znai aktivnost.

Prema meunarodnom sustavu mjernih jedinica, u ast engleskom fiziaru

James Prescott Joule-u (1818 - 1889), mjerna jedinica za energiju nazvana

je Joule (J).

Vano svojstvo energije u zatvorenom sustavu:

ne moe niti nastati niti nestati

-koliina energije u zatvorenom sustavu uvijek je konstantna

Ovo svojstvo energije zove se zakon o ouvanju energije. (vidi Pendulam)

Svi do sad poznati prirodni procesi i fenomeni mogu se objasniti s nekoliko

oblika energije prema sljedeim definicijama:

kinetika energija, potencijalna energija, toplinska energija, gravitacija,

elastinost, elektromagnetizam, kemijska energija, nuklearna energija i

masa.

U Engleskoj, a esto i u trgovanju energijom, koristi se jedinica za energiju

BTU - British thermal unit

1 kJ=0,947867 BTU

1 MJ=947,8 BTU

MMBTU=1.055 MJ

3Prikaz oblika i transformacije energije

Energetski sustavi

4Primarni oblici energije

1. Kemijska

2. Kinetika

3. Nuklearna

4. Toplinska

5. Gravitacijska (potencijalna)

6. Zraenje

Energetski sustavi

5Transformirani oblici energije

1. Toplinska energija

2. Mehaniki rad

3. Elektrina energija

Energetski sustavi

6Korisni oblici energije

1. Toplinska energija

2. Mehaniki rad

3. Rasvjetna energija

4. Kemijska energija

Energetski sustavi

7PRIMJERI ENERGETSKIH SUSTAVA

Energetski sustavi

Energetski sustavi namjenjeni su za preobrazbu jednog oblika u drugi oblik energije, kao napr.:

1. Toplinska energija u mehaniki rad (dizelski i benzinski motori, parne turbine, plinske turbine)

2. Kinetika energija u mehaniki rad (parne, plinske turbine i vodne turbine)

3. Mehaniki rad u kinetiku energiju (ventilatori)

4. Mehaniki rad u potencijalnu energiju (kompresori i pumpe)

5. Elektrina energija u mehaniki rad (elektromotori)

6. Mehaniki rad u elektrinu energiju (generatori elektrine energije)

7. Suneva energija u toplinsku energiju (solarni kolektori za toplu vodu)

8. Suneva energija u elektrinu energiju (solarne elektrine elije)

9. Energija vjetra u elektrinu energiju (vjetroelektrane)

10. Energija valova u elektrinu energiju (valoelektrane)

11. Energija plime i osjeke u elektrinu energiju (plimolektrane)

12. Kemijska energija u elekrinu energiju (gorive elije s vodikom)

Svaka preobrazba energije izvodi se s gubicima energije to procese ini nepovratljivim

8Usporedbe energetskih vrijednosti

Energetski sustavi

Litra benzinskog goriva 34 MJ 32.200 Btu

Litra dizelskog goriva 38,7 MJ 36.720 Btu

Kilogram okolade 23 MJ 21.780 Btu

Barel sirove nafte (158,9873 litara) 6.123 MJ 5.800.000 Btu

Li-ion baterija (gustoa) 540-720 kJ/kg 511 682 Btu/kg

kWh elektrine energije 3,6 MJ 3.412 Btu

Prirodni plin (m3) (isti CH4) 38,3 MJ 36.241 Btu

Kilokalorija (kalorija, hrana)- kcal 4.184 J 3,96 Btu

Metrika tona ugljena (prosjeno) 29 GJ 27.467.300 Btu

Tona urana-235 7,4 x 1016 J 70 x 1012 Btu

Normalna okolada od 100g ima energetsku vrijednost od oko 2,3 MJ.

Jedna litra benzinskog goriva ima energetsku vrijednost od oko 34 MJ i tei oko 730 grama.

Prema tome ukoliko bi automobile mogli voziti na okoladu jednu litru benzina trebali bi

nadomjestiti s oko kilogram i pol okolade.

9OZNAAVANJE ENERGETSKE VRIJEDNOSTI U KCAL

Energetski sustavi

Oznaavanje energetske vrijednosti hrane veinom se koriste kalorije odnosno

kilokalorije (kcal).

Kao i kod konjskih snaga i kod kalorija postoji nekoliko definicija koje se meusobno

malo razlikuju, ali uobiajena definicija kilokalorije je da je to energija potrebna da se

jedan kilogram vode zagrije za 1C sa 14,5 C na 15,5 C na standardnom atmosferskom

tlaku od jedne atmosfere otprilike 4,184 kJ.

Kod hrane se za kilokalorije katkad pojednostavljeno samo kae kalorije, a

podrazumijeva se da se radi o kilokalorijama.

Osoba koja se umjereno bavi sportom i teka je 80 kg treba 28-30 kcal po kilogramu

teine, tj. oko 2320 kcal energije dnevno. Iznimno aktivni sportai, na primjer maratonci,

trebaju oko 50-60 kcal/kg energije dnevno pa prema tome iznimno aktivna osoba mase

80 kg treba dnevno oko 4400 kcal energije.

10

ENERGIJA, RAD I SNAGA

Energetski sustavi

Iako ne moe niti nastati niti nestati, energija moe prelaziti iz jednog

oblika u drugi.

Prelazak energije iz jednog oblika u drugi naziva se rad ili snaga.

U ast kotskom inenjeru i izumitelju James Watt-u (1736 - 1819) mjerna

jedinica za rad nazvana je vat (W).

Jedan vat je rad obavljen u jednoj sekundi prelaskom jednog dula

energije iz jednog oblika u drugi (W = 1 J/s).

Iz definicije je vidljivo da se u vatima zapravo izraava brzina prelaska

energije iz jednog oblika u drugi.

Ponekad se kao jedinica mjere za energiju koristi i jedinica vat-sat (Wh).

Jedan vat-sat je konstantni rad (snaga) od jednog vata u periodu od

jednog sata, pa je prema tome

1Wh = 1 J/s 3.600s = 3.600J.

Za koliinu proizvedene odnosno utroene elektrine energije uobiajeno

se koriste viekratnici mjerne jedinice Wh, a to su

kWh, MWh, i GWh (kilovat-sat, megavat-sat i gigavat-sat).

11

OZNAAVANJE SNAGE U AUTOMOBILSKOJ INDUSTRIJI

Energetski sustavi

U automobilskoj industriji uobiajeno se za izraavanje

maksimalne snage motora koriste konjske snage

(PS-njemaki; HP-engleski).

Postoji vie definicija konjske snage, ali u automobilskoj

industriji vane su samo dvije: mehanika konjska snaga i

metrika konjska snaga.

Mehanika konjska snaga je otprilike 746 W, a metrika konjska

snaga je oko 735,5 W.

Uobiajeno je da proizvoai automobila snagu izraavaju u

mehanikim konjskim snagama, ali ponekad se za

"uljepavanje" brojke koriste i metrike konjske snage, osobito

kod egzotinih sportskih automobila.

U ISO sutavu mjernih jedinica mora biti snaga u W, kW, MW,..

12

1 TOEJEDINICA EKVIVALETNIH TONA

Energetski sustavi

simbol, jedinica za energiju u trgovanju i preradi energenata

1 toe 41,868 gigajoules (GJ)

1 toe 39,683 million Btu (MM Btu),

1 toe 11,630 megawat sati (MWh)

1 toe predstavlja energiju koja se oslobaa izgaranjem iz

goriva i za prosjena fosilna goriva iznosi:

1 toe = 7,4 barela tekueg goriva

1 toe = 1.270 m3 prirodnog plina

1 toe = 1,4 tone ugljena.

13

SUNCE KAO IZVOR ENERGIJE I IVOTA

Energetski sustavi

Sunce je daleko najvei izvor

energije u solarnom sustavu

Sunce je golemo u usporedbi s planetima koji ga okruuju

u Suncu je sadrano 99,8% mase cijelog sunevog sustava.

Za laku predodbu koliko je Sunce zapravo veliko moe

posluiti i podatak da unutar Sunca stane 962.000 cijelih

kopija Zemlje, a u praznine izmeu sloenih kugli stalo bi

jo otprilike 340.000 "otopljenih" Zemlji. Prema tome da bi

popunili volumen Sunca morali bi upotrijebiti oko 1.300.000

Zemlji.

14

ENERGETSKI PROCES NA SUNCU

Energetski sustavi

Glavni energetski proces koji se odvija na Suncu je nuklearna fuzija, a to je

spajanje dva laka atoma u jedan tei, uz oslobaanje energije proporcionalne

razlici masa prije i nakon reakcije (prema Einstein-ovoj formuli E = mc2).

Nuklearnom fuzijom se svake sekunde u Suncu pretvori oko 700.000.000

tona vodika u oko 695.000.000 tona helija, a razlika od 5.000.000 tona se

pretvori po Einstein-ovoj formuli u energiju u obliku gama zraenja.

Kada se tih 5.000.000 tona u sekundi pretvori u rad odnosno snagu dobije se

da je snaga Sunca oko 386 milijardi milijardi megawata.

Samo za usporedbu: najvea nuklearna elektrana na svijetu je japanska

nuklearna elektrana Kashiwazaki koja ima sedam operativnih reaktora i

ukupnu snagu od 8.212 MW. Nuklearna elektrana Krko ima snagu na pragu

696 MW.

15

PROMJENA OBLIKA ENERGIJE U BUDUNOSTI

Energetski sustavi

Trenutno se veina energetskih potreba ovjeanstva

namiruje upotrebom vrlo tetnih fosilnih goriva, a u

budunosti e se ta goriva morati zamijeniti iim izvorima

energije u obliku obnovljivih izvora energije .

Do 2020. godine u EU mora se

zamjeniti 20% energije s obnovljivim izvorima energijesmanjiti 20% emisije staklenikih plinova (uglavnom CO2)20% racionalnije troiti svih oblika energije

16

RASPOLOIVOST PRIMARNIH OBLIKA ENERGIJE

Energetski sustavi

M.K.Hubbert jo je 1950. dokazao, i na drugim resursima, da za

svaki konani sustav vrijede pravila o konanom prestanku

(cijena energije nadmauje njezinu korist).

Hubbertovo pravilo za rezerve nafte glasi:

Kada svjetska proizvodnja nafte postigne maksimum, iscrpiti e

se polovica ukupnih svjetskih rezervi nafte, a u tom e trenutku

proizvodnja poeti opadati, a cijene rasti.

Slino vrijedi i za svaki drugi oblik primarne energije

17

PROCJENA TRAJANJA DOSTUPNOSTI NAFTE

Energetski sustavi

Sigurne svjetske rezerve nafte procjenjuju se na 850 milijardi

barela.

Zbroj ukupno proizvedene nafte i naftnih rezervi iznosi oko

1.900 milijardi barela, te vrijednost Hubbertovog maksimuma

iznosi oko 950 milijardi barela.

Budui da je svjetska godinja potronja nafte oko 28,105

milijardi barela (dnevna oko 77 milijuna barela), za 67,6 godina

bio bi potroen i zadnji barel sada dostupnih rezerva nafte

Hubbertov maksimum bio bi dosegnut za 33,8 godina

(950:28,105=33,8).

18

PROCJENA EU TRAJANJA DOSTUPNOSTI NAFTE, PLINA I URANA

Energetski sustavi

Energetski portal EU dana 09.05.2010. objavio:

Primarna energija biti e istroena do dana:

Nafta: 22.10.2047. u 20:58 minuta

Prirodni plin: 02.11.2068.

Uran: 22.11.2144.

15.11.2013. u Njemakoj

(sunan i vjetrovit dan)

podmireno 60% dnevno potrebne

energije iz obnovljivih izvora!!!!