Задание 2, страница 177 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 2

1. Рассмотрите рисунок 156, поясните схему преобразования ядерной энергии в другие виды энергии.

2. По материалам интернет составьте диаграмму роста мощности АЭС во всем мире с 1954 г. по текущий год.

Рис. 156. Принципиальная схема АЭС

1. Рассмотрите рисунок 156, поясните схему преобразования ядерной энергии в другие виды энергии.

На атомной электростанции (АЭС), принципиальная схема которой представлена на рисунке, происходит последовательное преобразование одного вида энергии в другой. Этот процесс можно разбить на несколько ключевых этапов:

1. Ядерная энергия → Тепловая энергия. Процесс начинается в самом сердце станции — в ядре реактора, расположенном в активной зоне. Здесь за счет управляемой цепной реакции деления тяжелых атомных ядер (например, урана) высвобождается огромное количество ядерной энергии. Эта энергия проявляется в виде кинетической энергии осколков деления и других частиц, которая быстро преобразуется в тепловую энергию, нагревая теплоноситель (обычно воду) в первом контуре.

2. Тепловая энергия → Энергия пара. Нагретый в реакторе теплоноситель с помощью помпы прокачивается через парогенератор. В парогенераторе тепло от горячего теплоносителя первого контура передается воде второго контура, в результате чего она закипает и превращается в пар под высоким давлением. Таким образом, тепловая энергия теплоносителя преобразуется во внутреннюю энергию пара.

3. Энергия пара → Механическая энергия. Горячий пар из парогенератора под высоким давлением направляется на лопатки турбины. Расширяясь, струи пара приводят турбину в интенсивное вращательное движение. На этом этапе внутренняя энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения вала турбины.

4. Механическая энергия → Электрическая энергия. Вал турбины жестко соединен с ротором генератора. Вращение ротора генератора в статоре создает переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, индуцирует электрический ток в обмотках статора. Так механическая энергия вращения преобразуется в электрическую энергию.

Далее, электрическая энергия поступает на трансформаторную подстанцию, где ее напряжение повышается для передачи по линиям электропередачи (ЛЭП) к конечному потребителю с минимальными потерями. Отработавший в турбине пар охлаждается в конденсаторе с помощью охлаждающего контура (например, с морской водой), превращается обратно в воду и направляется снова в парогенератор, замыкая цикл.

Общая цепочка преобразований энергии выглядит следующим образом: $Ядерная\:энергия \rightarrow Тепловая\:энергия \rightarrow Механическая\:энергия \rightarrow Электрическая\:энергия$.

Ответ: На АЭС происходит следующая цепь преобразований энергии: в ядре реактора ядерная энергия деления преобразуется в тепловую энергию теплоносителя; в парогенераторе тепловая энергия воды первого контура преобразуется во внутреннюю энергию пара; в турбине внутренняя энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения; в генераторе механическая энергия преобразуется в электрическую.

2. По материалам интернет составьте диаграмму роста мощности АЭС во всем мире с 1954 г. по текущий год.

История мировой атомной энергетики началась в 1954 году с запуском первой в мире промышленной АЭС в г. Обнинск (СССР). С тех пор суммарная мощность атомных электростанций в мире непрерывно менялась. Ниже представлена текстовая диаграмма, отражающая основные этапы и данные по росту установленной электрической мощности (нетто) всех действующих АЭС в мире (по данным Международного агентства по атомной энергии, МАГАТЭ).

Ключевые этапы роста мировой мощности АЭС:

• 1950-е – 1970-е гг. (Период бурного роста): После демонстрации возможности мирного использования атома началось активное строительство АЭС во многих промышленно развитых странах. Мощности росли экспоненциально.

• 1980-е гг. (Замедление роста): Темпы роста начали снижаться, что было усугублено аварией на Чернобыльской АЭС в 1986 году. Это событие привело к ужесточению норм безопасности и приостановке многих проектов.

• 1990-е – 2000-е гг. (Период стагнации): Общий рост мощностей практически остановился. Новые вводимые в строй энергоблоки лишь компенсировали закрытие старых, выработавших свой ресурс.

• 2010-е гг. – настоящее время (Нестабильный рост): Авария на АЭС Фукусима-1 в Японии (2011 г.) привела к отказу от атомной энергетики в некоторых странах (например, в Германии). В то же время активное строительство новых АЭС в Азии (прежде всего в Китае) и России обеспечивает небольшой, но стабильный прирост мировой мощности.

Диаграмма роста суммарной установленной мощности АЭС в мире (ГВт, нетто):

1954 г. — 0,005 ГВт

1965 г. — 7 ГВт

1975 г. — 75 ГВт

1985 г. — 254 ГВт

1995 г. — 328 ГВт

2005 г. — 353 ГВт

2015 г. — 382 ГВт

На конец 2023 г. — ~371 ГВт

Ответ: Диаграмма роста мощности АЭС в мире демонстрирует стремительный рост с 1960-х по конец 1980-х годов, за которым последовал период стагнации. С 2010-х годов наблюдается небольшой и нестабильный рост, обусловленный одновременным выводом из эксплуатации старых АЭС в Европе и США и активным строительством новых в Азии. Суммарная мощность выросла с 5 МВт в 1954 году до пиковых значений около 382 ГВт в 2015 году и составляет около 371 ГВт на конец 2023 года.