Посмотрите на эту яму в земле. Машина вынимает мягкий бурый уголь, а электростанция за ним сжигает его в тот же день. Теперь посмотрите на это: три башни на…
English narration · English + 中文 subtitles burned in · Английское озвучивание · Английский + китайские субтитры (встроенные)
6.1
Renewable and Nonrenewable Resources · Возобновляемые и невозобновляемые ресурсы
Syllabus · Программа
English
Enduring Understanding (ENG-3): Humans use energy from a variety of sources, resulting in positive and negative consequences.
Learning Objective ENG-3.A: Identify differences between nonrenewable and renewable energy sources.
ENG-3.A.1 Nonrenewable energy sources are those that exist in a fixed amount and involve energy transformation that cannot be easily replaced.
ENG-3.A.2 Renewable energy sources are those that can be replenished naturally, at or near the rate of consumption, and reused.
Русский
Ключевое понимание (ENG-3): Люди используют энергию из различных источников, что приводит как к положительным, так и к отрицательным последствиям.
Цель обучения ENG-3.A: Назвать различия между невозобновляемыми и возобновляемыми источниками энергии.
ENG-3.A.1 Невозобновляемые источники энергии — это те, которые существуют в ограниченном количестве и связаны с преобразованием энергии, которое невозможно легко восполнить.
ENG-3.A.2 Возобновляемые источники энергии — это те, которые могут восстанавливаться природным путем со скоростью, равной или превышающей скорость потребления, и могут использоваться повторно.
Source: College Board AP Course and Exam Description · Источник: Описание курса и экзамена College Board AP
English
A renewable resource 可再生资源 replenishes on a human timescale (sun, wind, water, biomass); a nonrenewable resource 不可再生资源 exists in fixed amounts that take millions of years to form (fossil fuels, nuclear fuel). Nonrenewables will eventually run out and often pollute more.
Русский
Возобновляемый ресурс восполняется в течение человеческой временной шкалы (солнце, ветер, вода, биомасса); невозобновляемый ресурс существует в фиксированных объемах, образование которых занимает миллионы лет (ископаемое топливо, ядерное топливо). Невозобновляемые ресурсы в конечном итоге закончатся и часто более сильно загрязняют окружающую среду.
Ветрогенераторы: возобновляемые источники восстанавливаются в течение человеческих временных масштабов; ископаемое топливо — нет
6.2
Global Energy Consumption · Глобальное потребление энергии
Syllabus · Программа
English
Enduring Understanding (ENG-3): Humans use energy from a variety of sources, resulting in positive and negative consequences.
Learning Objective ENG-3.B: Describe trends in energy consumption.
ENG-3.B.1 The use of energy resources is not evenly distributed between developed and developing countries.
ENG-3.B.2 The most widely used sources of energy globally are fossil fuels.
ENG-3.B.3 As developing countries become more developed, their reliance on fossil fuels for energy increases.
ENG-3.B.4 As the world becomes more industrialized, the demand for energy increases.
ENG-3.B.5 Availability, price, and governmental regulations influence which energy sources people use and how they use them.
Русский
Ключевое понимание (ENG-3): Люди используют энергию из различных источников, что приводит как к положительным, так и к отрицательным последствиям.
Цель обучения ENG-3.B: Описывать тенденции в потреблении энергии.
ENG-3.B.1 Потребление энергоресурсов неравномерно распределено между развитыми и развивающимися странами.
ENG-3.B.2 Наиболее широко используемыми источниками энергии в мире являются ископаемое топливо.
ENG-3.B.3 По мере развития развивающихся стран возрастает их зависимость от ископаемого топлива как источника энергии.
ENG-3.B.4 По мере индустриализации мира спрос на энергию увеличивается.
ENG-3.B.5 Доступность, цена и государственное регулирование влияют на выбор источников энергии людьми и способы их использования.
Source: College Board AP Course and Exam Description · Источник: Описание курса и экзамена College Board AP
English
Global energy use is rising, especially in developing nations. Most energy still comes from fossil fuels 化石燃料. Wealthy nations consume the most per person; access to energy shapes economic development.
Русский
Глобальное потребление энергии растет, особенно в развивающихся странах. Большинство энергии по-прежнему добывается из ископаемого топлива. Богатые страны потребляют больше всего на душу населения; доступ к энергии формирует экономическое развитие.
Explore · Исследовать
Trace energy from source to use · Отследить путь энергии от источника до использования
A Sankey diagram shows how energy flows from sources to useful work — and how much is lost. Most primary energy is wasted as heat before it does anything useful. · Диаграмма Санкея показывает поток энергии от источников к полезной работе и объемы потерь. Большая часть первичной энергии теряется в виде тепла еще до того, как выполняет какую-либо полезную работу.
6.3
Fuel Types and Uses · Типы топлива и их применение
Syllabus · Программа
English
Enduring Understanding (ENG-3): Humans use energy from a variety of sources, resulting in positive and negative consequences.
Learning Objective ENG-3.C: Identify types of fuels and their uses.
ENG-3.C.1 Wood is commonly used as fuel in the forms of firewood and charcoal. It is often used in developing countries because it is easily accessible.
ENG-3.C.2 Peat is partially decomposed organic material that can be burned for fuel.
ENG-3.C.3 Three types of coal used for fuel are lignite, bituminous, and anthracite. Heat, pressure, and depth of burial contribute to the development of various coal types and their qualities.
ENG-3.C.4 Natural gas, the cleanest of the fossil fuels, is mostly methane.
ENG-3.C.5 Crude oil can be recovered from tar sands, which are a combination of clay, sand, water, and bitumen.
ENG-3.C.6 Fossil fuels can be made into specific fuel types for specialized uses (e.g., in motor vehicles).
ENG-3.C.7 Cogeneration occurs when a fuel source is used to generate both useful heat and electricity.
Русский
Ключевое понимание (ENG-3): Люди используют энергию из различных источников, что приводит как к положительным, так и к отрицательным последствиям.
Цель обучения ENG-3.C: Определять виды топлива и их области применения.
ENG-3.C.1 Древесина широко используется в качестве топлива в виде дров и угля. В развивающихся странах она часто применяется из-за своей доступности.
ENG-3.C.2 Торф — это частично разложившийся органический материал, который можно сжигать в качестве топлива.
ENG-3.C.3 Для получения топлива используются три вида угля: лигнит, каменный уголь и антрацит. Тепло, давление и глубина залегания способствуют формированию различных видов угля и их свойств.
ENG-3.C.4 Природный газ, наиболее экологически чистый вид ископаемого топлива, состоит преимущественно из метана.
ENG-3.C.5 Сырая нефть может быть получена из битуминозных песков, представляющих собой смесь глины, песка, воды и битума.
ENG-3.C.6 Из ископаемого топлива можно производить специализированные виды топлива для узких задач (например, для автомобильного транспорта).
ENG-3.C.7 Когенерация происходит, когда источник топлива используется одновременно для выработки полезного тепла и электричества.
Source: College Board AP Course and Exam Description · Источник: Описание курса и экзамена College Board AP
English
Different fuels suit different needs: coal and natural gas for electricity, oil for transportation, and biomass for heating and cooking in many regions. Each has trade-offs in cost, availability, and pollution.
Русский
Разные виды топлива подходят для разных нужд: уголь и природный газ используются для производства электроэнергии, нефть — для транспорта, а биомасса — для отопления и приготовления пищи во многих регионах. У каждого есть компромиссы с точки зрения стоимости, доступности и загрязнения окружающей среды.
6.4
Distribution of Natural Energy Resources · Распределение природных энергоресурсов
Syllabus · Программа
English
Enduring Understanding (ENG-3): Humans use energy from a variety of sources, resulting in positive and negative consequences.
Learning Objective ENG-3.D: Identify where natural energy resources occur.
ENG-3.D.1 The global distribution of natural energy resources, such as ores, coal, crude oil, and gas, is not uniform and depends on regions' geologic history.
Русский
Ключевое понимание (ENG-3): Люди используют энергию из различных источников, что приводит как к положительным, так и к отрицательным последствиям.
Цель обучения ENG-3.D: Определять места распространения природных энергетических ресурсов.
ENG-3.D.1 Глобальное распределение природных энергетических ресурсов, таких как рудные месторождения, уголь, сырая нефть и газ, является неравномерным и зависит от геологической истории регионов.
Source: College Board AP Course and Exam Description · Источник: Описание курса и экзамена College Board AP
English
Energy resources are unevenly distributed – oil is concentrated in some regions, coal in others, and renewables depend on local sun, wind, or rivers. This uneven distribution drives trade, economics, and geopolitics.
Русский
Энергетические ресурсы распределены неравномерно: нефть сосредоточена в одних регионах, уголь — в других, а возобновляемые источники зависят от местного солнечного света, ветра или рек. Это неравномерное распределение стимулирует торговлю, экономику и геополитику.
6.5
Fossil Fuels · Ископаемое топливо
Syllabus · Программа
English
Enduring Understanding (ENG-3): Humans use energy from a variety of sources, resulting in positive and negative consequences.
Learning Objective ENG-3.E: Describe the use and methods of fossil fuels in power generation.
ENG-3.E.1 The combustion of fossil fuels is a chemical reaction between the fuel and oxygen that yields carbon dioxide and water and releases energy.
ENG-3.E.2 Energy from fossil fuels is produced by burning those fuels to generate heat, which then turns water into steam. That steam turns a turbine, which spins a generator, producing electricity.
ENG-3.E.3 Humans use a variety of methods to extract fossil fuels from the earth for energy generation.
Learning Objective ENG-3.F: Describe the effects of fossil fuels on the environment.
ENG-3.F.1 Hydrologic fracturing (fracking) can cause groundwater contamination and the release of volatile organic compounds.
Русский
Ключевое понимание (ENG-3): Люди используют энергию из различных источников, что приводит как к положительным, так и к отрицательным последствиям.
Цель обучения ENG-3.E: Описывать применение и методы использования ископаемого топлива при выработке электроэнергии.
ENG-3.E.1 Сгорание ископаемого топлива — это химическая реакция между топливом и кислородом, в результате которой образуются углекислый газ и вода, выделяется энергия.
ENG-3.E.2 Энергия из ископаемого топлива вырабатывается путем его сжигания для получения тепла, которое превращает воду в пар. Пар приводит во движение турбину, которая вращает генератор, производящий электроэнергию.
ENG-3.E.3 Люди используют разнообразные методы добычи ископаемого топлива из недр Земли для выработки энергии.
Цель обучения ENG-3.F: Описывать воздействие ископаемого топлива на окружающую среду.
ENG-3.F.1 Гидроразрыв пласта (фрейкинг) может привести к загрязнению грунтовых вод и выбросу летучих органических соединений.
Source: College Board AP Course and Exam Description · Источник: Описание курса и экзамена College Board AP
English
Fossil fuels (coal, oil, natural gas) formed from ancient organisms. They are energy-dense and reliable but nonrenewable and the main source of $\text{CO}_2$ and air pollution. Coal is the dirtiest; natural gas burns cleaner but leaks methane 甲烷.
Coal forms in stages, and its rank climbs with the heat, pressure, and depth of burial it has endured. Partly decomposed plant matter first becomes peat 泥炭 (which can itself be dried and burned), then soft brown lignite, then bituminous 烟煤 coal, and finally hard anthracite 无烟煤 – each step is drier, more carbon-rich, and higher in energy, so anthracite burns hottest and cleanest.
Oil and natural gas are increasingly reached by hydraulic fracturing 水力压裂 ("fracking"): a high-pressure fluid is pumped into shale rock to crack it open and release the trapped fuel. It has unlocked huge reserves, but it can contaminate groundwater (methane and chemicals reaching drinking-water wells), release volatile organic compounds 挥发性有机化合物 into the air, and trigger minor earthquakes.
Crude oil can also be recovered from tar sands 油砂 – a mix of clay, sand, water, and thick bitumen 沥青. Separating the oil is energy- and water-intensive and clears large areas of land, so its environmental cost per barrel of oil is high.
Русский
Ископаемое топливо (уголь, нефть, природный газ) образовалось из древних организмов. Оно обладает высокой плотностью энергии и надежностью, но является невозобновляемым и основным источником $\text{CO}_2$ и загрязнения воздуха. Уголь — самый загрязняющий; природный газ горит чище, но имеет утечки метана.
Открытый разрез для добычи бурых углей (коричневый уголь), обеспечивающий электростанцию позади него — топливо выкапывают из земли и сжигают на месте
Уголь образуется поэтапно, и его категория повышается вместе с увеличением температуры, давления и глубины залегания. Частично разложившиеся растительные остатки сначала превращаются в торф (который можно сушить и сжигать как топливо), затем в мягкий бурый уголь, далее в каменный уголь, и наконец в твердый антрацит — каждый последующий этап характеризуется большей сухостью, содержанием углерода и энергоемкостью, поэтому антрацит горит наиболее горячо и чисто.
Нефть и природный газ все чаще добываются методом гидравлического разрыва пласта («фраккинга»): под высоким давлением в сланцевую породу закачивается жидкость, чтобы расколоть её и высвободить захваченное топливо. Этот метод позволил открыть огромные запасы, но он может загрязнять грунтовые воды (попадая метан и химикаты в скважины с питьевой водой), выделять летучие органические соединения в атмосферу и вызывать небольшие землетрясения.
Сырую нефть также можно извлекать из битуминозных песков — смеси глины, песка, воды и густого битума. Разделение нефти требует больших затрат энергии и воды, а также требует освоения обширных территорий, поэтому экологические издержки на баррель нефти высоки.
6.6
Nuclear Power · Атомная энергия
Syllabus · Программа
English
Enduring Understanding (ENG-3): Humans use energy from a variety of sources, resulting in positive and negative consequences.
Learning Objective ENG-3.G: Describe the use of nuclear energy in power generation.
ENG-3.G.1 Nuclear power is generated through fission, where atoms of Uranium-235, which are stored in fuel rods, are split into smaller parts after being struck by a neutron. Nuclear fission releases a large amount of heat, which is used to generate steam, which powers a turbine and generates electricity.
ENG-3.G.2 Radioactivity occurs when the nucleus of a radioactive isotope loses energy by emitting radiation.
ENG-3.G.3 Uranium-235 remains radioactive for a long time, which leads to the problems associated with the disposal of nuclear waste.
ENG-3.G.4 Nuclear power generation is a nonrenewable energy source. Nuclear power is considered a cleaner energy source because it does not produce air pollutants, but it does release thermal pollution and hazardous solid waste.
Learning Objective ENG-3.H: Describe the effects of the use of nuclear energy on the environment.
ENG-3.H.1 Three Mile Island, Chernobyl, and Fukushima are three cases where accidents or natural disasters led to the release of radiation. These releases have had short- and long-term impacts on the environment.
ENG-3.H.2 A radioactive element's half-life can be used to calculate a variety of things, including the rate of decay and the radioactivity level at specific points in time.
Русский
Ключевое понимание (ENG-3): Люди используют энергию из различных источников, что приводит как к положительным, так и к отрицательным последствиям.
Цель обучения ENG-3.G: Описывать применение ядерной энергии при выработке электроэнергии.
ENG-3.G.1 Ядерная энергия вырабатывается посредством деления, при котором атомы урана-235, содержащиеся в твэлах, расщепляются на более мелкие части после столкновения с нейтроном. Деление ядер выделяет большое количество тепла, которое используется для получения пара, приводящего в движение турбину и генерирующего электроэнергию.
ENG-3.G.2 Радиоактивность возникает, когда ядро радиоактивного изотопа теряет энергию за счет испускания радиации.
ENG-3.G.3 Уран-235 остается радиоактивным в течение длительного времени, что создает проблемы, связанные с утилизацией ядерных отходов.
ENG-3.G.4 Выработка электроэнергии на атомных станциях относится к невозобновляемым источникам энергии. Ядерную энергию считают более чистой альтернативой, поскольку она не вызывает загрязнения воздуха, однако сопровождается тепловым загрязнением и образованием опасных твердых отходов.
Цель обучения ENG-3.H: Описывать воздействие использования ядерной энергии на окружающую среду.
ENG-3.H.1 Три Майл-Айленд, Чернобыль и Фукусима — три случая, когда аварии или стихийные бедствия привели к выбросам радиации. Эти выбросы оказали краткосрочное и долгосрочное влияние на окружающую среду.
ENG-3.H.2 Период полураспада радиоактивного элемента может использоваться для расчета различных величин, включая скорость распада и уровень радиоактивности в определенные моменты времени.
Source: College Board AP Course and Exam Description · Источник: Описание курса и экзамена College Board AP
English
Nuclear power 核能 splits uranium (fission 裂变) to boil water and drive turbines. It produces no $\text{CO}_2$ and lots of energy from little fuel, but risks include radioactive waste 核废料 (long-lived), the danger of meltdowns, and high cost.
Worked example. Radioactive waste decays by its half-life – the time for half of it to decay. Suppose an isotope has a half-life of $30$ years and a reactor leaves $100\ \text{g}$ of it. After $30$ years $50\ \text{g}$ remains; after $60$ years $25\ \text{g}$; after $90$ years (three half-lives) $100\times\left(\tfrac12\right)^3=12.5\ \text{g}$. Because the drop is halving, not linear, the waste stays hazardous for many half-lives – the core reason it must be stored safely for centuries.
Русский
Атомная энергия расщепляет уран (деление), чтобы кипятить воду и приводить в движение турбины. Она не производит $\text{CO}_2$ и дает много энергии из малого количества топлива, но риски включают радиоактивные отходы (долгоживущие), опасность расплавления реактора и высокую стоимость.
Разобранный пример. Радиоактивные отходы распадаются согласно своему периоду полураспада — времени, необходимому для распада половины вещества. Предположим, что изотоп имеет период полураспада $30$ лет, а реактор оставил после себя $100\ \text{g}$ этого изотопа. Через $30$ года останется $50\ \text{g}$; через $60$ года — $25\ \text{g}$; через $90$ лет (три периода полураспада) — $100\times\left(\tfrac12\right)^3=12.5\ \text{g}$. Поскольку уменьшение происходит не линейно, а делится пополам, отходы остаются опасными на протяжении многих периодов полураспада — это основная причина необходимости их безопасного хранения на столетия.
*Ядерное деление ядра урана-235 выделяет энергию
*Атомная электростанция. В зданиях реакторов находится топливо; море обеспечивает охлаждающую воду. Заметьте отсутствие дыма — деление не выделяет $\text{CO}_2$
energy return on energy investment (EROEI)/ˈenədʒi rɪˈtɜːn ɒn ˈenədʒi ɪnˈvestmənt/
энергетический возврат на энергетические инвестиции (EROEI)
6.7
Energy from Biomass · Энергия из биомассы
Syllabus · Программа
English
Enduring Understanding (ENG-3): Humans use energy from a variety of sources, resulting in positive and negative consequences.
Learning Objective ENG-3.I: Describe the effects of the use of biomass in power generation on the environment.
ENG-3.I.1 Burning of biomass produces heat for energy at a relatively low cost, but it also produces carbon dioxide, carbon monoxide, nitrogen oxides, particulates, and volatile organic compounds. The overharvesting of trees for fuel also causes deforestation.
ENG-3.I.2 Ethanol can be used as a substitute for gasoline. Burning ethanol does not introduce additional carbon into the atmosphere via combustion, but the energy return on energy investment for ethanol is low.
Русский
Ключевое понимание (ENG-3): Люди используют энергию из различных источников, что приводит как к положительным, так и к отрицательным последствиям.
Цель обучения ENG-3.I: Описывать воздействие использования биомассы при выработке электроэнергии на окружающую среду.
ENG-3.I.1 Сжигание биомассы обеспечивает выработку тепла для нужд энергетики по относительно низкой цене, но при этом выделяет углекислый газ, оксид углерода, оксиды азота, взвешенные частицы и летучие органические соединения. Чрезмерная вырубка леса для получения топлива также ведет к дефорестации.
ENG-3.I.2 Этанол может использоваться в качестве замены бензина. Сжигание этанола не добавляет额外的 углерод в атмосферу, однако возврат энергии на инвестиции энергии для этанола низок.
Source: College Board AP Course and Exam Description · Источник: Описание курса и экзамена College Board AP
English
Biomass 生物质 (wood, crops, waste, biofuels like ethanol) is renewable and can be carbon-neutral if replanted, but burning it causes air pollution, and growing fuel crops competes with food and habitat.
Ethanol 乙醇, made from crops such as corn or sugarcane, can substitute for gasoline and adds no new carbon when burned (the plant absorbed that $\text{CO}_2$ as it grew). Its drawback is a low energy return on energy investment (EROEI) 能量投资回报率: growing, harvesting, and distilling the crop uses nearly as much energy as the fuel finally delivers.
Русский
Биомасса (дрова, сельскохозяйственные культуры, отходы, биотопливо, например этанол) является возобновляемой и может быть углеродно-нейтральной при повторном посадке, но её сжигание вызывает загрязнение воздуха, а выращивание топливных культур конкурирует с производством продовольствия и местами обитания животных.
Этанол, получаемый из таких культур, как кукуруза или сахарный тростник, может заменить бензин и не добавляет нового углерода при сгорании (растение поглотило этот $\text{CO}_2$ во время роста). Его недостаток — низкая энергетическая отдача на инвестиции (EROEI): выращивание, уборка урожая и перегонка требуют почти столько же энергии, сколько дает конечное топливо.
6.8
Solar Energy · Солнечная энергия
Syllabus · Программа
English
Enduring Understanding (ENG-3): Humans use energy from a variety of sources, resulting in positive and negative consequences.
Learning Objective ENG-3.J: Describe the use of solar energy in power generation.
ENG-3.J.1 Photovoltaic solar cells capture light energy from the sun and transform it directly into electrical energy. Their use is limited by the availability of sunlight.
ENG-3.J.2 Active solar energy systems use solar energy to heat a liquid through mechanical and electric equipment to collect and store the energy captured from the sun.
ENG-3.J.3 Passive solar energy systems absorb heat directly from the sun without the use of mechanical and electric equipment, and energy cannot be collected or stored.
Learning Objective ENG-3.K: Describe the effects of the use of solar energy in power generation on the environment.
ENG-3.K.1 Solar energy systems have low environmental impact and produce clean energy, but they can be expensive. Large solar energy farms may negatively impact desert ecosystems.
Русский
Ключевое понимание (ENG-3): Люди используют энергию из различных источников, что приводит как к положительным, так и к отрицательным последствиям.
Цель обучения ENG-3.J: Описывать применение солнечной энергии при выработке электроэнергии.
ENG-3.J.1 Фотоэлектрические солнечные элементы улавливают световую энергию солнца и преобразуют ее непосредственно в электрическую энергию. Их применение ограничено доступностью солнечного света.
ENG-3.J.2 Активные солнечные энергетические системы используют солнечную энергию для нагрева жидкости с помощью механического и электрического оборудования, чтобы собирать и накапливать энергию, полученную от солнца.
ENG-3.J.3 Пассивные солнечные энергетические системы поглощают тепло непосредственно от солнца без использования механического и электрического оборудования; при этом энергия не может быть собрана или накоплена.
Цель обучения ENG-3.K: Описать влияние использования солнечной энергии в производстве электроэнергии на окружающую среду.
ENG-3.K.1 Солнечные энергетические системы оказывают низкое воздействие на окружающую среду и производят чистую энергию, но они могут быть дорогими. Крупные солнечные электростанции могут негативно влиять на пустынные экосистемы.
Source: College Board AP Course and Exam Description · Источник: Описание курса и экзамена College Board AP
English
Solar 太阳能 converts sunlight to electricity (photovoltaic panels) or heat. It is renewable and clean during use, but intermittent (no sun at night), needs space, and has manufacturing impacts.
Русский
Солнечная энергия преобразует солнечный свет в электричество (фотоэлектрические панели) или тепло. Она возобновляема и чиста при использовании, но является переменной (нет солнца ночью), требует пространства и имеет производственные воздействия на окружающую среду.
*Солнечная электростанция. Ряды фотоэлектрических панелей наклонены к солнцу; получение большой мощности требует значительной площади земли
Enduring Understanding (ENG-3): Humans use energy from a variety of sources, resulting in positive and negative consequences.
Learning Objective ENG-3.L: Describe the use of hydroelectricity in power generation.
ENG-3.L.1 Hydroelectric power can be generated in several ways. Dams built across rivers collect water in reservoirs. The moving water can be used to spin a turbine. Turbines can also be placed in small rivers, where the flowing water spins the turbine.
ENG-3.L.2 Tidal energy uses the energy produced by tidal flows to turn a turbine.
Learning Objective ENG-3.M: Describe the effects of the use of hydroelectricity in power generation on the environment.
ENG-3.M.1 Hydroelectric power does not generate air pollution or waste, but construction of the power plants can be expensive, and there may be a loss of or change in habitats following the construction of dams.
Русский
Ключевое понимание (ENG-3): Люди используют энергию из различных источников, что приводит как к положительным, так и к отрицательным последствиям.
Цель обучения ENG-3.L: Описать использование гидроэлектроэнергии в производстве электроэнергии.
ENG-3.L.1 Электроэнергию можно получать различными способами. Плотины, возведенные через реки, собирают воду в водохранилищах. Движущаяся вода может использоваться для вращения турбины. Турбины также могут устанавливаться в малых реках, где текущая вода вращает ротор.
ENG-3.L.2 Приливная энергия использует энергию, вырабатываемую приливными течениями, для вращения турбины.
Цель обучения ENG-3.M: Описать влияние использования гидроэлектроэнергии в производстве электроэнергии на окружающую среду.
ENG-3.M.1 Производство гидроэлектроэнергии не вызывает загрязнения воздуха или образования отходов, однако строительство электростанций может быть дорогостоящим, а после возведения плотин возможны утрата или изменение мест обитания животных.
Source: College Board AP Course and Exam Description · Источник: Описание курса и экзамена College Board AP
English
Hydroelectric 水电 power uses flowing water (dams) to spin turbines – renewable and low-emission, but dams flood habitat, block fish migration, trap sediment, and displace people.
Русский
Гидроэнергетика использует поток воды (плотины) для вращения турбин — это возобновляемый и маловыбросный источник, но плотины затапливают местообитания, блокируют миграцию рыб, задерживают осадки и перемещают людей.
*Гидроэлектростанция. Водохранилище удерживается за стеной; вода падает через плотину, вращая турбины в здании электростанции у основания
Enduring Understanding (ENG-3): Humans use energy from a variety of sources, resulting in positive and negative consequences.
Learning Objective ENG-3.N: Describe the use of geothermal energy in power generation.
ENG-3.N.1 Geothermal energy is obtained by using the heat stored in the Earth's interior to heat up water, which is brought back to the surface as steam. The steam is used to drive an electric generator.
Learning Objective ENG-3.O: Describe the effects of the use of geothermal energy in power generation on the environment.
ENG-3.O.1 The cost of accessing geothermal energy can be prohibitively expensive, as is not easily accessible in many parts of the world. In addition, it can cause the release of hydrogen sulfide.
Русский
Ключевое понимание (ENG-3): Люди используют энергию из различных источников, что приводит как к положительным, так и к отрицательным последствиям.
Цель обучения ENG-3.N: Описать использование геотермальной энергии в производстве электроэнергии.
ENG-3.N.1 Геотермальная энергия получается путем использования тепла, накопленного внутри Земли, для нагрева воды, которая затем поднимается на поверхность в виде пара. Пар используется для приведения в действие электрического генератора.
Цель обучения ENG-3.O: Описать влияние использования геотермальной энергии в производстве электроэнергии на окружающую среду.
ENG-3.O.1 Стоимость доступа к геотермальной энергии может быть непомерно высокой, к тому же она недоступна во многих частях мира. Кроме того, это может вызвать выброс сероводорода.
Source: College Board AP Course and Exam Description · Источник: Описание курса и экзамена College Board AP
English
Geothermal 地热能 taps Earth's internal heat for electricity and heating. It is renewable and reliable, but only practical where hot rock is near the surface (volcanic regions) and can release underground gases.
Русский
Геотермальная энергия использует внутреннее тепло Земли для производства электроэнергии и отопления. Она возобновляема и надежна, но практически только там, где горячие породы находятся близко к поверхности (вулканические регионы) и может выбрасывать подземные газы.
*Геотермальная электростанция в Исландии, вулканическом регионе. Пар от горячих пород под землей подводится по трубам для привода турбин
Hydrogen Fuel Cell · Топливные элементы на водороде
Syllabus · Программа
English
Enduring Understanding (ENG-3): Humans use energy from a variety of sources, resulting in positive and negative consequences.
Learning Objective ENG-3.P: Describe the use of hydrogen fuel cells in power generation.
ENG-3.P.1 Hydrogen fuel cells are an alternate to non-renewable fuel sources. They use hydrogen as fuel, combining the hydrogen and oxygen in the air to form water and release energy (electricity) in the process. Water is the product (emission) of a fuel cell.
Learning Objective ENG-3.Q: Describe the effects of the use of hydrogen fuel cells in power generation on the environment.
ENG-3.Q.1 Hydrogen fuel cells have low environmental impact and produce no carbon dioxide when the hydrogen is produced from water. However, the technology is expensive and energy is still needed to create the hydrogen gas used in the fuel cell.
Русский
Ключевое понимание (ENG-3): Люди используют энергию из различных источников, что приводит как к положительным, так и к отрицательным последствиям.
Цель обучения ENG-3.P: Описать использование водородных топливных элементов в производстве электроэнергии.
ENG-3.P.1 Водородные топливные элементы являются альтернативой невозобновляемым видам топлива. Они используют водород в качестве топлива, соединяя его с кислородом из воздуха, образуя воду и выделяя энергию (электричество) в процессе. Вода является продуктом (выбросом) работы топливного элемента.
Цель обучения ENG-3.Q: Описать влияние использования водородных топливных элементов в производстве электроэнергии на окружающую среду.
ENG-3.Q.1 Водородные топливные элементы оказывают низкое воздействие на окружающую среду и не выделяют углекислого газа, если водород производится из воды. Однако технология дорогая, и для создания водорода, используемого в топливном элементе, все еще требуется энергия.
Source: College Board AP Course and Exam Description · Источник: Описание курса и экзамена College Board AP
English
A hydrogen fuel cell 氢燃料电池 combines hydrogen and oxygen to make electricity, with water as the only emission at use. But producing hydrogen usually requires energy (often from fossil fuels), and storage is difficult.
Русский
Топливный водородный элемент соединяет водород и кислород для выработки электроэнергии, при этом вода является единственным выбросом в процессе использования. Однако производство водорода обычно требует энергии (часто из ископаемого топлива), а его хранение представляет сложность.
Водородно-кислородный топливный элемент вырабатывает электричество, при этом вода является единственным продуктом
6.12
Wind Energy · Энергия ветра
Syllabus · Программа
English
Enduring Understanding (ENG-3): Humans use energy from a variety of sources, resulting in positive and negative consequences.
Learning Objective ENG-3.R: Describe the use of wind energy in power generation.
ENG-3.R.1 Wind turbines use the kinetic energy of moving air to spin a turbine, which spins a generator, producing electricity.
Learning Objective ENG-3.S: Describe the effects of the use of wind energy in power generation on the environment.
ENG-3.S.1 Wind energy is a renewable, clean source of energy. However, birds and bats may be killed if they fly into the spinning turbine blades.
Русский
Ключевое понимание (ENG-3): Люди используют энергию из различных источников, что приводит как к положительным, так и к отрицательным последствиям.
Цель обучения ENG-3.R: Описать использование энергии ветра в производстве электроэнергии.
ENG-3.R.1 Ветровые турбины используют кинетическую энергию движущегося воздуха для вращения ротора, который вращает генератор, вырабатывая электричество.
Цель обучения ENG-3.S: Описать влияние использования энергии ветра в производстве электроэнергии на окружающую среду.
ENG-3.S.1 Энергия ветра — это возобновляемый чистый источник энергии. Однако птицы и летучие мыши могут погибнуть, если влетят в лопасти вращающейся турбины.
Source: College Board AP Course and Exam Description · Источник: Описание курса и экзамена College Board AP
English
Wind 风能 turbines convert moving air to electricity – renewable, clean, and low-operating-cost, but intermittent, land- or sea-intensive, and a hazard to birds and bats. Best where winds are strong and steady.
Русский
Ветрогенераторы преобразуют движение воздуха в электричество — это возобновляемый, чистый источник с низкими эксплуатационными расходами, но он работает прерывисто, занимает много земли или морской поверхности и представляет опасность для птиц и летучих мышей. Наиболее эффективен там, где ветер сильный и постоянный.
Ветрогенераторы на сельскохозяйственных угодьях. Они занимают мало места, поэтому земля между ними может продолжать использоваться для земледелия
Enduring Understanding (ENG-3): Humans use energy from a variety of sources, resulting in positive and negative consequences.
Learning Objective ENG-3.T: Describe methods for conserving energy.
ENG-3.T.1 Some of the methods for conserving energy around a home include adjusting the thermostat to reduce the use of heat and air conditioning, conserving water, use of energy-efficient appliances, and conservation landscaping.
ENG-3.T.2 Methods for conserving energy on a large scale include improving fuel economy for vehicles, using BEVs (battery electric vehicles) and hybrid vehicles, using public transportation, and implementing green building design features.
Русский
Ключевое понимание (ENG-3): Люди используют энергию из различных источников, что приводит как к положительным, так и к отрицательным последствиям.
Цель обучения ENG-3.T: Описать методы экономии энергии.
ENG-3.T.1 Некоторые методы экономии энергии в доме включают регулировку термостата для снижения использования отопления и кондиционирования, экономию воды, использование энергоэффективных бытовых приборов и рациональное озеленение участка.
ENG-3.T.2 Методы масштабной экономии энергии включают повышение топливной эффективности транспортных средств, использование электромобилей на аккумуляторной базе (BEV) и гибридных автомобилей, применение общественного транспорта, а также внедрение элементов экологичного проектирования зданий.
Source: College Board AP Course and Exam Description · Источник: Описание курса и экзамена College Board AP
English
Energy conservation 节能 reduces demand through efficiency (LED lighting, insulation, efficient appliances, public transport) and behavior. Saving energy is often the cheapest and cleanest option – the energy you do not use needs no fuel and makes no pollution.
A related efficiency gain is cogeneration 热电联产 (combined heat and power): a single fuel burn is used to make both electricity and useful heat, capturing the waste heat that an ordinary power plant simply dumps – so far more of the fuel's energy ends up doing useful work.
Worked example. Replacing a $60\ \text{W}$ incandescent bulb with a $10\ \text{W}$ LED that gives the same light saves $50\ \text{W}$. Running it $5$ hours a day saves $50\ \text{W}\times5\ \text{h}=250\ \text{Wh}=0.25\ \text{kWh}$ per day, or about $0.25\times365\approx91\ \text{kWh}$ per year. Multiply that by every bulb in a city and conservation rivals a new power plant – at far lower cost.
Русский
Энергосбережение снижает потребление за счет повышения эффективности (светодиодное освещение, теплоизоляция, энергоэффективные бытовые приборы, общественный транспорт) и изменения поведения. Сбережение энергии часто является самым дешевым и чистым вариантом — энергия, которую вы не используете, не требует топлива и не создает загрязнений.
Смежная эффективность достигается за счет когенерации (совместного производства тепла и электроэнергии): одно сжигание топлива используется для получения как электроэнергии, так и полезного тепла, улавливая отходящее тепло, которое обычная электростанция просто сбрасывает — так значительно большая часть энергии топлива превращается в полезную работу.
Разобранное решение. Замена $60\ \text{W}$ лампочки накаливания на $10\ \text{W}$ светодиодную, дающую такой же свет, экономит $50\ \text{W}$. При использовании $5$ часов в день это экономит $50\ \text{W}\times5\ \text{h}=250\ \text{Wh}=0.25\ \text{kWh}$ в день, или около $0.25\times365\approx91\ \text{kWh}$ в год. Умножьте это на количество всех лампочек в городе, и экономия энергии сравнится со строительством новой электростанции — по гораздо более низкой цене.
Солнечная электростанция: увеличение выработки возобновляемой энергии и снижение спроса — оба являются стратегиями энергосбережения
Separate renewable (sun, wind, water) from non-renewable (fossil fuels, nuclear) and weigh each source's trade-offs.
Fossil fuels are energy-dense but emit CO₂; nuclear emits no CO₂ but leaves long-lived waste.
Do half-life math: after $n$ half-lives a fraction $(\tfrac12)^n$ remains.
Note that solar and wind are intermittent and need storage or backup.
Conservation (efficiency) is often the cheapest, cleanest option — the energy not used needs no fuel.
Know the coal ranks (peat → lignite → bituminous → anthracite; more heat/pressure/burial → higher energy) and the unconventional fuels fracking (shale oil/gas; groundwater + VOC pollution) and tar sands (bitumen, energy-intensive).
Ethanol adds no net CO₂ but has a low EROEI; cogeneration (combined heat and power) captures waste heat so one fuel gives both electricity and heat.
Русский
Различайте возобновляемые (солнце, ветер, вода) и невозобновляемые (ископаемое топливо, ядерная энергия) источники и оценивайте компромиссы каждого источника.
Ископаемое топливо обладает высокой плотностью энергии, но выделяет CO₂; ядерная энергия не выделяет CO₂, но оставляет долгоживущие отходы.
Выполните расчеты периода полураспада: после $n$ периодов полураспада остается доля $(\tfrac12)^n$.
Отметьте, что солнечная и ветровая энергия прерывисты и требуют накопления или резервного питания.
Экономия (повышение эффективности) часто является самым дешевым и чистым вариантом — неиспользованная энергия не требует топлива.
Знать степени угля (торф → лигнит → каменный уголь → антрацит; больше тепла/давления/погребения → выше энергоемкость) и нетрадиционные виды топлива фракционной гидравлической разрывной пластовой технологии (shale oil/gas; загрязнение грунтовых вод и VOC) и битуминозные пески (битум, энергозатратные).
Этанол не добавляет чистого CO₂, но имеет низкий EROEI; когенерация (совместное производство тепла и электроэнергии) улавливает отходящее тепло, чтобы одно топливо давало и электричество, и тепло.
Interactive lessons on this topic · Интерактивные уроки по этой теме
Work through it step by step, with instant-check exercises. · Пройдите его шаг за шагом с упражнениями мгновенной проверки.
Pick one and the site follows you — notes, papers, videos and practice all open on it. · Выберите один, и сайт будет вести вас — конспекты, работы, видео и практика откроются там.
Type to search notes, lessons, code, vocabulary and past-paper questions across every subject. · Введите запрос для поиска заметок, уроков, кода, словаря и вопросов с реальных экзаменов по всем предметам.
*Атомная электростанция. В зданиях реакторов находится топливо; море обеспечивает охлаждающую воду. Заметьте отсутствие дыма — деление не выделяет 
