انرژي » مجتمع آموزشی غیر انتفاعی فرهنگ

انرژي

گروه : مقالات » مقالات علمی

الفباي فيزيك - انرژي
ذخيره انرژي به شكلهاي مختلف ...
انري ذخيره شده در اجسام را انرژي شيميايي مي نامند. انرژي ذخيره شده در اجسامي كه درارتفاع بالايي قرار دارند ، انرژي گرانشي ناميده مي شود. انرژي ذخيره شده در اجسام كشسان را انرژي كشساني مي نامند.
انرژي پتانسيل
انرژي شيميايي ، گرانشي وكشساني مي توانند توسط اجسام ذخيره شوند، اين انرژيها كه قابليت انجام كار را دارند، انرژي پتانسيل ناميده مي شوند.
انرژي جنبشي
انرژي يك جسم متحرك را انرژي جنبشي مي نامند. انرژيهاي ذخيره شده مي توانند موجب حركت اجسام شوند.
انواع ديگر انرژي
گرما، نور وصوت از انواع ديگر انرژي هستند كه از جايي به جاي ديگر منتقل مي شوند. گرما انرژي را از اجسام گرم به اجسام سرد منتقل مي كند. نور انرژي را از لا مپها يا خورشيد به نقاط دورتر منتقل مي كند. صوت انرژي را از ارتعاشات يك جسم صدادار به نقاط دورتر منتقل مي كند. انرژي الكتريكي نوع ديگري از انرژي است كه مي تواند به راحتي منتقل شود.
تبديلات بيشتر انرژي
انرژي مي تواند به راحتي به نوع ديگر تبديل مي شود. انرژي ذخيره شده مي تواند آزاد شده و به انرژيهايي تبديل شود كه براي ما كار مفيد انجام دهند. در تبديل انرژيها هميشه مقداري انرژي به صورت انرژي گرمايي به هدر مي رود. منشأ انرژي كجاست ؟
1 - منبع انرژي روزانه …
بخش اعظم انرژي روزانة مورد مصرف ما توسط نور خورشيد تأمين مي شود. ‌اين انرژي بايد به انواع ديگري از انرژي تبديل شود تا بتوان از آن استفاده كرد.
فوتوسنتز ــ گياهان سبز انرژي نور خورشيد را جذب كرده و آن را به انرژي شيميايي تبديل مي كنند.
فوتوسل ــ فوتوسل وسيله اي است كه انرژي نوري را به انرژي الكتريكي تبديل مي كند.
2 - منابع انرژي فسيلي ...
نفت، زغال سنگ و گازهاي طبيعي قسمت عمده اي از انرژي مورد نياز ما را به صورت انرژي شيميايي ذخيره شده تأمين مي كنند.
3 - چند منبع انرژي ديگر ...
مواد راديو اكتيو (پرتوزا) ، به خصوص اورانيوم، منابعي از انرژي هستند كه مي توانند به گرما و الكتريسيته تبديل شوند.
هستة مذاب زمين مقدار زيادي انرژي گرمايي دارد و گاهي گرماي ن به سطح زمين نيز مي رسد.
4 - انرژي حاصل از خورشيد و ماه ... از جزر و مد درياها كه توسط حركت خورشيد و ماه ايجاد مي شوند، مي توان براي چرخاندن توربينها و توليد الكتريسيته استفاده كرد.
پايستگي انرژي (بقاي انرژي ) ماشـين كـوكي كوچـكي را در نـظر بـگيريد كه فنـرش را كوك مـي كنيم و شتاب مي گيـرد. انرژي كشساني فنـر به انرژي جنـبشي و گرمـايي (كه كمي ماشين را گرم مي كند )تبديل مي شود. مجموع انرژي جنبشي و گرمايي ايجاد شده با مقدار انرژي كشساني فنر (كه آزاد مي شود ) برابر است.
يكاي اندازه گيري انواع انرژي ژول (J) است. اگر فنر 20 ژول انرژي كشساني را از دست بدهد، اين 20 ژول انرژي بايد بهصورت گرمايي و جنبشي ظاهر شود. بنابراين انرژي از بين نمي رود بلكه از نوعي به نوع ديگر تبديل مي شود. اين اصل را كه انرژي از بين نمي رود وتوليد نيز نمي شود، بلكه از نوعي به نوع ديگر تبديل مي شود، « اصل بقاي انرژي يا پايستگي انرژي » مي نامند.
انتقال انرژي
كار ...
وقتي جسمي جا به جا مي شود. در اين حالت ، مي گوييم كه كار انجام داده ايم. درحين انجام كار، انرژي منتقل مي شود.
مقدار كار انجام شده را با را بطة زير مي توان بدست آورد :
تغيير مسافت درجهت اعمال نيرو × نيرو = كار انجام شده
غلبه بر نيري گرانش ...
براي انكه جسمي را از روي زمين برداريم بايد كار انجام بدهيم. يعني براي غلبه بر كشش گرانشي بايد نيرويي مصرف كنيم و جسم را بالا ببريم.
توان
يك شخص يا يك موتور قوي مي تواند كار را سريعتر انجام بدهد. توان ( يا قدرت ) به عنوان كار انجام شده در ثانيه تعريف مي شود و مقدار آن را مي توان از معادلة زيرحساب كرد :
P =W/t يا زمان لازم براي انجام كار / كار انجام شده =توان
مثال : اگر شخصي براي بلند كردن يك وزنه ، 800ژول كار را در مدت 10 ثانيه انجام دهد، مي گوييم كه توان بازوهاي او برابر است با : وات 80 = ثانيه / ژول 80 =10 /800 . 0وات به جاي ثانيه / ژول به كار مي رود ).
انرژي نوري
نور حامل انرژي است ...
اجسامي كه از خود نور گسيل ميكنند را اجسام نوراني ( منير) مي نامند. اما اغلب اجسام نوراني نيستند و نمي توانند از خود نور گسيل كنند. اين نوع اجسام ر غير نوراني ( مستنير ) مي نامند. ما اجسام غير نوراني را به دليل بازتابانيدن نور مي توانيم ببينيم.
نوري كه اجسام نورانـي گسيل مـي كنند، با سرعت خيلي زيـادي ( Km/s 300000 ) از آنـها دور مي شـود و انـرژي را مـانند موج الكترومغـناطيسي با خود مـنتقل مي كند. برخي از مواد مي توانند انرژي نوري را به انواع ديگر تبديل كنند. در فيلمهاي عكاسي براي ثبت تصوير از انرژي نوري استفاده مي شود.
ذره بين ...
يك عدسي مي تواند تصويرهاي متفاوتي را تشكيل بدهد. اگر يك عدسي را نزديك چشم خود بگيريد و آن را روي شست خود كانوني كنيد ( تنظيم كنيد )، تصوير شست خود را به صورت مستقيم و بزرگتر خواهيد ديد. اين نوع تصوير را نمي توان بر روي يك پرده نمايش داد وآن را تصوير مجازي مي نامند.
تصاوير در آينه...
اگر در مقـابل يـك آينه بـايستيد وچـشم چپ خـود را ببنديد، خواهيـد ديد كه تصـوير شما چشم راسـت خود را مي بندد. بنـابراين، چـهرهاي كه شمـا از خودتـان در آينه مي بينيد با چـهره اي كه ديـگران از شما مـي بينند ، تفاوت دارد .زيـرا سمـت راست شما در آيـنه، مي شود، مي گويند تصوير در آينه داراي واروني جانبي است.
منبع :www.schoolnet.ir
استفاده از انرژی جنبشی آب جاری جهت تولید برق را نیروی هیدروالکتریک گویند. با ایجاد سد میتوان جریان رودخانه را متوقف نمود. همانطوریکه در تصویر مربوط به سد شاستا (Shasta) در شمال کالیفرنیا ملاحضه می فرمائید ، با ایجاد سد، مخزنی از آب تشکیل می شود. اما سدهای احداثی برروی رودخانه های بزرگتر باعث تشکیل مخزن نمی شود. جهت تولید برق در یک نیروگاه هیدروالکتریکی ، آب رودخانه به داخل آن هدایت می شود. در تصویر ، سد دالاس را مشاهده می کنید که برروی رودخانه کلمبیا، در طول مرز بین ایالت اورگون و واشنگتن ، احداث شده است.
نیروگاههای آبی بزرگترین تولید کنندگان برق در ایالات متحده هستند. این نیروگاهها 10 درصد از کل برق مصرفی این کشور را تأمین می کنند. ساخت نیروگاههای از این نوع در ایالتهای که دارای کوهستانهای مرتفع و رودخانه های زیادی هستند ، می تواند منجر به افزایش تولید برق شود. به عنوان مثال، در حدود 15 درصد از کل برق تولیدی ایالت کالیفرنیا از نیروگاههای هیدروالکتریک تأمین می شود. اما بیشترین تولید برق آبی مربوط به ایالت واشنگتن است. 3 سد از 6 سد اصلی که برروی رودخانه کلمبیا احداث شده اند عبارتند از گراند کولی (Grand coulee) ، چیف جوزف (Chief joseph) و جان دی (John Day) . حدود 87 درصد از کل برق تولیدی ایالت واشنگتن از نیروگاههای هیدروالکتریک تأمین می شود. مقداری از برق تولیدی این نیروگاهها به ایالتهای دیگر نیز ارسال می شود.
سوختهای فسیلی – ذغالسنگ ، نفت و گاز طبیعی
سوختهای فسیلی از کجا بدست می آیند؟
سه نوع سوخت فسیلی اصلی وجود دارد که عبارتند از: ذغال سنگ ، نفت و گاز طبیعی . هر سه نوع سوخت فوق صدها میلیون سال پیش و قبل از عصر دایناسورها تشکیل شده اند. از این روی نام آنها را سوختهای فسیلی گذاشته اند. سن تشکیل آنها را دورة کربونیفر نام نهاده اند. این دوره بخشی از دوران پالئوزوئیک است . دورة کربونیفر نام خود را از کربن ، که عنصر اصلی ذغال سنگ و سایر سوختهای فسیلی می باشد گرفته است .
دورة کربونیفر 360 – 286 میلیون سال قبل اتفاق افتاده است. در آن زمان، خشکی از مردابهای پر از درختان بزرگ (سرخس و سایر گیاهان برگ دار بزرگ) پوشیده شده بود ، درست مشابه با آنچه که در تصویر بالا مشاهده می کنید. آب و دریاها پر از جلبک (ماده سبز رنگی که روی برکه تشکیل می شود) بود. در حقیقت جلبک مجموعه ای از میلیون ها گیاه کوچک است.
بعضی از معادن ذغالسنگ (کانسار) مربوط به دوران دایناسورهاست . بعنوان مثال لایه های نازک کربن را می توان در اواخر دورة کرتاسه (65 میلیون سال قبل) پیدا نمود. امّا کانسارهای اصلی سوخت های فسیلی مربوط به دورة کربونیفر است.
در زمانهای گذشته، درختان و گیاهان نابود شده و به اعماق مردابها فرو رفتند. به مرور زمان آنها لایه هایی از یک ماده اسفنجی به نام تورب (ذغالسنگ نارس) را تشکیل دادند. این تورب به مدت صدها سال با ماسه ، رس و سایر مواد معدنی پوشیده گردید، که نتیجه آن بوجود آمدن نوعی سنگ بنام سنگ رسوبی بود. با گذشت زمان، سنگهای بیشتری رویهم انباشته شده و در نتیجه وزن بیشتری را روی لایه های زیرین وارد کردند. بدین طریق تورب تحت فشار زیادی قرار گرفته و فشرده تر شد تااینکه آب از آن خارج و سرانجام بعداز میلیونها سال به ذغالسنگ ، نفت و گاز طبیعی تبدیل گردید .
ذغالسنگ :ذغالسنگ ماده ای سخت و سیاهرنگ است. ذغالسنگ از کربن ، ئیدروژن ، اکسیژن ، نیتروژن و مقادیر متغیری سولفور تشکیل شده است. سه نوع اصلی ذغالسنگ عبارتند از : آنتراسیت (ذغالسنگ خشک خالص) ، بیتومین (قیر) و لیگنیت (ذغال قهوه ای رنگ).
سخت ترین نوع ذغالسنگ، آنتراسیت است که دارای کربن بیشتری بوده و درنتیجه دارای انرژی زیادی است. لیگنیت نرم و مقدار کربن آن کم بوده امّا مقدار ئیدروژن و اکسیژن آن زیاد است. خواص بیتومین بین آنتراسیت و لیگنیت قرار دارد. امروزه هنوز می توان تورب را در کشورهای زیادی یافته و از آن بعنوان منشاء انرژی استفاده نمود.
چینی ها اولین انسانهایی بودند که از ذغالسنگ استفاده کردند . معدن ذغالسنگ فوشان در شمال شرقی کشور چین قدمّتی در حدود سیصد سال دارد. چینی ها معتقد بودند که ذغال ، سنگی است که
می تواند بسوزد. ذغالسنگ در بیشتر 48 ایالت آمریکا و در سایر نقاط جهان یافت می شود. استخراج ذغالسنگ به روشهای مختلفی صورت می گیرد. استخراج بعضی از معادن ذغالسنگ از طریق حفر چاه های عمودی و افقی عمیق و فرستادن معدن چیان به اعماق زمین با آسانسور یا ترن انجام می شود. روش دیگری که مورد استفاده قرار می گیرد ، روش استخراج روباز است. در این روش به کمک بیل های مکانیکی بزرگ لایه های فوقانی روی ذغالسنگ را برداشته و بعداز خارج نمودن ذغالسنگ مجدداً آنها را به جایاولیه اشان باز می گردانند.
سپس ذغالسنگ توسط ترن ، کشتی و حتّی خطوط لوله به مناطق مورد نظر حمل می شود. برای حمل از طریق لوله ، ابتدا باید ذغالسنگ خرد و سپس با آب ترکیب شده تا محلولی آبکی (دوغ آب) ساخته شود. سپس این محلول از طریق خطوط لوله کیلومترها پمپاژ می گردد. در طرف دیگر، از این ذغال بعنوان سوخت نیروگاهها و سایر کارخانجات استفاده می شود.
نفت
نفت نیز یک سوخت فسیلی بوده و پیش از سیصد میلیون سال قبل تشکیل شده است. بعضی از دانشمندان براین باورند که دیاتومهای کوچک و ریز، منشاء نفت هستند. دیاتومها، موجودات دریایی به اندازة یک سر سوزن می باشند. آنها نیز مانند گیاهان، نور خورشید را به انرژی ذخیره شده تبدیل می نمایند. دیاتومها بعد از مرگ در کف دریا قرار گرفته و زیر رسوبات و سایر سنگها مدفون شدند. سنگها باعث فشار برروی دیاتومها شده و درنتیجه انرژی ذخیره شده آنها نتوانست خارج شود. سرانجام، کربن تحت فشار و حرارت به نفت تبدیل گردید. به هنگام تغییر ، حرکت و چین خوردگی پوسته زمین ، مخازنی که در آن می توانست نفت و گاز طبیعی یافت شود ، تشکیل گردید.
بیش از پنج تا شش هزار سال است که از نفت استفاده می شود. سومری ها ، آشوری ها و بابلیهای قدیم از نفت خام و آسفالت (قیر) ، که از طریق تراوشات وسیع در منطقه ای به نام توتل یا هیت واقع در رودخانة فرات جمع می شده ، استفاده می کرده اند.
در واقع مکان نشت ، محلی برروی زمین است که در آنجا نفت از زیرزمین به بیرون تراوش می نماید. مصریان قدیم از نفت مایع بعنوان دارو جهت التیام زخمهایشان ، و روشن کردن چراغهای فانوسی استفاده می کردند.
محلی به نام دریای مرده، واقع در نزدیکی اسرائیل کنونی، به آسفالت دریاچه ای معروف است. از آنجایی که در این محّل توده های نفت چسبناک ناشی ازتراوشات زیر آبی در سواحل دریاچه تجمع یافته اند ، از این رو نام کلمة آسفالت از این محل گرفته شده است.
در شمال آمریکا ، آمریکایی های بومی از پتو برای جمع آوری نفت از سطح نهرها و دریاها استفاده می کردند. آنها از نفت بعنوان دارو و آب بندی قایق ها بهره می بردند. در خلال جنگهای داخلی ، آمریکائیهای بومی به سربازان جرج وانشگتن آموختند که چگونه از نفت برای درمان سرمازدگی استفاده کنند. بارشد و پیشرفت آمریکا ، تقاضا برای نفت بعنوان سوخت چراغهای فانوسی روبه فزونی گذاشت. به دلیل قیمت بالای روغن نهنگ ، استفاده از روغن نفت در چراغهای فانوسی مرسوم گردید. در این دوران، قسمت اعظم روغن نفت از طریق تقطیر ذغالسنگ بصورت مایع یا از سطح دریاچه ها تأمین می شد.
سپس در بیست و هفتم آگوست سال 1859 ، شخصی بنام ادوین دریک روغن مایع را از چاهی در نزدیک محلّی بنام تیتوسویل (Titusville) در پنسیلوانیا استخراج کرد. او نفت را در زیرزمین یافته و آن را به بیرون پمپاژ نمود. سپس نفت پمپاژ شده از چاه بداخل بشکه های چوبی ریخته شد.
امروزه ، هنوز در سرتاسر جهان از این نوع روش حفاری برای استخراج نفت از زیرزمین استفاده می شود. نفت و گاز طبیعی در زیرزمین بین چین خوردگی لایه ها و سنگهای متخلخل (پوک) یافت می شود. چین خوردگی سنگها ناشی از حرکت و تغییر مکان لایه های زمین است. این چین خوردگی ها دقیقاً مشابه با برآمدگیهایی است که هنگام پهن کردن فرش برروی کف اطاق بوجود می آید.
شرکت های نفتی جهت اکتشاف نفت و گاز طبیعی ، چاههای عمیقی را حفر می کنند. سپس آنها از طریق دکل حفاری به بیرون پمپاژ شده (رجوع به شکل) و سرانجام از طریق خطوط لوله یا کشتی به محلهای مورد نظر حمل می شوند.
نفت در هجده بخش از پنجاه و هشت بخش ایالت کالیفرنیا یافت می شود. بخش کرن (Kern) ، که در آن میدان نفتی بیکر (Baker) قرار دارد ، یکی از بزرگترین تولید کنندگان نفت در آمریکاست. امّا صرفاً نیمی از نفت مورد نیاز این کشور از چاههای کالیفرنیا تأمین می گردد. بقیه نفت مورد نیاز از ایالت آلاسکا و تا حدود زیادی از طریق کشورهای دیگر تأمین می شود. بیش از 50 درصد از نفت مورد نیاز ایالات متحده از کشورهای خارجی بویژه خاورمیانه تهیه می گردد. نفت توسط کشتی های نفت کش بزرگ به کالیفرنیا آورده می شود. نفت یا نفت خام باید قبل از استفاده پالایش شده تا محصولات قابل استفاده ای از آن بدست آید.
پالایشگاه ها
نفت در مخازن بزرگی ذخیره شده و سپس جهت استفاده به مکانهای مختلف فرستاده می شود. در پالایشگاههای نفت ، با حرارت دادن نفت خام می توان محصولات مختلفی بدست آورد.
محصولات مختلف نفت عبارتند از کود برای مزارع ، لباس ، مسواک ، بطری پلاستیکی ، خودکار پلاستیکی . به غیراز این موارد ، هزاران محصول دیگر نیز از نفت بدست می آید. تقریباً کلیه اجناس پلاستیکی جزو محصولات نفتی هستند. آیا می توانید محصولات نفتی دیگری را نیز نام ببرید ؟
این محصولات شامل بنزین ، سوخت دیزل ، سوخت هواپیما ، نفت جهت گرم نمودن خانه ، نفت کشتی ها و سوخت نیروگاههای برق است. در تصویر محصولاتی را که می توان از یک بشکه نفت خام بدست آورد ، نشان داده شده است. 74 درصد از نفت تولیدی ایالت کالیفرنیا برای سوخت ماشینها ، هواپیماها، کامیونها ، اتوبوسها و موتورسیکلتها استفاده می شود.
در فصل 18 در رابطه با انرژی حمل و نقل بیشتر صحبت خواهیم کرد.
گاز طبیعی
اولین اکتشافات گاز طبیعی 2000 تا 6000 سال قبل در ایران انجام گردید. خیلی از نویسندگان قدیمی مطالبی را درباره تراوش گاز طبیعی در خاورمیانه بویژه منطقه باکو (آذربایجان) نوشته اند. تراوشات گازی ای که احتمالاً اولین بار توسط رعد و برق روشن شد ، آتشهای دائمی ای را بوجود آورد که توسط آتش پرستان ایران باستان مورد پرستش قرار می گرفتند.
گاز طبیعی سبکتر از هوا می باشد. قسمت اعظم گاز طبیعی از گاز متان ساخته شده است. متان ترکیب شیمیایی ساده ای است که از اتمهای کربن و هیدروژن تشکیل می گردد. فرمول شیمیایی آن CH4 است (یک اتم کربن همراه با 4 اتم هیدروژن). این گاز بسیار قابل اشتعال است. معمولاً گاز طبیعی نزدیک مخازن نفت در زیرزمین یافت می شود. آنرا از زیرزمین پمپاژ و از طریق خطوط لوله به مخازن منتقل
می کنند. در فصل بعد شبکه خط لولة انتقال نفت مورد بررسی قرار خواهد گرفت. گاز طبیعی معمولاً بو نداشته و نمی توان آنرا دید. قبل از اینکه گاز طبیعی را به خطوط لوله و مخازن بفرستند ، آنرا با ماده شیمیایی ترکیب کرده که به آن بوی تندی میدهد. بوی آن تقریباً شبیه تخم مرغ فاسد است. اگر گاز مقداری نشت داشته باشد ، می توان براحتی بوی آن را استشمام نمود.
هشدار ! ایمنی در برابر خطرات ناشی از انرژی
اگر در خانه خود بوی تخم مرغ فاسدی را استشمام نمودید ، اطرافین را خبر نموده و سریعاً از خانه خارج شوید. هیچ چراغی یا وسیله برقی دیگری را روشن نکنید. صرفاً یک جرقه کلید برق می تواند براحتی گاز را مشتعل کند. به خانه همسایه بروید و برای کمک اضطراری با شماره 1-1-9 تماس بگیرید.
صرفه جویی در مصرف سوختهای فسیلی
میلیونها سال طول می کشد تا سوختهای فسیلی تشکیل شوند. ما از سوختهایی استفاده می کنیم که 300 میلیون سال پیش و قبل از عصر دایناسورها بوجود آمده اند. اگر روزی این سوختها به اتمام برسد ، دیگر نمی توان کاری کرد.
بنابراین بهتر است سوختهای فسیلی را به هدر ندهیم. آنها تجدید پذیر نیستند و نمی توانند مجدداً ساخته شوند. از این رو، با صرفه جوئی در انرژی می توانیم از سوختهای فسیلی برای مدت بیشتری استفاده کنیم.
http://www.ngdir.ir/SiteLinks/Kids/html/energy-mafahim_8_sukhthaye%20fosili.htm
تهيه وتنظيم : مهندس حبيب رضاپور ( مدرس حرفه وفن مدرسه غيردولتي فرهنگ)