مصادر الطاقة على الأرض. أنواع مصادر الطاقة واستخدامها
كان نظام قياس الحرارة قبل قرنين من الزمان قائمًا على فكرة تخزين الطاقة الحرارية ، ولا تختفي في أي مكان ، بل تنتقل فقط من مكان إلى آخر. ما زلنا نستخدم القواعد التالية: لقياس كمية الحرارة ، اجعلها ...
أنواع الطاقة - أنواع الطاقة المعروفة للبشرية
يُعرَّف مفهوم "الطاقة" بأنه مقياس لأشكال مختلفة من حركة المادة وكمقياس لانتقال حركة المادة من شكل إلى آخر. وفقًا لذلك ، تتميز أنواع وأنواع الطاقة بأشكال حركة المادة. يتعامل الرجل الصغير مع أنواع مختلفة من الطاقة. في الواقع ، العملية التكنولوجية برمتها هي تحويل بعض أنواع الطاقة إلى أنواع أخرى. في عملية اجتياز المسار التكنولوجي ، يتم تحويل الطاقة بشكل متكرر من نوع إلى آخر ، مما يؤدي إلى انخفاض قيمتها المفيدة بسبب الخسائر والتبدد في البيئة.أنواع الطاقة المعروفة اليوم
- ميكانيكي
- كهربائي
- المواد الكيميائية
- حراري
- مضيئة (مشعة)
- نووي (ذري)
- نووي حراري (فيوجن)
مفاهيم فيزيائية تتعلق بتعريف كلمة "طاقة"
لكن نعود إلى المفاهيم الفيزيائية الحقيقية المرتبطة بتعريف كلمة "طاقة". أنواع الطاقة المذكورة أعلاه معروفة للإنسان وقد استخدمها عبر تاريخ الحضارة. الاستثناء الوحيد هو طاقة الاضمحلال الذري ، التي تم الحصول عليها فقط في بداية القرن العشرين. لذلك ، ما زلنا نستخدم الطاقة الميكانيكية ، وركوب الدراجة ، واستخدام ساعة البندول ، ورفع وخفض الأحمال باستخدام رافعة. كانت الطاقة الكهربائية مألوفة لنا منذ العصور القديمة في شكل البرق والكهرباء الساكنة. ومع ذلك ، بدأ استخدام هذا النوع من الطاقة على نطاق واسع فقط منذ القرن التاسع عشر ، عندما تم اختراع العمود الفولتي - بطارية DC و -. ومع ذلك ، حتى في العصور القديمة ، كان الناس يعرفون ويستخدمون هذا النوع من الطاقة ، وإن لم يكن في كل مكان. هناك مجوهرات وأشياء دينية مصرية قديمة معروفة ، لا يمكن طلاءها إلا بالتحليل الكهربائي. - ربما يكون الشكل الأكثر انتشارًا واستخدامًا للطاقة ، سواء في العصور القديمة أو اليوم. تعتمد النار والفحم والموقد والمباريات والعديد من الأشياء الأخرى المرتبطة بالاحتراق على طاقة التفاعل الكيميائي للمادة العضوية والأكسجين. اليوم ، يتم تنفيذ "الاحتراق" عالي التقنية في و ، و. ومع ذلك ، فإن الأجهزة مثل التوربينات ومحركات الاحتراق الداخلي بين المواد الخام (الطاقة الكيميائية) والمنتج النهائي (الطاقة الكهربائية) لها وسيط سيئ -. لسوء الحظ ، الكفاءة المحركات الحرارية صغيرة ، والقيود مفروضة ليس من خلال المواد ، ولكن من خلال النظرية. الحد الأقصى 40٪. تعمل أجسام البشر وجميع الحيوانات على أساس التفاعلات الكيميائية والطاقة الكيميائية. عندما نأكل النباتات ، نحصل منها على طاقة الروابط الكيميائية ، المتكونة من خلال امتصاص الطاقة الشمسية. أي ، بشكل غير مباشر ، يتغذى الشخص أيضًا على الطاقة الشمسية ، حيث تتغذى عليها كل أشكال الحياة على الأرض. الشمس هي تلك الطاقة التي بدونها لن تكون هناك حياة على كوكبنا. يمكن اعتبار جميع أنواع وأنواع الطاقة تقريبًا ، باستثناء الطاقة الذرية والنووية الحرارية ، ثانوية فيما يتعلق بالطاقة الشمسية المشعة. الطاقة الميكانيكية للمد والجزر ، وكذلك الحرارة من مصادر الطاقة الحرارية الأرضية ، لا ترتبط أيضًا بالإشعاع الشمسي.تشكل الطاقة الحرارية النووية أساس عمل النجم المركزي لدينا - الشمس
وهذا يعني أن الطاقة الشمسية ، بدورها ، هي نتاج لطاقة الاندماج المنبعثة في باطن الشمس. وبالتالي ، فإن الغالبية العظمى من أنواع الطاقة التي نستخدمها على الأرض لها سلفها الأساسي في شكل طاقة اندماج نووي حراري. الطاقة النووية أو الذرية هي النوع الوحيد من الطاقة الذي يقع خارج معدل دوران الطاقة الطبيعية "القياسي". قبل مجيء الإنسان ، لم تكن الطبيعة تعرف (مع استثناءات نادرة) عمليات اضمحلال نقطة الكتلة للنواة الذرية مع إطلاق طاقة هائلة. الاستثناء هو "المفاعل الذري الطبيعي" الأفريقي - وهو رواسب من خامات اليورانيوم ، حيث تحدث تفاعلات التحلل الذري مع تسخين الصخور المحيطة. ومع ذلك ، في الطبيعة ، يستمر التحلل الذري لملايين السنين ، لأن نصف عمر اليورانيوم والبلوتونيوم طويل جدًا. وعلى الرغم من أن العديد من الذرات الأخرى ، بالإضافة إلى اليورانيوم والبلوتونيوم ، تخضع أيضًا للانحلال الذري ، بشكل عام ، لكل وحدة زمنية ، لا تسبب هذه العمليات تغييرات كبيرة في المادة المحيطة. أجرى الإنسان تغييراته الخاصة في توازن الطاقة على الكوكب ، ففجر القنابل ، وبناء محطات الطاقة النووية ، وحرق النفط والغاز والفحم. بالطبع ، حدثت عمليات مماثلة قبل البشر ، لكنها امتدت على مدى ملايين السنين. كانت النيازك تتساقط ، والغابات تحترق ، وثاني أكسيد الكربون ينبعث من المستنقعات وطبقات محيطات العالم ، واليورانيوم يتحلل. لكن ببطء - بأحجام صغيرة لكل وحدة زمنية.مصادر بديلة
اليوم ، أنواع الطاقة البديلة وأنواع الطاقة البديلة تتطور بنشاط. ومع ذلك ، في هذه الكلمات نفسها هناك بالفعل موقف خاطئ من كلمة "الطاقة". بتسمية مصادر الطاقة "البديلة" نقارنها بالمصادر "التقليدية" - الفحم والنفط والغاز. وهذا أمر مفهوم. لكننا نتحدث عن هراء عندما نقول "طاقة بديلة" ، لأن أنواعًا مختلفة من الطاقة توجد خارج رغباتنا. وليس من الواضح ما هي طاقة الرياح البديلة ، لأنها موجودة فقط. أو أي طاقة شمسية ونووية حرارية بديلة لنجمنا. على كل حال نحن نستخدمه ، ومن الغريب أن نسميه بديلاً ، فلا بدائل له. في الألف سنة القادمة ، لن نبتعد عن استخدام الطاقة الشمسية ، حيث يعتمد عليها النظام البيئي للكوكب بأكمله. وبالمثل ، فإن الكلمات "أشكال الطاقة غير التقليدية" ، أو "أشكال الطاقة المتجددة" ، أو "أشكال الطاقة النظيفة" تبدو غريبة. ما نوع الطاقة التقليدية؟ كيف يمكن تجديد نوع أو آخر من الطاقة؟ كيف تتحقق من الطاقة للنظافة البيئية؟ "التقليد" و "التجديد" و "الصداقة البيئية" هي أكثر منطقية وصحيحة للإشارة إليها. ثم يصبح كل شيء على الفور واضحًا ومفهومًا. وبعد ذلك ، بعد تبسيط علاقات السبب والنتيجة ، يمكنك البدء في البحث. يمكن العثور بسهولة على أنواع غير تقليدية من مصادر الطاقة من خلال دراسة الطبيعة والعالم المحيط. ستجد هنا روثًا للتدفئة ، وقشًا ، ومولدًا يستخدم قوة العضلات.يجب البحث عن مصادر الطاقة المتجددة فقط في بيئة العمليات الطبيعية
لا يوجد الكثير من هذه العمليات وكلها مرتبطة بحركة المادة على الكوكب - الأرض والماء والهواء وكذلك بنشاط الكائنات الحية. على الرغم من عدم وجود مصادر طاقة متجددة بالمعنى الدقيق للكلمة ، لأن "بطاريتنا" الرئيسية - الشمس - لها عمر خدمة محدود. ومن أجل البحث عن مصادر صديقة للبيئة ، يجب أولاً تحديد معايير الصداقة البيئية بوضوح ، لأن أي تدخل بشري في توازن الطاقة على كوكب الأرض يضر بالبيئة. بالمعنى الدقيق للكلمة ، لا يمكن أن تكون هناك مصادر طاقة صديقة للبيئة ، لأنها على أي حال ستؤثر على البيئة. يمكننا فقط تقليل هذا التأثير إلى الحد الأدنى ، أو التعويض عنه. في الوقت نفسه ، ينبغي إجراء أي آثار تعويضية في إطار نموذج التنبؤ التحليلي العالمي.تلعب الشمس دورًا استثنائيًا في حياة الأرض. يدين العالم العضوي لكوكبنا بوجوده للشمس. الشمس ليست فقط مصدرًا للضوء والحرارة ، ولكنها أيضًا المصدر الأصلي للعديد من أنواع الطاقة الأخرى (الطاقة من النفط والفحم والماء والرياح).
ثابت الطاقة الشمسية - كمية الطاقة الشمسية التي تصل إلى سطح متر مربع واحد ، منتشرة بشكل عمودي على أشعة الشمس في الفضاء.
الشمس هي نجمنا. عند دراسة الشمس ، نتعرف على العديد من الظواهر والعمليات التي تحدث على النجوم الأخرى والتي يتعذر الوصول إليها للمراقبة المباشرة بسبب المسافات الشاسعة التي تفصلنا عن النجوم.
الشمس هي المصدر الرئيسي للطاقة على الأرض والسبب الجذري الذي خلق معظم موارد الطاقة الأخرى لكوكبنا ، مثل احتياطيات الفحم والنفط والغاز وطاقة الرياح وطاقة المياه المتساقطة والطاقة الكهربائية ، إلخ.
إن طاقة الشمس ، التي يتم إطلاقها بشكل أساسي في شكل طاقة مشعة ، كبيرة جدًا بحيث يصعب حتى تخيلها. يكفي أن نقول إن جزءًا واحدًا فقط من ملياري جزء من هذه الطاقة يأتي إلى الأرض ، لكنه حوالي 2.5 * 10 18 كالوري / دقيقة. بالمقارنة مع هذا ، فإن جميع مصادر الطاقة الأخرى ، الخارجية (الإشعاع من القمر والنجوم والأشعة الكونية) والداخلية (الحرارة الداخلية للأرض ، الإشعاع المشع ، احتياطيات الفحم ، النفط ، إلخ) لا تكاد تذكر.
الشمس هي أقرب نجم إلينا ، وهي كرة ضخمة من الغازات المضيئة ، يبلغ قطرها حوالي 109 أضعاف قطر الأرض ، وحجمها يقارب مليون و 300 ألف ضعف حجم الأرض. يبلغ متوسط كثافة الشمس حوالي 0.25 ضعف كثافة كوكبنا.
نظرًا لأن الشمس ليست صلبة ، بل هي كرة غازية ، يجب على المرء أن يتحدث عن حجمها بشكل مشروط ، بمعنى حجم القرص الشمسي المرئي من الأرض.
الجزء الداخلي من الشمس غير مرئي. إنه نوع من المرجل الذري ذي الأبعاد العملاقة ، حيث تحدث التفاعلات النووية المعقدة تحت ضغط حوالي 100 مليار غلاف جوي ، يتم خلاله تحويل الهيدروجين إلى هيليوم. هم مصدر طاقة الشمس. تقدر درجة الحرارة داخل الشمس بـ 16 مليون درجة.
سلاسل غذائية. المفاهيم الأساسية والعناصر.
1. تعريف مفاهيم "السلسلة الغذائية" ، "المستوى الغذائي" ، "المستهلكين".داخل النظام البيئي ، يتم إنشاء المادة العضوية التي تحتوي على الطاقة بواسطة الكائنات ذاتية التغذية وتعمل كغذاء (مصدر للمادة والطاقة) للكائنات غيرية التغذية. مثال: حيوان يأكل نباتات ، وهذا الحيوان ، بدوره ، يمكن أن يأكله حيوان آخر ، ويمكن أيضًا نقل الطاقة من خلال عدد من الكائنات الحية - كل كائن لاحق يتغذى على الكائن السابق ، ويزوده بالمواد الخام والطاقة. هذا التسلسل يسمى سلسلة غذائية، وكل رابط من روابطه - المستوى الغذائي(الجوائز اليونانية - طعام). الاستهلاكات: أساسي - يتغذى على المنتجين الأساسيين ، أي. هم العواشب. سلبيات ثانوية. - تتغذى على الحيوانات العاشبة ، وبالتالي فهي آكلات اللحوم ، وكذلك السلبيات الثالثة. الدرجة الثانية.
2 ... الكائنات الحية التي تشكل التكاثر الحيوي في النظام البيئي ليست هي نفسها من حيث خصوصية استيعابها للمادة والطاقة. على عكس النباتات والبكتيريا ، فإن الحيوانات ليست قادرة على التفاعل الضوئي والتركيب الكيميائي ، ولكنها مجبرة على استخدام الطاقة الشمسية بشكل غير مباشر - من خلال المواد العضوية الناتجة عن المواد الكيميائية والصورة. وهكذا ، في التكاثر الحيوي ، تتشكل سلسلة من النقل المتسلسل للمادة والطاقة المكافئة من كائن حي إلى آخر ، أو ما يسمى بالسلسلة الغذائية (من "الكأس" اليونانية - أنا أطعم).
نظرًا لأن النباتات تبني أجسامها بدون وسطاء ، فإنها تسمى التغذية الذاتية أو ذاتية التغذية. نظرًا لكونها ذاتية التغذية ، فإنها تخلق مادة عضوية أولية من المواد غير العضوية ، فهي منتجة. الكائنات الحية التي لا تستطيع بناء مادتها الخاصة من المكونات المعدنية تستخدم المواد العضوية الناتجة عن التغذية الذاتية عن طريق تناولها. يطلق عليهم اسم غيرية التغذية ، والتي تعني "يتغذون من قبل الآخرين" ، وكذلك من قبل المستهلكين (من اللاتينية "استهلاك" - أنا أستهلك). تستخدم آكلات اللحوم البروتينات الحيوانية مع مجموعة محددة من الأحماض الأمينية. هم أيضًا مستهلكون ، لكن على عكس الحيوانات العاشبة ، فهم مستهلكون ثانويون أو من الدرجة الثانية. ولكن حتى هذا لا ينهي دائمًا السلسلة الغذائية ، حيث يمكن للمستهلك الثانوي أن يعمل كمصدر للغذاء للمستهلك من الدرجة الثالثة ، إلخ. ولكن في سلسلة غذائية واحدة لا يوجد مستهلكون أعلى من الترتيب الخامس بسبب تبديد الطاقة.
في عملية التغذية ، تظهر "النفايات" على جميع المستويات الغذائية. تسقط النباتات الخضراء بعض أوراقها أو كلها سنويًا. يموت جزء كبير من الكائنات الحية لسبب أو لآخر باستمرار. في نهاية المطاف ، بطريقة أو بأخرى ، يجب استبدال المادة العضوية التي تم إنشاؤها جزئيًا أو كليًا. يحدث هذا الاستبدال بسبب ارتباط خاص في السلسلة الغذائية - مخفضات (من اللاتينية "تخفيض" - رجوع). هذه الكائنات الحية - البكتيريا والفطريات والأوليات واللافقاريات الصغيرة - في عملية نشاطها الحيوي تتحلل البقايا العضوية لجميع المستويات الغذائية للمنتجين والمستهلكين إلى مواد معدنية. المواد المعدنية ، وكذلك ثاني أكسيد الكربون المنطلق أثناء تنفس أجهزة التحلل ، تعود إلى المنتجين مرة أخرى.
السلاسل الغذائية المختلفة ، بدورها ، مترابطة ببعضها البعض من خلال روابط مشتركة ، وتشكل نظامًا معقدًا للغاية يسمى الشبكة الغذائية.
السلسلة الغذائية في التكاثر الحيوي هي في نفس الوقت سلسلة طاقة ، أي التدفق المنظم المتسلسل لنقل الطاقة الشمسية من المنتجين إلى جميع الروابط الأخرى. يمكن قياس تدفق الطاقة عبر نظام بيئي في نقاط مختلفة ، وبالتالي تحديد مقدار الطاقة الشمسية الموجودة في المادة العضوية المتكونة أثناء عملية التمثيل الضوئي ؛ مقدار الطاقة الموجودة في المواد النباتية التي يمكن أن يستخدمها حيوان آكل للأعشاب ؛ مقدار هذه الطاقة التي يستطيع العاشب استخدامها قبل أن يأكلها آكلة اللحوم ، وهكذا دواليك ، من مستوى غذائي إلى آخر.
أو في أحشائها. على سبيل المثال ، في العديد من البلدان المتخلفة ، يتم حرق الأخشاب للتدفئة وإضاءة المنازل ، بينما في البلدان المتقدمة ، يتم حرق أنواع مختلفة من الوقود الأحفوري لتوليد الكهرباء - ،. الوقود الأحفوري ليس مصادر طاقة متجددة. من المستحيل استعادة احتياطياتهم. يستكشف العلماء الآن إمكانيات استخدام مصادر الطاقة التي لا تنضب.
الوقود الحفري
يعتبر الفحم والغاز من مصادر الطاقة غير المتجددة التي تشكلت من بقايا النباتات والحيوانات القديمة التي عاشت على الأرض منذ ملايين السنين (لمزيد من التفاصيل ، راجع المقال ""). يتم استخراج هذا الوقود وحرقه لتوليد الكهرباء. ومع ذلك ، فإن استخدام الوقود الأحفوري يطرح مشاكل خطيرة. وبمعدل الاستهلاك الحالي ، فإن الاحتياطيات المعروفة من النفط والغاز ستنضب في الخمسين سنة القادمة. سوف يستمر احتياطي الفحم لمدة 250 سنة ، وعندما يتم حرق هذا الوقود ، تتشكل الغازات ، وتحت تأثير الاحتباس الحراري وتساقط الأمطار الحمضية.
مصادر الطاقة المتجددة
مع نمو السكان (انظر المقال "") ، يحتاج الناس إلى المزيد والمزيد من الطاقة ، وتحول العديد من البلدان إلى استخدام مصادر الطاقة المتجددة - الشمس ، والرياح ، وما إلى ذلك. تحظى فكرة استخدامها بشعبية كبيرة ، لأنها مصادر صديقة للبيئة ، ولا يضر استخدامها بالبيئة.
محطات الطاقة الكهرومائية
تم استخدام طاقة الماء لعدة قرون. عجلات مائية مغزولة بالماء تستخدم لأغراض مختلفة. اليوم ، تم بناء سدود وخزانات ضخمة ، وتستخدم المياه لتوليد الكهرباء. يحول تدفق النهر عجلات التوربينات ، ويحول طاقة الماء إلى كهرباء. التوربين متصل بمولد يولد الكهرباء.
تتلقى الأرض كمية هائلة. تسمح التكنولوجيا الحديثة للعلماء بتطوير طرق جديدة لاستخدام الطاقة الشمسية. تم بناء أكبر محطة للطاقة الشمسية في العالم في صحراء كاليفورنيا. إنه يلبي بالكامل احتياجات الطاقة لـ 2000 منزل. تعكس المرايا أشعة الشمس وتوجهها إلى غلاية ماء مركزية. يغلي الماء الموجود فيه ويتحول إلى بخار ، يقوم بتدوير توربين متصل بمولد كهربائي.
استخدم البشر طاقة الرياح منذ آلاف السنين. فجرت الرياح الأشرعة وقلبت الطواحين. لاستخدام طاقة الرياح ، تم إنشاء مجموعة متنوعة من الأجهزة المصممة لتوليد الكهرباء ولأغراض أخرى. تقوم الرياح بتدوير شفرات الطاحونة ، والتي تدفع عمود التوربين المتصل بمولد كهربائي.
الطاقة الذرية - الطاقة الحرارية المنبعثة أثناء تحلل أصغر جزيئات المادة -. الوقود الرئيسي للحصول على الطاقة الذرية موجود في القشرة الأرضية. يعتبر الكثير من الناس أن الطاقة النووية هي طاقة المستقبل ، لكن تطبيقها العملي يخلق عددًا من المشاكل الخطيرة. لا تطلق محطات الطاقة النووية غازات سامة ، لكنها يمكن أن تخلق الكثير من الصعوبات ، لأن هذا الوقود مشع. ينبعث منها إشعاع يقتل كل شيء. إذا وصل الإشعاع إلى التربة أو دخلها ، فسيكون لذلك عواقب وخيمة.
تشكل حوادث المفاعلات النووية وانطلاق المواد المشعة في الغلاف الجوي خطرًا كبيرًا. أسفر الحادث الذي وقع في محطة الطاقة النووية في تشيرنوبيل (أوكرانيا) ، والذي وقع في عام 1986 ، عن مقتل العديد من الأشخاص وتلويث مساحة شاسعة. لقد هددت النفايات المشعة جميع الكائنات الحية لآلاف السنين. عادة لا يتم دفنها في قاع البحار ، ولكن هناك حالات متكررة لدفن النفايات في أعماق الأرض.
مصادر الطاقة المتجددة الأخرى
في المستقبل ، سيتمكن الناس من استخدام العديد من مصادر الطاقة الطبيعية المختلفة. على سبيل المثال ، في المناطق البركانية ، يتم تطوير تقنية لاستخدام الطاقة الحرارية الأرضية (حرارة باطن الأرض). مصدر آخر للطاقة هو الغاز الحيوي من تسوس النفايات. يمكن استخدامه للتدفئة المنزلية وتسخين المياه. تم بالفعل إنشاء محطات طاقة المد والجزر. غالبًا ما تُقام السدود عبر مصبات الأنهار. تولد التوربينات الخاصة ، التي تعمل عن طريق المد والجزر ، الكهرباء.
كيفية صنع دوار من سافونيا:
دوار سافونيا هو آلية يستخدمها المزارعون في آسيا وأفريقيا لتزويد المياه للري. لتصنيع الدوار الخاص بك ، تحتاج إلى عدة مسامير تثبيت ، وزجاجة بلاستيكية كبيرة ، وغطاء ، وفاصلان ، وقضيب بطول 1 متر وسمك 5 مم ، وحلقتين معدنيتين.
كيف افعلها:
1. لعمل شفرات ، قم بقطع الجزء العلوي من الزجاجة واقطعه من المنتصف بالطول.
2. باستخدام مسامير تثبيت الورق ، اربط نصفي الزجاجة بالغطاء. كن حذرًا عند التعامل مع الأزرار.
3. ألصق الفواصل بالغراء وأدخل القضيب في الغطاء.
4. اربط الحلقات على قاعدة خشبية وضع الدوار في مهب الريح. أدخل القضيب في الحلقات وتحقق من دوران الدوار. بعد اختيار الموضع الأمثل لنصف الزجاجة ، قم بلصقها على الغطاء بغراء مقاوم للماء متين.
صفحة 1
المصادر الرئيسية للطاقة التي يستخدمها الإنسان.
المصدر الرئيسي للطاقة التي يستخدمها autotrophs هو الشمس. من الناحية المجازية ، فإن autotrophs هم المعيلون في المحيط الحيوي: فهم لا يطعمون أنفسهم فحسب ، بل يطعمون أيضًا (بأجسادهم) الآخرين. لذلك ، يطلق عليهم اسم المنتجين. تسمى الكتلة الحيوية التي تم إنشاؤها بواسطتهم الأولية.
المصادر الرئيسية للطاقة في المصافي هي الحرارة والبخار والكهرباء. للحصول على جميع أنواع الطاقة ، يتم استهلاك ما يصل إلى 6٪ من الزيت المعالج ، ويتم حرق نصف هذه الكمية في محطة الطاقة الحرارية ، والآخر - في أفران الأنابيب للوحدات التكنولوجية. في هذا الصدد ، من أهم مشاكل تكرير النفط والغاز زيادة الكفاءة الفنية والاقتصادية لجميع العمليات التكنولوجية.
| خطوط انبعاث بعض أنواع الليزر خطوط انبعاث بعض أنواع الليزر التي يتم امتصاصها في الجو بشكل ضعيف أو معتدل. |
المصدر الرئيسي للطاقة لجميع العمليات في المحيط الحيوي هو الإشعاع الشمسي. يمتص الغلاف الجوي المحيط بالأرض إشعاع الموجة القصيرة من الشمس بشكل ضعيف ، والذي يصل بشكل أساسي إلى سطح الأرض. يمتص الغلاف الجوي بعض الإشعاع الشمسي وينثره. يرجع امتصاص الإشعاع الشمسي الساقط إلى وجود الأوزون وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء والهباء الجوي في الغلاف الجوي.
المصدر الرئيسي للطاقة المخزنة في ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP) هو الجلوكوز. في الخلايا ، يخضع الجلوكوز ، بمساعدة أنظمة الإنزيم ، أولاً لانقسام الأكسجين لجزيئين من حمض اللاكتيك CH3CH (OH) COOH. تتراكم الطاقة المنبعثة أثناء انقسام جزيء جلوكوز واحد أثناء تحلل السكر في جزيئين مكونين حديثًا من ATP. حسب الحاجة ، يتحلل ATP إلى ثنائي فوسفات الأدينوزين (ADP) وحمض الفوسفوريك ، ويطلق حوالي 10 كيلو كالوري من الطاقة الحرارية. يخضع حمض اللاكتيك لمزيد من تحلل الأكسجين في تفاعلات الأكسدة والاختزال المتتالية لثاني أكسيد الكربون والهيدروجين ، والذي بدوره يتأكسد بواسطة الأكسجين الجوي إلى الماء. يتم إنفاق الطاقة المنبعثة في هذه الحالة على تجديد ATP ، أي على إضافة بقايا حمض الفوسفوريك الثالثة إلى ADP. نتيجة للانقسام الكامل لجزيئين من حمض اللاكتيك ، يتم إطلاق طاقة كافية لتخليق 36 جزيء ATP من ADP.
المصدر الرئيسي للطاقة على الأرض هو الشمس.
المصادر الرئيسية للطاقة التي تستهلكها الصناعة هي الوقود الأحفوري ومنتجات معالجته والطاقة المائية والكتلة الحيوية والوقود النووي. يتم استخدام طاقة الرياح والشمس والمد والجزر والطاقة الحرارية الأرضية بدرجة أقل بكثير. تقدر الاحتياطيات العالمية من الأنواع الرئيسية للوقود بـ 1 28-1013 طنًا من الوقود القياسي ، بما في ذلك الفحم الأحفوري 1 12-10 13 طنًا ، النفط 7 4-10 11 طنًا والغاز الطبيعي 6 3-10 11 طنًا من الوقود القياسي .
المصدر الرئيسي للطاقة (الحرارة) في عملية النيترة هو تفاعل النيتروجين ، والذي يعطي ما يصل إلى 96٪ من إجمالي مدخلات الطاقة. الطاقة الكهربائية التي يتم توفيرها أثناء تسخين الفرن هي فقط 2 - 3٪ من إجمالي مدخلات الطاقة.
المصدر الرئيسي للطاقة القادمة إلى الأرض هو الشمس. يتكون الإشعاع الشمسي نتيجة التفاعل المكثف مع المادة في الطبقات العليا من الشمس ويكون في حالة توازن معها. يمكن تمييز الإشعاع الكهرومغناطيسي للشمس بدرجتين حرارة - الطاقة ، التي يحددها قانون ستيفان بولتزمان ، والطيفي ، المحدد من قانون فيينا. بالنسبة لإشعاع التوازن ، تكون درجات الحرارة هذه متساوية. يمكن أن يكون الاختلاف بين درجات حرارة الطاقة ودرجات الحرارة الطيفية بمثابة مؤشر للإشعاع غير المتوازن. مع زيادة المسافة من سطح الشمس ، تنخفض درجة حرارة الطاقة ، بينما تظل درجة الحرارة الطيفية دون تغيير. وبالتالي ، يزيد عدم توازن الإشعاع مع زيادة المسافة من الشمس. لذلك ، مع زيادة المسافة من الشمس ، يتم إنشاء ظروف أكثر ملاءمة لعمليات التنظيم الذاتي التي تحدث في ظروف غير متوازنة. من ناحية أخرى ، يعتمد تعقيد الأنظمة المتكونة على درجة الحرارة. مع زيادة المسافة من الشمس ، تنخفض درجة الحرارة ، لذلك هناك مسافة مثالية يمكن عندها تكوين أنظمة ذات أقصى قدر من التعقيد. يتم تحديد مستوى التنظيم الذاتي للنظام من خلال درجة الانحراف عن حالة التوازن ومستوى التعقيد. في النظام الشمسي ، يتم ملاحظة أفضل مزيج من هذه المعلمات على مسافات تقابل مدار الأرض. وهكذا ، في النظام الشمسي ، يمكن تحقيق أعلى مستوى من التنظيم الذاتي على الأرض.
المصادر الرئيسية للطاقة في الخزانات هي ضغط مياه الحافة والمياه السفلية والغاز وغطاء الغاز ؛ ضغط الغاز المذاب في الزيت لحظة فصل الغاز عن المحلول ؛ جاذبية؛ مرونة التكوين وتشبعه بالزيت والماء والغاز. يمكن أن تعبر هذه القوى عن نفسها بشكل منفصل أو معًا.
المصادر الرئيسية للطاقة في التكوينات هي ضغط ماء الحافة ، وماء القاع ، وغاز غطاء الغاز ، وضغط الغاز المذاب في الزيت في لحظة فصل الغاز عن المحلول ، وقوة الجاذبية ، والمرونة من التكوين وتشبع بالزيت والماء والغاز. يمكن أن تعبر هذه القوى عن نفسها بشكل منفصل أو معًا. وبالتالي ، فإن موارد الطاقة للتكوين الحامل للنفط تتميز بالضغط الموجود فيها. كلما زاد الضغط ، كلما كانت الأشياء الأخرى متساوية ، احتياطيات الطاقة ويمكن استخدام خزان النفط بشكل كامل.
المصدر الرئيسي للطاقة في الصناعة والزراعة وقطاعات الاقتصاد الوطني الأخرى هو الوقود. اعتمادًا على الحالة الفيزيائية ، ينقسم الوقود إلى صلب ، سائل ، غازي.
كانت المصادر الرئيسية للطاقة للبشرية هي القوة العضلية للإنسان وحيوانات الجر ، واستخدمت الأخشاب وروث الحيوانات الأليفة لتدفئة المنازل وإعداد الطعام. ومع ذلك ، كانت نسبة الخشب والفحم مرتفعة ، ولا تزال القوة العضلية للإنسان والحيوان مستخدمة.
إن مصادر الطاقة المستهلكة اليوم لا تنضب بأي حال من الأحوال. في هذا الصدد ، يجدر التفكير بجدية في المكان الذي سنحصل فيه على الطاقة من الغد - في غضون 50 أو 100 عام. الطاقة هي التدفئة والإضاءة والمواصلات. هذه منتجات صناعية وزراعية. سكان العالم آخذون في الازدياد. مئات الملايين من الناس الذين يعانون اليوم من الجوع ويريدون - ولديهم كل الحق في ذلك - للخروج من هذه الحالة. ومع ذلك ، فإن كل هذا لا يتطلب الوقت والجهد والمال فحسب ، بل يتطلب أيضًا قدرًا كافيًا من الطاقة.
نشرت المراجعة الإحصائية للأمم المتحدة تقديرات لموارد الطاقة في العالم. اتضح أنه مع النمو الحالي في الطلب على الطاقة ، سيكون هناك احتياطيات كافية من المعادن ، تقريبًا:
- فحم يصل إلى 2500 ؛
- الزيت حتى 2100 ؛
- الغاز الطبيعي حتى عام 2035.
ومع ذلك ، لا تروي الإحصائيات القصة الكاملة حول موارد المواد الخام. على سبيل المثال ، يعتبر استخراج النفط وتخزينه ونقله أسهل من استخراج ونقل الفحم. بالإضافة إلى ذلك ، هناك درجات مختلفة من الزيت. الزيت من بعض الحقول لا يحتوي على شوائب ضارة يجب إزالتها. النفط من الآخرين - يتطلب تكرير باهظة الثمن. من الأسهل استخراج النفط من الآبار الموجودة في البر الرئيسي ، بينما يعد استخراج النفط من قاع البحر أكثر صعوبة وتكلفة. ولكن في البحر ، في المناطق الساحلية الضحلة نسبيًا ، تم اكتشاف العديد من الرواسب الغنية.
هناك نوعان آخران من الطاقة - الطاقة النووية والطاقة المائية. يرتبط استخدام هذه الأنواع من الطاقة لحل المشكلات الصعبة المتمثلة في تلبية الطلب على الطاقة بمستوى تطور العلوم والتكنولوجيا. موارد الطاقة المائية لا تنضب عمليًا ، ومع ذلك ، فإن كمية الطاقة التي يمكن أن توفرها المياه محدودة بسبب الحواجز التقنية. إذا كان من الممكن استخدام التيارات البحرية لأغراض الطاقة ، فإن حصة الطاقة الكهرومائية في تلبية الطلب على الطاقة ستكون أعلى بكثير.
نفس الشيء هو الحال مع الطاقة النووية. محطات الطاقة النووية من التصميم السابق ، حيث يعمل التحلل الإشعاعي لليورانيوم كمصدر للطاقة ، لن تحل المشكلة ، فقط لأن رواسب اليورانيوم المستكشفة ستستمر حتى منتصف هذا القرن فقط. تظل مشكلة أكثر أهمية في مجال الطاقة النووية ضمان سلامتها للناس والبيئة. لسوء الحظ ، لم يضع المجتمع الدولي بعد اتجاهًا استراتيجيًا واحدًا في تطوير هذه الصناعة المهمة.
هناك مصادر للطاقة تستخدمها البشرية فقط إلى حد ضئيل. هذا ينطبق في المقام الأول على الطاقة الشمسية.
من الشمس ، تتلقى الأرض كمية هائلة منها ، حوالي 170 ألف مرة أعلى من طلبنا. يستقبل متر مربع من الأرض ، تضيئه الشمس ، حوالي كيلوواط واحد من الطاقة. إذا تمت تغطية عدة مئات من الكيلومترات المربعة من الصحراء بمحولات طاقة شمسية فعالة بدرجة كافية ، فسيكون ذلك كافياً لتلبية طلب بلد كبير وعالي التطور.
لا يزال العامل المحدد في استخدام الطاقة الشمسية قضيتين لم يتم حلهما. بادئ ذي بدء ، لا تتدفق هذه الطاقة باستمرار. المشكلة الثانية هي تشتت الطاقة الشمسية. وعلى الرغم من وجود الكثير منها ، إلا أن كمية الطاقة التي يمكن الحصول عليها في الأماكن الفردية صغيرة جدًا بحيث يمكن استخدامها على نطاق واسع. وبالتالي ، من الضروري جمع هذه الطاقة بطريقة ما وجعلها مناسبة للاستخدام المكثف.
في البلدان التي توجد بها مناطق بها عدد كبير من الأيام المشمسة على مدار العام ، ولا سيما في الولايات المتحدة الأمريكية وأستراليا وفرنسا واليابان ، لطالما استخدمت أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية لتلبية الاحتياجات المنزلية العادية. يمكن رؤية لوحات تسخين المياه السوداء الخاصة على أسطح المنازل.
وبالمثل ، تُستخدم الطاقة الشمسية لتشغيل وحدات تكييف الهواء ، والتي يصعب الاستغناء عنها في البلدان الحارة. تعمل هذه الأجهزة التي تعمل بالطاقة الشمسية بشكل جيد للغاية. كلما زادت درجة حرارة الجو بالخارج ، كانت درجة حرارة الغرفة أفضل. لم تعد المواقد التي تعمل بالطاقة الشمسية وأجهزة تحلية المياه المالحة وغيرها من الأجهزة التي تستمد الطاقة من الشمس مجرد خيال ، لكنها لم يتم إنتاجها بكميات كبيرة بعد.
الاتجاه الواعد هو التحويل المباشر للطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية تقليدية. لهذا ، يتم استخدام الخلايا الشمسية. ميزتها الرئيسية هي عدم وجود أجزاء وآليات متحركة في التصميم ، ولا شيء يتدفق فيها ، ولا تحترق ولا تبلى عمليًا. ستكون طريقة مثالية للحصول على طاقة مجانية (بعد كل شيء ، الشمس لا تشحن الكهرباء) في الشكل الأكثر ملاءمة ، إذا ...
إذا كانت الخلايا الشمسية ، أولاً ، أرخص من الآن ، وثانيًا ، إذا كان من الممكن "التقاط" أشعة الشمس على مدار الساعة. فقط في هذه الحالة ، ستعطي "مزارع الخلايا الشمسية" الضخمة التيار في كل من الأيام الملبدة بالغيوم والليل.
إن حل كل هذه المشاكل ، بالطبع ، صعب للغاية ، لكنه ممكن. بفضل التقدم التكنولوجي والإنتاج الصناعي المحسن ، قد تصبح الخلايا الشمسية أرخص ، ولا يلزم تركيب "مزارعها" الضخمة على الأرض. المشاريع التي طرحها بعض العلماء والمهندسين والمتخصصين في هذه القضايا ، على الرغم من أنها تشبه قصص الخيال العلمي ، فمن الممكن تمامًا أن يتم تنفيذها في وقت أبكر مما نعتقد.
وفقًا لأحد هذه المشاريع ، يجب أن يغطي "مجال الخلايا الشمسية" سطح قمر صناعي يقع على ارتفاع حوالي 35 ألف كيلومتر فوق سطح الأرض في المستوى الاستوائي ، ويدور حول الأرض في اتجاه دورانه. خلال 24 ساعة. وهذا يعني أن مثل هذا القمر الصناعي يبدو لنا - يقع بلا حراك فوق الأرض. يمكن أن تبلغ قدرة المحولات الموجودة على القمر الصناعي 3000 إلى 20000 ميغاواط. يمكن إرسال الكهرباء إلى الأرض باستخدام حزمة من الحزم عالية التردد. إن تحويل هذه الطاقة إلى تيار كهربائي صناعي ونقلها هو بالفعل أقل تعقيدًا بكثير.
وفقًا لمشروع آخر قدمه الأكاديمي السوفيتي الحائز على جائزة نوبل ، ن.ن.سيمينوف ، يمكن وضع مثل هذه الحقول الضخمة من البطاريات الشمسية على القمر ، ويمكن إرسال الطاقة الناتجة إلى الأرض باستخدام شعاع الليزر.
اقترحت مجموعة أخرى من المهندسين الروس تحديد مواقع مزارع الرياح على ارتفاع عشرة كيلومترات فوق سطح الأرض ، باستخدام التيارات الهوائية ذات السرعات الثابتة الموجودة على هذا الارتفاع. تم اقتراح رفع محطات توليد الطاقة هذه في الهواء باستخدام بالونات مثبتة على الأرض بكابلات ألياف تركيبية قوية ومرنة.
للوهلة الأولى ، قد تبدو كل هذه المشاريع رائعة بصراحة. لكن تاريخ التكنولوجيا غني بالاختراعات المختلفة ، والتي بدت في البداية مذهلة تمامًا ، ثم من الصعب تنفيذها ، ثم تم تنفيذها على نطاق محدود ، وأخيراً ، وجدت تطبيقًا واسعًا وأصبحت واضحة تمامًا للجميع.
إذا كان سكان أيسلندا ، على نطاق محدود نسبيًا ، يستخدمون الماء الساخن من السخانات لتدفئة شققهم ، فلماذا لا تفكر في استخدام أحواض ضخمة من المياه الساخنة الجوفية لتلبية احتياجات الطاقة ، والتي يتوفر العشرات منها في أقاليم الشرق الأقصى من روسيا.
لكن هل يبدو مثل هذا الجنون ، الذي تم التعبير عنه قبل بضع سنوات ، فكرة ضخ المياه في الأرض إلى عمق كافٍ من أجل إنشاء شيء مثل السخانات الاصطناعية باستخدام درجة الحرارة داخل الأرض؟
يمكن الافتراض بدرجة عالية من التفاؤل أن البشرية سوف تتعامل مع صعوبات الطاقة. إذا لم يكن في غضون عام ، فربما في غضون 10 سنوات أو أكثر ، ربما ، سيتم التحكم في مصادر الطاقة ، والتي يبدو الآن أنه يتعذر الوصول إليها أو يصعب استخدامها. يستند هذا التفاؤل إلى حقيقة أن حضارتنا ببساطة ليس لديها خيار آخر. مشكلة إمدادات الطاقة - يجب على البشرية حلها على أي حال.
يجب أن نتذكر أن الطاقة هي خبز الحضارة. ومثل أي خبز ، لا يجب حمايته وتقديره فحسب ، بل يجب زيادته أيضًا.