انرژی چیست؟ انرژی مفهومی مبهم است که دیده نمی شود و هیچ عنصر مادیی ندارد. تنها می دانیم وجود دارد چون اثرات آن را می بینیم و تنها به خاطر کارهایی که می تواند برای ما انجام دهد، به آن ارزش میدهیم. دانشمندان انرژی را توانایی انجام کار حرکت دادن جسمی در برابر نیروی مقاوم تعریف کرده اند. به سادگی دیده می شود چوب گلف در حال ضربه دارای انرژی است، چون می تواند توپ را روی زمین چمن جابه جا کند. این نوع انرژی – انرژی حرکت دادن اجسام – انرژی جنبشی خوانده می شود.
نوع دیگر انرژی، انرژی پتانسیل است. آب پشت سد نمی تواند حرکت کند، اما مطمئن وقتی آزاد شود، توانایی انجام کار دارد. همه انواع دیگر انرژی – گرمایی، شیمیایی، الکتریکی و هسته ای را می توان صورتهای انرژی جنبشی با پتانسیل در نظر گرفت. جسمی داغ است تنها بدان سبب که اتمهای تشکیل دهنده آن سریع تر از اتمهای یک جسم سرد حرکت می کنند.
نفت منبع انرژی شیمیایی است، چون پیوندهای مولکولی آن انرژی پتانسیل را ذخیره می کنند و انرژی الکتریکی تولید شده توسط مولد، جریان الکترونهای در حال حرکت در درون سیم است. در ادامه به برخی کاربردها و تاریخچه ای از انواع انرژی در این مجله خواهیم پرداخت.
اندازه گیری انرژی
دانشمندان انرژی را با واحدی به نام ژول اندازه می گیرند. یک ژول انرژی بسیار کمی است. یعنی در حدود یک هزارم انرژیی است که از روشن کردن یک کبریت آزاد می شود. بنابراین برای بیان میزان انرژی موجود در انواع سوخت از مضربهای بزرگی مانند: بیلبون، میلیون و غیره استفاده می شود. سوختهای متفاوت اغلب با واحدهای متفاوتی اندازه گیری می شوند.
جیمز وات
وات از نام جیمز وات، مخترع ماشین بخار بر گرفته شده است.
نفت والها را نجات داد
در اواسط قرن نوزدهم، در هر سال به طور متوسط در حدود ۱۵۰۰۰ وال شکار می شد، زیرا روغن موجود در بینی والها را به عنوان سوختی کامل و پاک برای چراغها، شمعها و … به کار می بردند. با اولین چاه های نفت و فراوانی روغنهای معدنی، این گونه جانوری از انقراض نجات پیدا کردند.
میراث انرژی ماچگونه است؟
وابستگی فعلی ما به زغال سنگ، نفت و گاز، میراثی از گذشته است. همچنین، موتورهای بخار که عامل شروع انقلاب صنعتی در قرن هجدهم بودند به منبع نیرویی فشرده و قابل حمل مانند زغال سنگ نیاز داشتند.
علاوه براین، اختراع موتور احتراق داخلی در دهه ۱۸۷۰، نخستین متقاضی سوختهای منابع پرانرژی مانند نفت بود. از آن موقع تاکنون تمام زیر بنای اقتصادی ما بر مبنای این سوختهای فسیلی متنوع و ارزان قرار دارد و امروزه نیروگاهها، اتومبیل ها و حتی سیستمهای گرمایش خانگی، جزئی از این مجموعه فناورانه می باشند.
نیروگاهها
نیروگاههای وابسته به سوختهای فسیلی، قلب جامعه صنعتی هستند. کارامدترین طراحی های گاز طبیعی را می سوزانند و توانایی تبدیل ۵۰ درصد از انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی را دارند.
انرژی گاز در دو مرحله به دست می آید:
اول گاز با هوای فشرده مخلوط شده و در محفظه احتراق می سوزد. گازهای خروجی منبسط شده به داخل مجموعه ای از پره های چرخان توربین که مولد الکتریکی بزرگی را به گردش در می آورد رانده می شود. در وحله بعدی این گازهای خروجی که هنوز گرم هستند، به دیگ بخار حاوی لوله های آب وارد شده و آب را به بخار تبدیل می کنند. بخار منبسط شده مجموعه دیگری از توربین های متصل به مولد را به حرکت در می آورد. الکتریسیته تولید شده به شبکه سراسری ولتاژ قوی فرستاده می شود.
نیروگاه خورشیدی چیست؟
- این نیروگاه انرژی خورشیدی در بارستو کالیفرنیا از طرح مدوری متشکل از ۱۸۰۰ آینه ۷۶۷ متر تشکیل شده است.
- آینه ها نور خورشید را بر روی جمع کننده ای مرکزی متمرکز می کنند و دمای آن را تا ۵۱۰ درجه سانتیگراد بالا می برند.
انرژی خورشیدی
بسیاری از دانشمندان بر این باورند که انرژی خورشیدی در دراز مدت به مهم ترین فناوری تجدیدپذیر تبدیل خواهد شد. یکی از دلایل آن حضور دائمی و فراگیر انرژی خورشیدی می باشد.
مزیت انرژی خورشیدی
بر خلاف انرژی های باد، موج و جزر و مد که تنها در مکان های بخصوصی قابل بهره برداری هستند، نورخورشید همه جا وجود دارد. همچنین از این انرژی حتی می توان در نواحی معتدل همواره ابری نیز استفاده نمود.
نقشه انرژی چیست؟
این نقشه رنگی کره زمین نشان دهنده چگونگی تمرکز استفاده از الکتریسیته برای روشنایی در شب در نواحی صنعتی است (زرد). نواحی قرمز رنگ نقشه مربوط به شعله های نفت است.
گرفتن انرژی از آب
انرژی آبی یکی از قدیمی ترین و توسعه یافته ترین فناوریهای انرژی تجدید پذیر است. سه هزار سال پیش چرخهای آبی به عنوان اولین جایگزی انرژی ماهیچه ای برای به حرکت درآوردن آسیا برای آسیا کردن غلات به حرکت در آوردن آب در سیستم های آبیاری در اختیار مردم قرار گرفت این وسایل چوبی پر سر و صدا که مستقل از هم در بخشهای مختلف خاو دور و نزدیک توسعه یافتند، نیاز تأسیسات برقی آبی پیشرفته امروزی اند که ۱۹ درصد الکتریسیته جهان را با بازده عملیاتی تا ۹۰ درص تولید می کنند.
سد کارون
سد کارون با ۲۰۵ متر ارتفاع بر روی رود کارون در استان خوزستان قرار دارد. سد، انرژی پتانسیل آب ذخیره شده را به ۲۰۰۰ مگاوات انرژی الکتریکی تبدیل می کند.
تغییر بادها
تغییرات آب و هوا در اثر مصرف سوختهای فسیلی باعث دگرگونی در الگوهای آب و هوای جهان شده است. همچنین، افزایش انرژی گرمای محبوس در اتمسفر طی سالهای آینده و احتمالا باعث افزایش تندبادهای استوایی سهمگین و افزایش خطر سیل و طغیان خواهد شد.
هر بار که سوختهای فسیلی در اتومبیلها و نیروگاهها سوزانده می شوند گاز کربن دی اکسید به عنوان آلاینده آزاد می شود. این گاز به طور طبیعی در جو وجود دارد و همچون پوششی باعث حبس شدن گرمای خورشید و در نتیجه گرم شدن سطح زمین می شود. در حقیقت بدون این اثر گلخانه ای، سیاره ما منجمد می شد.
دیوار ترومب (Trombe Wall)
دیوار ترومب: با تغییرات ساده در طراحی ساختمان می توان انرژی مصرفی برای گرمایش خانگی را کاهش داد.
دیوار ترومب، دیواری با مصالح جاذب گرما و با فضای شامل هوا از دیوار شیشه ای است که به نام مخترع آن فلیکس ترومپ نامگذاری شده است،که از انرژی خورشیدی به بهترین شکل استفاده می کند و درشکل زیر نشان داده شده است. حتی در طراحی، شبیه سازی و بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمان با دیزاین بیلدر میتوانید از این نوع دیوار ها نیز استفاده کنید.
نماسازی خانه
- تقریبا ۳۲ درصد انرژی تولیدی در جهان پیشرفته صرف حمل و نقل می گردد.
- ۲۵ درصد برای صنعت و بیش از ۴۰ درصد برای خانه ها و اداره ها به کار می رود.
- اکثر انرژی خانگی برای گرم کردن آب و فضای خانه صرف می شود و تعجب آور نیست که بعضی از بزرگ ترین موارد صرفه جویی در مصرف انرژی در این بخش حاصل شده است. تحقیق در سوئد و کانادا، خانه های سوپر ایزوله را در اختیار ما میگذارد، خانه هایی با روشهای ساخت ابتکاری که اتلاف انرژی را به حداقل می رسانند.
- در دیوارها لایه ای ۲۰ سانتیمتری پشم معدنی عایق را بین دو لایه بتن سبک جای می دهند.
- پنجره ها از شیشه های سه جداره ساخته شده اند
- سیستم تهویه کنترل شده و هوای خروجی را برای گرم کردن اولیه هوای تازه ورودی به کار می برد
- بنابر این ۷۰ درصد گرمای هوای مانده حفظ می گردد.
این ساختمان که درزیر مشاهده می شود، معماری چشمگیر را با افزایش بازده انرژی همراه کرده است. سطح شیشه ای بزرگ، اثر گرمایش خورشیدی را به حداکثر می رساند.
انرژی برق آبی
تولید انرژی برق آبی، توانایی توسعه نیافته عظیمی دارد.
در حال حاضر، استفاده از انرژی برق آبی در سطح جهان در حال افزایش است، اما سرعت آن آهسته و فقط ۵ درصد در سال است. کار بر روی این گزینه با توجه به نگرانی های مربوط به عملکرد و کارآیی اقتصادی و تأثیرات زیست محیطی حاصل از ساخت منابع ذخیره و سدهای عظیم، به کندی پیش می رود.
انرژی گرمایی چیست؟
اقیانوس دریا گردآورنده عظیم انرژی خورشید است.
دستگاهی موسوم به مبدل انرژی گرمایی اقیانوس می تواند با استفاده از اختلاف دما، مانند یک یخچال معکوس برای تولید الکتریسیته عمل کند. نمونه های اولیه این دستگاه از واحد شناوری، که از سازوکار یخچال همراه با مبدل استفاده می کند، تشکیل شده است.
زباله طلایی چیست؟
مدفوع طیور نوعی زباله خشک است که سوختی عالی تولید می کند. نیروگاهی در بریتانیا به این طریق هر ۱۲ مگاوات انرژی تولید می کند.
انرژی حاصل از درون زمین
هزاران کیلومتر زیر پای ما، انرژی آزاد شده توسط واپاشی طبیعی عناصر رادیو اکتیو، دمای داخلی سیاره ما را همواره در حدود ۷۰۰۰ درجه سانتیگراد نگاه می دارد.
در فوران کیلائو، یکی از فعال ترین آتشفشانهای دنیا که در هاواییه است، انرژی در اعماق زیاد زیر پوسته زمین آزاد می گردد.
در آینده ای نه چندان دور، نیازهای انرژی ما با ترکیبی از سوختهای فسیلی متداول و انرژی های تجدیدپذیر تأمین خواهد شد.
این پمپ بنزین در غرب لندن، صفحات فوتوولتایی را برای تبدیل نور خورشید به الکتریسیته به کار می برد. سپس الکتریسیته تولید شده، انرژی لازم برای پمپ های بنزین و روشنایی را تأمین می کند.
هزاران سال است که انسانها از چوب و دیگر مواد با منشأ بیولوژیکی (بیوماس) به عنوان سوخت استفاده می کنند و همچنان بیش از ۸۵ درصد انرژی مصرفی کشورهایی مانند کنیا و تپال از این طریق تأمین می شود.
بیوماس (Biomass) یا سوختهای زیستی در حدود 3.6 درصد و یا مقداری بیشتر از این در سال های اخیر از انرژی مصرفی آمریکا را تأمین می نمایند.
بعضی از محصولات مانند درخت بید بیشه زار و میسکانتاس (یک نوع نی شبیه چمن) فقط برای محتوای انرژیشان کاشته می شوند. علت استفاده از این گیاهان این است که به سرعت رشد کرده و با تجهیزات اصلاح شده زراعی می توان آنها را برداشت نمود. مزیت دیگر این گیاهان این است که در زمینهای زراعی مازاد نیز رشد می کنند.
