انرژی گرمایی زمین

انرژی زمین گرمایی چیست ؟ » در هر جایی از سطح زمین که باشید ، اگر دو هزار متر زمین را حفر کنید ، به ناحیه ای می رسید که سنگ های آن داغ است . همه ی بخش های درونی زمین بیش از اندازه داغ است . مقدار انرژی گرمایی ذخیره شده در عمق کرده ی زمین چنان زیاد است که برای ما قابل تصور نیست . انرژی گرمایی زمین نوعی از انرژی است که از درون زمین به دست می آید و تجدیدپذیر ( نوشدنی ) و پاکیزه است .

سرچشمه ی انرژی زمین گرمایی

انرژی گرمایی زمین از سنگ های داغ ، آب و بخار آب داغ زیر زمین به دست می آید . هم اکنون ما از سرچشمه های انرژی گرمایی نزدیک به سطح زمین استفاده می کنیم . این مناطق در محدوده ی آتشفشان های فعال جهان مثل زلاندنو ، ایسلند و بخش غربی ایالات متحده ی آمریکا واقع شده اند . ما از انرژی گرمایی زمین به دو روش بهره برداری می کنیم : استفاده ی مستقیم و تولید الکتریسیته .

استفاده مستقیم از انرژی زمین گرمایی

منظور از استفاده ی مستقیم ، بهره برداری از آب های داغ زیر زمینی و چشمه های آب گرم سطح زمین است . یکی از معمول ترین کاربرد های چشمه های آب گرم ، فراهم کردن انرژی گرمایی خانه هاست . برای این کار آب داغ از راه لوله کشی در رادیاتور های وسایل گرمایی خانه ها جریان پیدا می کند . گرمای یک شهر کوچک را می توان با استفاده از شبکه ی لوله های آب چشمه های آب گرم فراهم کرد که در آن ها جریان دارد . هم چنین از راه تلمبه کردن مستقیم آب های داغ زیر زمینی به گلخانه ها ، می توان انواع گیاهان را در فصل سرما پرورش داد و آب حوضچه های پرورش ماهی را گرم کرد . در ایالات متحده ی آمریکا برای آب کردن یخ سطح بعضی از پیاده رو ها ، زیر آن را لوله کشی می کنند و آب داغ حاصل از انرژی گرمایی زمین در آن ها جریان پیدا می کند . پس از استفاده از این آب ، دوباره آن را به درون زمین تلمبه می کنند تا سطح سرچشمه ی آب های زیر زمینی را بالا نگه دارند . 

تولید الکتریسیته از انرژی زمین گرمایی

آب های زیر زمینی در اثر تماس با شن های داغ بسیار گرم می شوند و دمای آب حتی از دمای جوشش نیز بیش تر می شود و بخار آب با فشار خیلی زیادی تبدیل می شود . سپس این بخار آب را از راه لوله ها به توربین ها می رسانند تا مولد های الکتریسیته را به کار اندازند . پس از آن این بخار آب متراکم می شود ، به صورت مایع در می آید و دوباره به عمق زمین تلمبه می شود .

تلمبه های حرارتی زمین گرمایی

در بیش تر مناطق کره ی زمین ، مقدار دمای پوسته ، در عمق چند متری زمین در تمام سال یکنواخت است ( بین 10 تا 16 درجه ی سانتی گراد ) و تغییر دمای هوای بیرون از زمین ، تأثیری بر آن ندارد . در زمستان ، از این انرژِی گرمایی زمین می توان برای گرم کردن خانه ها استفاده کرد . در تابستان نیز از همین انرژی گرمایی زمین برای خنک نگه داشتن خانه ها استفاده می کنند . این فناوری را تلمبه ی حرارتی زمین گرمایی می نامند.

آینده ی انرژی زمین گرمایی

پژوهش های زیادی انجام می شود تا هزینه های استفاده از انرژی زمین گرمایی کاهش پیدا کند و دانشمندان برای بهره برداری از این انرژی ، در حال یافتن نقاطی هستند که در محدوده ی فعالیت های آتشفشانی قرار ندارند . برای این کار چاه هایی به عمق 5 کیلومتر ( 5000 متر ) حفر می کنند و آب را به عمق زمین تلمبه می کنند تا انرژی حرارتی به دست آورند . 

نمایی از یک نیروگاه انرژی زمین گرمایی ( گرمایی زمین یا ژئوترمال )

نظر شما در مورد انرژی زمین گرمایی چیست ؟ در بخش نظرات منتظریم !

با فیزیک برای زندگی همراه باشید ...

انرژی باد

انرژی باد چیست » خورشید سرچشمه ی انرژی باد است . انرژی گرمایی خورشید ، مناطق گرمسیر را بسیار بیش تر از مناطق قطبی گرم می کند . در این صورت جریان هوایی پدید می آید تا این گرما به طور یک دست در تمام جاهای کره ی زمین پخش می شود . در اثر این جا به جایی جریان هوا ، باد به وجود می آید . ما می توانیم از این انرژی باد برای راه اندازی دستگاه ها و تولید الکتریسیته استفاده کنیم .

مهار کردن انرژی باد

باد همان جریان هوای متحرک است و هوای متحرک نیز دارای انرژی حرکتی است . بنابراین آسیاب های بادی و توربین های بادی می توانند انرژی حرکتی باد را مهار کنند و آن را به کار گیرند . بشر صد ها سال پیش آسیاب های بادی ساخت تا برای آرد کردن گندم و کشیدن آب از چاه ها از انرژی باد استفاده کند . آسیاب های بادی را از یک چرخ پره دار ساده می سازند که پره ها بر اثر وزش باد به چرخش در می آیند . اما این نوع آسیاب ها در مهار کردن انرژی حرکتی باد چندان کارآمد نیستند . توربین های بادی دارای یک استوانه ی گردان است که در اثر باد به چرخش در می آید . توربین بادی انرژی حرکتی باد را به انرژی حرکتی چرخشی پره های توربین تبدیل می کند . بعد انرژی حرکتی توربین هم به یک مولد برق ( ژنراتور ) منتقل می شود و نیروی الکتریسیته را تولید می کند .

ساختار توربین بادی

بیش تر توربین های بادی یک استوانه ی گردان با سه پره دارند . این توربین ها را روی پایه ی فولادی بلندی نصب می کنند و به نام توربین بادی با محور افقی نیز معروفند . این توربین ها که در بالای یک برج بلند نصب می شوند ، بر اثر باد های منظم به چرخش در می آیند و باد های نامنظمی که نزدیک سطح زمین می وزند ، نمی توانند آن ها را بچرخانند . هر کدام از پره های توربین بادی مانند بال هواپیما کار می کنند . وقتی باد روی پره ها می وزد ، اختلاف فشاری که در سطح پایینی و بالایی پره به وجود می آید و استوانه ی گردان توربین بادی می چرخد . پره ها کمی حالت تاب خوردگی دارند زیرا لبه های پره ها در مقایسه با قاعده ی آن ها با سرعت بیش تری حرکت می کنند . پره ی گردان به یک جعبه دنده متصل است که بین توربین و مولد برق ( ژنراتور ) قرار دارد . در اثر چرخش محور جعبه ی دنده ، مولد برق نیز به حرکت در می آید و نیروی الکتریسیته تولید می شود . پره و مولد برق روی یک بخش گردان نصب می شوند که با دستگاه های الکترونیکی تنظیم می شود تا پره های توربین همیشه در برابر وزش باد قرار گیرند .

در بزرگ ترین توربین های بادی ، قطر پره ی چرخان به 66 متر می رسد . اگر سرعت باد زیاد باشد ، این توربین ها می توانند 1/5 مگاوات الکتریسیته تولید کنند و این مقدار الکتریسیته می تواند برق مصرفی 500 خانه را فراهم کند .

مزرعه های بادی

برای تولید مقدار زیاد الکتریسیته ، شمار زیادی توربین بادی در یک ناحیه نصب می شوند که به آن مزرعه ی بادی می گویند . میانگین تولید الکتریسیته ی یک مزرعه ی بادی حدود 200 مگاوات است که برابر نیروی الکتریسیته ی تولید شده در یک نیروگاه کوچک با سوخت زغال سنگ است . جاهایی که در آن ها همواره باد می وزد و سرعت باد نیز زیاد است ، برای مزرعه ی بادی مناسبند . ساحل دریا از جمله جاهای مناسب برای ساخت مزرعه ی بادی است .

انرژی بادی در اندازه کوچک

توربین های بادی در جاهایی که شبکه ی توزیع برق نیست ، بسیار مناسب است . این توربین ها یا مستقیم برق تولید می کنند ، یا باتری ها را پر می کنند . در بیش تر موارد این توربین ها را به مولد های دیزلی متصل می کنند و وقتی باد نمی وزد ، این مولد های دیزلی به طور خودکار روشن می شوند .

نمایی از یک مزرعه بادی - انرژی باد یه منبع انرژی سبز (پاک) به شمار می آید

مزرعه های بادی از یک دسته توربین تشکیل شده اند که به صورت یک صف طولانی در کنار هم قرار دارند و به اندازه ی یک نیروگاه کوچک الکتریسیته تولید می کنند . 

نظر شما در مورد انرژی بادی چیست ؟ در بخش نظرات منتظریم !

با فیزیک برای زندگی همراه باشید ...

همجوشی هسته ای چیست

همجوشی هسته ای » فرایند همجوشی هسته ای ( Nuclear fusion ) دقیقاً عکس فرایند شکافت هسته ای است . در این فرایند ، هسته ی اتم ها به یکدیگر جوش می خورند و مقدار بسیار زیادی انرژی آزاد می کنند . همجوشی هسته ای علاوه بر آن که آلاینده و خطری ندارد ، منبع بزرگی از انرژی پایان ناپذیری است که می تواند انرژی جهان آینده را فراهم کند . اما پیش از آن که بتوانیم از انرژی همجوشی هسته ای بهره برداری کنیم ، باید به مشکلاتی که بر سر راه پژوهشگران وجود دارد ، چیره شویم .

جوش خوردن هسته ی اتم ها

در واکنش همجوشی هسته ای ، دو هسته ی سبک به هم دیگر جوش می خورند و هسته ای بزرگ تر و سنگین تر را به وجود می آورند . در فرایند همجوشی هسته ای ، جرم فراورده ها اندکی از کل جرم هسته ی اتم هایی که با یکدیگر برخورد می کنند و به هم جوش می خورند ، کم تر است که همین مقدار جرم ناچیز از دست رفته ، به انرژی بسیار زیادی تبدیل می شود . برای آن که واکنش همجوشی هسته ای انجام شود ، الکترون ها باید از هسته ی اتم هایی که به هم جوش می خورند ، جدا شود . این ماده ی بدست آمده را پلاسما می نامند که از هسته ها و الکترون ها تشکیل شده است . سپس هسته ی اتم ها باید با سرعت بسیار زیادی با یکدیگر برخورد کنند تا به هم جوش بخورند . اما برای آن که هسته ی اتم ها به چنین سرعتی برسند ، باید دمایشان را به 100 میلیون درجه ی سانتی گراد رساند . این دما حتی از دمای مرکز خورشید هم بیش تر است و دستیابی به آن بسیار دشوار است.

پژوهش های همجوشی هسته ای

دانشمندان فرایند همجوشی هسته ای را به دو روش در آزمایشگاه انجام می دهند . در روش اول عنصر سوختی را با پرتوی لیزر قدرتمندی هدف قرار می دهند که با این کار در مرکز آن فشار و دمای بسیار زیادی پدید می آید که کم تر از یک ثانیه دوام دارد .

در روش دوم ، فرایند همجوشی هسته ای در یک اتاقک دونات شکل ( مانند شیرینی تو خالی ) به نام توکاماک انجام می شود . مقدار کمی از عنصر سوختی را که به حالت گاز است ، به این اتاقک وارد می کنند و سپس نیروی الکتریسیته بسیار قدرتمندی از درون آن می گذرد و سوخت را به قدری داغ می کند که به پلاسما تبدیل شود . اگر پلاسما با دیواره ی اتاقک مغناطیسی برخوردکند ، خودش سرد می شود ولی دیواره ی اتاقک را ذوب می کند . بنابراین از میدان های مغناطیسی قوی استفاده می کنند تا پلاسما به دیواره ی اتاقک مغناطیسی برخورد نکند  . با این که فرایند همجوشی هسته ای در توکاماک به طور آزمایشی انجام شده است ، اما انرژی مصرف شده برای حرارت دادن پلاسما و ایجاد میدان مغناطیسی ، از انرژی تولید شده در آن بیش تر است .

برتری های همجوشی هسته ای

اگر ساخت راکتور های همجوشی هسته ای در آینده واقعیت پیدا کند ، آن گاه برای راه اندازی آن ها به دو نوع اتم هیدروژن ( دوتریوم و تریتیم ) به عنوان سوخت این راکتور نیازمندیم . این دو نوع اتم در طبیعت یافت نمی شوند ، بلکه باید آن ها را از واکنش بین هسته های هیدروژن و لیتیم به دست آورد . اتم های هیدروژن و لیتیم نیز در طبیعت فراوانند . بزرگ ترین برتری استفاده از فرایند همجوشی هسته ای به جای شکافت هسته ای در تولید انرژی هسته ای این است که پس مانده های رادیو اکتیو تولید نمی شوند و به همین دلیل هم خطر ساز نیست .

خلاصه واکنش همجوشی هسته ای

از انواع دیگر اتم هیدروژن ، دوتریوم و تریتیوم هستند که به ترتیب دارای یک و دو نوترون اند . برای انجام یک واکنش همجوشی باید دو اتم واکنش همجوشی هسته ای ( یک اتم دوتریوم و یک اتم تریتیم ) با سرعت زیاد به یکدیگر برخورد کنند . در اثر این برخورد ، اتم ها با هم دیگر ترکیب می شوند و یک هسته ی هلیوم ، یک نوترون و مقدار زیادی انرژی به دست می آید . 

خورشید ، فرمانروای منظومه ی شمسی

در اثر همجوشی هسته ای که در مرکز خورشید روی می دهد ، انرژی گرمایی و نوری زیادی آزاد می شود . 

نظر شما در مورد همجوشی هسته ای چیست ؟

با فیزیک برای زندگی همراه باشید ...

مشکلات سوخت فسیلی

مشکلات سوخت های فسیلی » سوخت های فسیلی از انرژی های تجدیدناپذیر ( نو نشدنی یا تمام شدنی ) هستند . اگر روند مصرف سوخت های فسیلی با سرعت کنونی ادامه پیدا کند ، ذخیره های نفت و گاز به ترتیب در 50 و 75 سال آینده و ذخیره ی زغال سنگ تا 250 سال دیگر به پایان می رسد . از طرف دیگر ادامه ی مصرف سوخت های فسیلی موجب آلودگی هوا ، گرم شدن زمین و دیگر مشکلات زیست محیطی می شود . بیش تر خسارت های زیست محیطی از آلاینده هایی به وجود می آید که نیروگاه ها و وسایل نقلیه ی موتوردار وارد هوا می شود .

اسید موجود در هوا

در اثر سوزاندن زغال سنگ و پالایش نفت خام برای تولید فراورده های نفتی ، عنصر هایی مانند گوگرد و نیتروژن در هوا آزاد می شوند . حذف کامل این عنصر ها بسیار دشوار است . وقتی سوخت های فسیلی را می سوزانیم ، گوگرد و نیتروژن با اکسیژن هوا ترکیب می شوند و دی اکسید گوگرد و دی اکسید ازت می سازند . قطره های ریز آب موجود در جوّ که ابر ها را تشکیل می دهند ، این گاز ها را در خود حل می کنند و باران هایی پدید می آورند که خاصیت اسیدی دارند . وقتی باران اسیدی می بارد ، کم کم خاک سطح زمین و منابع آب های زیرزمینی و رودخانه ها و دریاچه ها آلوده به مواد اسیدی می شوند و در نتیجه درختان از بین می روند و زندگی آبزیان به خطر می افتد .

ذره های ریز آلاینده

ذره های ریز آلاینده به ذره های بسیار کوچک مواد جامد موجود در هوا می گویند که قطر آن ها کم تر از یک دهم میلی متر است . در اثر سوزاندن سوخت های فسیلی ، این ذره ها به صورت دود در هوا پراکنده می شوند ، به وبژه زمانی که اکسیژن هوا کم باشد و سوخت به طور کامل نسوزد ( سوختن ناقص ) . این ذره های ریز جامد علاوه بر آلوده کردن محیط زیست ، کسانی را که مبتلا به تنگی نفس و دیگر بیماری های تنفسی هستند را دچار مشکلات شدید می کند .

دی اکسید کربن و گرمایش جهانی

جوّ زمین گرمای خورشید را جذب می کند زیرا به آن اجازه ی ورود می دهد ، ولی مانع گریز آن می شود . این عمل جوّ اثر گلخانه ای نام دارد و موجب افزایش دمای کره ی زمین می شود . یکی از مهم ترین گاز های پدید آورنده ی اثر گلخانه ای ، گاز کربن دی اکسید (co₂) است . این گاز در اثر سوزاندن سوخت های فسیلی به وجود می آید و مقدار آن در جوّ زمین پیوسته در حال افزایش است . بسیاری از دانشمندان نگران افزایش گاز های گلخانه ای در جوّ زمین هستند . میانگین دمای جوّ زمین در قرن بیستم ، نیم درجه ی سانتی گراد افزایش پیدا کرده است و این افزایش در قرن بیست و یکم به سه درجه ی سانتی گراد می رسد . بنابراین افزایش دمای کره ی زمین که پدیده ی گرمایش جهانی نام دارد ، می تواند تغییرات شدیدی را در وضعیت آب و هوایی کره ی زمین به وجود آورد .

کاهش آلودگی هوا

از راه زدودن مواد شیمیایی موجود در سوخت های فسیلی ( چه در مرحله ی تولید و چه هنگام مصرف کردن آن ها ) که عامل اصلی بارش باران های اسیدی و پدیده ی گرمایش جهانی هستند ، می توان از افزایش این پدیده های ویرانگر جلوگیری کرد . بخش زیادی از گوگرد موجود در گازوئیل در پالایشگاه زدوده می شود تا این نوع سوخت ها با کم ترین مقدار گوگرد تولید شوند ، این کار از بارش باران های اسیدی بیش تر ، جلوگیری می کند . امروزه خودرو ها از وسیله ای به نام مبدّل کاتالیزوری استفاده می کنند که در اگزوز نصب می شود . کار این وسیله تغییر دادن مواد شیمیایی آلاینده به مواد شیمیایی غیر آلاینده است ( مثلاً دی اکسید نیتروژن به نیتروژن و اکسیژن تجزیه می شود ) . هم چنین در اثر فعالیت نیروگاه ها ، گاز سمی دی اکسید گوگرد ، در هوا پخش می شود که با استفاده از وسیله ای به نام صافی هوا می توان از ورود آن به جوّ زمین جلوگیری کرد . در آینده از صافی های ویژه ی جذب کربن دی اکسید نیز استفاده می شود تا از ورود آن به هوا جلوگیری کنند.

یک شهر آلوده
در این تصویر لایه ای از غبار و دود را بر فراز یک شهر می بینید که در اثر پخش ذره های جامد معلق در هوا پدید آمده است .

با فیزیک برای زندگی همراه باشید

سوخت های فسیلی

سوخت های فسیلی » در آغاز قرن بیست و یکم ، همه ی انرژی مصرفی انسان از سوخت های فسیلی ( نفت ، زغال سنگ و گاز ) فراهم می شد ) در کشور های پیشرفته ی اقتصادی ، حدود هفتاد درصد الکتریسیته از راه سوزاندن سوخت های فسیلی به دست می آید ! همه ی خودرو ها ، کامیون ها و اتوبوس ها از سوخت هایی استفاده می کنند که از سوخت های فسیلی به دست می آیند .

تشکیل سوخت های فسیلی

زغال سنگ ماده ی جامدی است که از باقی مانده ی گیاهانی تشکیل شده است که میلیون ها سال پیش در مرداب های پوشیده از جنگل ها می روییدند . زغال سنگ به صورت لایه هایی است که بخش های بالایی و پایینی آن را لایه هایی از سنگ پوشانده اند . این لایه ها به نام رگه های زغال سنگ معروفند .

نفت و گاز از باقی مانده ی جانداران و گیاهانی تشکیل شده اند که میلیون ها سال پیش زیر بستر دریا ها دفن شده اند و روی شان را گل و لای پوشانده است . نفت و گاز پس از تشکیل در عمق زمین ، در اثر فشار از راه روزنه ها و شکاف های سنگ های متخلخل ( سنگ هایی که روزنه های کوچکی دارند ) به بالا روان می شوند ، اما سرانجام پس از رسیدن به ناحیه ای از سنگ های نفوذناپذیر ( سنگ هایی بدون روزنه ) به دام می افتند و از حرکت باز می مانند و مخزن های نفت و گاز را تشکیل می دهند .

جست و جوی سوخت های فسیلی

زمین شناسان با بررسی نوع ساختار سنگ های عمق زمین می توانند جای ذخیره ی سوخت های فسیلی را شناسایی کنند . آن ها با استفاده از تجربه هایشان می دانند که در کدام سنگ ها احتمال دارد زغال سنگ و نفت و گاز وجود داشته باشد . زمین شناسان برای کشف منبع سوخت های فسیلی از ابزار های گوناگونی استفاده می کنند . آن ها با بررسی و نقشه برداری از سنگ های سطح زمین و هم چنین با استفاده از روش لرزه نگاری ( فرستادن امواج حاصل از یک انفجار به عمق زمین و بررسی نوسان های موج هایی که از لایه های گوناگون سنگ ها باز می گردند . ) و با بررسی تغییر های کوچک میدان مغناطیسی زمین ، به جست و جوی خود ادامه می دهند . اگر در لایه هایی از سنگ ها نشانه هایی از سوخت های فسیلی یافت می شود ، در آن صورت سوراخی در زمین حفر می کنند تا به آن لایه ها دسترسی پیدا کنند . اگر مقدار ذخیره ی سوخت زیاد باشد ، عملیات حفر معدن یا ساخت سکوی نفت و گاز آغاز می شود . 

پالایش نفت خام

نفتی که از اعماق زمین استخراج می شود ، نفت خام نام دارد . نفت خام از مواد شیمیایی گوناگونی به نام هیدروکربن تشکیل شده است . هیدروکربن ها ترکیب هایی هستند که از عنصر های هیدروژن و کربن ساخته می شوند . هیدروکربن های موجود در نفت خام در پالایشگاه از یکدیگر جدا می شود . گاز های بوتان و پروپان ، بنزین ، سوخت دیزل ، نفت سفید و نفت کوره از انواع سوخت هایی هستند که از پالایش نفت خام در پالایشگاه به دست می آیند . مولکول های هیدروکربن مایع سنگین نیز طی فرایندی به نام کراکینگ ( مولکول شکنی : یعنی فرایند تبدیل مولکول های بزرگ تر به مولکول های کوچک تر ) شکسته می شوند تا بنزین یا گازوئیل بیش تری تولید شود .

انرژی حاصل از سوخت های فسیلی

با سوزاندن سوخت های فسیلی می توان انرژی شیمیایی ذخیره شده در آن ها را آزاد کرد . در این صورت انرژی به صورت گرما آزاد می شود . سوختن ، نوعی واکنش شیمیایی است که بین سوخت و اکسیژن هوا روی می دهد . از این واکنش بخار آب ، گاز کربن دی اکسید و گرما به دست می آید . اگر سوخت های مایع و جامد به قطره های ریز یا ذره های بسیار کوچک تبدیل و با اکسیژن مخلوط شوند . بسیار تند تر می سوزند.

پلمبه سنگ ( شیل ) نفتی

پلمبه سنگ ( شیل ) نفتی به نوعی از سنگ های رسوبی دانه ریز می گویند که دارای مواد آلی ( بقایای گیاهان و جانوران مرده ) هستند . اگر این مواد را حرارت دهند ، به ماده ای شبیه نفت تبدیل می شود . هرچند فرایند بهره برداری از شیل نفتی ( کندن چاه ، خرد کردن سنگ ها ، جا به جا کردن ، حرارت دادن و دور ریختن مواد اضافی ) انرژی بسیار زیادی نیز نیاز دارد ، اما در آینده سوخت حاصل از استخراج پلمبه سنگ های نفتی می تواند منبع انرژِی مهمی به شمار آید .

یک پالایشگاه نفت
در پالایشگاه های نفت ، نفت خام در فرایند های پالایش نفت خام به انواع فراورده ها مثل بنزین تبدیل می شود.

با فیزیک برای زندگی همراه باشید ...

توجه بیشتر به انرژی !

موضوع انرژی در زندگی روزمرهٔ ما جایگاه ویژه ای دارد و در زمینه های مختلفی مطرح می شود. چگونگی تولید و مصرف انرژی، ملاحظات اقتصادی، اجتماعی، سیاسی، زیست محیطی و … انرژی اهمیت زیادی دارد. 

با توجه به اهمیت انرژی در فیزیک و همچنین زندگی روزمره ی ما و با توجه با درخواست های مکرر شما کاربران وبسایت فیزیک برای زندگی از این پس کمی بیشتر به مبحث انرژی توجه و پرداخته و سپس به مباحث دیگر فیزیک نیز وارد می شویم .

همراه و در کنار شما | گروه علمی وبسایت فیزیک برای زندگی

نیاز بشر به انرژی

به گفته ی دانشمندان ، بدون انرژی هیچ اتفاقی روی نمی دهد . اما انرژی چیست ؟ منبع تولید آن چیست و چگونه از آن استفاده می کنیم ، جهان امروز به مقدار زیادی انرژی نیاز دارد و تامین این انرژی بدون آن که آسیبی به محیط زیست وارد شود ، یکی از مهم ترین مشکلاتی است که با آن رو به رو هستیم .

نیاز ما به انرژی

به کار هایی که در یک روز معمولی انجام میدهید ، خوب فکر کنید . از همان اول صبح که لامپ یا رادیو و تلویزیون را روشن می کنید تا گرم کردن آب برای حمام و سرد کردن یخچال ، به انرژی نیاز دارید . وقتی با خودرو به مدرسه یا محل کار می رویم ، انرژی مصرف می کنیم . هنگام استفاده از رایانه و تلفن همراه نیز انرژی مصرف می کنیم . در کارخانه ها هم برای به عمل آوردن مواد خام و تولید فراورده های گوناگونی که در زندگی روزمره به آن ها نیاز داریم و همچنین در فرایند های صنعتی مثل استخراج و ذوب فلز ها ، مقدار زیادی انرژی مصرف می شود .

انرژی در گذشته

هزاران سال است که مردم از انرژی استفاده می کنند . در آغاز از انرژی فقط برای پخت و پز و گرم کردن استفاده می کردند . اما بعد ها برای پخت ظرف های سفالی و استخراج و ذوب فلز ها برای ساخت ابزار و سلاح های جنگی ، نیاز به انرژی بیش تر شد . بخش زیادی از این انرژی با سوزاندن هیزم ، گیاهان و روغن های حیوانی فراهم می کردند . مردم از حدود دو حزار سال پیش ، برای راه اندازی آسیاب ها ( برای آرد کردن غلات ) ، انرژی آب های جاری و باد به کار می گرفتند .

با آغاز دوران انقلاب صنعتی ، نیاز به انرژی به شدت افزایش یافت . در این دوران گرمای مورد نیاز ماشین های بخار از راه سوزاندن زغال سنگ به دست می آمد . در 250 سال گذشته ، مصرف انرژی به شدت افزایش پیدا کرده است . طوری که فقط در قرن بیستم ، مقدار مصرف انرژی چهار برابر شد زیرا شهر ها گسترش یافتند ، جامعه جهانی صنعتی شد و استفاده از وسایل نقلیه برای رفتن به محل کار و مسافرت های گوناگون همگانی شد .

دانشمندان در سال های پایانی قرن بیستم میلادی ، پژوهش های خود را درباره ی ارتباط بین مصرف انرژی و آسیب رسیدن به محیط زیست ، آغاز کردند .

انرژی در قرن بیست و یکم

رشد روز افزون جمعیت ( پژوهش ها نشان می دهند که جمعیت جهان در سال 2050 میلادی حدود 10 میلیارد نفر خواهد شد . ) و پیشرفت های اقتصادی به این معنی است که نیاز به انرژی در قرن 21 افزایش پیدا می کند و سرعت افزایش میزان انرژی بیش از پیش خواهد بود . دانشمندان و مهندسان علومی همچون فیزیک در پی یافتن منابع جدید انرژی هستند تا نیاز روز افزون جهان را برآورده سازد . با وجود این ، ما نیز باید برای بهینه سازی مصرف انرژی کوشش کنیم و تاثیر های زیان بار حاصل از مصرف انرژی بر محیط زیست را کاهش دهیم .

منابع انرژی

منابع انرژی

در یک نگاه کلى، منابع انرژى را مى توان به دو دستهٔ تجدید پذیر و تجدید ناپذیر تقسیم بندى کرد که در ادامه به بررسى هریک خواهیم پرداخت.

منابع انرژى تجدید ناپذیر
انرژى هاى تجدید ناپذیر تنها یک بار قابلیت مصرف دارند و منابع آنها محدود است و پس از مدتى تمام مى شوند. سوخت هاى فسیلى و سوخت هاى هسته اى از جملهٔ این منابع محسوب مى شوند که در زیر به شرح آنها خواهیم پرداخت.
1- سوخت هاى فسیلى: میلیون ها سال طول مى کشد تا تنه هاى پوسیدهٔ درختان یا باقى ماندهٔجانوران در زیر گِل و لاى، تحت فشار و دماى مناسب، به زغال سنگ یا نفت و گاز تبدیل شود.از مجموعهٔ این مواد که سوخت هاى فسیلى نامیده مى شوند مى توان در صنایع پالایش و پتروشیمى هزاران مادهٔ مفید همچون قطران )از زغال سنگ(، بنزین، نفت سفید، نفت گاز، روغن موتور، رنگ،کود شیمیایى، دارو، پلاستیک و حتى غذا به دست آورد.مهم ترین مشکل سوخت هاى فسیلى آلوده کردن محیط زیست ناشى از تولید گازهاى مضراست که باعث گرم شدن زمین مى شوند. مقدار این سوخت ها، به ویژه نفت، محدود SO و 2 CO مانند 2است که با توجه به آهنگ مصرف کنونى و بنابر پیش بینى هاى انجام شده، در چند دههٔ آینده منابع آن به اتمام مى رسد.

2- سوخت هاى هسته اى: بر اثر شکسته شدن هستهٔ برخى اتم هاى سنگین مانند اورانیم و توریم انرژى بسیار زیادى آزاد مى شود. این واکنش را شکافت هسته اى مى نامند. همچنین بر اثر جوش خوردن هستهٔ اتم هاى سبک مانند هیدروژن و تشکیل هسته هاى اندکى سنگین تر چون هلیم نیز انرژى بسیار زیادى آزاد مى شود. این واکنش که همجوشى هسته اى نامیده مى شود همان واکنشى است که در ستارگان و خورشید صورت مى گیرد و انرژى لازم براى تداوم زندگى بر روى کرهٔ زمین را فراهم مى سازد. در واقع بیشتر انرژى مورد نیاز ما را واکنش هاى هسته اى با مصرف سوخت هاى هسته اى تأمین مى کنند. اکنون در بیشتر کشورهاى توسعه یافته و معدودى از کشورهاى در حال توسعه از شکافت هسته اى در راکتورها براى تولید انرژى الکتریکى و تأمین برق مورد نیاز استفاده مى شود. در این نیروگاه ها به جاى زغال سنگ، نفت، یا گاز از مادهٔ شکاف ت پذیرى مانند اورانیوم براى تولید گرما و به راه انداختن توربین بخار استفاده مى شود. انرژى حاصل از این واکنش هزاران بار بیشتر از انرژى ناشى از سوزاندن سوخت هاى فسیلى است.

در کشور ما ایران نیز از ده ها سال قبل برنامه هاى جامعى براى تولید انرژى الکتریکى از طریق نیروگاه هاى هسته اى انجام شده و ساخت و راه اندازى نیروگاه هسته اى بوشهر بخش کوچکى از این برنامه هاست. به جهت اهمیت راهبردى فناورى هاى نو و از جمله فناورى هسته اى در دنیاى امروز، مدیران ارشد کشور در دو دههٔ اخیر تمرکز بیشترى روى توسعهٔ این گونه فناورى ها گذاشته اند؛ به طورى که در زمینهٔ تولید سوخت هسته اى هم اینک بخشى از این برنامه ها به نتیجه رسیده و امروزه ایران در ردهٔ چند کشور معدودى است که فناورى غنى سازى اورانیوم را به جهت استفاده در مصالح صلح آمیز در اختیار دارد. نیروگاه هاى هسته اى آلاینده هایى چون SO2 و CO2 تولید نمى کنند و درنتیجه مسائل زیست محیطى ناشى از کار آنها کمتر از نیروگاه هاى با سوخت فسیلى است. البته بر اثر شکافت هسته اى مواد پسماند پرتوزایى تولید مى شود که با دور ریزى درست و ایمن آنها مى توان مسائل زیست محیطى ناشى از این نیروگاه ها را بسیار کم کرد. همچنین طراحى صحیح و مناسب نیروگاه هاى هسته اى خطر ناشى از حوادث آنها را کمینه مى سازد.

مسائل زیست محیطى ناشى از همجوشى هسته اى بسیار کمتر از واکنش شکافت هسته اى است. اما واکنش های آن در دماهاى بسیار زیاد انجام می شوند که طراحى نیروگاه هاى مربوطه را به فناورى بسیار پیشرفته اى نیازمند مى سازد. این امید وجود دارد که در آینده با غلبه بر مشکلات مربوط به طراحى این نیروگاه ها، همجوشى هسته اى علاوه بر ستارگان و خورشید، چشمهٔ مهم تولید انرژى بر روى زمین نیز بشود.

منابع انرژى تجدید پذیر
منابع انرژى تجدیدپذیر تمام نمى شوند و معمولاً آلودگى به وجود نمى آورند. برخى از این منابع عبارت اند از: انرژى خورشیدى، انرژى باد، انرژى امواج دریا، انرژى هیدروالکتریک (برق آبى)، انرژى زمین گرمایى، سوخت هاى گیاهى (بیومَس) که به اختصار به شرح هریک مى پردازیم.
1- انرژى خورشیدى: مقدار کل انرژى اى که زمین از خورشید دریافت مى کند بسیار زیاد و در هر ثانیه معادل انرژى حاصل از سوختن 3 میلیون تن بنزین است. تقریباً نیمى از این انرژى به سطح زمین و آب اقیانوس ها مى رسد و خاک و آب و هواى زمین را گرم مى کند و مقدارى از آن بر اثر فتوسنتز به صورت انرژى شیمیایى جذب گیاهان و سبب رشد آنها مى شود. از نور خورشید براى گرم کردن، خشک کردن و حتى آتش زدن از زمان هاى گذشته استفاده می شده ولى بهره بردارى به روش هاى جدید، در چند دههٔ اخیر معمول شده است.

راحت ترین راه بهره گیرى انرژى خورشیدى، در آب گرم کن هاى با دماى کم است. در این وسیله از صفحه هاى خورشیدى به عنوان وسیلهٔ تبدیل انرژى استفاده مى شود که نور خورشید را به انرژى گرمایى تبدیل مى کند . از این وسیله براى تولید آبِ گرم خانگى با دماى حدود
70 درجه ی سانتی گراد  استفاده مى شود. 
 از انرژى خورشیدى مى توان براى تولید دماهاى زیاد، تا 3000 درجه ی سانتی گراد و بالاتر، نیز بهره گرفت. در این مورد از آینه هاى مقعّر بزرگ (کورهٔ خورشیدى) براى متمرکزکردن پرتوهاى خورشید در ناحیه اى کوچک استفاده مى شود . این انرژى را مى توان براى تبدیل آب به بخار، براى به راه انداختن توربین یک نیروگاه برق به کار برد.
روش دیگر بهره گیرى از انرژى خورشیدى، به کاربردن سلول هاى خورشیدى است که نور خورشید را مستقیماً به الکتریسیته تبدیل مى کنند. با اتصال تعداد زیادى از این سلول ها مى توان انرژى لازم را براى دستگاه هاى برقى، مخابراتى و ماهواره ها تأمین کرد. می توان از این سلول ها براى تولید انرژى الکتریکى در مقیاس کوچک و براى نواحى دورافتاده بهره گرفت. به تازگى با گسترش فنّاورى ساخت این سلول ها مى توان آنها را براى تولید برق در مقیاس بزرگ نیز به کار گرفت به طورى که یک نیروگاه تولید الکتریسیته از این نوع در شیراز به نام نیروگاه خورشیدى شیراز ساخته شده است. همچنین طرح هاى بسیارى براى خودروهاى سبک به مرحلهٔ اجرا درآمده است که در آنها با استفاده از انرژى خورشیدى حرکت ایجاد می شود . هم اکنون روشنایى برخى از پارک ها و حتى چراغ هاى احتیاط و راهنماى خیابان ها در شهرهاى مختلف ایران توسط سلول هاى خورشیدى تأمین مى گردد.

2-  انرژى باد: انرژی باد مانند سایر منابع انرژی تجدیدپذیر از نظر جغرافیایی گسترده و در عین حال به صورت پراکنده و تقریباً همیشه در دسترس است. بیشترین منابع انرژی باد در نواحی ساحلی و کوهستانی واقع شده اند. بهره برداری از انرژی باد توسط توربین های بادی تفکری بسیار قدیمی است. کاربرد آسیاب های بادی پیش از قرن دهم میلادی در ایران معمول بوده و در قرن هیجدهم در اروپا گسترش فراوان داشته است. آسیاب های بادی با استفاده از انرژی باد سنگ های آسیاب را می چرخانند و بدین وسیله دانه های غلات را خرد می کنند. آسیاب های بادی خواه به صورت قدیمی یا به صورت جدید با اصول یکسانی کار می کنند. پره های آسیاب )توربین بادی( پیچش خاصی دارند که وقتی باد به آنها برخورد می کند آسیاب یا توربین را می چرخاند در این عمل سرعت باد کند می شود. و انرژی باد باعث چرخش توربین می گردد.

امروزه از انرژی باد بیشتر برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می شود . چرخش توربین باد باعث چرخش قسمت چرخندهٔ (روتور) مولد برق می شود و بدین ترتیب انرژی الکتریکی تولید می گردد.

براساس پیش بینی های صورت گرفته توسط انجمن جهانی انرژی باد، این انرژی تا سال 2020 قادر به تأمین دست کم ١2 % از برق مصرفی جهان خواهد بود. همچنین ظرفیت نصب شده جهانی در این سال به حداقل ١500 گیگاوات خواهد رسید. به طور کلی با استفاده از انرژی باد به عنوان یک منبع انرژی در درازمدت می توان دوبرابر مصرف انرژی الکتریکی فعلی جهان را تأمین کرد.

از مزایای بهره برداری از انرژی باد می توان به موارد زیر اشاره کرد :

١ عدم نیاز توربین های بادی به سوخت، که در نتیجه از میزان مصرف سوخت های فسیلی
می کاهد.
2 رایگان بودن انرژی باد

3 کمتر بودن نسبی قیمت انرژی حاصل از باد نسبت به انرژی های فسیلی
4 عدم نیاز به آب
5 کم بودن آلودگی زیست محیطی آن نسبت به سوخت های فسیلی

3- انرژى امواج دریا: افت و خیز امواج دریا را مى توان به کمک نوعى مبدل به انرژى لازم براى به کار انداختن مولدهاى برق تبدیل کرد. هرچند این کار مشکل است و تولید الکتریسیته در مقیاس بزرگ با این روش تا آینده اى نزدیک عملى نخواهد بود، ولى اکنون دستگاه هاى کوچکى از این نوع در تأمین انرژى لازم براى مردمانى به کار می رود که در جزیره ها زندگى مى کنند. در شکل زیر طرحى از چگونگى مهار انرژى امواج دریا را مشاهده می کنید .

4- انرژى برق آبی (هیدروالکتریک) : در مناطقی که بارش سالانهٔ آنها زیاد است و یا رودخانه های پرآبی دارند با ساخت سد و احداث دریاچه های مصنوعی آب را ذخیره می کنند تا هم مصرف آب در طول سال مدیریت شود و هم انرژی الکتریکی تولید شود . آب از دریچه های روی دیوارهٔ سد خارج می شود و در مسیر کانالی حرکت می کند که به همین منظور ساخته شده است.

با پایین آمدن آب از کانال انرژی پتانسیل گرانشی آن به انرژی جنبشی تبدیل می شود. در پایین کانال آب با برخورد به پره های توربین آنها را می چرخاند. چرخش توربین باعث چرخیدن قسمت چرخندهٔ مولد جریان برق (روتور) و تولید انرژی الکتریکی می شود .
نیروگاه های برق آبی از منبع انرژی ای استفاده می کنند که در صورت مصرف نشدن هدر می رود.
علاوه بر آن موجب آلودگی محیط زیست هم نمی شوند.
امروزه حدود 20 درصد از انرژی الکتریکی تولید شده در جهان برق آبی است. این سهم در ایران حدود ١0 درصد است.

5-  انرژى زمین گرمایى: انرژى زمین گرمایى به گرماى موجود در زیر سطح کرهٔ زمین گفته مى شود. مقدار این انرژى به مراتب بیشتر از مصرف فعلى انرژى در جهان است، ولى تولید آن، به جز در نواحى اى که به عنوان محل آتش فشان یا زلزله شناخته مى شوند، بسیار کم است.
براى استفاده از انرژى زمین گرمایى ، آب سرد را از طریق مجرایى به طرف صخره هاى داغ، در عمق زمین مى فرستند و آن را از طریق مجرایى دیگر به صورت آب گرم و یا بخار خارج مى کنند. از این آب گرم و یا بخار مى توان براى گرم کردن خانه ها و به کارانداختن یک توربین
بخار مولد برق استفاده کرد. انرژى زمین گرمایى درصورتى تجدید پذیر محسوب مى شود که انرژى برداشت شده بیش از انرژى اى که از طریق مرکز زمین(این انرژى، براثر واکنش هاى هسته اى به صورت پیوسته تولید مى شود) جایگزین مى شود نباشد و همچنین مقدار آب تزریق شده و آب خارج شده برابر باشد.

ج( زیست توده )بیومَس(: زیست توده همهٔ اجزای قابل تجزیهٔ زیستی از محصولات و زایدات کشاورزی، صنایع جنگلی و سایر صنایع مرتبط، فاضلاب ها و زباله های شهری و صنعتی است. تفالهٔ دانه های روغنی و کاه، ضایعات کشاورزی مانند نیشکر و چغندر، فضولات حیوانی، فاضلاب ها و زباله های شهری، پسماندهای صنایع غذایی،چوبی و جنگلی و … از جمله منابع زیست توده هستند.

انرژی زیست توده، بعد از انرژی خورشیدی بالاترین پتانسیل انرژی را دارد و در حال حاضر بالاترین سهم مصرف را در میان انرژی های تجدیدپذیر به خود اختصاص داده است. منابع انرژی حاصل از زیست توده می تواند مانند برق و یا حامل های انرژی چون سوخت های گازی و مایع نیاز بخش های مختلف جامعهٔ بشری را تأمین کند. منابع زیست توده حاوی ترکیبات آلی با مولکول های درشت زنجیرند. این مولکول ها در طی فرایندهای هضم )مدفون در زمین، داخل مخازن مخصوص و یا رها شده در طبیعت( شکسته و به مولکول های ساده تبدیل می شوند. محصول نهایی این فرایند،
گازی قابل اشتعال به نام بیوگاز است. این گاز شامل دوجزء عمدهٔ متان و دی اکسیدکربن است. این مخلوط گازی با ارزش حرارتی 40 تا ٧0 درصد ارزش حرارتی گاز طبیعی، می تواند به شکل های مختلف مورد استفاده قرار گیرد .

گفته می شود محمدبن حسین عاملی معروف به شیخ بهایی جزء نخستین کسانی بوده که از بیوگاز حاصل از زیست توده (فاضلاب حمام) استفاده کرده و آن را به عنوان سوخت یک حمام در اصفهان به کار برده است.
امروزه سوخت های زیستی مایع مانند بیواتانول، بیومتانول و بیودیزل در کشورهای زیادی مورد توجه و استفاده قرار گرفته اند. در کشور برزیل بخش زیادی از مصارف بنزین و گازوئیل با این سوخت های جدید جایگزین شده است و در برخی از کشورها از این سوخت به عنوان ماده افزودنی
به بنزین به عنوان جایگزین سرب برای بهسوزی و … استفاده می شود.

چ( هیدروژن:امکان دسترسی به انرژی های نو و تجدیدپذیر در هر زمان و مکانی وجود ندارد. می توان با استفاده از منابع انرژی نو و همین طور با استفاده از منابع انرژی فسیلی، هیدروژن تولید کرد. یکی از راه های تولید هیدروژن الکترولیز آب به وسیلهٔ جریان الکتریکی است. هیدروژن
از فراوان ترین عناصر موجود در سطح زمین است. هیدروژن تولید شده را به شکل های مختلفی مثل گاز یا مایع ذخیره و به محل مصرف منتقل می کنند. به این ترتیب هیدروژن به عنوان یک واسطه عمل می کند که انرژی را از منابع انرژی نو یا منابع انرژی فسیلی می گیرد و به محل مصرف می رساند. در محل مصرف، می توان هیدروژن را به عنوان سوخت در موتورهای احتراق داخلی سوزاند، یا از آن در پیل های سوختی استفاده کرد. پیل سوختی هیدروژن و اکسیژن را مصرف و با یک واکنش شیمیایی الکتریسیته تولید می کند . پیل های سوختی و موتورهای احتراقی که هیدروژن مصرف می کنند آلاینده های شیمیایی و آلودگی زیست محیطی ندارند، بنابراین هیدروژن را یک حامل انرژی پاک می نامند. در چنین پیل های سوختی برخلاف باموها مادامی که به آنها سوخت رسانده شوند از کار نمی افتند و نیاز به شارژ مجدد ندارند.

در این پیل سوختی، اتم های هیدروژن به یون های هیدروژن
و الکترون شکسته می شوند. یون های هیدروژن به غشاء نفوذ کرده و به
سمت کاتد می روند، اما الکترون ها نمی توانند از غشاء عبور کنند و مجبور
به طی مدار خارجی می شوند که همین باعث تولید جریان الکتریکی می شود.

 8 بهینه سازی مصرف انرژی
مصرف روز افزون و بى رویهٔ انرژى، به خصوص سوخت هاى فسیلى، مسایل و مشکلات فراوانى را براى انسان و محیط زیست کرهٔ زمین به وجود آورده است. لازم است این مشکلات را بشناسیم و روش هاى برطرف کردن آن مسایل و بهترین راه مصرف انرژى را بیابیم تا زندگى انسان دوام یابد و توسعهٔ پایدار صورت گیرد. هر گونه مصرف انرژى در نهایت صرف گرم کردن محیط مى شود. به عنوان مثال یک خودرو در حال حرکت را در نظر بگیرید. خودرو در اثر احتراق بنزین انرژى جنبشى کسب مى کند. در اثر احتراق موتور گرم مى شود. براى خنک کردن موتور از آبى استفاده مى شود که به دور آن مى گردد. آب نیز در رادیاتور به وسیلهٔ جریان هوا خنک مى شود و درنتیجه هوا را گرم مى کند. انرژى جنبشى نیز در اثر اصطکاک با سطح جاده و ترمز کردن به انرژى درونى تبدیل مى شود و صرف گرم کردن محیط مى شود. بنابراین در یک سفر که از یک محل به محل دیگرى مى رویم، بیشتر انرژى شیمیایى بنزین به روش های مختلف صرف گرم کردن محیط مى شود. به عنوان یک مثال دیگر، مى توان نیروگاهى را در نظر گرفت که با نوعی سوخت فسیلى کار مى کند. مقدارى از انرژى شیمیایى سوخت در این نیروگاه به انرژى الکتریکى تبدیل مى شود و بقیه به روشی که
گفته شد، صرف گرم کردن محیط مى شود. انرژى الکتریکى از طریق شبکهٔ سراسرى برق به خانه ها منتقل و در آنجا براى مقاصد گوناگون به کار گرفته مى شود. بخشى از این انرژى صرف روشنایى منزل مى شود. انرژى نورانى توسط دیوارها و وسیله هاى موجود در اتاق جذب و باعث گرم تر شدن فضاى اتاق مى شود. بخشی دیگر، صرف راه اندازى وسیله هاى برقى مى شود که در نهایت آنها نیز محیط را گرم می کنند. به این ترتیب می بینیم که در زنجیرهٔ تبدیل منابع انرژی همواره در انتها به نوعی از انرژی می رسیم ، که در عمل غیرقابل استفاده و موجب گرم شدن محیط است.

باید دانست که، با توجه به توسعهٔ اقتصادى کشورها، مصرف انرژى در حال افزایش است و برآورد شده است که در هر 10 سال مصرف انرژى دو برابر مى شود. اما چون بیشتر انرژى ها از سوخت هاى فسیلى تأمین مى شود که منابع محدودى دارند )پیش بینى مى شود که ذخیره هاى نفت خام تا چند دههٔ دیگر پایان مى یابد( مصرف سوخت هاى فسیلى انواع آلودگى ها را ب ه همراه مى آورد که به شدت براى شهروندان زیان آور
است و باعث تشدید بعضى بیمارى ها مى شود. صرفه جویى و استفادهٔ بهینه از منابع انرژى ضرورى است. با استفا دهٔ بیشتر از وسیله هاى نقلیهٔ عمومى، به جاى استفاده از وسایل شخصى، مى توان در جهت کاهش مصرف سوخت و کاهش آلودگى هوا گام برداشت. همچنین با عایق بندى بهتر ساختمان ها مى توان مصرف انرژى براى گرم و یا سرد کردن ساختمان ها را کاهش داد که در این باره در مطالب بعدی وبسایت فیزیک برای زندگی صحبت خواهیم کرد. مورد صرفه جویى در مصرف انرژى الکتریکى را نیز مورد بحث قرار مى دهیم.

با ما همراه باشید ... / فیزیک برای زندگی

انرزی های پاک

توسعه ی شگرف علم و فناوری در جهان امروز ظاهرا آسایش و رفاه زندگی بشر را موجب شده است ، لیکن این توسعه یافتگی ، مایه بروز مشکلات تازه ای نیز برای انسان ها شده است که از آن جمله می توان به آلودگی محیط زیست ، تغییرات گسترده آب و هوایی در زمین و غیره اشاره نمود. به ویژه می دانیم که نفت و مشتقات آن از سرمایه های ارزشمند ملی و حیاتی کشور می باشند که مصرف غیر بهینه از آن ها گاهی زیان های جبران ناپذیری را ایجاد می کند ، از این رو صاحب نظران و کارشناسان به دنبال منابعی هستند که به تدریج جایگزین سوخت های فسیلی شوند.
سوخت های فسیلی آلودگی های زیست محیطی بی شماری را اعمال می نمایند ، به عبارت دیگر از یک طرف در نتیجه سوختن مواد فسیلی گاز های سمی وارد محیط می شوند و تنفس انسان را دچار مشکل می نمایند و محیط زیست را آلوده می نمایند و از طرفی دیگر تراکم این گاز ها در جو زمین مانع خروج گرما از اطراف زمین می شود و باعث افزایش دمای هوا و تغییرات گسترده آب و هوایی در زمین می گردد که اثر گلخانه ای نامیده می شود. چنانچه افزایش دمای هوا مطابق روند فعلی ادامه یابد بازگرداندن آن به وضعیت سابق تقریبا غیر ممکن خواهد بود ، بهترین راه حلی که اکثر دانشمندان پیشنهاد کرده اند متوقف کردن روند رو به رشد این گاز های مضر است.
متخصصان بر این باورند که با استفاده از انرژی های پاک نظیر انرژی خورشیدی ، بادی ، زمین گرمایی ، هیدروژن و ... به جای انرژی های حاصل از سوخت های فسیلی از آلودگی های زیست محیطی و خطرات مرتبط با آن جلوگیری خواهد شد ، از سوی دیگر انرژی های فسیلی مانند : نفت ، گاز و زغال سنگ سرانجام روزی به پایان خواهند رسید و با پایان گرفتن آن ها تمدن بشری که بستگی مستقیم به انرژی دارد دچار یک چالش جدید و بزرگ خواهد شد. این امر سبب شده است که کشور های توسعه یافته صنعتی با جدیت هر چه تمام تر استفاده از سایر انرژی های موجود در طبیعت و به خصوص انرژی های تجدید شونده را مورد توجه قرار دهند. استفاده از انرزی خورشید ، باد و امواج ، زمین گرمایی ، هیدروژن ، زیست توده و ... که به انرژی های تجدید پذیر موسومند مستلزم مطالعات و تحقیقات فراوانی می باشد که قبل از استفاده باید انجام گیرند ، مجموعه انرژی های تجدید پذیر روز به روز سهم بیشتری را در سیستم تامین انرژی جهان بر عهده می گیرند.
انرژی های تج

انرژی چیست؟

اصطلاح انرژی به حدی گسترده است که ارایه ی یک تعریف روشن برای آن دشوار است . از جنبه ی فنی ، انرژی کمیتی نرده ای است که به حالت ( یا وضعیت ) یک یا چند جسم وابسته است. ولی این تعریف ، مبهم تر از آن است که فعلاً بتواند کمکی به ما بکند.

شاید تعریفی نه چندان دقیق بتواند دست کم شروعی برای کار ما باشد: انرژِی عددی است که به سامانه ای که از یک یا چند جسم تشکیل شده وابسته می کنیم. اگر نیرویی یکی از این جسم ها را مثلاً با حرکت دادن آن تغییر دهد ، آن گاه عدد انرژی تغییر می کند. پس از آزمایش های بی شمار دانشمندان و مهندسان دریافتند که اگر طرحی که با آن عدد هایی به انرژی نسبت میدهیم به دقت برنامه ریزی شده باشد ، آن گاه این عدد ها می توانند برای پیش بینی نتیجه ی آزمایش ها و حتی مهم تر از آن ، ساختن ماشین ها ، از قبیله ماشین های پرواز ( مثل هواپیما ) به کار گرفته شوند. این موفقیت مبتنی بر یک ویژگی شگفت انگیز از جهان ماست ، انرژی می تواند از نوعی به نوع دیگر تبدیل شود و می تواند از جسمی به جسم دیگر انتقال یابد ، ولی مقدار کل آن همواره ثابت می ماند ( انرژی پایسته است - قانون پایستگی انرژی ). تاکنون هیچ استثنایی برای اصل پایستگی انرژی یافت نشده است.

مثلاً پول ، انواع مختلف انرژی را می توان به صورت عدد هایی که مقدار پول را در انواع حساب های بانکی نشان میدهند در نظر گرفت. برای اینکه این عدد ها به چه معنا هستند و این که آن ها را چگونه می توان تبدیل کرد قاعده هایی ساخته شده اند. شما می توانید این عدد ها را از یک حساب به حساب دیگر یا از یک سامانه به سامانه ی دیگر - شاید به طور الکترونیکی - منتقل کنید بدون آن که ابداً چیزی مادی حرکت کرده باشد. با این حال ، مقدار کل ( کل عدد پول ها ) همواره می تواند محاسبه شود ، این مقدار ، همواره پایسته است.

در مطالب بعدی بر یک نوع از انواع انرژی یعنی انرژی جنبشی و تنها یکی تاز راه هایی که با آن انرژی می تواند منتقل شود یعنی کار متمرکز می شویم و آن را از جنبه های گوناگون برسی خواهیم کرد. سپس به انواع دیگری از انرژی اشاره می کنیم و این که چگونه می توان اصل پایستگی انرژی را به صورت معادله هایی قابل حل نوشت ، برسی می کنیم.