تحقیق مقاله انسان و تامین انرژی

تحقیق درس فیزیک :انرژی

1- انسان و تامین انرژی

با افزایش روز افزون جمعیت جهان و محدود بودن منابع انرژی اکثر کشور ها با مشکل تامین انرژی روبرو هستند. انرژی برای همه مردم مسئله اساسی است .انرژی در تمام شئون جامعه انسانی رسوخ کرده است. جنبه های مختلف آن زندگی روزانه خانوادگی و حتی سیاست جهانی و بین المللی و طرح های توسعه ملی را تحت تاثیر قرار داده است. انرژی در سال های اخیر به علت پدیده ای که (( بحران جهان انرژی )) نام گرفته اهمیت زیادی کسب کرده است. بر طبق آمار موجود ،هر شهروند کشورهای ثروتمند در سال 1990 یه طور میانگین 4/7 کیلو وات انرژی مصرف کرده است که برابر با نیروی معادل روشن کردن 74 لامپ 100 وات است. در مقابل هر شهروند کشورهای توسعه نیافته فقط 1 کیلو وات مصرف انرژی داشته است. بنابراین با توجه به جمعیت هر کدام از کشورها ملاحضه می شود که جمعیت بسیار کم کشور های ثروتمند پیش از  تخریبات زیست محیطی را فقط در زمینه تولید و مصرف انرژی به بار آورده است.

مشکل انرژی که از اوایل سالهای 1970 آشکار شد ناشی از رشد سریع مصرف انرژی و محدود بودن منابع سنتی آن بوده عیب کار در اینجا است که منابع اصلی انرژی متکی به نفت می باشد و آن هم در منطق محدودی از جهان وجود دارد.

نگرانی فعلی در باره انرژی ناشی از این واقعیت است که منابع نفت و گاز مهمترین انواع انرژی هستند،محدود و پایان پذیرند و این در حالی است که انرژی عامل تعیین کننده ای در توسعه ی صنعتی و اقتصادی بوده و خواهد بود.

منبع کلیدی انرژی موجود در زمین از خورشید است.ذخائر انرژی کره زمین از چند منبع گوناگون تامین می شود که می توان آنها را در دو گروه انرژی های قابل تجدید ( خورشید،آب،باد،جزر و مد و ... ) و انرژی های غیر قابل تجدید (نقت،گاز طبیعی،ذغال سنگو...) تقسیم نمود که در زیر به مشخصات هر یک از این منابع اشاره می شود.

انرژی خورشیدی

امروزه نور خورشید مهمترین منبع تامین انرژی در عالم حیات به شمار می رود. که علاوه بر دارا بودن تاثیرات اقلیمی در مناطق مختلف کره ی زمین،تامین کننده انرژی لازم برای اولین حلقه زنجیره های غذایی و در واقع کل اکوسیستم ها می باشد.

اما از کل تشعشعات رسیده به زمین فقط 1 تا 2 درصد آن توسط گیاهان سبز مورد استفاده قرار می گیرد.اما همین مقدار اندک می تواند منشاء بسیاری از تغییر و تحولات سیستم های بیولوژیک در طبیعت گردد. مهمترین فواید استفاده از انرژی خورشیدی این است که اثرات سوء محیطی ندارد ،رایگان است،لایزال است(حداقل در مقیاس عمر انسان ) و شبکه ی نقل و انتقال نیاز ندارد.فقط توزیع و پراکنش آن در همه ی کره زمین یکسان نیست و از طرفی برای بهره برداری از آن نیازمند تاسیسات خاصی هستیم. یکی از انواع این تاسیسات (( جمع کننده های خورشیدی )) می باشند که معمولاً صفحات مسطح پوشیده شده از شیشه با پس زمینه سیاه رنگ هستند که آب در لوله های آنها جریان دارد. پرتوهای موج کوتاه خورشیدی از شیشه گذشته و توسط پس زمینه سیاه آن جذب می شوند .پرتوهای موج بلند حرارتی از قسمتهای سیاه پراکنده می شوند اما نمی توانند از شیشه بگذرند و لذا آب جاری درون لوله ها را از 38 تا 93 درجه سانتی گراد گرم می کنند. استفاده از سیستم هایی که از این نوع جمع کننده بهره        می گیرند رو به افزایش است.

از دیگر امکانات جهت بهره برداری از نور خورشید، استفاده از فن آوری ((فتوولتائیک )) است. فتولتائیک اصطلاحی عمومی برای فناوری هایی است که انرژی خورشید را با استفاده از یک ماده ی جامد نیمه هادی مستقیماً به الکتریسیته تبدیل می کند و در این سیستم ها سلول های خورشیدی جنس سلیوم یا مواد دیگر از قبیل آرسیندگالیوم و قطعات الکتریکی استفاده       می شود. وقتی نور به سلول می تابد موجب ایجاد جریان الکترون در سیستم های برق شده و تولید الکتریسیته می نماید . سلول های فتولتائیک با نور های دیگر مثلاً نور چراغ رومیزی نیز کار می کنند. از الکتریسیته تولید شده نیز می توان برای انجام کارهای مختلف از قبیل روشن کردن لامپ،برخی دستگاههای الکتریکی و یا تامین برق مورد نیاز خانگی استفاده نمود. بزرگترین نیروگاههای فتولتائیک در دشت کاریزا در کالیفرنیا واقع شده است که صفحات خورشیدی بزرگ آنkw  5000 نیرو تولید می کند.

از دیگر سیستم های جالب جذب انرژی خورشیدی (( برجهای نیروی خورشیدی )) است. کار این سیستم جمع آوری گرمای خورشید و تحویل آن به صورت بخار به توربین مولد الکتریسته است. بر روی برجها که ارتفاعی تا حدود 100 متر دارند،آیینه هایی نصب شده که قابل تنظیم اند به طوری که حداکثر نور خورشید را به برج بتابانند. در شکل صفحه بعد برخی از روش های استفاده از انرژی خورشیدی نشان داده شده است.

انرژی آب

نیروی آب نوعی انرژی خورشیدی ذخیره شده است زیرا تما سیستم های اقلیمی و آبی زمین را خورشید به حرکت در می آورد. نیروی آب حداقل از زمان امپراطوری روم مهار می شده و مورد استفاده قرار می گرفته است. نیروی آب منبع پاکیزه ای است و تولید آلودگی نمی کند و نیازمند هیچ گونه سوختی نمی باشد و به طور کلی انرژی کارآمدی است. اما گاهی نقاط باعث بروز مشکلات زیست محیطی نیز می شود .آبی که از بالای سطح به پایین میریزد ازت هوا را در خود می گیرد .این ازت پس از ورود به گردش خون ماهی ها موجب مرگ آنها می شود. علاوه بر این ،سد با به دام انداختن رسوبات، مانع رسیدن آنها به دریا و تجربه مواد غذایی شنهای ساحل میشود. انرژی هیدرولیک از ریزش آب بر روی توربین آبی و به گردش در آوردن توربین بدست می آید. مقدار برق حاصله بستگی دارد به مقدار آب و ارتفاعی که آب سقوط کرده تا به توربین برسد. برای این منظور اقدام به ساختن سدهای مخزنی می نمایند تا از آب ذخیره در پشت آن برای تولید برق و کشاورزی و احیاناً آب شهری استفاده شود.

3-1 انرژی باد

نیروی باد نیز سابقه تکاملی طولانی دارد و از زمان تمدن های باستان چین و ایران تاکنون مورد استفاده بوده است. از باد برای راندن کشتی ها و همچنین به گردش در آوردن آسیاب استفاده می شده است. اخیراً از باد برای تولید برق استفاده می کنند. امکانات بالقوه ی انرژی باد فوق العاده زیاد است ، اما هنوز بر سر راه استفاده از آن مشکلات وجود دارد زیرا از نظر زمان ،مکان و شدت بسیار متغییر است ،بعلت سرعت و مدت وزش باد در هر محل خاصی بسته به پستی و بلندی محل و شدت اختلافات درجه ی حرارت هوا در مقیاس های محلی و ناحیه ای به شدت متغییر است.مثلاً سرعت باد در بالای تپه ها و کوهها اغلب اضافه می شود .افزایش سرعت باد در این حالت به علت همگرایی عمودی باد است. حال آنکه افزایش شدت آن در هنگام عبور از یک گذدرگاه به علت همگرایی افقی نیز می باشد.

انرژی باد در بسیاری از نقاط جهان قابل استفاده است. در این رابطه توربین های بادی پیشرفته که دارای پره های بسیار حساس هستند به طور مجتمع در یک میدان بادی و در گذرگاههای باد مستقر می شوند و برق تولیدی در این مکانها به خطوط انتقال عمومی متصل می شود.

اما استفاده از نیروی باد نیز می تواند تاثیرات زیست محیطی مناسب را به دنبال داشته باشد .از جمله اینکه تحقیقات نشان داده اند ارتعاشات مولد های بادی ممکن است آلودگی های صوتی بوجود آورند و یا در پخش امواج رادیویی و تلویزیون اختلال ایجاد کنند و از طرف دیگر ارزشهای زیبا شناختی منطقی را کاهش می دهند.

4-1 انرژی بیوماس (ری توده )

سوخت بیوماس نام جدید برای قدیمی ترین سوخت مورد استفاده بشر است. منظور از سوخت بیوماس در واقع همان مواد عالی مختلف از قبیل مواد گیاهی ،چوب و فضولات حیوانی است. برای مثال می توان چوب را بطور مستقیم در بخاری یا شومینه سوزاند و یا اینکه آن را به ذغال تبدیل و سپس از انرژی حرارتی آن استفاده نمود. در واقع بیوماس منبع عمده ای تولید انرژی در تاریخ تمدن بشر بوده است. هیزم شناخته ترین و متداول ترین نوع سوخت بیوماس است. در هندوستان و کشور های دیگر و برخی روستاهای دیگر ایران از فضولات گاو برای تولید سوخت و حرارت استفاده می شود.در کشورهای شمال اروپا از جمله اسکاتلند ،پیت که نوعی مواد گیاهی فشرده است فراوان است و برای سوخت حرارتی و آشپزی مورد استفاده قرار می گیرد.در حال حاضر هنوز بیش از یک مییلیارد نفر از مردم جهان چوب را به عنوان منبع عمده ی سوخت برای تولید گرما و آشپزی مصرف می کنند .منابع عمده ی سوخت بیوماس عبارتند از : محصولات جنگلی،محصولات کشاورزی و ضایعات قابل سوختن شهری.

اما استفاده از این نوع سوخت نیز باعث بروز برخی تاثیرات زیست محیطی می گردد. مصرف سوخت بیوماس ممکن است هوا را آلوده و پوشش گیاهی را تباه کند استفاده از هیزم آثار ناگواری بر مناطق طبیعی و گونه های در خطر دارد . جنگل زدایی خود فرآیند فرسایش خاک را شدت می دهد وقتی ذرات ریز خاک وارد جویبار و رودخانه شود، کیفیت آب نیز کاهش می یابد.

5-1 انرژی زمین گرمایی:‌

انرژی زمین گرمایی یعنی تبدیل مفید حرارت درونی به گرمای منازل و الکتریسیته .مهار کردن حرارت درون زمین فکر تازه ای نیست. از سال 1904 نیروی زمین گرمایی در ایتالیا توسعه یافته و اکنون از این منبع در تولید برق کشورهایی نظیر روسیه،ژاپن،نیوزلند،ایسلند،و مکزیک استفاده        می شود.

قسمت عمده انرژی زمین گرمایی از تولید طبیعی گرما در درون زمین سرچشمه می گیرد و امروزه فقط جزء کوچکی از آن مورد بهره برداری قرار دارد. بطور کلی بعضی از نقاط سطح زمین خود،گرمای بیشتری دریافت می کنند که این نواحی با مرزهای حرکت صفحات زمین در ارتباط هستند.محل شیارهای کف اقیانوس ها و مرز صفحات همگرا،مناطقی که کوهزایی و جزایر آتش فشان دیده می شوند، معمولاً جایگاه این جریانات طبیعی بسیار داغ است. سیستم های زمین گرمایی (دمای بالاتر از 80 درجه سانتی گراد ) را می توان بر مبنای معیارهای زمین شناختی بر چندین دسته تقسیم نمود که عبارتند از سیستم های جابجایی آب گرم ،سیستم های سنگ های خشک داغ و سیستم های زمینی تحت فشار هریک از این سیستم ها منشاء متفاوت داشته و به عنوان منبع انرژب ،طرفیت های مختلفی دارند.