تحقیق مقاله انرژی آب

تعداد صفحات: 27 فرمت فایل: word کد فایل: 25230
سال: مشخص نشده مقطع: مشخص نشده دسته بندی: محیط زیست و انرژی
قیمت قدیم:۱۲,۵۰۰ تومان
قیمت: ۸,۰۰۰ تومان
دانلود مقاله
  • خلاصه
  • فهرست و منابع
  • خلاصه تحقیق مقاله انرژی آب

    چرخهای آبی

    مصرف آب به عنوان دومین منبع انرژی (بعد از آتش) برای بشر محسوب می‎شود. از این‎رو چرخهای آبی در تاریخ توسعه و مصرف انرژی، نقش مهمی ایفا می‎کنند. چرخهای آبی دستگاه‎های مکانیکی ساده‎ای هستند که ما می‎توانیم برای درک برخی مفاهیم هم و کلیدی از آنها یاری جوئیم.

    انرژی جنبشی

    برای درک و روشن شدن، مطلب را با مثال ساده‎ای آغاز می‎کنیم. اگر در حال عبور از نهر ابی باشیم، این حس در ما ایجاد می‎شود که آب در جهت خلاف پاهای ما به شدت عبور می‎کند. در نهرهایی که جریان آب در آنها تند باشد باید مراقب باشیم که شدت (فشار) آب باعث افتادن ما نشود. همین‎طور کشش و فشار امواج را هنگام گذر از کنار دریا حس می‎کنیم. گاهی اوقات هنگام نزدیک شدن امواج،‌ می‎توانیم سریع پاهایمان را کنار بکشیم، یقیناً اگر در زیر یک آبشار باشیم، فشار آب را روی بدنمان احساس می‎کنیم. اگر اندکی این چرخ را در نحری که آب در آن جریان دارد،‌ داخل کنیم. جریان آب در جهت خلاف آن بر آن فشار می‎آورد، درست همانند زمانی که ما داخل آب هستیم شویم. فشار آب موجود در جهت فاضلاب فقط یک پدال (پرگا)، موجب چرخش چرخ می‎شود. اگر محور چرخ را به یک دستگاه وصل کنیم قادر به انجام کار مفید، نظیر آسیا کردن غلات می‎باشیم. پایه و اساس چرخ

    آبی، درک مفهوم فوق می‎باشد.

    حال، مشاهده‎ای مرتبط در این زمینه را در نظر مجسم سازید: زمانی که داخل یک استخر یا حوض مخصوص شنا ایستاده‎ایم و یا در حال گذشتن از آن هستیم، هیچ نگران این قضیه نیستیم که جریان آب موجب عدم تعادل و نهایتاً افتادن ما شود. مشابه آن در مورد چرخ آبی هم صدق می‎کند. قرار دادن چرخ آبی در استخر شنا، مانع حرکت چرخ می‎شود. به تفاوتی بین شرایط فعلی و شرایطی که قبلاً راجع به آن بحث شد، وجود دارد؟ در استخر شنا با حوض، جریان آب، ثابت و یا اینکه خیلی کند می‎باشد. تنها آب جریا (متحرک) باعث هل دادن و به حرکت درآوردن ما و همین‎طور باعث چرخاندن، چرخ آبی می‎شود. به حرکت درآمدن ما و چرخ آبی، بیانگر انجام کار می‎باشد. تنها آب جاری،‌ توان انجام کار را دارد. مطلب فوق مبین این مسئله است که آب جاری (آبی که دارای حرکت باشد) دارای نوع انرژی می‎باشد. همان‎طوری که قبلاً گفته شد، اگر چرخ آبی را به یک دستگاه مکانیکی وصل کنیم، دستگاه قادر به انجام کار نظیر: آسیا کردن فلات یا اره کردن چوب می‎باشد. تعمیم عبارت فوق بیان این مطلب است که:

    «انرژی جنبشی، باعث انجام کار می‎شود.»

    انرژی پتانسیل

    حال روش مقرون به صرف نیز، استفاده از یک چرخ آبی را در نظر مجسم سازید،‌با در نظر گرفتن مزیت آبشار و انرژی جنبشی آبی که از آن سرازیر می‎شود، چرخ‎های چرخ‎دنده می‎چرخد و کار انجام می‎گیرد. حجمی از آب را درست در نقطه ‎A در نظر بگیرید، آیا آن مقدار از اب قادر به انجام کار می‎باشد؟  خیر؟ (حداقل، حالانه)، حجم آب در آن نقطه، فاقد انرژی جنبشی می‎باشد. البته باید بر این مسئله واقف باشیم که آب در نقطه ‎A انرژی جنبشی ندارد اما پتانسیل کسب انرژی جنبشی را دارد. برای درک مطلب فوق می‎توانیم بگوئیم که آب در نقطه ‎A دارای انرژی پتانسیل می‎باشد. چه عاملی باعث سرازیر شدن آب می‎گردد؟ نیروی جاذبه زمین، آب را به مرکز زمین می‎کشد، باید گفت که آب در نقطه «A» انرژی پتانسیل جاذبه را دارا میباشد. انرژی پتانسیل جاذبه، نیتولی می‎باشد که باعث کشیده شدن اشیاء به طرف مرکز ثقل می‎شود.

    حال سه نکته دیگر را به آن اضافه می‎نمائیم. اولاً: انرژی پتانسیل بالقوه انرژی جنبشی می‎باشد یا (انرژی پتانیل قابل تبدیل به انرژی جنبشی می‎باشد). ثانیاً‌ در نقطه ‎B آب به پره‎های چرخ آبی ضربه می‎زند و موجب انتقال انرژی جنبشی آب به چرخ و نهایتاً حرکت چرخ که همان انجام کار می‎باشد می‎شود. در واقع نقطه ‎B مکانی فعال است. تصور کنید که برای حجم آب در نقطه ‎C چه روی می‎دهد؟ ممکن است این‎طور در ذهن تداعی شود که انرژی پتانسیل در نقطه ‎C به آخر می‎رسد. اما قضیه فوق کاملاً درست نیست زیرا عملاً به آبشاری دیگر که در حال سرازیر شدن در نهر است برخورد می‎کند، پس آب در نقطه ‎C،  هنوز انرژی پتانسیل جاذبه را دارا می‎باشد،‌ در واقع آب همشیه، قدری انرژی پتانسیل جاذبه را دارا می‎باشد مگر آنکه نقطه ‎C مرکز ثقل زمین باشد.

    بیشترین و بالاترین میزان انرژی پتانسیل در نقطه ‎A می‎باشد. آب هنگام سرازیر شدن از آبشار قدری از انرژی پتانسیلش، به انرژی جنبشی تبدیل می‎شود و انرژی جنبشی آب در حال سرازیر شدن از آبشار، قادر به انجام کارو چرخاندن چرخ آبی می‎باشد.

    تغییر خودبخود و نمودار انرژی

    از مشاهدات و دانسته‎های خود بر این مسئله واقف هستیم که اشیاء همواره در حال سقوط می‎باشند. این مسئله شامل حال ما هم می‎شود به عنوان مثال: هنگام سکندری خودرن و افتادن. هر شیئی متحرک، خودبخود از انرژی پتانسیل جاذبه بالا به سمت نیروی پتانسیل جاذبه پایین، سقوط می‎کند همچنین می‎دانیم که اشیاء، خودبخود به سمت بالا نمی‎روند. (گاهی اوقات، ممکن است در سینما یا تلویزیون، هنگامی که فیلم به عقب برمی‎گردد، شاهد این مسئله باشیم که اشخاص یا اشیاء به طرف بالا می‎روند. این مسئله جنبه فکاهی دارد و کاملاً برخلاف تجارب همول و قابل انتظار می‎باشد. برای هر رویداد طبیعی یک مسیر معقول و غیرمعقول وجود دارد. سیب از درخت می‎افتد، اما دوباره به سمت شاخه برنمی‎گردد. ذرات شکر در قهوه حل می‎شوند آنها دوباره در فنجان شکل نمی‎گیرند.

    بنابراین، اشیاء از پتانسیل جاذبه بالا به پتانسیل جاذبه پایین حرکت می‎کنند هنگام استفاده از چرخ آبی، اگر تغییر انرژی از پتانسیل بالا به پتانسیل پایین باشد می‎توانیم انرژی جنبشی را از آن استخراج نمائیم.

    در واقع می‎توانیم سیستم را (آب، آبشار و چرخ آبی) در ‌نموداری ساده تعریف نمائیم نمودار فوق، تا حدودی، مشابه نموداری می‎باشد که پیش از این در نمودار (505) برای سیستمی دیگر (یک اتم کربن، 4 اتم هیدروژن و چهار اتم اکسیژن) معرفی نمودیم و از آن می‎توانیم انرژی، استخراج نمائیم در مورد تغییرات شیمیایی فوق، از سیستمی با انرژی پتانسیل شیمیائی بالا که همسان با سیستم انرژی پتانسیل جاذبه بالا می‎باشد، صحبت می‎شود. در واقع این دو تودار به قدری شبیه به هم هستند که می‎توانیم از آنها نمودار انرژی واحدی ترسیم نمائیم. که هر دو سیستم در آن کاربرد دارد. نمودار فوق به منظور شرح و توصیف یک سری از سیستمهای مشابه استفاده می‎شود.

    مفهوم کلیدی نمودار فوق مطلب زیر می‎باشد:

    «زمانی که سیستم به دستخوش یک سری تغییرات خودبخود از پتانسیل جاذبه بالا به پتانسیل جاذبه پایین می‎شود ما می‎توانیم انرژی (یا کار) را از آن استخراج نمائیم.

    انواع چرخ آبی

    ساده‎ترین و اساسی‎ترین طراحی در چرخهای آبی، چرخ آبی ‎undershot (چرخ آبی که آب از زیر آن می‎گذرد و موجب چرخیدن چرخ می‎شود) می‎باشد. ابتدائی‎ترین طراحی، چرخ پره‎دار ساده‎ای بود که داخل نهر یا رودخانه قرار داشت. چرخ آبی فوق در مناطقی همچون دانمارک شمالی و چین قرار داشت و از آن  برای آسیا کردن برنج استفاده می‎شد. این چرخ آبی در مخروبه‎های پمپی ‎(Pompei) که شهری مدفون در زیر گدازه‎های آتشفشان بود، پیدا شد. همچنین، چرخ قوماً عملاً دارای یک سری مشکلات بود. کاری که به وسیله این چرخ آبی انجام می‎گرفت، ‌نشأت گرفته از انرژی جنبشی آب و شدت جریان آب بود. تغییرات فصلی، موثر در جریان آب رودخانه و نتیجتاً کار و نیروی انجام گرفته تسوط چرخ بود. نوسانات فصلی، در میزان ذخیره آب خیلی مؤثر بودند. در آب و هوای داغ و در زمان خشکسالی، سطح آب رودخانه، به قدری پایین بود که آب کافی برای چرخاندن چرخ وجود نداشت. هنگام سیل، به قدری آب رودخانه بالا می‎آمد که تمام چرخ در آب فرو می‎رفت. علی‎رغم تمام نقایص، چرخ فوق ‎- ‎undershot‎- برای مدتها، در سراسر دنیا قابل استفاده بود. سهولت، سادگی و همین‎طور کم هزینه بودن آن باعث استفاده طولانی و مستمر از این چرخ شد. در چرخ آبی، خصوصاً چرخ آبی پره‎داری که آب برای چرخاندن آن، از زیر چرخ می‎گذرد، میزان قابل ملاحظه‎ای از انرژی، هنگام ضربه زدن آب به پره‎های چرخ، به هدر می‎رود. تا سال 1800، هیچ تغییر و تحولی در طراحی چرخ آبی بوجود نیامد. بازنگری و تغییر در طراحی چرخ، کاملاً ساده و اسان بود: شکل پره‎ها تغییر کرد. در طرخح پیشرفته که چرخ آبی پاسلت ‎Povcelet undershot wheel یا به طور ساده‎تر چرخ پانسلت نامیده می‎شد، پره‎ها یا پدال‎های چرخ طوری طراحی شده بودند که تلاطم آب، موجب اتلاف حداقل میزان انرژی می‎شد. انحنای پدال‎ها، موجب سرعت چرخش چرخ و انتقال انرژی جنبشی به آن برای چرخش چرخ می‎شد. آب با سرعت تقریباً صفر،‌ باعث انتقال انرژی جنبشی آب به چرخ و نهایتاً چرخش چرخ می‎شود. چرخ پانسلت ‏‎-‎Poncelet‏‎- هفتاد الی هشتاد و پنج درصد در انتقال انرژی جنبشی آب به کار مؤثر بود. اما چرخ یا پره‎های مسطح بیست الی بیست و پنج درصد در این انتقال مؤثر بود. در چرخ ‎overshot، آب از بالای چرخ به پایین سرازیر می‎شود. نمودار (808). در مواردی که جریان آب رودخانه، کند باشد، چرخ ‎overshot به ‎undershot ارجحیت دارد. در واقع چرخ ‎overshot در هرنری که مجهز به سد باشد، قابل استفاده می‎باشد. در چنین نهری، همواره میزان ثابتی از آب را در طول سال خواهیم داشت. در فصول گرم و خشک سال، همیشه، ذخیره آب را در نهر داریم و در فصل سرما نیز آب مازاد از مجرای سد، می‎گذرد. تاریخچه چرخ ‎overshot به قرن سوم بعد از میلاد بازمی‎گردد و تصاویری از آن بر دیواره‎های گورستان دوم باستان حک شده است. چرخ ‎overshot عمود بر یک محور افقی می‎باشد. تیغه‎های چرخ طوری طراحی شده‎اند که آن را به دو بخش مجزا تقسیم می‎کنند. آب از بالا، داخل یان دو بخش (سطل) مجزا می‎ریزد. در چرخ فوق، تنها جزئی از کار در اثر برخورد آب با تیغه‎ها، صورت می‎گیرد و قسمت اعظم آن از شدت جریان آب سرازیر شده از سطلها می‎باشد که موجب چرخش چرخ می‎شود. میزان کارآئی و بازدهی چرخ فوق شصت و پنج الی هشتاد درصد می‎باشد. با نصب سد که چرخ در مکانی پایین‎تر از آن که به منظور سرازیر شدن آب از بالا بر آن شود، قرار می‎گیرد. این مجرا به عنوان گذرگاه اصلی ‎- مبدأ ‎- ‎head race‎- شناخته می‎شود. مجرای دیگری نیز در اینجا لازم می‎باشد که موجب جاری شدن آب به سطح پایین‎تر (انرژی پتانسیل جاذبه زمین) می‎شود. آبی که از گذرگاه مبدأ اصلی به داخل سطل می‎ریزد، موجب چرخاندن چرخ در آن زمان می‎شود.

    چرخهای آبی در جهان باستان

    چرخ آبی، دستگاهی است که استخراج انرژی از یک سیستم را میسر می‎سازد. به عنوان مثال آب در حال سرازیر شدن که از انرژی پتانسیل بالا به انرژی پانسیل پایین منتقل می‎شود. اگر دستگاهی را به محور چرخ آبی متصل کنیم، می‎توانیم از انرژی جنبشی برای انجام کار استفاده نمائیم.

    در واقع چرخ آبی اولین دستگاهی بود که عملاً بشر را از اتکاء به ماهیچه‎هایش یا به بیگاری گرفتن حیوانات برای انجام کار، رها نمود. اطلاعی از زمان و مکان پیدایش چرخهای آبی در دست نیست و حتی اطلاعی از اینکه چه شخصی باعث پیشرفت و توسعه آن شد، نیست. حدوداً 300 سال قبل از میلاد، مصارف دیگری از چرخ آبی می‎شد. آنها،‌ با طناب به سطلهایی برای بالا آوردن آب وصل می‎شدند که از آن برای مصارف خانگی و یا آبیاری زمینهای کشاورزی استفاده می‎شد. این، ساده‎ترین و ابتدائی‎ترین کاربرد چرخ آبی بود، ‎Noria، چرخ پره‎دار ساده‎ای بود که با جریان آب رودخانه، حرکت می‎کرد و به شتر در مدیترانه رواج داشت. ‎Noria چندان عمری نداشت زیرا بلافاصله چرخ دیگری که در پایین به شرح آن می‎پردازیم، بوجود آمد. علت پیدایش این چرخ جدید،‌ به خاطر نیاز ‎Noria به ذخیره زیاد آب بوده است.

    تا سال صد قبل از میلاد، چرخهای آبی در چندین نواحی دنیا از جمله شمال یونان، ترکیه و هند برای آسیا کردن غلات و استخراج روغن از زیتون، کاربرد داشتند. این چرخها، معروف به چرخهای افقی می‎باشند و میله عمودی نصب شده بر روی آن، مستقیماً سبب حرکت سنگ آسیا می‎شود. چرخهای افقی هم مشکلات و معضلاتی را با خود به همراه داشتند. از جمله آن که باید مجهز به نوعی مجرا یا کانال باشند که موجب انتقال آب به یک طرف چرخ و نهایتاً چرخاندن چرخ شود. از این‎رو، چرخهای افقی در نهرها که شدت جریان آب در آن شد می‎باشد (نظیر نواحی کوهستانی شمال ترکیه و یونان) کارآیی داشتند. لازم به ذکر است که سرعت سنگ آسیا، دقیقاً برابر سرعت چرخ آبی و سرعت چرخ آبی هم بسته به سرعت جریان آب می‎باشد.

  • فهرست و منابع تحقیق مقاله انرژی آب

    فهرست:

    ندارد
     

    منبع:

    ندارد

تحقیق در مورد تحقیق مقاله انرژی آب, مقاله در مورد تحقیق مقاله انرژی آب, تحقیق دانشجویی در مورد تحقیق مقاله انرژی آب, مقاله دانشجویی در مورد تحقیق مقاله انرژی آب, تحقیق درباره تحقیق مقاله انرژی آب, مقاله درباره تحقیق مقاله انرژی آب, تحقیقات دانش آموزی در مورد تحقیق مقاله انرژی آب, مقالات دانش آموزی در مورد تحقیق مقاله انرژی آب
ثبت سفارش
عنوان محصول
قیمت