Kutoa mahitaji ya binadamu kwa nishati ya kutosha ni mojawapo ya kazi muhimu zinazokabili sayansi ya kisasa. Kuhusiana na ongezeko la matumizi ya nishati ya michakato inayolenga kudumisha hali ya msingi ya kuwepo kwa jamii, matatizo ya papo hapo hutokea si tu katika kizazi cha kiasi kikubwa cha nishati, lakini pia katika shirika la usawa la mifumo yake ya usambazaji. Na mada ya ubadilishaji wa nishati ni ya umuhimu muhimu katika muktadha huu. Mchakato huu huamua mgawo wa uzalishaji wa uwezo muhimu wa nishati, pamoja na kiwango cha gharama za kuhudumia shughuli za kiteknolojia ndani ya mfumo wa miundombinu inayotumika.
Badilisha muhtasari wa teknolojia
Haja ya kutumia aina tofauti za nishati inahusishwa na tofauti katika michakato inayohitaji rasilimali ya usambazaji. Joto inahitajika kwainapokanzwa, nishati ya mitambo - kwa usaidizi wa nguvu wa harakati za taratibu, na mwanga - kwa taa. Umeme unaweza kuitwa chanzo cha nishati kwa wote kwa suala la mabadiliko yake na kwa suala la uwezekano wa matumizi katika nyanja mbalimbali. Kama nishati ya awali, matukio ya asili hutumiwa kawaida, pamoja na michakato iliyopangwa kwa usanifu ambayo inachangia uzalishaji wa joto sawa au nguvu ya mitambo. Katika kila kisa, aina fulani ya vifaa au muundo tata wa kiteknolojia inahitajika, ambayo, kimsingi, inaruhusu ubadilishaji wa nishati kuwa fomu inayohitajika kwa matumizi ya mwisho au ya kati. Kwa kuongezea, kati ya kazi za kibadilishaji, sio mabadiliko tu yanajitokeza kama uhamishaji wa nishati kutoka kwa fomu moja hadi nyingine. Mara nyingi mchakato huu pia hutumika kubadilisha baadhi ya vigezo vya nishati bila mabadiliko yake.
Mabadiliko kama hayo yanaweza kuwa ya hatua moja au hatua nyingi. Kwa kuongeza, kwa mfano, uendeshaji wa jenereta za jua kwenye seli za photocrystalline kawaida huzingatiwa kama mabadiliko ya nishati ya mwanga kuwa umeme. Lakini wakati huo huo, inawezekana pia kubadili nishati ya joto ambayo Jua hutoa kwenye udongo kutokana na joto. Modules za joto huwekwa kwa kina fulani chini na, kwa njia ya waendeshaji maalum, kujaza betri na hifadhi ya nishati. Katika mpango rahisi wa uongofu, mfumo wa joto hutoa uhifadhi wa nishati ya joto, ambayo hutolewa kwa vifaa vya kupokanzwa kwa fomu yake safi na maandalizi ya msingi. Katika muundo tata, pampu ya joto hutumiwa katika kundi mojavyenye vidhibiti joto na vibandizi vinavyotoa ubadilishaji wa joto na umeme.
Aina za ubadilishaji wa nishati ya umeme
Kuna mbinu tofauti za kiteknolojia za kuchimba nishati msingi kutoka kwa matukio asilia. Lakini fursa zaidi za kubadilisha mali na aina za nishati hutolewa na rasilimali za nishati zilizokusanywa, kwani zimehifadhiwa kwa fomu inayofaa kwa mabadiliko. Aina za kawaida za ubadilishaji wa nishati ni pamoja na shughuli za mionzi, inapokanzwa, athari za mitambo na kemikali. Mifumo changamano zaidi hutumia michakato ya kuoza kwa molekuli na athari za kemikali za ngazi mbalimbali zinazochanganya hatua nyingi za mabadiliko.
Chaguo la mbinu mahususi ya mabadiliko itategemea hali ya mpangilio wa mchakato, aina ya nishati ya awali na ya mwisho. Nishati ya radiant, mitambo, mafuta, umeme na kemikali inaweza kutofautishwa kati ya aina za kawaida za nishati ambazo, kimsingi, zinashiriki katika michakato ya mabadiliko. Kwa uchache, rasilimali hizi zinatumiwa kwa ufanisi katika sekta na kaya. Tahadhari tofauti inastahili michakato isiyo ya moja kwa moja ya ubadilishaji wa nishati, ambayo ni derivatives ya operesheni fulani ya kiteknolojia. Kwa mfano, ndani ya mfumo wa uzalishaji wa metallurgiska, shughuli za kupokanzwa na baridi zinahitajika, kama matokeo ya ambayo mvuke na joto hutolewa kama derivatives, lakini sio rasilimali zinazolengwa. Kwa asili, hizi ni bidhaa taka za usindikaji,ambazo pia zinatumika, kubadilishwa au kutumika ndani ya biashara sawa.
Kubadilisha nishati ya joto
Mojawapo ya zamani zaidi katika suala la maendeleo na vyanzo muhimu vya nishati kwa kudumisha maisha ya mwanadamu, bila ambayo haiwezekani kufikiria maisha ya jamii ya kisasa. Mara nyingi, joto hubadilishwa kuwa umeme, na mpango rahisi wa mabadiliko hayo hauhitaji uunganisho wa hatua za kati. Hata hivyo, katika mimea ya nguvu ya mafuta na nyuklia, kulingana na hali ya uendeshaji wao, hatua ya maandalizi na uhamisho wa joto katika nishati ya mitambo inaweza kutumika, ambayo inahitaji gharama za ziada. Leo, jenereta zinazofanya kazi moja kwa moja za thermoelectric zinazidi kutumiwa kubadilisha nishati ya joto kuwa umeme.
Mchakato wa mabadiliko yenyewe hufanyika katika dutu maalum ambayo huchomwa, hutoa joto na baadaye hufanya kama chanzo cha kizazi cha sasa. Hiyo ni, mitambo ya thermoelectric inaweza kuzingatiwa kama vyanzo vya umeme na mzunguko wa sifuri, kwani operesheni yao imeanza hata kabla ya kuonekana kwa nishati ya msingi ya mafuta. Seli za mafuta, kwa kawaida mchanganyiko wa gesi, hufanya kama rasilimali kuu. Wao huchomwa moto, kwa sababu ambayo sahani ya chuma ya kusambaza joto inapokanzwa. Katika mchakato wa kuondolewa kwa joto kupitia moduli maalum ya jenereta na vifaa vya semiconductor, nishati inabadilishwa. Umeme wa sasa huzalishwa na kitengo cha radiator kilichounganishwa na transformer au betri. Katika toleo la kwanza, nishatimara moja huenda kwa mtumiaji katika fomu iliyokamilishwa, na katika pili - hujilimbikiza na kutolewa kama inahitajika.
Uzalishaji wa nishati ya joto kutoka kwa nishati ya mitambo
Pia ni mojawapo ya njia za kawaida za kupata nishati kutokana na mabadiliko. Kiini chake kiko katika uwezo wa miili kutoa nishati ya joto katika mchakato wa kufanya kazi. Kwa fomu yake rahisi, mpango huu wa mabadiliko ya nishati unaonyeshwa kwa mfano wa msuguano wa vitu viwili vya mbao, na kusababisha moto. Hata hivyo, ili kutumia kanuni hii kwa manufaa yanayoonekana, vifaa maalum vinahitajika.
Katika kaya, mabadiliko ya nishati ya kiufundi hufanyika katika mifumo ya joto na usambazaji wa maji. Hizi ni miundo tata ya kiufundi yenye mzunguko wa magnetic na msingi wa laminated unaounganishwa na nyaya za umeme zilizofungwa. Pia ndani ya chumba cha kazi cha kubuni hii ni mabomba ya joto, ambayo yanawaka moto chini ya hatua ya kazi iliyofanywa kutoka kwa gari. Ubaya wa suluhisho hili ni hitaji la kuunganisha mfumo kwenye mtandao mkuu.
Sekta hutumia vigeuzi vyenye nguvu zaidi vilivyopozwa kimiminika. Chanzo cha kazi ya mitambo kinaunganishwa na mizinga ya maji iliyofungwa. Katika mchakato wa harakati za miili ya mtendaji (turbines, vile au vipengele vingine vya kimuundo), hali za malezi ya vortex huundwa ndani ya mzunguko. Hii hutokea wakati wa kuvunja mkali wa vile. Mbali na inapokanzwa, katika kesi hii, shinikizo pia huongezeka, ambayo inawezesha taratibumzunguko wa maji.
Ubadilishaji wa nishati ya kielektroniki
Vitengo vingi vya kisasa vya kiufundi hufanya kazi kwa kanuni za ufundi wa kielektroniki. Mashine ya umeme ya synchronous na asynchronous na jenereta hutumiwa katika usafiri, zana za mashine, vitengo vya uhandisi wa viwanda na mitambo mingine ya nguvu kwa madhumuni mbalimbali. Hiyo ni, aina za kielektroniki za ubadilishaji wa nishati hutumika kwa modi za uendeshaji wa jenereta na motor, kulingana na mahitaji ya sasa ya mfumo wa kiendeshi.
Katika muundo wa jumla, mashine yoyote ya umeme inaweza kuzingatiwa kama mfumo wa saketi za umeme zilizounganishwa kwa usumaku. Matukio hayo pia yanajumuisha hysteresis, kueneza, harmonics ya juu na hasara za magnetic. Lakini kwa mtazamo wa kitamaduni, zinaweza kuhusishwa na analogi za mashine za umeme ikiwa tu tunazungumza juu ya modi zinazobadilika wakati mfumo unafanya kazi ndani ya miundombinu ya nishati.
Mfumo wa ubadilishaji wa nishati ya kielektroniki unatokana na kanuni ya miitikio miwili yenye vijenzi vya awamu mbili na awamu tatu, pamoja na mbinu ya kuzungusha sehemu za sumaku. Rotor na stator ya motors hufanya kazi ya mitambo chini ya ushawishi wa shamba la magnetic. Kulingana na mwelekeo wa mwendo wa chembe zilizochajiwa, hali ya uendeshaji imewekwa - kama injini au jenereta.
Uzalishaji wa umeme kutoka kwa nishati ya kemikali
Jumla ya chanzo cha nishati ya kemikali ni cha kitamaduni, lakini mbinu za mabadiliko yake si za kawaida sanakutokana na vikwazo vya mazingira. Kwa yenyewe, nishati ya kemikali katika fomu yake safi haitumiwi - angalau kwa namna ya athari za kujilimbikizia. Wakati huo huo, michakato ya asili ya kemikali huzunguka mtu kila mahali kwa namna ya vifungo vya juu au vya chini vya nishati, vinavyojitokeza wenyewe, kwa mfano, wakati wa mwako na kutolewa kwa joto. Walakini, ubadilishaji wa nishati ya kemikali hupangwa kwa makusudi katika tasnia fulani. Kawaida, hali huundwa kwa mwako wa hali ya juu katika jenereta za plasma au turbine za gesi. Reactant ya kawaida ya taratibu hizi ni seli ya mafuta, ambayo inachangia uzalishaji wa nishati ya umeme. Kwa mtazamo wa ufanisi, ubadilishaji huo hauna faida ikilinganishwa na mbinu mbadala za kuzalisha umeme, kwa kuwa sehemu ya joto muhimu hutawanywa hata katika mitambo ya kisasa ya plasma.
Ubadilishaji wa nishati ya mionzi ya jua
Kama njia ya kubadilisha nishati, mchakato wa kuchakata mwanga wa jua katika siku za usoni unaweza kuwa unaohitajika zaidi katika sekta ya nishati. Hii ni kutokana na ukweli kwamba hata leo kila mmiliki wa nyumba anaweza kununua vifaa vya kinadharia kwa kubadilisha nishati ya jua katika nishati ya umeme. Kipengele muhimu cha mchakato huu ni kwamba jua kusanyiko ni bure. Jambo lingine ni kwamba hii haifanyi mchakato kuwa bure kabisa. Kwanza, gharama zitahitajika kwa ajili ya matengenezo ya betri za jua. Pili, jenereta za aina hii wenyewe sio nafuu, kwa hivyo uwekezaji wa awali ndaniWatu wachache wanaweza kumudu kupanga kituo chao cha nishati kidogo.
Jenereta ya nishati ya jua ni nini? Hii ni seti ya paneli za photovoltaic zinazobadilisha nishati ya jua kuwa umeme. Kanuni yenyewe ya mchakato huu ni kwa njia nyingi sawa na uendeshaji wa transistor. Silicon hutumiwa kama nyenzo kuu ya utengenezaji wa seli za jua katika matoleo tofauti. Kwa mfano, kifaa cha kubadilisha nishati ya jua kinaweza kuwa aina nyingi na kioo kimoja. Chaguo la pili ni bora kwa suala la utendaji, lakini ni ghali zaidi. Katika visa vyote viwili, seli ya picha huwashwa, wakati elektrodi huwashwa na nguvu ya kielektroniki huzalishwa katika mchakato wa harakati zao.
Ubadilishaji wa nishati ya mvuke
Mitambo ya mvuke inaweza kutumika viwandani kama njia ya kubadilisha nishati kuwa muundo unaokubalika, na kama jenereta huru ya umeme au joto kutoka kwa mtiririko maalum wa gesi ya kawaida. Mbali na mashine za turbine tu hutumiwa kama vifaa vya kubadilisha nishati ya umeme pamoja na jenereta za mvuke, lakini muundo wao unafaa kabisa kuandaa mchakato huu kwa ufanisi wa hali ya juu. Suluhisho rahisi zaidi la kiufundi ni turbine iliyo na vile, ambayo nozzles zilizo na mvuke hutolewa zimeunganishwa. Kadiri vile vile vinasogea, usakinishaji wa sumakuumeme ndani ya kifaa huzunguka, kazi ya kimitambo inafanywa na mkondo wa maji hutolewa.
Baadhi ya miundo ya turbine inayoupanuzi maalum kwa namna ya hatua, ambapo nishati ya mitambo ya mvuke inabadilishwa kuwa nishati ya kinetic. Kipengele hiki cha kifaa kimedhamiriwa sio sana na masilahi ya kuongeza ufanisi wa ubadilishaji wa nishati ya jenereta au hitaji la kukuza uwezo wa kinetic, lakini kwa kutoa uwezekano wa udhibiti rahisi wa operesheni ya turbine. Upanuzi katika turbine hutoa kazi ya udhibiti ambayo inaruhusu udhibiti wa ufanisi na salama wa kiasi cha nishati inayozalishwa. Kwa njia, eneo la kazi la upanuzi, ambalo linajumuishwa katika mchakato wa uongofu, inaitwa hatua ya shinikizo la kazi.
Njia za kuhamisha nishati
Mbinu za kubadilisha nishati haziwezi kuzingatiwa bila dhana ya uhamishaji wake. Hadi sasa, kuna njia nne za mwingiliano wa miili ambayo nishati huhamishwa - umeme, mvuto, nyuklia na dhaifu. Uhamisho katika muktadha huu pia unaweza kuzingatiwa kama njia ya kubadilishana, kwa hivyo, kwa kanuni, utendaji wa kazi katika uhamishaji wa nishati na kazi ya uhamishaji wa joto hutenganishwa. Ni mabadiliko gani ya nishati yanahusisha kufanya kazi? Mfano wa kawaida ni nguvu ya mitambo, ambayo miili ya macroscopic au chembe za mtu binafsi huhamia kwenye nafasi. Mbali na nguvu ya mitambo, kazi ya sumaku na umeme pia inajulikana. Kipengele muhimu cha kuunganisha kwa karibu aina zote za kazi ni uwezo wa kuhesabu kabisa mabadiliko kati yao. Hiyo ni, umeme hubadilishwa kuwanishati ya mitambo, kazi ya mitambo katika uwezo wa sumaku, nk. Uhamisho wa joto pia ni njia ya kawaida ya kuhamisha nishati. Inaweza kuwa isiyo ya mwelekeo au ya machafuko, lakini kwa hali yoyote, kuna harakati ya chembe za microscopic. Idadi ya chembechembe zilizoamilishwa itaamua kiasi cha joto - joto muhimu.
Hitimisho
Mabadiliko ya nishati kutoka umbo moja hadi nyingine ni ya kawaida, na katika baadhi ya sekta hitaji la lazima kwa mchakato wa uzalishaji wa nishati. Katika hali tofauti, hitaji la kujumuisha hatua hii linaweza kuelezewa na mambo ya kiuchumi, kiteknolojia, mazingira na mengine ya uzalishaji wa rasilimali. Wakati huo huo, licha ya aina mbalimbali za njia za asili na za bandia za mabadiliko ya nishati, idadi kubwa ya mitambo ambayo hutoa michakato ya mabadiliko hutumiwa tu kwa umeme, joto na kazi ya mitambo. Njia za kubadilisha nishati ya umeme ndizo zinazojulikana zaidi. Mashine ya umeme ambayo hutoa mabadiliko ya kazi ya mitambo katika umeme kulingana na kanuni ya induction, kwa mfano, hutumiwa karibu na maeneo yote ambapo vifaa vya kiufundi ngumu, makusanyiko na vifaa vinahusika. Na hali hii haipungui, kwa kuwa ubinadamu unahitaji ongezeko la mara kwa mara katika uzalishaji wa nishati, ambayo inatulazimisha kutafuta vyanzo vipya vya nishati ya msingi. Kwa sasa, maeneo ya kuahidi zaidi katika sekta ya nishati yanachukuliwa kuwa mifumo ya kizazi sawaumeme kutoka kwa nishati ya mitambo inayozalishwa na Jua, upepo na maji hutiririka katika asili.
