O’zbеkistоn rеspublikasi оliy va o’rta maхsus ta’lim vazirligi buхоrо davlat univеrsitеti
Quyosh energiyasining fizik asoslari
Yüklə 5,44 Mb. Pdf görüntüsü
|
|
2.3. Quyosh energiyasining fizik asoslari
Mexanik energiya ko’p turli energiyalarning bir turidir. Hozirgi vaqtda mexanik energiyadan tashqari kimiyoviy, elektromagnit (jumladan, nur energiya) yadroviy energiya va energiyaning boshqa turlari ma’lum. Tabiatda va texnikada energiya hamma vaqt bir turdan ikkinchi turga aylanib turadi. Energiya bir turdan ikkinchi turga o’tib turadigan jarayonlarda quyidagicha misollar keltirish mumkin (2.4- jadval) . 62 2.4-jadval Energiya bir turdan ikkinchi turga o’tib turadigan jarayonlar Jarayon yoki asboblar Energiyaning aylanishida asosiy tur Aylanadigan tur Elektr mashina generatori Mexanik Elektr Galvanik element kimiyoviy Elektr Elektro dvigatel Elektr Mexanik Akkumulyatorni zaryadlash Elektr Kimyoviy Foto sintez Elektromagnit Kimyoviy Fotoeffekt Elektromagnit Elektr Yadro reaktori Yadroviy Mexanik va elektromagnit va h.k. Bundan tashqari bu aylanish jarayonida molekulalarning uzluksiz va tartibsiz harakati energiyaga (ichki energiyaga) aylanishini ham nazarda tutish lozim. Sistemaning to’liq energiyasi W sistemaga tegishli barcha tur energiyalarning yig’indisidan iborat bo’ladi. Tajribalar shuni ko’rsatdiki, izolyatsiyalangan sistemada energiyaning qanday turdagi aylanishlari bo’lmasin, izolyatsiyalangan sistemaning to’liq energiyasi kattaligi o’zgarmaydi: const W = . Bunda energiya yaratilmaydi ham, yo’q bo’lmaydi ham, energiya bir turdan ikkinchi turga aylanishi mumkin. Bu qoida energiyaning saqlanish va bir turdan ikkinchi turga aylanish qonunining eng umumiy ifodalanishidir yoki izolyatsiyalanmagan sistema energiyasi W ning o’zgarishi sistema bajargan A ishga tengdir: A W − = . Agar ish sistemaning o’zining ichki kuchlari hisobiga bajarilsa 0 A , sistemaning energiyasi kamayadi. Agar sistema ishni tashqi kuchlar ustida bajarsa, u holda 0 A va sistemaning energiyasi ortadi. Energiyaning saqlanish va bir turdan ikkinchi turga aylanish qonuni g’oyasi 1748-yilda M.V.Lomonosovning materiya va harakatning saqlanish qonunida ifodalangan. Energiyaning aylanish qonuni: 63 - Mexanik va issiqlik jarayonlari (Devi – 1800 yil, Karno – 1824 yil, Yakobi – 1834 yil); - Kimyoviy va elektr jarayonlari (Volta – 1799 yil); - Mexanik va elektr jarayonlari (Faradey – 1831 yil, Lens – 1883 yil); - Issiqlik va elektr jarayonlari (Pelte – 1844 yil, Joul – 1841 yil, Lens – 1842 yil) hamda (1842 – 1845 yillar), Gelmgols (1847 – yil)llarning umumlashtiruvchi tadqiqotlari tufayli energiyaning saqlanish va bir turdan ikkinchi turga aylanishining umumiy qonuni yaratildi. Bu qonunning to’la-to’kis ifodasini 1860 – yilda Kelvin yakunladi, u “Tabiat kuchi” termini o’rniga “energiya” termini kiritildi. Energiyaning saqlanish va aylanish qonuni tabiatning mutlaqo istisnosiz eng umumiy qonunidir. Biroq bu qonun eng umumiy bo’lgani uchun ham uning umumiy nazariy isboti yo’q va va faqat xususiy holler uchun birinchi turdagi abadiy dvigatelni yasash mumkin emasligi energiyaning saqlanish qonunining asoslanishiga olib keldi. Masalan, dastlab tinch turgan m massali sharchaning H , balandlikldan yerga tushishda energiyaning saqlanish va aylanish qonuni xususiy isbotini ko’raylik. Bu misolda jism – yer sistemasini izolyatsiyalangan sistema deb olinishi mumkin. Bu sistemaning to’liq energiyasi W har qanday hollarda ham yerga tortish potensial energiyasi p W va jismning kinetik energiyasi k W ning yig’indisidan ibratdir. Boshlang’ich 1-holatda mgH W p = va 0 = + ky kj W W . Shuning uchun mgH W W W W ky kj p = + + = (2.4) Jismning tushish jarayonida sistemaning potensial energiyasi kamayib jismning kinetik energiyasi oshadi. Shu sababli, sistemaning 2-holati uchun quyidagini yozish mumkin: ) ( h h mg W p − = (2.5) ) ( ) ( 2 2 2 2 h H mg h H g m m W j kj − = − = = (2.6) h a M M W y ky = = 2 2 2 2 (2.7) 64 Bu yerda h - Yerning siljishi, a - shu siljishdagi tezlanish, M - Yerning massasi, j , y - jism va yerning harakat tezligi. M m g a / / = bo’lgani uchun M mg a / = . U holda h mg h M mg M W ky = = 2 2 (2.8) Shuning uchun mgH W = 2 (2.9) Demak, 2 1 W W = , ya’ni sistemaning 1-holatdagi va 2-holatdagi to’liq energiyasi bir xil ekan. Bu esa energiyaning saqlanish va bir turdan ikkinchi turga aylanishi qonuniga mos keladi. Yer yuzasida birinchi energoresurslarga talab juda katta bo’lib, u 78 10 12 kW soat yoki 78 trillion kW soatga teng. Bular quyidagi energiya manbalari hisobida qondiriladi: - organik yoqilg’ilar; - suv va atom energiyasi; - quyosh, shamol, dengiz suvi ko’tarilishi, geotermal energiya. Issiqlikning mexanik ekvivalentiga asosan 1 kJ energiya olish uchun 1 kJ mexanik yoki elektr energiya yetarlidir. Ammo 1 kJ mexanik yoki elektr energiya olish uchun 1 kJ dan ortiq issiqlik energiyasi talab etiladi. Hozirgi vaqtda 140-150 trillion kW soatga teng energiyaga ehtiyoj sezilmoqda. Issiqlik elektrostansiyalarida (IES) yoqilg’ining yongandagi issiqlik energiyasi bug’ trubinasini (bug’ trubinasida bug’ning boshlang’ich temperaturasi 540-550 o C) harakatga keltirilib, mexanik energiyaga aylanadi. O’z navbatida mexanik energiya elektrogeneratorni harakatga keltirib, elektr energiyaga aylanadi. Hozirgi IES larning quvvati 1 Mln 200 ming kW, FIK – 40-60 % atrofida bo’ladi. Sovuq IES 300 K = 27 o C temperaturada 1 J issiqlik energiya, 0,25 J mexanik energiyasini hosil qiladi. Agar yongan yoqilg’ini temperaturasi 1000 K =727 o C bo’lsa, u holda 1 J issiqlik energiyadan 0,7 J mexanik energiya olish mumkin. Hozirgi issiqlik elektrostansiyalarda bug’ning boshlang’ich temperaturasi 540 o C = 831 K . Keyingi yillarda IES qurilishi iqtisodiy samarali bo’lmoqda. IESlarda FIK 60-70 % ga yaqinlashmoqda. GES larning umumiy quvvati 1015 kW soat yil, 1000 trillion kW soat. Bu miqdor 300 mlrd.t. shartli yoqilg’i yonganda olinadigan miqdorga tengdir. |