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.
|