مقاله انواع سوخت و انرژی

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله انواع سوخت و انرژی دارای ۱۷ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله انواع سوخت و انرژی  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله انواع سوخت و انرژی،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله انواع سوخت و انرژی :

انواع سوخت و انرژی

امروز سوخت و انرژی در دنیا به چند دسته کلی تقسیم می شوند. سوخت های فسیلی و سوخت های غیرفسیلی و انرژی های تجدید پذیر و غیرقابل تجدید.
سوخت های فسیلی عبارتند از:
نفت، گاز و ذغال سنگ که با اکسیژن هوا ترکیب می شوند و ایجاد انرژی به شکل حرارت می کنند. این سوخت ها در مقایسه با سوخت های دیگر، انرژی کمتری تولید می کنند. مثلاً یک کیلوگرم زغال سنگ حدود ۸ کیلووات ساعت انرژی تولید می کند و یک کیلوگرم نفت حدود ۱۲ کیلووات ساعت انرژی تولید می کنند. این سوخت ها آلوده کننده محیط زیست نیز هستند.

به علاوه جزء ذخایر غیرقابل تجدید بوده و دارای مشکلات زیادی در حمل و نقل ایمنی نیز هستند. مانند گازگرفتگی (خفگی) یا تولید گاز سمی منوکسید کربن. دسته دیگر از سوخت ها شامل سوخت های هسته ای هستند مانند اورانیوم یا پلوتونیوم یا ایزوتوپ های هیدروژن مانند دوتریوم یا تریتیوم یا فلز سبک لیتیوم. این سوخت ها در مقایسه با سوخت های دسته اول دارای امتیازات مثبت و منفی هستند. اول اینکه در این سوخت ها بعضی ایزوتوپ ها توانایی تولید انرژی به وسیله تکنولوژی فعلی بشر را دارد؛ مانند ایزوتوپ های کمیاب اورانیوم ۲۳۵ یا پلوتونیوم ۲۳۹ یا اورانیوم ۲۳۳ که به این ایزوتوپ ها شکاف پذیر می گویند. امتیازات اینها عبارتند از تولید مقادیر زیادی انرژی به وسیله حجم کم ماده سوختنی. مثلاً از یک کیلوگرم اورانیوم ۲۳۵یا پلوتونیوم ۲۳۹ می توان مقدار ۲۳میلیون کیلووات ساعت گرما ایجاد کرد، اما مشکلاتی نیز دارند؛ از آن جمله این که: غنی سازی و تولید این ایزوتوپ ها مشکلات و هزینه زیادی دارند. دوم اینکه، این سوخت های هسته ای سنگین پس از تولید انرژی مقادیر زیادی ایزوتوپ های پرتوزا از خود به جای می گذارند که به زباله های هسته ای موسوم است.

این زباله ها برای محیط زیست و سلامت افراد خطرناک هستند و باید برای صدها سال در انبار های محکم نگهداری شوند تا رادیواکتیو آن از بین برود. دسته دیگر از سوخت های هسته ای شامل عناصر سبک مانند دوتریوم یا تریتیوم یا لیتیوم هستند که قرار است در راکتور های گداخت یا همجوش هسته ای، تولید انرژی کنند. البته تاکنون از اینها در بمب های هیدروژنی بهره برداری نظامی و تسلیحاتی می شد، اما برای تولید انرژی برای مصارف صلح آمیز تکنولوژی راکتور های گداخت باید تکمیل شود، این سوخت ها معایب و مزایای فراوانی دارند. اول تولید نوترون و تشعشعات نوترونی می کنند که باید در راکتور های همجوشی هسته ای به نحوی جذب و کنترل شوند دوم اینکه تریتیوم نباید از راکتور نشت کند زیرا یک ایزوتوپ رادیواکتیو است. مزایای این سوخت ها عبارت از این است که فراوان در دسترس هستند و دوم اینکه تولید انرژی زیادتری نسبت به اورانیوم یا پلوتونیوم می کنند. مثلاً انرژی حاصل از گداخت هیدروژن به هلیوم مساوی است با ۱۷۷میلیون کیلووات ساعت در صورتی که انرژی حاصل از اورانیوم برابر است با ۰۰۰/۰۰۰/۲۳ کیلووات ساعت. بنابراین یک کیلوگرم هیدروژن حدود ۸ برابر یک کیلوگرم اورانیوم تولید انرژی می کند.

انواع دیگر انرژی عبارتند از:
انرژی خورشیدی، انرژی باد، انرژی زمین گرمایی و انرژی بیوگاز، که مشکل بزرگ این انرژی تجدیدپذیر این است که بازده انرژی پایینی دارد و دوم اینکه دائمی نیستند و سوم اینکه تکنولوژی بشر برای استفاده مقیاس زیادی از اینها تکمیل نیافته است. ما در این مقاله سعی می کنیم جدیدترین طرح تولید انرژی که شاید یکی از منابع انرژی قرن ۲۱ باشد را معرفی کنیم. این طرح تولید انرژی عبارت از شتاب دهنده ذرات اتمی برای تولید انرژی زیاد، عملکرد این سیستم و دستگاه براساس استفاده از میدان های الکتریکی و مغناطیسی برای شتاب دادن و کنترل ذرات باردار الکتریکی تا مرز سرعت نور است. این سیستم ها قادر هستند سرعت الکترون ها و پروتون ها را تا مرز سرعت نور شتاب دهند. وقتی ذرات تا این حد شتاب یافتند سطح انرژی آنها چند میلیون برابر می شود و دارای انرژی عظیم و فراوانی می شود. یک مثال نشان دهنده این مطلب است، به عنوان مثال شتاب دهنده پروتون در آزمایشگاه فرمی آمریکا قادر است ذرات پروتون را تا یک تریلیون الکترون ولت (Tev) شتاب دهد.

اگر ما به وسیله این شتاب دهنده پروتون های یک گرم هیدورژن معمولی که در آب زیاد است را تزریق کنیم و شتاب دهیم انرژی پروتون ها برابر خواهد بود با انرژی ۲۶ میلیارد کیلووات ساعت انرژی، که مساوی است با انرژی تولید شده به وسیله شکافت حدود ۱۲۰۰ کیلوگرم اورانیوم یا ۱۵ میلیون بشکه نفت. همه این انرژی عظیم و غیرقابل باور فقط به وسیله شتاب دادن پروتون های یک گرم هیدروژن تا سطح انرژی یک تریلیون الکترون ولت است. پس با این محاسبات دانستیم که شتاب دهنده ها دارای چه قدرت عظیمی هستند.

شتاب دهنده ها به چند دسته کلی تقسیم بندی می شوند:
۱_ شتاب دهنده های خطی، ۲ _ شتاب دهنده های مداری، ۳ _ شتاب دهنده سیلکووترون. علاوه بر آن ساخت و نگهداری شتاب دهنده آسان و کم هزینه است. در ضمن می توان این سیستم های مولد را در ابعاد و مقیاس های مختلف ساخت. به عنوان مثال یک شتاب دهنده خطی که طول آن ۱۰۰ متر و ولتاژ آن ۱۰ میلیون ولت است که قادر است انرژی معادل یک گیگا (Gev) الکترون ولت تولید کند. این انرژی معادل است با انرژی ۲۶ میلیون کیلووات ساعت در هر ثانیه. اگر تنها موفق شویم ۵۰ درصد انرژی این شتاب دهنده را استفاده کنیم این شتاب دهنده قادر است معادل ۲۰ هزار نیروگاه اتمی در مقیاس نیروگاه اتمی هزار مگاواتی نیروگاه بوشهر تولید انرژی کند. یعنی قادر خواهد بود ۲۰ میلیون مگاوات انرژی الکتریکی تولید کند.

علاوه بر آن از حرارت و گرمای تولیدی این دستگاه می توان برای بخار کردن آب دریا و تولید آب شیرین استفاده کرد. محاسبات نشان می دهد که این سیستم قادر خواهد بود در سال معادل بارندگی سالیانه کشور آب شیرین تولید کند، بدون اینکه هوا را آلوده کند یا مشکلاتی از قبیل زباله های هسته ای یا پس مانده و آلودگی ایجاد کند، در واقع یکی از بهترین منابع انرژی خواهد بود. سوخت مصرفی این دستگاه تنها چند گرم هیدروژن معمولی است انرژی تولیدی از یک دستگاه شتاب دهنده یک گیگا الکترون ولت (Gev) برابر است با انرژی حاصل از سوختن ۰۰۰/۵۰۰/۲ لیتر بنزین خواهد بود. بنابراین اگر به مدت یک سال کار کند معادل انرژی ۵۰۰ میلیارد بشکه نفت انرژی تولید می کند.

ارزش اقتصادی این مقدار انرژی که ۲ برابر انرژی ذخایر نفت عربستان سعودی است با احتساب قیمت هر بشکه نفت بر مبنای ۲۰ دلار برابر است با ۱۰تریلیون دلار. در صورتی که ما از این سیستم شتاب دهنده استفاده کنیم نیازی به سوزاندن این حجم عظیم نفت و گاز برای تولید انرژی نداریم. مزایای این سیستم عبارتند از: ۱_ می توان در ابعاد و اندازه های مختلف ساخت. ۲_ هزینه ساخت و نگهداری آن کم بوده است. ۳_ هیچ گونه زباله یا آلودگی محیطی تولید نمی کند. محصول نهایی آن آب خالص یا بخار آب است. ۴ _ با استفاده از این دستگاه عملاً عمر منابع انرژی نامحدود می شود و منبع عظیمی از انرژی در دسترس خواهد بود.

در حوزه ذرات
۱) الکترون ولت: واحد انرژی است و برابر انرژی یک الکترون یا پروتون است. وقتی از اختلاف پتانسیل یک ولت عبور کند برابر است با
۱۰- ۱۹ × ۱/۶ ژول
۲) یک گرم هیدروژن ۱۰۲۳ × ۶/۰۲ اتم بوده که به آن یک اتم گرم یا یک مول هیدروژن گویند.

اگر این مقدار هیدروژن از شتاب دهنده یک (Gev) عبور کند معادل انرژی آن برابر خواهد بود:

ژول ۱۰۱۳ × ۹/۶ = ۱۰۹ × ۱ × ۱۰۲۳ × ۶/۰۲ × ۱۰- ۱۹× ۱/۶

یک کیلووات ساعت برابر است با ۰۰۰/۶۰۰/۳ ژول. بنابراین انرژی آن برابر است با
۲۶ کیلو وات ساعت.

۱۰۱۳ × ۹/۶ ژول تقسیم بر ۰۰۰/۶۰۰/۳ مساوی ۱۰۵ × ۲۶
«قانون بقاى انرژى» سابقه اى چند صد ساله در علم دارد و حتى صورت مدرن آن یعنى «قانون اول ترمودینامیک» نیز به زودى دویست ساله خواهد شد. این قانون به قدرى منطقى و پایه اى است که در سال هاى اول دبیرستان نیز تدریس مى شود. قانون بقاى انرژى (یا جرم و انرژى) بر این نکته تأکید دارد که انرژى به وجود نمى آید، از بین نمى رود و تنها از صورتى به صورت دیگر تبدیل مى شود. از مثالهاى مقاله یاد شده براى درک این مفهوم کمک مى گیرم. انرژى ناشى از سوزاندن سوخت هاى فسیلى، میلیون ها سال پیش به صورت پیوند هاى شیمیایى در آنها ذخیره شده است و فرآیند سوختن باعث آزاد شدن این انرژى مى شود. سوخت هاى اتمى شکافتى (مانند اورانیوم) نیز انرژى خود را میلیارد ها سال پیش در فرآیند هاى درونى یک ستاره به دست آورده اند. سوخت هاى اتمى جوشى (مانند جوش هیدروژن) نیز از این ایده استفاده مى کنند که با ترکیب چند هسته، هسته اى با سطح انرژى پایین تر بسازند. مانند آجرى که از یک بلندى به زمین مى افتد و انرژى خود را آزاد مى کند.

بازار ساخت «ماشین هاى کار دایم نوع اول» در قرن هاى ۱۸و ۱۹ بسیار داغ بود. این ماشین ها، ماشین هایى هستند که با نقض قانون اول ترمودینامیک (ماشین هاى کار دایم نوع دوم، قانون دوم را نقض مى کنند) انرژى را از هیچ تولید مى کنند. اما متاسفانه این ماشین ها یا کار نمى کردند یا به صورت پنهان، انرژى را از منبع دیگرى دریافت مى کردند. توجه کنید که تولید انرژى از هیچ اشکال دارد وگرنه تولید انرژى از منابع ذخیره شده، مخالف قانون اول نیست. لازم به ذکر است که قانون بقاى انرژى عمیقاً در تاروپود نظریه هاى مختلف فیزیک در شاخه هاى متفاوت جاى گرفته است و بار ها درستى خود را نشان داده است. هر چند اگر دلایل بسیار قوى براى غلط بودن آن یافت شود، فیزیکدان ها آمادگى بازنگرى اصولى در نظریه ها را دارند همان گونه که قبلاً نیز چنین انقلاب هایى رخ داده است.

شتاب دهنده ذرات، وسایلى هستند که فیزیکدان ها با کمک آنها و با استفاده از جدیدترین تکنولوژى ها در یکى از مرز هاى علم مشغول به کار و تحقیق هستند. این وسیله ها به طور کلى وسایلى هستند که با استفاده از میدان هاى الکتریکى و مغناطیسى (الکترو مغناطیسى) به ذرات بنیادى شتاب مى دهند تا سرعت قابل توجهى پیدا کنند. در شتاب دهنده هاى بزرگ (تحقیقاتى) این ذرات سریع با هم برخورد داده مى شوند تا راجع به ساختار آنها و نیرو هاى درگیر در این فرآیند و حتى ذرات بنیادى جدید اطلاعاتى به دست آید. در شتاب دهنده هاى کوچک (بیمارستانى) هم از آنها براى عکسبردارى دقیق استفاده مى شود. در درس فیزیک عمومى (که همه دانشجویان رشته هاى مهندسى و علوم موظف به گذراندن آن هستند) توضیحات پایه اى و نسبتاً کاملى در مورد شتاب دهنده ها (و منبع انرژى آنها) آمده است.

کلید فهم این که چرا شتاب دهنده ها منبع انرژى نیستند، در این نکته نهفته است که اختلاف پتانسیل موجود در آنها توسط مدار هاى الکتریکى عظیم و بسیار گران قیمت تولید مى شود. هزینه و مصرف انرژى هر بار شتاب دادن ذرات، به قدرى بالاست که از ساکنین شهر هاى اطراف شتاب دهنده هاى تحقیقاتى در هنگام کار آنها (شتاب دهنده ها تنها کسر کوچکى از روز را روشن هستند) درخواست مى شود که در مصرف برق صرفه جویى کنند یا حتى براى مدتى خاموشى برق داشته باشند، به عبارت دیگر میدان الکتریکى (یا اختلاف پتانسیل) درون شتاب دهنده خود به خود وجود ندارد، بلکه تولید مى شود و انرژى لازم براى تولید آن بسیار بسیار بیشتر از انرژى اى است که توسط ذرات داخل آن جذب مى شود. پس طبیعى است که انرژى اى که از ذراتى که داخل شتاب دهنده ها شتاب داده مى شوند، استخراج مى شود نمى تواند یک منبع انرژى باشد زیرا قبلاً خودمان به آن مقادیر قابل توجهى انرژى تزریق کرده ایم. حتى براى ذخیره انرژى نیز مناسب نیست، زیرا تنها کسر کوچکى از انژرى توسط ذرات جذب مى شود.