مقاله در مورد انرژی آب تحت pdf

توضیحات

 مقاله در مورد انرژی آب تحت pdf دارای 49 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله در مورد انرژی آب تحت pdf  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 در مورد انرژی آب تحت pdf،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله در مورد انرژی آب تحت pdf :

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 می‎كنند. چرخهای آبی دستگاه‎های مكانیكی ساده‎ای هستند كه ما می‎توانیم برای درك برخی مفاهیم هم و كلیدی از آنها یاری جوئیم.

انرژی جنبشی
برای درك و روشن شدن، مطلب را با مثال ساده‎ای آغاز می‎كنیم. اگر در حال عبور از نهر ابی باشیم، این حس در ما ایجاد می‎شود كه آب در جهت خلاف پاهای ما به شدت عبور می‎كند. در نهرهایی كه جریان آب در آنها تند باشد باید مراقب باشیم كه شدت (فشار) آب باعث افتادن ما نشود. همین‎طور كشش و فشار امواج را هنگام گذر از كنار دریا حس می‎كنیم. گاهی اوقات هنگام نزدیك شدن امواج،‌ می‎توانیم سریع پاهایمان را كنار بكشیم، یقیناً اگر در زیر یك آبشار باشیم، فشار

آب را روی بدنمان احساس می‎كنیم. اگر اندكی این چرخ را در نحری كه آب در آن جریان دارد،‌ داخل كنیم. جریان آب در جهت خلاف آن بر آن فشار می‎آورد، درست همانند زمانی كه ما داخل آب هستیم شویم. فشار آب موجود در جهت فاضلاب فقط یك پدال (پرگا)، موجب چرخش چرخ می‎شود. اگر محور چرخ را به یك دستگاه وصل كنیم قادر به انجام كار مفید، نظیر آسیا كردن غلات می‎باشیم. پایه و اساس چرخ
آبی، درك مفهوم فوق می‎باشد.
حال، مشاهده‎ای مرتبط در این زمینه را در نظر مجسم سازید: زمانی كه داخل یك استخر یا حوض مخصوص شنا ایستاده‎ایم و یا در حال گذشتن از آن هستیم، هیچ نگران این قضیه نیستیم كه جریان آب موجب عدم تعادل و نهایتاً افتادن ما شود. مشابه آن در مورد چرخ آبی هم صدق می‎كند.

قرار دادن چرخ آبی در استخر شنا، مانع حركت چرخ می‎شود. به تفاوتی بین شرایط فعلی و ا اینكه خیلی كند می‎باشد. تنها آب جریا (متحرك) باعث هل دادن و به حركت درآوردن ما و همین‎طور باعث چرخاندن، چرخ آبی می‎شود. به حركت درآمدن ما و چرخ آبی، بیانگر انجام كار می‎باشد. تنها آب جاری،‌ توان انجام كار را دارد. مطلب فوق مبین این مسئله است كه آب جاری (آبی كه دارای حركت باشد) دارای نوع انرژی می‎باشد. همان‎طوری كه قبلاً گفته شد، اگر چرخ آبی را به یك دستگاه مكانیكی وصل كنیم، دستگاه قادر به انجام كار نظیر: آسیا كردن فلات یا اره كردن چوب می‎باشد. تعمیم عبارت فوق بیان این مطلب است كه:
«انرژی جنبشی، باعث انجام كار می‎شود.»

انرژی پتانسیل
حال روش مقرون به صرف نیز، استفاده از یك چرخ آبی را در نظر مجسم سازید،‌با در نظر گرفتن مزیت آبشار و انرژی جنبشی آبی كه از آن سرازیر می‎شود، چرخ‎های چرخ‎دنده می‎چرخد و كار انجام می‎گیرد. حجمی از آب را درست در نقطه ‎A در نظر بگیرید، آیا آن مقدار از اب قادر به انجام كار می‎باشد؟ خیر؟ (حداقل، حالانه)، حجم آب در آن نقطه، فاقد انرژی جنبشی می‎باشد. البته باید بر این مسئله واقف باشیم كه آب در نقطه ‎A انرژی جنبشی ندارد اما پتانسیل كسب انرژی جنبشی

را دارد. برای درك مطلب فوق می‎توانیم بگوئیم كه آب در نقطه ‎A دارای انرژی پتانسیل می‎باشد. چه عاملی باعث سرازیر شدن آب می‎گردد؟ نیروی جاذبه زمین، آب را به مركز زمین می‎كشد، باید گفت كه آب در نقطه «A» انرژی پتانسیل جاذبه را دارا میباشد. انرژی پتانسیل جاذبه، نیتولی می‎باشد كه باعث كشیده شدن اشیاء به طرف مركز ثقل می‎شود.
حال سه نكته 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 حركت چرخ كه همان انجام كار می‎باشد می‎شود. در واقع نقطه ‎B مكانی فعال است. تصور كنید كه برای حجم آب در نقطه ‎C چه روی

می‎دهد؟ ممكن است این‎طور در ذهن تداعی شود كه انرژی پتانسیل در نقطه ‎C به آخر می‎رسد. اما قضیه فوق كاملاً درست نیست زیرا عملاً به آبشاری دیگر كه در حال سرازیر شدن در نهر است برخورد می‎كند، پس آب در نقطه ‎C، هنوز انرژی پتانسیل جاذبه را دارا می‎باشد،‌ در واقع آب

همشیه، قدری انرژی پتانسیل جاذبه را دارا می‎باشد مگر آنكه نقطه ‎C مركز 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 كارو چرخاندن چرخ آبی می‎باشد.

تغییر خودبخود و نمودار انرژی
از مشاهدات و دانسته‎های خود بر این مسئله واقف هستیم كه اشیاء همواره در حال سقوط می‎باشند. این مسئله شامل حال ما هم می‎شود به عنوان مثال: هنگام سكندری خودرن و افتادن. هر شیئی متحرك، خودبخود از انرژی پتانسیل جاذبه بالا به سمت نیروی پتانسیل جاذبه پایین، سقوط می‎كند همچنین می‎دانیم كه اشیاء، خودبخود به سمت بالا نمی‎روند. (گاهی اوقات، ممكن است در سینما یا تلویزیون، هنگامی كه فیلم به عقب برمی‎گردد، شاهد این مسئله باشیم كه اشخاص یا اشیاء به طرف بالا می‎روند. این مسئله جنبه فكاهی دارد و كاملاً برخلاف تجارب همول و قابل انتظار می‎باشد. برای هر رویداد طبیعی یك مسیر معقول و غیرمعقول وجود دارد. سیب از درخت می‎افتد، اما دوباره به سمت شاخه برنمی‎گردد. ذرات شكر در قهوه حل می‎شوند آنها دوباره در فنجان شكل نمی‎گیرند.
بنابراین، اشیاء از پتانسیل جاذبه بالا به پتانسیل جاذبه پایین حركت می‎كنند 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 كه پیش از این در نمودار (505) برای سیستمی دیگر (یك اتم كربن، 4 اتم هیدروژن و چهار اتم اكسیژن) معرفی نمودیم و از آن می‎توانیم انرژی، استخراج نمائیم در مورد تغییرات شیمیایی فوق، از سیستمی با انرژی پتانسیل شیمیائی بالا كه همسان با سیستم انرژی پتانسیل جاذبه بالا می‎باشد، صحبت می‎شود. در واقع این دو تودار به قدری شبیه به هم هستند كه می‎توانیم از آنها نمودار انرژی واحدی ترسیم نمائیم. كه هر دو سیستم در آن كاربرد دارد. نمودار فوق به منظور شرح و توصیف یك سری از سیستمهای مشابه استفاده می‎شود.
مفهوم كلیدی نمودار فوق مطلب زیر می‎باشد:
«زمانی كه سیستم به دستخوش یك سری تغییرات خودبخود از پتانسیل جاذبه بالا به پتانسیل جاذبه پایین می‎شود ما می‎توانیم انرژی (یا كار) را از آن استخراج نمائیم.

انواع چرخ آبی
ساده‎ترین و اساسی‎ترین طراحی در چرخهای آبی، چرخ آبی ‎undershot (چرخ آبی كه آب از زیر آن می‎گذرد و موجب چرخیدن چرخ می‎شود) می‎باشد. ابتدائی‎ترین طراحی، چرخ پره‎دار ساده‎ای بود كه داخل نهر یا رودخانه قرار داشت. چرخ آبی فوق در مناطقی همچون دانمارك شمالی و چین قرار داشت و از آن برای آسیا كردن برنج استفاده می‎شد. این چرخ آبی در مخروبه‎های پمپی ‎(Pompei) كه شهری مدفون در زیر گدازه‎های آتشفشان بود، پیدا شد. همچنین، چرخ قوماً عملاً دارای یك

سری مشكلات بود. كاری كه 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 كار و نیروی انجام گرفته تسوط چرخ بود. نوسانات فصلی، در میزان ذخیره آب خیلی مؤثر بودند. در آب و هوای داغ و در زمان خشكسالی، سطح آب رودخانه، به قدری پایین بود كه آب كافی برای چرخاندن چرخ وجود

نداشت. هنگام سیل، به قدری آب رودخانه بالا می‎آمد كه تمام چرخ در آب فرو می‎رفت. علی‎رغم تمام نقایص، چرخ فوق ‎- ‎undershot‎- برای مدتها، در سراسر دنیا قابل استفاده بود. سهولت، سادگی و همین‎طور كم هزینه بودن آن باعث استفاده طولانی و مستمر از این چرخ شد. در چرخ آبی، خصو

صاً چرخ آبی پره‎داری كه 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، كاملاً ساده و اسان بود: شكل پره‎ها تغییر كرد. در طرخح پیشرفته كه چرخ آبی پاسلت ‎Povcelet undershot wheel یا به طور ساده‎تر چرخ پانسلت نامیده می‎شد، پره‎ها یا پدال‎های چرخ طوری طراحی شده بودند كه 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 كار 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 كه جریان آب رودخانه، كند باشد، چرخ ‎overshot به ‎undershot ارجحیت دارد. در واقع چرخ ‎overshot در هرنری كه 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 خشك 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 حك شده است. چرخ ‎overshot عمود بر یك محور افقی می‎باشد. تیغه‎های چرخ طوری طراحی شده‎اند كه آن را به دو بخش مجزا تقسیم می‎كنند. آب از بالا، داخل یان دو بخش (سطل) مجزا می‎ریزد.

د چرخ فوق، تنها جزئی از كار در اثر برخورد آب با تیغه‎ها، صورت می‎گیرد و قسمت اعظم آن از شدت جریان آب سرازیر شده از سطلها می‎باشد كه موجب چرخش چرخ می‎شود. میزان كارآئی و بازدهی چرخ فوق شصت و پنج الی هشتاد درصد می‎باشد. با نصب سد كه چرخ در مكانی پایین‎تر از آن كه 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 كه موجب جاری شدن آب به سطح پایین‎تر (انرژی پتانسیل جاذبه زمین) می‎شود. آبی كه از گذرگاه مبدأ اصلی به داخل سطل می‎ریزد، موجب چرخاندن چرخ در آن زمان می‎شود.

چرخهای آبی در جهان باستان

چرخ آبی، دستگاهی است كه استخراج انرژی از یك سیستم را میسر می‎سازد. به عنوان مثال آب در حال سرازیر شدن كه از انرژی پتانسیل بالا به انرژی پانسیل پایین منتقل می‎شود. اگر دستگاهی را به محور چرخ آبی متصل كنیم، می‎توانیم از انرژی جنبشی برای انجام كار استفاده نمائیم.
در واقع چرخ آبی اولین دستگاهی بود كه عملاً بشر را از اتكاء به ماهیچه‎هایش یا به بیگاری گرفتن حیوانات برای انجام كار، رها نمود. اطلاعی از زمان و مكان پیدایش چرخهای آبی در دست نیست و حتی اطلاعی از اینكه 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 كه از آن برای مصارف خانگی و یا آبیاری زمینهای كشاورزی استفاده می‎شد. این،

ساده‎ترین و ابتدائی‎ترین كاربرد چرخ آبی بود، ‎Noria، چرخ پره‎دار ساده‎ای بود كه با جریان آب رودخانه، حركت می‎كرد و به شتر در مدیترانه رواج داشت. ‎Noria چندان عمری نداشت زیرا بلافاصله چرخ دیگری كه در پایین به شرح آن می‎پردازیم، بوجود آمد. علت پیدایش این چرخ جدید،‌ به خاطر نیاز ‎Noria به ذخیره زیاد آب بوده است. برای آسیا كردن غلات و استخراج روغن از زیتون، كاربرد داشتند. این چرخها، معروف به چرخهای افقی می‎باشند و میله عمودی نصب شده بر روی آن، مستقیماً سبب حركت سنگ آسیا می‎شود. چرخهای افقی هم مشكلات و معضلاتی را با خود به همراه داشتند. از جمله آن كه باید مجهز به نوعی مجرا یا كانال باشند كه موجب انتقال آب

به یك طرف چرخ و نهایتاً چرخاندن چرخ شود. از این‎رو، چرخهای افقی در نهرها كه شدت جریان آب در آن شد می‎باشد (نظیر نواحی كوهستانی شمال تركیه و یونان) كارآیی داشتند. لازم به ذكر است كه سرعت سنگ آسیا، دقیقاً برابر سرعت چرخ آبی و سرعت چرخ آبی هم بسته به سرعت جریان آب می‎باشد.

برای دریافت اینجا کلیک کنید