17. Production of electricity and methods of saving it

КЫРГЫЗ РЕСПУБЛИКАСЫНЫН БИЛИМ ЖАНА ИЛИМ

МИНИСТРЛИГИ

КЫРГЫЗ БИЛИМ БЕРҮҮ АКАДЕМИЯСЫ

ТАБИГЫЙ-МАТЕМАТИКАЛЫК ПРЕДМЕТТЕР ЛАБОРАТОРИЯСЫ

Б.Б.Мурзаибраимова, А.С.Дөөлөталиева

ЭЛЕКТР ЭНЕРГИЯСЫН ӨНДҮРҮҮНҮН

ЖАНА САРАМЖАЛДУУ

ПАЙДАЛАНУУНУН ЖОЛДОРУ

Физика боюнча кошумча окуу куралы

Бишкек 2009

УДК

ББК

Рецензенттер: М.К.Койчуманов Ж.Баласагын атындагы КМУУнун профессору

К.О. Темиров – Улуттук электр тармагы ААКнун жетектөөчү инженери, техника илимдеринин кандидаты

Г.А.Ибраева – Б.Алымов атындагы №39-орто мектебинин мугалими, Эл агартуунун отличниги

Б.Б.Мурзаибраимова, А.С.Дөөлөталиева

Электр энергиясын өндүрүү жана пайдалануу боюнча маалыматтар:

Физика боюнча кошумча окуу куралы/проф. Э.Мамбетакуновдун редакциясы астында. –Б.: 2009.

ISBN

Бул окуу куралында орто мектептин физика сабагында, айрыкча электродинамика курсун окуп үйрөнүүдө кошумча колдонууга боло турган материалдар камтылды. Алар мектеп окуучуларына билим берүү менен гана чектелбестен, үйдө жана мектепте энергияны колдонуунун натыйжалуулугун жогорулатууга, электр энергиясын өндүрүүнүн, пайдалануунун, үнөмдөөнүн ыкмаларына үйрөтөт.

Окуу куралы физика мугалимдерине, жогорку класстардын окуучуларына жана жалпы эле электрэнергетика тармагы жөнүндө билүүгө кызыккан окурмандарга арналат.

Б.Б.Мурзаибраимова

А.C.Дөөлөталиева

ШАРТТУУ КЫСКАРТУУЛАР ЖАНА АЙРЫМ

ТЕРМИНДЕРДИН ТҮШҮНДҮРМӨСҮ

Эскертүү: Түшүндүрмөсү берилген сөздөр тексттин арасында белгиси менен белгиленди.

ПАК пайдалуу аракет коэффициенти

ЭС Электр станциясы

ГЭС гидроэлектрстанциясы

ЖЭБ –жылуулук электр борбору (же ТЭЦ теплоэлектроцентраль)

ЖЭС жылуулук электрстанциясы (же ТЭС теплоэлектрстанция)

АЭС атомдук электрстанция

УЭТ Улуттук электр тармактары

БЭС – бирдиктүү энергия системасы

ААК - ачык акционердик коому

ЖЧЭТИ - жогорку чыңалуудагы электр тармактары ишканасы

Ландшафт – Жер бетинин түрү, Жердин жалпы көрүнүшү, пейзаж

Геотермалдык энергия –Жер астындагы жылуулуктун энергиясы.

Ис газы – көмүртек (II) оксиди

Абажур лампанын калпакчасы

Модернизация - [франц. moderne-азыркы убактагы] – азыркы мезгилдин талабына жараша өзгөртүү, ар кандай жакшыртууларды киргизүү

«Үчүнчү дүйнөнүн өлкөлөрү» – өнүгүү деңгээли өтө төмөн өлкөлөр

КИРИШҮҮ

Азыркы мезгилде электр энергиясын пайдаланбаган тармак жок. Ар кандай өнөр жайларда, илимий лабораторияларда, медициналык борборлордо, байланыш жана транспорт каражаттарында эле эмес ар бир адам баласы жеке турмушунда да электр энергиясы менен иштөөчү аппаратуралар жана куралдар менен курчалган. Буларды сарамжалдуу пайдалана билүү албетте тиешелүү билимди талап кылат.

Кыргызстан чоң-чоң дарыялары бар күнөстүү өлкө болгондуктан, калыбына келүүчү энергия булактарынан алынган электрэнергиясын өндүрүүнү жана колдонууну күчөтүү аркылуу өлкөнүн социалдык-экономикалык жактан зор өнүгүүсүнө мүмкүнчүлүктөр бар. Ошого карабастан, акыркы мезгилде бир нече себептерден улам, республикада электр энергиясын максималдуу пайдалануунун ордуна өтө үнөмдөөгө туура келип жаткандыгы баарыбызга маалым. Мындай кыйынчылыктардан чыгуунун бир жолу энергияны туура пайдалануу, үнөмдөө жана кошумча энергия булактарын колдонуу боюнча калктын билимин сапаттуу деңгээлге көтөрүү болуп саналат. Бул республикабыздын мектептеринде физиканы, анын ичинде электр кубулуштарын сапаттуу окутуунун зарылдыгын көрсөтөт.

Педагогикалык процессти жүргүзүү жөн гана жаңы материалды түшүндүрүү эмес, аны түшүндүрүү учурунда ар бир окуучу ички талабы, өздүк кызыгуусу менен активдүү, аң сезимдүү катышкандай абалды түзүү болгондуктан , бул колдонмодогу материалдар окуучулардын физика боюнча билим алууга кызыгуусун жандандырат деген ишеничтебиз.

Мамбетакунов Э.М., Сияев Т.М. Педагогиканын негиздери: Жогорку окуу жайларынын студенттери үчүн окуу куралы/ Кырг. Респ.

Билим жана маданият м-лиги, Нарын мамл. ун-ти. Б.: Педагогика, 2002.148б.

ЭНЕРГИЯ ДЕГЕН ЭМНЕ?

Энергия жалаң табигый илимдердин гана эмес, жашоонун бүткүл сферасынын фундаменталдык түшүнүгү. Бүт иш-аракеттерди энергия менен байланыштырбай коюуга мүмкүн эмес, кала берсе, ой-жүгүртүү процесси да энергияны талап кылат. Энергиянын жардамында аткарыла турган жумуштар жана энергияны колдонуунун башка ыкмалары биздин күндөлүк турмушубуздун негизги элементтери болуп эсептелет.

Энергия түшүнүгү илимге жылуулук жана жумуш менен байланышкан ар кандай кубулуштарды сүрөттөө максатында абстракттуу түрдө киргизилген. Ал эми орто мектепте бул түшүнүк табигый илимдердин фундаменталдык түшүнүктөрүнүн бири катары алгач физика сабагында киргизилет.

Бирок, физиканын ар башка бөлүмүн окутууда энергиянын да ар башка түрлөрү

(механика бөлүмүндө механикалык энергия, жылуулук кубулуштарында жылуулук энергиясы, электр кубулуштарында электр энергиясы, жарык кубулуштарында жарык энергиясы, квант-тык кубулуштарда ядролук энергия) жөнүндө гана сөз болуп, түшүнүктүн жалпы маанисине анчейин көңүл бөлүнбөйт. Физика курсунда энергия түшүнүгүнүн төмөнкүдөй аныктамалары берилет:

1.«Кинетикалык энергия кыймылдагы нерсенин энергиясы, б.а. нерсенин кыймылдап бара жатып жумуш аткаруу жөндөмдүүлүгү.

2. Потенциалдык энергия эки нерсенин, же нерсенин бөлүкчөлөрүнүн абалдарына байланышкан энергия».

3. Потенциалдык энергия өз ара аракеттенишүүнүн (тартылуунун жана түртүлүүнүн) энергиясы».

4.«Газдын молекулаларынын кинетикалык жана потенциалдык энергияларынын суммасы ички энергия деп аталат».

5.Нерсенин же нерселер системасынын жумуш аткаруу жөндөмдүүлүгү энергия деп аталат. Формула түрүндө ал төмөнкүчө жазылат: A=kE, k-пропорция коэффициенти, эгер k=1 болсо, А=Е=Е2-Е1.

6. Энергия – материянын кыймылынын чени жана анын жумуш аткаруу жөндөмдүүлүгү.

Энергия жөнүндөгү жогорудагы аныктамаларды жаттап эле алышпаса, көпчүлүк окуучулар бул түшүнүктүн маңызын так ачып бере алышпайт. Башкача айтканда, жогорудагы аныктамалар айрым механикалык кыймылдагы нерселердин энергиясын түшүндүрүүдө ыңгайлуу болгону менен, көп учурда окуучулардын билимдериндеги формалдуулукту пайда кылат. Мисалы, кыймылдагы молекула кайсыл жумушту аткарууга жөндөмдүү? Бийик жерде тынч турган нерсе кандай жумуш аткара алат? Бийиктикке көтөрүлгөн нерсе жумуш аткарабы, же нерсени көтөрүп жаткан адам ж.б. жумуш аткарабы?

Адамдын жумуш аткаруу жөндөмдүүлүгү кандай энергия болуп эсептелет? - деген сыяктуу суроолорго жооп берүүдө окуучулар жаңылыштыктарга жол беришет. Айрымдары нерсенин жумуш аткаруу жөндөмдүүлүгүн мүнөздөөчү энергия түшүнүгүн жумуш аткаруу тездигин мүнөздөөчү кубуттуулук түшүнүгү менен чаташтырышыт. Айрым окуучуларды нерсени түзгөн бөлүкчөлөрдүн кинетикалык жана потенциалдык энергиялары анын ички энергиясын аныктаса, ички энергияга ээ болуп, бирок тынч жаткан нерсе мисалы, челектеги суу, баллондогу газ, жерде жаткан темир, лом, жыгач ж.б., кандай жумушту аткарууга жөндөмдүү деген суроолор да түйшөлтөт. Мындан, энергия түшүнүгүнүн аныктамасын окуучуларга түшүнүктүү болгондой кылып, жеңилдетип берүүнүн зарылдыгы келип чыгат.

Энергиянын жумуш менен байланышы бар экенинде талаш жок. Чынында энергияга ээ болгон нерсе жумуш аткарууга жөндөмдүү болот. Бирок, жумуш менен байланышкан аныктамага таянуу жогоруда айтылгандай айрым ыңгайсыздыктарды пайда кылгандыгы үчүн, биз энергиянын «күч» менен байланышкан аныктамасын сунуш кылабыз. Анткени күчкө ээ болгон нерсе гана жумуш аткарууга жөндөмдүү болору бардыгына түшүнүктүү.

«Күч» түшүнүгү менен байланышта болгон аныктаманын артыкчылыгы ал тынч (жумуш аткарбастан) турган нерселердин (адамдын, аттын, трактордун ж.б.) да энергиялуу экенин түшүндүрүүгө ыңгайлуу шарт түзөт.

Ал мындайча айтылат: Энергия бул, нерселерде кармалып турган күчтүн топтому.

Демек, энергияны өндүрүү жана пайдалануу дегенде нерселерде кармалып турган күчтү алуу (чыгаруу) жана пайдалануу дегенди түшүнүүгө болот. Нерселерде кармалып турган күч механикалык (булчуңдун, кыймылдын ж.б.) күч, жылуулуктун (оттун, жалындын ж.б.) күчү, токтун күчү, жарык күчү ж.б. түрдө болот. Демек, энергиянын да ошондой

(механикалык энергия, жылуулук энергиясы, жарык энергиясы, токтун энергиясы ж.б. деген) түрлөрү бар.

Табиятта кыймылдагы нерселердин энергиясы анын экинчи бир нерсеге жасаган таасири (шар аккан суу болсо нерсени (устунду) которуу менен аткарган жумушу, от болсо нерсени кандайдыр бир температурага чейин ысытуусу ж.б.) аркылуу жеңил эле бааланат.

Ал эми салыштырмалуу тынч абалдагы нерселердин энергиясын баалоо жана байкоо үчүн аларга алгач таасир этүү же аларды козгоо, дүүлүктүрүү (кыймылга келтирүү, бийиктикке көтөрүү, кысуу, созуу, жылуулук берүү, согуу, бомбалоо ж.б.) керек. Андай таасир этүүнү алгачкы энергия берүү деп да айтышат.

Нерселерге бирдей таасир этүү, же бирдей алгачкы энергия берүү менен алардан бирдей чоңдуктагы энергияны өндүрө албайбыз, ошондой эле нерселерден бирдей энергия өндүрүү үчүн аларга ар кандай чоңдуктагы күч же энергия сарптоо керек болот. Мисалы, бирдей эле өлчөмдөгү нерселерди бийиктикке көтөрүүдө, же бирдей эле аралыкка кысып, же бирдей эле узундукка созууда, ошондой эле бирдей эле массадагы ар кандай нерселерди кысууда, же созууда аларга бирдей энергия сарпталбайт жана алардан да бирдей энергия алынбайт. Ал эми бирдей массадагы отунду (мисалы, 1 кг кагазды, жыгачты, көмүрдү) күйгүзүүдө бирдей жылуулук берсек да (мисалы бирдей өлчөмдө чок салсак), алардан бирдей жылуулук энергиясы бөлүнүп чыкпайт. Бул нерселердин энергиясы аны түзгөн заттын тегинен көз каранды экендигин, тагыраак айтканда нерселер затынын тегине жараша энергияны алып жүрөрүн билдирет. Бул энергиянын сакталуу законунун негизинде түшүндүрүлөт.

Энергиянын сакталуу закону: «Энергия жоголбойт жана жоктон пайда болбойт, ал бир түрдөн экинчи түргө гана өтөт» деп айтылары белгилүү. «Энергия жоктон пайда болбосо, анда ал кайдан пайда болот?» жана «Энергия жоголбосо, анда ал кайда кетет?» деген эки суроонун айланасында ой жүгүртүү окуучуларга сунушталат.

Энергия жоголбосо, анда ал кайда кетет? -деген суроого «Энергиянын бир бөлүгү жумуш аткарууга сарпталат жана кайсы бир бөлүгү нерселердин ички энергиясына өтөт» деген жоопту окуу китептеринен табышат. Ал эми «Энергия жоктон пайда болбосо, анда ал кайдан пайда болот?» деген суроого жооп берүү бир аз татаал.

Энергия бул нерседе кармалган күчтүн топтому болсо, ал күчтү нерсе кайдан топтоп алышы мүмкүн? Кадимки шартта (тынч турган) нерсеге кайсы күч таасир этет? Бул суроолорго окуучулар минтип жооп беришет: Кадимки шартта (тынч турган) нерсеге бүткүл дүйнөлүк тартылуу күчү жана нерсенин ички түзүлүшү менен байланышкан электромагниттик талаа таасир этип турат.

Андай болсо, демек, нерселерге эң алгачкы энергияны берип турган табигый күчтөр бүткүл дүйнөлүк тартылуу күчү жана нерсенин ички түзүлүшү менен байланышкан электромагниттик талаа.

Ошентип, нерселер табиятынан эле бүткүл дүйнөлүк тартылуу күчүнүн жана заттын ички түзүлүшү менен байланышкан электромагниттик талаанын таасиринен белгилүү бир өлчөмдө энергияга ээ болушат. Мындан, энергия бул материянын касиети. Бүткүл материя энергияга ээ. Ааламда энергияга ээ болбогон эч нерсе жок, нерсе менен энергия ажырагыс бир бүтүндүк. Нерсе бар жерде анын энергиясы да бар, нерсе «жоголуп» (айталы күлгө айланып) кетсе, анын энергиясы да «жоголуп» (башка түргө айланып) кетет. Энергия нерседен нерсеге гана өтөт» - деп тыянак чыгарууга болот.

Нерселерге энергия берүүдө (нерсени козгоп же дүүлүктүрүүдө) биз алардын табиятынан ээ болгон энергияларын гана көбөйткөн болобуз. Ошол себептен айрым нерселерге азыраак эле энергия берип, көп энергия (анын өзүндө болгон энергияны кошуп) өндүрүп алабыз.

Мисалы, бийик жерде жайгашкан нерсени аз эле күч жумшап тоголотуп, чоң энергияны өндүрүүгө болот. Биз бул учурда нерсенин Жердин тартуу күчүнүн эсебинен ээ болуп турган потенциалдык энергиясын пайдаланган болобуз. Ошондой эле жыгачты, газды ж.б. күйгүзүү үчүн аз эле (мисалы, ширеңкени эле күйгүзүп) жылуулук берсек, ал андан жүздөгөн, миңдеген эсе чоң жылуулук энергиясын бериши мүмкүн. Мында нерсе бизден албаган энергияны «белек кылып» берип жаткандай сыяктанганы менен, чынында ал табиятынан

(заттын ички түзүлүшүндөгү бөлүкчөлөрдүн байланыш энергияларынын эсебинен) ээ болгон же Күндөн алган энергиясын берген болот.

Айрым нерселерге канча энергия берсек, алардан ошончо энергия кайра алабыз.

Мисалы, нерсеге канча күч жумшап (энергия берип), аны бийиктикке көтөрсөк, же кыссак, же созсок, кайра ордуна келүүдө ал нерсе ошончо энергияны кайрып берет. Нерсеге канча жылуулук энергиясын берсек, ал муздаганда алган жылуулук энергиясын кайра бөлүп чыгарат. Ошентип, энергия жоктон пайда болбой турганын (аны өндүрүү үчүн да көп күч сарпталарын), ал жоголбой турганын (мээнетибизди кайра ала турганыбызды) жана туура пайдаланып калбасак башка түргө же башка нерселерге өтүп кетерин («жоготуп аларыбызды») түшүнүү менен, энергияны туура пайдаланууга үйрөнөбүз.

Энергиянын сакталуу закону универсалдуу закон. Анткени аны турмуштун, жашоонун бардык тармактарында колдонууга болот. «Эмнени эксең ошону аласың», «Эл эмгегин жер жебейт» деген элдик макалдар да ушул закондун колдонулушу сыяктанат.

Энергиянын сакталуу законун жана анын аныктамасын төмөнкү схемаларда түшүндүрүүгө болот. Мисалы, дүүлүктүрүүнүн натыйжасында энергия өндүрүлүп, жумуш аткарылат (1-сүрөт). Жумуш аткаруу жана жылуулук берүү менен өндүрүлгөн ички энергия кайра жумуш аткарууга жана жылуулук берүүгө сарпталат (2-сүрөт) ж.б.

1-сүрөт 2-сүрөт

Дүүлүктүрүүнүн, нерсенин жана энергиянын ар кандай түрлөрү болгон сыяктуу эле, жумуштун да ар кандай түрлөрү белгилүү: которуу, ысытуу, муздатуу, жарыктандыруу ж.б.

Мындай жумуштар турмушта энергияны пайдалануу менен аткарылгандыктан, алар көбүнчө энергетикалык кызматтар деп да айтылат.

Ф.Энгельстин «Табият диалектикасы» деген эмгегинде белгиленгендей, «жумуш – бул кыймылдын формасынын өзгөрүшүнүн сандык мүнөздөмөсү» экенин эске алып, которуу сыяктуу эле жылуулук берүү, жарыктандыруу ж.б. дүүлүктүрүүнүн түрлөрү жумуш катары эсептеле турганын, ааламдагы бардык нерселер табиятынан белгилүү бир өлчөмдөгү энергияга ээ боло тургандыгын, энергия нерседен нерсеге бериле турганын окуучуларга

Энергиянын сакталуу закону

ДҮҮЛҮКТҮРҮҮ

ЭНЕРГИЯ

ЖУМУШ

(сүрүү, согуу ж.б.)

ИЧКИ ЭНЕРГИЯ

ЖЫЛУУЛУК

(ширеңке чагуу ж.б.)

ЖЫЛУУЛУК

(ысытуу, эритүү ж.б.)

(күйүү, атылуу ж.б.)

түшүндүргөн соң, окуучулар окуу китебинде берилген «Нерселердин же нерселер системасынын жумуш аткаруу жөндөмдүүлүгү энергия деп аталат» деген аныктаманы да түшүнө алышат. Анда 1-, 2-сүрөттөр төмөнкүдөй түргө келет (3-сүрөт):

3-сүрөт

Мындан, «Энергия жумуш аткаруудан пайда болуп, жумуш аткарууга сарпталат» - деп айтууга да болот. Мунун тууралыгы энергия менен жумуштун бирдиктеринин (Дж) бирдейлигинен да байкалат.

Ааламга жылуулук берип, бардык планеталардын айлануу борбору болуп эсептелген

Күн ааламдагы эң чоң энергиялуу «нерсе» болуп эсептелет. Күндүн составындагы жалпы массанын 63%ин суутек элементи түзөт, 36%ин гелий элементи түзөт, калган 1%ин металлдар ж.б. элементтер түзүшөт. Түпкүрүндө жайгашкан кызыган газдардын ядролук ажыроолорунун натыйжасында (4-сүрөт) ар түрдүү толкун узундуктагы нурлар бөлүнүп чыгат жана алардын эсебинен Күндүн температурасы түпкүрүндө 1000 000 га, ал эми сырткы катмарларында ~6000 га жетет.

ЭНЕРГИЯ

4-сүрөт. Күндүн схемалык кесилиши жана анын атмосферасы

56 миң градустарда көптөгөн металлдардын атомдору иондошууга жөндөмдүү. Ал эми

1015 миң градуста Күндүн составынын көбүрөөк бөлүгүн түзгөн элемент суутек иондошо баштайт. Ошондуктан, Күндүн составындагы заттар плазма түрүндө болот, б.а. атомдорунун көпчүлүк бөлүгү иондошкон газдардан турат деп айтууга негиз бар.

Ошентип, ааламдагы нерселер Күндөн энергия алышат. Күндүн жылуулугу көптөгөн химиялык реакциялардын «катализатору» болуп кызмат кылат. Анткени, көп учурда затты түзгөн атомдор энергияны жутуп алуу менен бузулушуп (адаттагыдан чоң энергияга ээ болгон электрондор атомду таштап чыгып кетишет) башка түргө (башка заттын атомуна) айланат. Бул учурда алардын энергиясы да башка атомдордун энергиясына өтүшөт.

Мындай бир тажрыйбаны карап көрөлү. Эки бирдей мүшөк сатып алып, бирин күн тийбегендей жерге катып коелу да, экинчисин бир-эки жума жайкы ысык Күнгө жайып коелу. Андан кийин экөөнү тең күйгүзүп, кайсынысы көбүрөөк жылуулук бөлүп чыгарарын салыштыралы. Албетте, эки жума Күндөн энергия «алганына» караганада, жаңы бойдон турганы жалындап күйүп, көбүрөөк жылуулук бөлүп чыгарганына күбө болобуз. Бул тажрыйбаны башка деле нерселерге, кагазга, кездемелерге ж.б. кайталап көрсөк болот.

Мындан, нерсени түзгөн заттын атомдорунун Күндүн энергиясын жутуп алуу менен бузула баштаганын, натыйжада атомдордун байланыш энергиялары нерсени күйгүзгөнгө чейин эле башка нерселерге же чөйрөгө өтүп кеткенин түшүнөбүз.

Бирок, Күндүн органикалык заттарга жасаган таасири бир кыйла башкача. Тирүү организмдердеги зат алмашуу процесси Күн нурунун таасири астында жүрөт. Жылуулуксуз үрөн өнбөгөн жана жарыксыз жалбырак алып, өспөгөн сыяктуу эле тирүү организмдер менен өсүмдүк-төр Күн нурунун таасири астында жаралып, Күнгө бышкан тамак-аштан жана Күн нурунун өзүнөн азыктанып, өсүшөт. Күндүн нурусуз бир да өсүмдүк же тирүү организм жашай да, өсө да албайт. Мында, Күн нурунун энергиясы организмдердеги жаңы клеткалардын жаралышына, жаңы заттардын пайда болушуна, ажыроосуна жардам берүү менен, ошол заттардын же клеткалардын энергияларына айланат. Ошентип өскөн нерселердин калдыктары миңдеген, миллиондогон жылдар бою топтолуп отуруп, башка затка (жаратылыш газына, нефтиге, көмүргө, чым көңгө ж.б.) айланышат. Демек, алардын

Күндөн алган алгачкы энергиясынын кайсы бир бөлүгү ошол заттардын ички энергияларына айланат. Күйгүзүүдө ал элементтердин молекулаларында же атомдорунда кармалган байланыш энергиялары бөлүнүнүп чыгат.

Заттын же нерсенин массасынын, көлөмүнүн канчалык чоң экени, бекемдиги, аны түзгөн бөлүкчөлөрдүн санынын жана байланыш энергияларынын да ошончолук чоң экендигинен же аларда чоң энергиянын топтопу жаткандыгынан кабар берет. Мисалы, тынч жаткан нерселерди (темирди, ташты, жыгач устунун ж.б.) сындыруу, ордунан жылдыруу, көтөрүү канчалык энергияны талап кылса, ал да ошончолук чоң энергияга ээ жана анын жардамында чоң жумуштарды аткарууга же көп жылуулук алууга болот. Ошондуктан, чоң массалуу, зор нерселерди, чоң кишилерди чоң энергиялуу дешет.

Ошентип, энергиянын төмөнкүдөй түрлөрү белгилүү:

Механикалык энергия – микроскопикалык нерселердин өз ара аракеттенишүүсүнүн жана которулуусунун энергиясы. Механикалык энергиянын эки түрү бар: кинетикалык энергия – нерселердин кыймылынын эсебинен ээ болгон энергиясы;

потенциалдык энергия – нерселердин өз ара аракеттенишүүсүндө (мисалы, кысылган же созулган пружинанын бир жагына тиркелген нерседе) пайда болгон энергия.

Гравитациялык энергия – гравитациялык талаанын энергиясы.

Биз отунду меште күйгүзгөнүбүздө анда кармалып турган химиялык энергия бошонуп, жылуулук энергиясына айланат; силердин үйүңөрдөгү электрдик өткөргүчтөр жана көчөдөгү жогорку вольттуу линиялар электр энергиясын алып жүрүшөт; Күн жарык энергиясын нурлантат; ядролук энергия атомдук электрстанцияларда электр энергиясына айланат; адамдын ж.б. жаныбарлардын энергиясы булчуң энергиясы деп аталат, толкундук энергия (деңиз толкундарынын энергиясы), шамал энергиясы, биоэнергия деген да түрлөрү бар.

ЭНЕРГИЯ БУЛАКТАРЫ

Энергия эки түрдүү булактардан өндүрүлүп, пайдаланылат: калыбына келүүчү жана калыбына келбөөчү. Калыбына келүүчү энергия булактары запасы миллиондогон жылдар бою түгөнбөгөн булактар (Күн, шамал, суу, биомасса жана геотермалдык).

Калыбына келбөөчү энергия булактары Жер астында миллиондогон жылдарда түзүлүшкөн булактар (газ, нефть, көмүр, чым көң ж.б.).

Бирок, энергияны өндүрүү жана пайдалануу менен дүйнөлүк деңгээлдеги көптөгөн олуттуу экологиялык маселелер да байланыштуу. Маселен, калыбына келбөөчү энергиянын булактарын колдонуудагы атмосферанын булгануусу жалпы ысып кетүүгө, уюлдук муздардын эрүүсүнө жана дүйнөлүк океандын деңгээлинин жогорулашына алып келери белгилүү. Мындай катастрофаны болтурбоо үчүн азыртан чара көрүү, зарыл. Экологиялык катастрофаны четтетүүдө адамдарга энергияны үнөмдөө жана аң сезимдүүлүк менен колдоно билүү жөнүндө үйрөтүү, дегеле экологиялык билимдерди берүү негизги ролду аткарат.

Мында, запасы азайып бараткан жана калыбына келбеген энергетикалык ресурстарды колдонуунун ордуна калыбына келүүчү энергия булактарын колдонуу чоң мааниге ээ.

Ошондуктан, кээ бир өлкөлөрдө калыбына келүүчү энергия булактарын өз үйүндө иштеткендерге мамлекет акча төлөп берип, мындай альтернативалуу энергия булактарынын жайылышына шарт түзөт.

Калыбына келүүчү энергия булактары

Калыбына келүүчү энергия булактарын төмөнкүдөй 5 категорияга бөлүүгө болот: Күн, шамал, суу, геотермалдык жана биомасса. «Суу» категориясы океандардан жана дарыялардан алынган энергияны өзүнө камтыйт. Калыбына келүүчү энергия булактары

(геотермалдык булактардан башкасы) Күндүн энергиясынын эсебинен жашап турушат:

шамал Күндүн Жер бетин тегиз эмес жылытышынын негизинде жүрөт; дарыялар Күндүн

Жер бетине берген жылуулугунун аракети астында океандар менен көлдөрдүн бууланышынан пайда болгон жамгырлар, эриген мөңгүлөр менен «азыктанышат»; биомасса

Күн энергиясын фотосинтез жолу менен жыйнаган өсүмдүк затынан турат.

Күндүн энергиясынын аябагандай көп саны дайыма Жерге келип түшүп турат.

Салыштырмалуу бул энергиянын 1/3 бөлүгү Жердин атмосферасынан чагылат, 0,02%и өсүмдүктөрдө фотосинтез үчүн пайдаланылат, ал эми калганы болсо көптөгөн табигый процесстерди жүргүзүүгө: Жер кыртышын, океандарды жана атмосфераны жылытууга, аба массаларынын кыймылына (шамал), толкундарга, океандык агымдарга, суунун бууланышына жана айлануусуна сарпталат.

Ушул Жер үстүнө келип түшүүчү аябагандай чоң энергия жалпы (глобалдык) ысып кетүүгө алып келбейт, себеби ал табигый процесстер аркылуу өткөндөн кийин кайрадан космостук мейкиндикке нурланат. Миллиондогон жылдар ичинде жаратылыш мына ушул энергиянын эбегейсиз агымына ыңгайланышкан жана жалпы жылуулук тең салмактуулугуна жетишкен. Бул калыбына келүүчү энергия булактарынын биринчи артыкчылыгы.

Алардын экинчи артыкчылыгы калыбына келүүчү энергиянын булактары дайыма өзүнүн энергиясын Күндүн энергиясы менен толуктап турат жана алар Күн жашап турса миллиондогон же миллиарддаган жылдарга чейин жетет.

Биз калыбына келүүчү энергиянын булактарын пайдаланууда эки жолду колдонобуз.

Биринчиси, алардын энергиясын түз эле колдонуу. Мисалы, Күндүн энергиясын Күн батареялары аркылуу түз эле колдонууга болот. Экинчиси, энергияны тигил же бул табигый процесске пайдалануу. Бул жол менен биз суунун энергиясын гидроэлектрстанцияларында, деңиз толкундарынын энергиясын толкундук электрстанцияларда, шамалдын энергиясын шамал электрстанцияларында колдонобуз.

Калыбына келбөөчү энергия булактары

Жер астында миллиондогон жылдар бою түзүлүшкөн энергия булактарын калыбына келбөөчү деп аташат. Энергиянын көптөгөн топтомун (запасын) кармаган ар түрдүү табигый бирикмелер Жер кыртышында жатышат. Алардын ичинен негизгилери – нефть, көмүр, табигый газ, торф жана уран. Буларда топтолгон энергиялар да эң алгач негизинен Күндөн алынганы менен, Күндүн энергиясынын эң аз саны гана калыбына келбөөчү булактардын энергиясына айланат. Ошол эң аз сандагы энергия көмүр, нефть, газ же урандын чоң энергиясына чейин өсүп жетүүсү үчүн миллиондогон жылдар керек болот. Калыбына келбөөчү булактардын энергиясынын азаюу ылдамдыгы алардын түзүлүшүнүн ылдамдыгынан көп эсе ашып түшкөндүктөн, эртеби, кечпи алар түгөнөт. Бул алардын биринчи жетишсиздиги.

1-таблица

Энергия булагы

Оң жактары Терс жактары

К а л ы б ы н а к ел ү ү ч ү л ө р

Күн

Калыбына келүү-чүлүк, жеңилдик

Стабилдүү эместик, Күн батареяларынын кымбаттыгы

Шама л

Калыбына келүүчүлүк

Чуу, шамал электрстанцияларынын ээлеген чоң аянттары

Био-масса

Жеңилдик колдонуунун жөнөкөйлүгү

Биомассаларды транспортировкалоонун зарылдыгы, биомассаларды өндүрүүдө сууну пайдалануу

Суу

Сырье арзан баасы, аны иштетүүдөгү жумуштун арзандыгы

Улуттук чек аралар, суу сактагычтар айыл чарба жерлеринин көпчүлүк аянтын ээлейт.

К а л ы б ы н а к ел б ө ө ч ү л ө

Көмү

Стабилдүүлүк жеңилдик

Калыбына келбөөчүлүк, айлана-чөйрөнүн булгануусу, калдыктарды сактоодогу маселелер.

Нефть

Жогорку технологиялуулук.

Колдонуунун жөнөкөйлүгү

Чектелген жеңилдик, калыбына келбөөчүлүк, айлана-чөйрөнүн булгануусу, өрт коркунучу.

Газ

Айлана-чөйрө үчүн салыштырмалуу коопсуздук, колдонуунун жеңилдиги

Чектелген жеңилдик, калыбына келбөөчүлүк, жарылуу коркунучу, СО2 таштандылары

Ядрол ук энергия

Жеңилдик, арзандык, энергиясынын чоң өлчөмдө болуусу

Айлана-чөйрөнүн булгануусу, калыбына келбөөчүлү, калдыктарды сактоо маселелери, ядролук куралдардын таралып кетүү коркунучу, кокустан келип чыккан окуялардын оор натыйжалары

Ошондуктан, калыбына келбөөчү булактардын энергиясын мүмкүн болушунча аз сарптоого жана калыбына келүүчүлөрдү болсо көбүрөөк иштетүүгө аракет жасоо керек.

Эгерде биз жылуулук үчүн отунду пайдалансак жана анын ордуна жаңыларын тигип өстүрсөк, анда бул энергиянын калыбына келүүчү булагы болуп калат.

Калыбына келбөөчү энергия булактарынын экинчи чоң жетишпестиги – алар жаратылышка өтө чоң зыян келтирет, айлана-чөйрөнү жергиликтүү да, бүт планеталык да масштабда булгайт, глобалдык ысып кетүүгө алып келет. Булардын күйүүсүндө айлана-чөйрөгө түшкөн газ же катуу зат түрүндөгү масса, пайдаланылган отундун массасынан бир нече эсеге, мисалы, жаратылыш газы күйгөндө 5 эсеге, көмүр күйгөндө 4 эсеге ашып кетет.

Энергия өндүрүүдө бир кыйла жакшыртылган технологияларды колдонуу менен отун-энергетикалык комплексинин айлана-чөйрөгө тийгизген терс таасирлерин төмөндөтүүгө гана болот.

Эң жөнөкөй жана көп таралган энергия булактарынын жетишсиздиктерин жана айлана-чөйрө үчүн кандай таасирлери бар экендигин 1-таблицадан көрүүгө болот.

Көрүнүп тургандай, бир да идеалдык энергия булагы жок. Ошентсе да, айлана-чөйрөгө тийгизүүчү коркунучу боюнча энергия булактарынын ортосунда айырмачылыктар бар.

Бирок, азыркы индустриялуу коомду газ, нефть жана көмүр сыяктуу калыбына келбөөчү энергия булактарысыз элестетүүгө болбойт. Жогору өнүккөн өлкөлөр энергиянын

80%ин ушул энергия булактарынан алышат. Эмне үчүн адам баласы калыбына келбөөчү энергия булактарын алардын жетишсиздигине, зыяндуулугуна карабастан колдонууну улантып жатышат? Буга бир нече себептер бар: экономикалык (бат киреше алууну каалоо), психологиялык (жашоонун көнгөн адаттарын алмаштырууну каалабоо), ошондой эле саясий

(энергия – бул бийлик).

Бышыктоочу суроолор

1. Энергия дегенде эмнени түшүнөсүңөр? Энергиянын сакталуу закону кандай?

2. Эң чоң энергия булагы кайсы? Анын түзүлүшү кандай?

3. «Энергиянын калыбына келүүчү булагы» дегенде эмнени түшүнөсүңөр?

4. «Энергиянын калыбына келбөөчү булагы» деген сөз эмнени түшүндүрөт? Муну сөзмө-сөз түшүндүрүүгө болобу?

5. Калыбына келүүчү жана келбөөчү энергия булактары кандайча пайда болот?

6. Эмне үчүн энергиянын калыбына келбөөчү булактарын пайдалануу жалпы ысып кетүүгө алып келет, ал эми калыбына келүүчүнү колдонгондо болсо, мындай болбойт?

7. Адамзат азыр энергияны өндүрүү үчүн негизинен кайсы калыбына келүүчү жана калыбына келбөөчү энергия булактарын пайдаланат?

8. Энергетикалык кызмат деген эмне?

ЭЛЕКТР ЭНЕРГИЯСЫ ЖАНА АНЫ ӨНДҮРҮҮ

Энергиянын башка түрлөрүнө караганда электр энергиясы атмосферага зыяндуу заттарды бөлүп чыгарбайт жана пайдаланууда жөнөкөй. Ошондуктан, энергетикалык кызматтардын дээрлик бардыгы электр энергиясынын жардамында аткарылууга ыңгайланып барат.

Электр энергиясы деген эмне?

Физика курсунан белгилүү болгондой, электр тогу бул өткөргүчтөгү заряддалган бөлүкчөлөрдүн иреттүү багытталган кыймылы. Заряддын (заряддалган бөлүкчөнүн же заряддалган нерсенин) айланасында электр талаасы жашайт. Ал электр талаасы башка заряддын электр талаасы менен өз ара аракеттенишет, б.а. электр талаасы заряддалган бөлүкчөгө тартуу же түртүү күчү менен таасир этип, жумуш аткара алат. Демек, электр талаасы потенциалдык энергияга ээ. Электр талаасынын потенциалдык энергиясы ( ) анын зарядды которуудагы аткарган жумушунун (А) заряддын чоңдугуна (q) болгон катышы аркылуу аныкталат:

q

A

Ток булагындагы кандайдыр бир бөтөн күчтөрдүн таасиринде эки («+», «») белгидеги заряддалган бөлүкчөлөр эки башка уюлга «топтолушат», б.а. ток булагынын эки уюлу түрдүү аттуу заряддар менен заряддалышат. Бул учурда ошол эки башка уюлдун электр талаасынын потенциалдык энергиялары да бири-биринен айырмаланат. Ошентип, ток булагынын уюлдарында потенциалдар айырмасы электр талааларынын потенциалдык энергияларынын айырмасы пайда болот. Потенциалдар айырмасы «U» тамгасы менен белгиленип, көп учурда чыңалуу деп да айтылат: 12 U

Потенциалдар айырмасы түзүлгөн ошол эки уюлду өткөргүчтөр аркылуу туташтырсак, өткөргүчтөрдө электр тогу пайда болот. Бөтөн күчтөрдүн энергияларынын жана электр талаасынын потенциалдык энергиясынын натыйжасында келип чыгып, жумуш аткарууга жөндөмдүү болгон электр тогу электр энергиясы деп эсептелет (5-сүрөт).

5-сүрөт

Андай болсо, электр тогун ташуучу же алып жүрүүчү эң кичинекей заряддалган бөлүкчөлөр электр энергиясын алып жүрүүчү бөлүкчөлөр болуп калышат. Демек, жылуулук, жарык ж.б. энергиялары сыяктуу эле электр энергиясы да заттын ички түзүлүшү менен байланыштуу, б.а. ток булагынын уюлдарында же өткөргүчтө заряддалган бөлүкчөлөр канчалык көп болсо, электр энергиясы ошончолук чоң болот. Бул өз кезегинде, уюлдар арасындагы потенциалдар айырмасынын (электрдик чыңалуунун) же убакыт бирдиги ичинде өткөргүчтүн кесилиш аянты аркылуу агып өткөн заряддын санынын (ток күчүнүн) чоң болушун шарттайт:

l

US

S l

U

R

U I же t q I .

Энергияны өндүрүү менен керектөөнүн деңгээли коомдун өнүгүшүнүн көрсөткүчү болуп эсептелет. Мында эң универсалдуу жана пайдаланууга ыңгайлуу болгон электр энергиясы башкы ролго ээ.

Электр энергиясы көбүнчө электр станцияларында өндүрүлөт. Электр станциялардын тиби электр энергиясына айландырылуучу жаратылыш энергиясынын түрүнө карата аныкталат. Мисалы, суу энергиясын электр энергиясына айландыруучу станциялар гидроэлектрстанциялары («гидро» - суу дегенди түшүндүрөт) деп аталат ж.б. Электр станцияларында жаратылыш энергиялары бөтөн күч катары кызмат кылышып, ток булагындагы электр талаасынын потенциалдык энергиясына, андан электр энергиясына айланышат.

Электр энергиясынын жогорку сапаттагы энергия деп аталышынын себеби, өндүрүлгөн электр энергиясын топтоого (аккумуляциялоого), каалаган учурда пайдаланууга жана механикалык (электр кыймылдаткычтары аркылуу), жылуулук, жарык ж.б. энергияларга кайра айландырып алууга боло тургандыгында.

Жогоруда айтылган энергия булактарынын айырмачылыктарын эске алуу менен электр энергиясын калыбына келүүчү энергия булактарынан өндүрүүгө чоң маани берилет.

Электр энергиясын эсептөө

Электр станцияларында канча электр энергиясы өндүрүлгөнүн, анын канчасы кай жакка жумшалып жатканын, адамдар күнүмдүк керектөөгө канча энергия сарптап жатышканын билүү же эсептөө атайын электр эсептегичтери аркылуу жүргүзүлөт. Электр эсептегичи бул кандайдыр бир убакыт аралыгында өзү аркылуу өтүп, пайдаланууга берилген электр энергиясынын жалпы санын эсептөөчү курал.

Белгилүү бир убакыт ичинде сарпталган электр энергиясы (Е) электр тогунун кубаттуулугунун (W, Ватт) убакытка (t, саат) болгон көбөйтүндүсү менен аныкталат:

Е=W·t=I·U·t .

Энергиянын бирдиги үчүн адаттагыдай эле Вт·с, б.а. чыңалуусу 1В болгон чынжырдагы

1А ток күчүнүн 1с ичинде аткарган жумушу кабыл алынат. Практикалык эсептөөлөр үчүн бир кыйла чоңураак бирдик ватт·саат (3600 Вт·с) же анын эселүү бирдиктери гектоватт·саат

(100Вт·саат) жана киловатт·саат (1000Вт·саат) алынат.

2-таблица

Убакыт аралыктары t1 t2 t3 …tn

Бөтөн күчтөрдүн энергиясы

Электр талаасынын потенциалдык энергиясы

Электр энергиясы

Ток күчү I1 I2 I3 …In

Чыңалуу U1 U2 U3 …Un

Электр энергиясы I1 U1 t1 I2 U2 t2 I3 U3 t3 … In Un tn

Электр эсептегичи бул маанилерди автоматтык түрдө эсептеп, сарпталган электр энергиясынын жалпы суммасын көрсөтөт (2-таблица). Мындай эсептегичтер ампер-саат эсептегичтери деп аталат.

Электр эсептегичтерин жасоодо электр тогунун ар кандай таасирлерин колдонууга аракет кылышкан. Жогорудагы ампер-саат эсептегичинде электр энергиясы токтун таасиринде туздун аралашмасынан бөлүнүп чыккан металлдын саны боюнча аныкталат.

Бирок, мындай эсептегичтер анчейин ыңгайлуу болбогондуктан, азыр көбүнчө токтун электродинамикалык, электромагниттик аракеттерине негизделген эсептегичтер колдонулат жана алардын да конструкциялык түрлөрү өтө көп. Биз алардын айрым типтүү үлгүлөрүнө токтололу.

а б

6-сүрөт

Мотордук электр эсептегичтери кичинекей электр кыймылдаткычтары сыяктуу болот.

Томсондун ватт-саат эсептегичи (6- а, б сүрөт) мындай эсептегичтердин типтүү өкүлү болуп эсептелет.

Мында жумушчу ток (электр лампаларын ж.б. жабдууларды «азыктандырууга» жумшалуучу ток) кыймылсыз Н, Н катушкалары аркылуу өтөт (6- б сүрөт) жана алардын ичинде магнит талаасын (магниттик күчтөрдү) пайда кылат. Күчү токтун күчүнө пропорциялуу болгон бул магнит талаасында С коллекторлуу, составында темири жок А якору айланат. Ал динамо-машинанын же турактуу токтун электр кыймылдаткычынын

(моторунун) якоруна окшош болот. Коллекторго тиркелген эки тилке (үеточка) якордун оромдорун чынжырдын калган бөлүгү менен байланыштырат. Ичке өткөргүчтөн жасалып, каршылыкка удаалаш туташтырылган (сүрөттө көрүнбөйт) бул ором ток булагынан кетүүчү эки өткөргүчкө туташтырылып, эсептегичтин шунттук чынжырын түзөт. Шунттук чынжырда ар дайым электр тогу болот жана андагы ток өткөргүчтөрдүн арасындагы чыңалуулардын айырмасына пропорциялуу. Якордун айлануу ылдамдыгы Н, Н катушкаларындагы жана якордун өзүндөгү токтун күчүнөн, демек, чыңалуудан көз каранды.

Ушундайча түзүлгөн мотордун кубаттуулугу жумушчу токко (I), чыңалууга (U) жана якордун айлануу ылдамдыгына же убакыт бирдиги ичиндеги айланууларынын санына (n) пропорциялуу, б.а. W=CIUn, мында С-катушкадагы оромдордун санынан, шунттук чынжырдын каршылыгынан ж.б. көз каранды болгон турактуу чоңдук.

Мотор аркылуу өндүрүлгөн энергия якорь менен бир окто орнотулуп, бири-бирине абдан жакын жайгашкан турактуу магниттик уюлдардын ортосунда айлануучу L металл дискинен турган өзгөчө тормоз аркылуу жутулат. Бул учурда магниттик күчтөр кесип өткөн дисктин бөлүгүндө индукциялык ток (Фуко тогу) пайда болот. Индукциянын электркыймылдаткыч күчү магниттик күчтөрдүн санынын өзгөрүү ылдамдыгына, б.а.

дисктин айлануу ылдамдыгына пропорциялуу болот. Анткени, каршылык турактуу болгон кезде электркыймылдаткыч күчкө пропорциялуу болгон индукциялык токтун күчү айлануу

Н Н A

L

C ылдамдыгына да көз каранды болот. Андыктан, убакыт бирдиги ичинде бул индукциялык токторду пайда кылууга сарпталган жумуш ылдамдыктын квадратына, демек, убакыт бирдиги ичиндеги айлануулардын санынын квадратына (n ) пропорциялуу. Мындан, эсептегичтеги сүрүлүүнү эске албай, мотордун кубаттуулугу толугу менен тормоз тарабынан жутулат деп эсептеп, төмөнкү формуланы алабыз:

CIUn=C1n , мында С1 – дисктин электр өткөрүмдүүлүгүнөн көз каранды болгон турактуу чоңдук. Барабардыктын эки жагын Сn ге бөлүп, IU=(C1/C)n ди алабыз. Мунун эки жагын t га көбөйтүп, электр энергиясын аныктоо үчүн төмөнкү формулага ээ болобуз:

E=IUt=(C1/C)nt, б.а. t убакыт ичинде чынжырда сарпталган энергия (ватт-саат менен алынган) ошол эле убакыт ичинде якордун айлануу санына пропорциялуу. Мындан, якордун бир айлануусу С1/С турактуу чоңдугунан көз каранды болгон ватт-сааттын белгилүү бир санына туура келет.

Якордун айлануусу окко бекитилген сцепление (тиштүү дөңгөлөктөрү бар чиркешүү каражаты) аркылуу эсептөөчү механизмге берилет. Эсептөө механизми ар бири 10 бөлүккө бөлүнгөн бир нече циферблаттардан 0 дон 10 го чейинки сандар жазылган тегерекчелерден турат. Тиштүү дөңгөлөк аркылуу айлануунун тиешелүү берилүүсүндө 1-циферблаттагы жебенин которулуусу 2 гектоватт-саатка же киловатт-саатка туура келет. Биринчи циферблаттын жебесинин кыймылы тиштүү дөңгөлөктөр аркылуу экинчи циферблаттын жебесине берилет жана дагы ушинтип улантыла берет. Экинчи циферблаттын жебеси биринчиге караганда 10 эсе жайыраак айланат, үчүнчүнүкү экинчиге караганда ж.б.

Ошондуктан, экинчи циферблатта ондогон, үчүнчүдө жүздөгөн ж.б. гектоватт же киловатт-сааттар белгиленет. Кээде, циферблаттардын бөлүнүүсү боюнча жебелердин кыймылы сандар жазылган тегерекчелердин кыймылы менен алмаштырылат. Анда эсептөө жүргүзүү да жеңилдеп, ал үчүн терезечеден көрүнгөн сандарды окуу гана жетиштүү болот. Бардык электр эсептегичтеринин эсептөө механизмдери ушул эки жолдун бирин колдонуу менен жасалат.

Биз анчейин көңүл бурбаган эсептегичтеги сүрүлүү эсептегичтин жүгү аз (жумушчу токтун күчү начар) учурда сезилээрлик (көбүрөөк) болот. Анткени, эсептегичтин якору ток аз учурда адаттагыдан жайыраак айлангандыктан, анын кыймылдатуучу күчү да аз болот.

Сүрүлүүнү келлектордогу үеткаларды басуу, айлануучу окторду майлоо ж.б. жолдор менен эсептегичтин иштөөсүн бузбастан азайтууга болот.

Бышыктоочу суроолор

1. Электр энергиясы деген эмне?

2. Электр энергиясы кайдан жана кандайча өндүрүлөт?

3. Өндүрүлгөн электр энергиясын кантип эсептейбиз?

КАЛЫБЫНА КЕЛҮҮЧҮ БУЛАКТАРДАН ЭЛЕКТР

ЭНЕРГИЯСЫН ӨНДҮРҮҮ

Гидроэлектрстанциялары

Көптөгөн миң жылдыктардан бери аккан суудан алынган энергия адамга ишенимдүү кызмат кылып келет. Ал эми электр энергиясынын кылымы башталганда суу дөңгөлөгүнүн суу түтүгү түрүндө кайра жаралуусу жүрдү. Электр энергиясын өндүрүү үчүн электр генераторлорун айландырып туруу зарыл болчу, муну суу толугу менен ийгиликтүү аткара алды. Ошентип, гидроэлктрстанциялары пайда болушту. ГЭС тин артыкчылыктары: алар айлана-чөйрөнү булгашпайт, энергиянын түгөнгүс булактарын пайдаланышат жана пайдаланууда жөнөкөй.

ГЭСтерде электр энергиясын алуу үчүн суу агымынын (дарыялардын, шаркыратмалардын ж.б.) энергиясы пайдаланылат. Мындай станциялардын интенсивдүү курулушу үчүн көп акча каражаты, чоң өлчөмдөгү суу ресурсу жана куруу үчүн көп убакыт талап кылынат.

ГЭСтерде башкы кыймылдаткыч болуп гидротурбиналар эсептелет. Алар синхрондук гидрогенераторду айландырышат. Бул гидроагрегат тарабынан өндүрүлгөн кубаттуулук кысылган суунун басым күчүнө (орусча напор делет) жана суунун чыгымына (суунун чыгымы (Q) бир секундада турбина аркылуу өткөн суунун көлөмү) түз пропорциялуу, б.а.

W = Н·Q ( Вт).

ГЭСтерде кысылган суунун басым күчү плотина тарабынан түзүлөт (7-а, б сүрөт).

Плотинанын алдындагы суу мейкиндиги жогорку бьев, плотинанын артындагы суу мейкиндиги төмөнкү бьев деп аталат. Жогорку бьевдин деңгээли (ЖБД) менен төмөнкү бьевдин деңгээлинин (ТБД) ортосундагы айырма кысылган суунун басым күчүн (Н-напорду) аныктайт. Жогорку бьевде суу топтолгондуктан, суу сактагыч деп аталат жана ГЭСтин суусактагычындагы суу керегинче электр энергиясын өндүрүү үчүн колдонулат.

7-а сүрөт. ГЭСтин принципиалдуу технологиялык схемасы (G-генератор, т.ч.-төмөнкү чыңалуу, ө.т.-өзгөртүүчү трансформаторлор.

7-б сүрөт. ГЭСтин жөнөкөй схемасы

ГЭСтерде электр энергиясынын иштелип чыгышына кененирээк токтололу. Дарыяны бөгөп, суусактагычын түзүп турган аябай бийик плотинага ээ болдук дейли. Плотинанын ортодон жогорку ченинен башталган кичинекей канал жасалат. Ал аркылуу суусактагычтан турбинасы бар камерага суу түшөт. Турбинасы бар камера каналдан бир топ ылдый жайгашкандыктан, ага аба кирбестен, андагы суу белгилүү бир басым алдында жайгашат.

т.ч

Г

ЖБД

ТБД

ө.т.

Суунун агымы астында айланган турбина өзү менен бир окто жайгашкан электргенераторунун (G) роторун айлантат. Ротор күчтүү магнит талаасында айланган зым рамкасын элестетет (8-сүрөт). Алардын ордун алмаштырып коюуга болору, б.а. магнитти айландырып, рамканы кыймылсыз калтырууга болору физика сабагында окулат.

Өндүрүштүк ири генераторлордо мына ушул жагы колдонулат.

Ошентип, ГЭСтерде электр генератору өзүнүн оромдорунан энергияны электр тогу түрүндө чыгарып, өзгөртүп түзүүчү чынжырлар (ө.т.) аркылуу керектөөчүлөргө берген электр энергиясын суудан алат: турбина суунун энергиясын электргенераторуна берет, б.а.

суунун агымынын потенциалдык жана кинетикалык энергиясы электр тогунун энергиясына айланат (9-сүрөт).

8-сүрөт 9-сүрөт

9-сүрөт.

Түздүктөгү дарыяларда гидротүйүндөр плотинадан, ГЭСтин имаратынан, суу өткөрүүчү жана кемелерди өткөрүүчү шлюздардан, балыктарды өткөрүүчү түзүлүштөн ж.б.

турат. Ал эми тоолуу жерлерде ГЭСтер дарыялардын табигый жантык агымына ылайыкталып курулат. Ошентсе да мында көп учурларда суунун табигый агымын керектүү жакка багытточу атайын каналдар, трубалар колдонулат.

10-сүрөт. Токтогул ГЭСи

ГЭСтерди куруу менен биргеликте бир топ маселелер чечилет: эгин талааларын сугаруу, суу жетпеген райондорго суу чыгаруу, шаарларды жана өндүрүш мекемелерин суу менен камсыз кылуу ж.б. ГЭСтерде электрэнергиясын өндүрүү жөнөкөй жана автоматташтырууга жеңил. ГЭСтин агрегатынын иштеп башташы үчүн 50 с гана талап кылынат. Ошондуктан, энергия системаларындагы кубаттуулуктун запасын ушул агрегаттар аркылуу камсыз кылуу максатка ылайык. ГЭСтердин пайдалуу аракет коеффициенттери адатта 85-90% ти түзөт. Эксплуатациялык чыгымдары аз болгондуктан, ГЭСтерде өндүрүлгөн электрэнергиясынын өздүк наркы (себестоимость) жылуулук электрстанцияларына караганда бир нече эсе төмөн. Ошондуктан, биздин республикада электр энергиясын негизинен ГЭСтерден өндүрүүгө көңүл бурулат.

Ошентсе да, гидроэлектрстанциялардын суу сактагычтары жана тосмолору айыл жерине аябай таасир берет жана жаратылыш чөйрөсүнүн абалын өзгөртөт. Суу сактагычтар жана тосмолор (плотина) балыктардын үйүрлөрүнүн кыймылына тоскоолдук кылышат.

Эгерде балыктарга кам көрүп, тосмолордо атайын балык өткөрүүчү түзүлүштөр жасалса, анда бул кемчиликти эсепке албай коюуга мүмкүн болот. Жалпысынан, ГЭСтер өздөрү айлана-чөйрөнү булгашпаса да жаратылыш чөйрөсүнүн жана ландшафттын абалын начарлатышат.

Деңиз жээктеринде энергия булактары болуп гиганттык толкундар мезгил-мезгили менен суунун көтөрүлүүсү жана төмөн түшүүсү кызмат кылышат. 1966-жылдан бери эки француз шаары электр энергиясына болгон керектөөлөрүн толкундук электр станциялардын эсебинен канааттандырышат. Көтөрүлгөн гиганттык толкунду Айдын өзүнө тартуусу жаратат. Толкун кадимки ГЭСтердегидей электр генератору менен байланышкан турбиналарды айландырат.

Шамал электростанциялары

Адам баласы өзүнүн өнүгүүсүнүн алгачкы баскычтарында шамалдын энергиясын колдонууну үйрөнгөн. Адам 3000 жыл мурун эле шамалдын энергиясын пайдаланып, сууда алыскы аралыктарга сүзгөн. Бүгүн энергиянын шамалдык булактары өздөрүнүн экинчи жолу жаралышын баштан кечирүүдө жана өтө көп колдонулууда.

Шамал электрстанциялары жетишээрлик күчтүү шамал соккондо гана электр энергиясын өндүрүшөт. Горизанталдык айлануу огу бар шамал турбиналары үчүн, эгерде алардын кубаттуулугу 200кВт тан чоң болсо, шамалдын ылдамдыгы 4-5 м/с дан ашуусу керек, ал эми алардын кубаттуулугу 100 кВт тан аз болсо, шамалдын ылдамдыгы 2-3м/с болушу керек. Мындай шамал электрстанциялары чокусунда электрогенератору жана редуктору (анын огуна шамал турбиналарынын жалпак, кенен калакчалары бекитилет) бар кабина жайгашкан мунарадан турушат (11-сүрөт). Кабина машиналык бөлүмү менен электр моторун же шамалдын өзүн пайдаланып, шамалдын багытына жараша бурулат .

11-сүрөт

Шамалдын өзгөрүп туруучу табияты шамал энергетикасынын негизги проблемасын – убакыттын ар кандай моментинде шамал электрстанциясынын кубаттуулугунун өзгөрүп турушун жаратат. Ошентип, изоляцияланган түрдө иштөөчү жалгыз шамал электрстанциясынан кубаттуулугунун чоңдугу боюнча стабилдүү энергия булагын алууга мүмкүн эмес. Бул кемчиликти жоюу үчүн шамал электртүзүлүштөрү үчүн анча чоң эмес кубаттуулук берген же энергия системасына бириктирилген электр энергиясынын аккумуляторун колдонуу керек.

Шамал энергиясы көбүнчө жакшы шамалдуу климаты бар, нефть, көмүр, газ сыяктуу табигый энергетикалык ресурстары жетишсиз өлкөлөрдө пайдаланылат. Шамал энергиясын пайдалануу боюнча алдыңкы өлкөлөрдүн катарына биринчи кезекте Германия, Дания, АКШ өлкөлөрү кирет. Шамал энергиясын пайдалануу боюнча дүйнөлүк лидер болуп Германия эсептелет. Германия 90-жылдарда эле атомдук электр станцияларды куруудан баш тартып, кыска убакыттын ичинде 8700МВт тан көбүрөөк (атомдук электр станциялары иштеп чыгарганга караганда 3000 МВт ка ашыкча) энергия иштеп чыгуучу шамал электрдик агрегаттарын курууга жетишкен. Шамал электр агрегаттарынын сериялык бирдик кубаттуулугу акыркы мезгилде 400кВт тан 2,5-6 МВт ка чейин жогорулады. Шамал электрстанцияларын өндүрүү Дания менен Германиянын экспортунун маанилүү бөлүгү болуп калды. Бул тармак акыркы 10 жылда Европадагы 50 000 адамды иш менен камсыз кылды жана телекоммуникация (мобилдик телефондор) тармагына караганда батыраак өнүктү. Шамалдын энергиясын пайдалануу боюнча алдыңкы өлкөлөрдүн катарына Данияда канча болсо ошончолук шамал турбиналары курулган Индия да кирди.

Шамал энергетикасын колдонуунун абалы бул боюнча технологиянын өнүгүш деңгээлинен жана шамал ресурсунун болушунан гана көз каранды маселе эмес. Мисалы, Данияда шамал ресурсу Германияга караганда көп, бирок Германияда калыбына келүүчү энергия булактарын иштетүүнү шарттаган саясий чечимдер кабыл алынгандыктан, шамал энергетикасы бир кыйла интенсивдүү өнүгүүдө.

Россияда акыркы 8 жылда жаңы бир нече шамал энергетикалык түзүлүштөрү курулуп, пайдаланууга берилген. Башкырстанда кубаттуулугу 550кВт тан болгон 4 агрегат орнотулган, Калининград областында, деңиздин жээгинде кубаттуулугу 4,5МВт болгон 20 түзүлүш турат, Командор аралдарында ар бири 250кВт тан болгон эки шамал турбинасы кайра ишке кирди, Мурманскиде кубаттуулугу 200кВт болгон бир шамал түзүлүшү катарга кошулду. 2003-жылы Россиянын шамал агрегаттарынын жалпы кубаттуулугу 10МВт ка өскөн.

Мурунку союздук республикалар, азыркы – көз карандысыз мамлекеттер да өздөрүнүн потенциалдуу шамал энергия ресурстарын өздөштүрүүгө киришишти. Украинада шамал энергия станцияларынын курулушун жана иштөөсүн жеңилдетүүчү атайын мыйзам да кабыл алынды. Эл аралык статистканын маалыматтарына караганда, Украинанын шамал агрегаттарынын белгиленген кубаттуулугу 5МВт ка өстү. Ошентип, жергиликтүү отун ресурстары жок жана керектөөчү энергия системасынан аябай алыс жайгашкан жерлерде шамал энергия ресурстарын бат өздөштүрүшөт. Мисалы, Эстонияда жана Балтиканын башка өлкөлөрүндө шамал түзүлүштөрү дыйкандар жашаган кичинекей айылдарга (хуторлорго), Балтика деңизинин аралдарына жана жээкке жакын жайгашкан райондорго тараган.

Белорусияда жалпы кубаттуулугу 1МВт ка жакын болгон бир нече шамал электр түзүлүштөрү ишке кирген. Казак Республикасында шамал энергетикасынын үстүндө активдүү иш-аракеттер жүрүп жатат. Ал жакта Джунгар дарбазасы деген 5МВт кубаттуулуктагы шамал электрстанциясынын инвестициялык долбоору даярдалды. Орто

Азияда жайгашкан башка республикалар да шамалдын режими шамал электр түзүлүштөрүн орнотууга мүмкүндүк түзсө, өздөрүнүн аймактарындагы чөлдөрдү, өрөөндөрдү, тоого жакын жерлерди жана дэңиз жээктерин пайдаланышса болот. Бирок, алардын кээ бирлеринде, мисалы Туркмөнстанда шамал энергиясы менен ийгиликтүү атааңдаша алган органикалык отундун кен байлыктары бар.

Ушундай эле абал Азербайжан сыяктуу көз карандысыз Кавказ республикасында.

Ошентсе да, калыбына келбөөчү отун ресурстарын сактоо жана калыбына келүүчүлөрдү пайдаланууну көчөтүү алысты көрө билген кыраакы саясат болуп эсептелет.

Адам ишмердүүлүгүнүн ар кандай жаңы тармагы сыяктуу эле шамал энергетикасы да айлана-чөйрөгө таасир тийгизет. Шамал агрегаттарынан чыккан шуулдоо (чуу), канаттуулардын шамал трубаларынын калактары менен кагылышуусу, шамал электр станцияларынын радио сигналдарга таасир көрсөтүүсү булар шамал энергетикасынын өнүгүшүнө каршы келүүчү аргументтер. Шамал электр түзүлүштөрүн жайгаштырууну туура пландаштыруу шамал электр станцияларынын таасири көбүрөөк сезилүүчү жерлерде жайгашуусунан качууга жана турмушта мындай проблемалардын келип чыкпашына мүмкүндүк түзөт. Мисалы, шамал турбиналарын турак-жайлардан алыстыкта, калактардын чуусу 35-40 децибелден ашпагандай тургузушат. Салыштырсак, офистерде чуу 50-60 децибелди, ал эми автомобиль салондорунда 80 децибелди түзөт. Бул үчүн эч ким аларды четке кага элек.

Шамал энергетикасын башка калыбына келүүчү энергия булактары менен комплекстьү өнүктүрүү электр булактарынан алыс жайгашкан калктуу жерлерди электр энергиясы менен камсыз кылуу үчүн өзгөчө маанилүү.

Күндөн электр энергиясын алуучу түзүлүштөр

Күндүн энергиясынын концентрациясы жылуулук кыймылдаткычы-нын иштөөсү үчүн жетиштүү болгон жогорку температураларды (+70 С ге чейин) алууга мүмкүндүк берет.

Мисалы, эгерде диаметри 30 м болгон параболалык концентратор түзсөк, анда анын кубаттуулугу 700 кВтты түзөт, бул болсо 200 кВт электр энергиясын алуу үчүн жетиштүү.

Бири-биринен көз карандысыз түрдө Күндү беттөөчү анча чоң эмес концентрациялоочу коллекторлордун көптүгүнөн турган станциялар бар. Мындай концентраторлор бир нече ондогон же андан да көп болушу мүмкүн. Булардын баары Күндүн энергиясын борбордук энергия станциясына чогултуучу жылуулук ташыгыч суюктукка беришет. Анда буу генераторлору аркылуу Күн энергиясы электр энергиясына айланып, керектөөчүлөргө түшөт.

Учурда колдо жасалган күн коллектору сууну жылытуу үчүн да кеңири колдонула баштады. Ал үчүн өтө терең эмес металл яүигинин ичине тунукени жана яүик менен тунукенин ортосуна изоляциялагыч материалдарды (саман, эски чүпүрөк-сапырак ж.б.)

жайгаштырып, тунукенин ички капталдарынын карама-каршы бурчтарындагы сгондорго пластмассадан жасалган шланг бекем жайгаштырылат. Мунун баары 3-4 мм калыңдыктагы айнек менен жабылып, айнектин тунуке корпус менен тийишкен жерлери суудан жана абадан изоляцияланат. Яүикти кара түскө боөп койсо Күн нурларын көбүрөөк кармайт.

Шлангдын бош учтарын суу толтурулган бакка туташтырып (бир учун бактын үстьнкү бөлүгүнө, бир учун төмөнкү бөлүгүнө), сууну жылытуу үчүн жөнөкөй түзүлүштү алууга болот (12-сүрөт).

12 - сүрөт. Суу жылытуучу күн түзүлүштөрү.

Мындан сырткары Күн нуру менен чай кайнатууга, тамак бышырууга да болот. Ал үчүн жөнөкөй эле Күн мештери пайдаланылат. Силер кичинекей топтоочу линзаны Күн нуруна тосуп, ал аркылуу өтүүдө бир чекитке топтолгон Күн нурунун колуңарды ысытып же ширеңкенин чийин күйгүзүп жибергенин бала кезде байкаган чыгарсыңар. Күн мештери да мына ушул сыяктуу эле Күн нурун бир чекитке топтоп берүүчү диаметри 1 м ге жакын чогултуучу тунук линзадан турат. Ошол чекитке чайнек же мискей атайын жасалган түпкүч аркылуу жайгаштырылат. Линзаны ар дайым Күндү каратып буруп туруу үчүн ал кыймылдуу штативге бекитилет.

Азыркы күндө Кыргызстанда Күн энергетикасын өнүктүрүү «экинчи төрөлүүнүн фазасы» деп аталган жаңы фазага өтүүдө. Анткени, биринчиден, күнөстүү, таза суулуу жерде жайгашкан Кыргызстан өзүнүн табигый-экологиялык уникалдуулугун сактап келген мамлекеттердин катарына кирет. Күн энергиясын пайдаланууга көбүрөөк көңүл буруу анын экосистемасын сактап калуунун бир жолу болуп эсептелет.