حنان الجزائر
12-19-2008, 11:42 AM
ما هي الكهرباء
الكهرباء هي نوع من انواع الطاقة. التيار الكهربائي هو عملية جريان الطاقة الكهربائية.
جميع المواد تتألف من ذرات، و كل ذرة لها مركز يدعى النواة. النواة تحتوي على جزئيات مشحونة ايجابيا" تدعى بروتون وجزئييات غير مشحونة تدعى نوترون. ان نواة الذرة محاطة بجزئييات مشحونة سلبيا" تدعى إلكترون. الشحنة السالبة للإلكترون تعادل الشحنة الايجابية للبروتون وكذلك عدد للالكترونيات في الذرة عادة يساوي عدد البروتينات.
عندما يتم تجاوز قوة التوازن بين البروتون والإلكترون بواسطة قوة خارجية، فان الذرة يمكن أن تربح أو تخسر شحنة كهربائية. في حالة خسارة شحنات كهربائية من الذرة، فأن تيارا" كهربائيا" يتكون من خلال حركة هذه الشحنات.
كيف تعمل معامل الطاقة الهيدروليكية؟
ان المولد الكهربائي هو جهاز يقوم بتحويل الطاقة الميكانيكية الى طاقة كهربائية.
ان عملية التحويل ترتكز على العلاقة بين المغناطيسية والكهرباء، عندما يتحرك السلك أو أي مادة موصلة كهربائيا" في مجال مغناطيسي، فان تيارا" كهربائيا" يجري في السلك. ان االمولدات الكهربائية الكبيرة تحتوي على ملف وأقطاب مغناطيسية مثبتة على عامود محوري دوار، عند دوران الأقطاب المغناطيسية فإنها تحدث حقول مغناطيسية مترددة في الملفات مما يؤدي لتوليد التيار الكهربائي.
ان المبدأ الاساسي لتوليد الكهرباء هو تحويل الطاقة الميكانيكية الى طاقة كهربائية.
ان المعامل الهيدروكهربائية تنتج الكهرباء باستجدام قوة المياه (الساقطة) التى تدير ما يسمى بالعنفة والتى بدورها تدير محور معدني موصول بالمولد الكهربائي.
ان المبدأ هو بناء سد لمياه النهر لتخزين كميات كبيرة من المياه والحصول على ارتفاع عال، وهكذا تؤخذ المياه عبر الانابيب من اسفل حائط السد حيث يكون ضغط المياه متناسبا" مع ارتفاع مياه السد لتصل الى شفرات العنفة وتجعلها تدور، وهي بدورها متصلة بواسطة محور بالمولد الكهربائي، ومع دوران الأقطاب المغناطيسية في المولد فان تيارا كهربائيا مترددا سوف يولد في الملفات.
ان المياه الموجودة في الخزان تعتبر طاقة مخزنة. عندما تفتح السد تتحول المياه الجارية عبر الى طاقة حركية.
يتم تحديد كمية الكهرباء التى تتولد بحسب عدة عوامل، اثنين من هذه العوامل هي حجم المياه الجارية وارتفاع مستوى سطح مياه السد عن العنفة (المحرك). مثلما يزداد الارتفاع وجريان المياه كذلك تزداد الطاقة الكهربائية المنتجة. هذه الطاقة مرتبطة بكمية المياه المخزنة.
كيف تعمل خلايا الوقود؟
ان خلايا الوقود هي عبارة عن جهاز لتحويل الطاقة الكيميائية الى طاقة كهربائية وذلك بتحويل الهيدروجين والاوكسيجين الى مياه ويبتج عن هذه العملية الكهرباء والحرارة.
هي عملية شبيهة جدا" بالبطارية التى يمكن شحنها وفي نفس الوقت سحب الطاقة منها، ولكن بدل شحنها بواسطة الكهرباء فان خلايا الوقود تشحن بواسطة الهيدروجين والاوكسيجين.
ان خلايا الوقود تنتج تيارا" كهربائيا" مستمرا" يمكن استخدامه في تغذية محولات التيار والانارة او أي نوع من الادوات الكهربائية. هناك انواع مختلفة من خلايا الوقود كل منها تستعمل كيمياء مختلفة. وهي عادة تصنف حسب نوع ال electrolyte المستعمل.
ان خلية الوقود ذات غشاء تبادل البروتون تستعمل احدى ابسط التفاعلات الكيميائية لخلايا الوقود. لتعرف اولا ماذا هناك داخل هذا النوع من خلايا الوقود أي خلية الوقود ذات غشاء تبادل البروتون:
- الانود:هو القطب السالب لخلية الوقود وله عدة مهام، فهو يقود الالكترونات المحررة من جزئيات الهيدروجين ليتم استعمالها في تغذية دائرة كهربائية خارجية . كما انه يحتوي على مجاري وظيفتها تشتيت غاز الهيدروجين على سطح ال catalyst.
- الكاتود: هو القطب الموجب لخلية الوقود، ويحتوي على مجاري لتوزيع الاوكسيجين على سطح الcatalyst . كما انه يقود الالكيرونيات بالاتجاه الخلفي من الدائرة الكهربائية الخارجية الcatalyst حيث يمكن ان تتوحد مع الاوكسيجين وايونات الهيدروجين لتشكل الماء.
- الالكتروليت: هو غشاء تبادل البروتون، هذه المادة المعالجة بشكل خاص والشبيهة بالبلاستيك تقود فقط الايونات المشحونة ايجابيا" وتعيق مرور الالكترونيات.
- الcatalyst: وهي مؤلفة من مادة خاصة تسهل الاوكسيجين تفاعل مع الهيدروجين. تصنع عادة من مسحوق البلاتينيوم الذي يكسو ورق الكاربون او القماش بطبقة رقيقة جدا".
يوضع الجانب المطلي بالبلاتينيوم جهة غشاء تبادل البروتون أي ال Electrolyte.
يقسم ال catalyst الهيدروجين الى اثنين من ايونات الهيدروجين الموجبة (H+) والى اثنين من الالكترونات (e-) . الالكترونات تجري عبر الانود حيث تأخذ طريقها عبر الدائرة الكهربائية الخارجية( حيث تشغل محركا" على سبيل المثال) وتعود الى الكاتود.
في هذه الاثناء ومن جهة كاتود خلية الوقود يتم ضخ غاز الاوكسيجين (o2) باتجاه ال catalyst حيث يشكل ذريتن من الاوكسيجين (o). كل ذرة تحتوي على شحنة سالبة قوية. هذه الشحنة السالبة تجذب اثنين من ايونات الهيدروجين(H+) عبر الغشاء (الذي يسمح بمرور الشحنات الموجبة فقط ) حيث تتحد أيونات الهيدروجين مع ذرة الاوكسيجين واثنين من الالكترونيات من الدائرة الكهربائية الخارجية لتشكل ذرة المياه ((H2O.
هذا التفاعل في خلية وقود واحدة ينتج 0.7 فولت. من اجل رفع الجهد الى مستوى معقول يجب جمع عدة خلايا وقود منفصلة لتشكل رزمة خلايا.
ان خلايا الوقود ذات غشاء تبادل البروتون تعمل على درجة حرارة منخفضة ( حوالي 80 درجة مئوية )
ان التحسن المتواصل في الهندسة والمواد المستعملة في صناعة خلايا الوقود قد زادت كثافة الطاقة الى درجة ان جهاز الخلايا بحجم امتعة صغيرة يستطيع ان يشغل سيارة.
التفاعلات الكيميائية في خلايا الوقود:
جهة الانود:
2H2=4H+ (+)4e-
جهة الكاتود:
O2(+)4H+(+)4e-=2H2O
التفاعل النهائي:
2H2(+)O2=2H2O
كيف تعمل المعامل الحرارية لتوليد الطاقة الكهربائية؟
الفكرة الاساسية لتوليد الكهرباء هي تحويل الطاقة الميكانيكية الى طاقة كهربائية .
ان المعمل البخاري لتوليد الكهرباء يتألف من المرجل الذي يحرق الوقود (الفيول، الغاز الطبيعي....) ليعطي الحرارة. داخل غرفة الحريق توجد سلسلة من الأنابيب تجري من خلالها المياه . إن الطاقة الحرارية تنتقل إلى الأنابيب المعدنية وبالتالي يسخن المياه داخل هذه الأنابيب حتى تتحول الى بخار . إن البخار ذو الحرارة العالية والضغط المرتفع يصدم (يضرب) شفرات المحرك (العنفة) ويولد حركة دوران. هذا المحرك متصل بواسطة محور بالمولد الكهربائي الذي من خلال الدوران يولد الكهرباء.
كيف تعمل المعامل النووية لتوليد الكهرباء؟
ان الفارق بين النووية والمعامل الحرارة هو ان الحرارة المستعملة اصنع البخار تأتي بواسطة انقسام الذرة وليس بواسطة الاحتراق. انقسام الذرة وهو عبارة عن انشقاق الذرة الى اجزاء اصغر. ان الذرة وهي نفسها صغير تنقسم عندما يتم صدمها بواسطة جزئيات اصغر منها تدعى نوترون. في كل مرة يحصل ذلك فان عددا" من النوترون يخرج من الذرة المنقسمة ليصدم بدوره ذرات اخرى. يسمى ذلك سلسلة التفاعلات يصدر عنها كميات كبيرة من الحرارة. وتضبط سلسلة التفاعلات النووية باضافة ال boron الى المياه واستعمال القضبان التى يتم التحكم بها في داخل المفاعل للحد من عملية انقسام الذرات عن طريق امتصاص جزئيات النوترون. وهكذا فان سلسلة التفاعلات النووية تدوم لفترات طويلة وبالتالي يمكن ضبط كميات الحرارة المنتجة.
ماذا تعني المواد المشعة؟
بعض العناصر الكيميائية الطبيعية مؤلفة من ذرات قابلة للانقسام في سلسلة تفاعلات. تسمى هذه العناصر الكيميائية المواد المشعة. الحديد، النحاس، الفضة، وكثير من المعادن الشائعة ليست موادا" مشعة.
بعكس اليورانيوم الذي يناسب كوقود للمعمل النووية. في المعامل النووية يمنع احتكاك اليورانيوم مع البيئة المحيطة لان النشاط الاشعاعي خطير جدا".
كيف تساهم الحرارة في التشغيل ؟
اثناء انقسام الذرات وتصادمها تنتج الحرارة التى تستعمل لتحويل المياه الى بخار . ان ضغط البخار يدير المحرك(العنفة) المتصل بالمولد الكهربائي.
عندما يدور المولد ينشأ حقل مغناطيسي دوار فتتولد منه الكهرباء. تنتقل الكهرباء من خلال الاسلاك المعدنية المحمولة على عواميد مرتفعة عابرة" مسافات طويلة لتصل الى محطات التحويل الكهربائية ومنها الى منزلك حيث يمكنك استعمال هذه الطاقة الكهربائية الإنارة وتشغيل الأجهزة الكهربائية( التلفزيون، الكومبيوتر، البراد).
الهواء النظيف:
احدى اهم فوائد المعامل النووية هي عدم وجود الدخان الذي يلوث البيئة كما في غيرها من معامل انتاج الكهرباء.
ان الأبراج الكبيرة الموجودة في المعامل النووية ليست لإصدار الدخان بل هي في الواقع لتبريد المياه المستعمل لانتاج البخار. ان هذه الأبراج تنشر المياه لتلتقي بأكبر كمية ممكنة من الهواء وتبرد.
وتتحول المياه الى بخار يدير المحرك المتصل بالمولد، ويعود البخار بعد ان يبرد إلى حالة المياه وهكذا تستمر هذه الدورة مستعملة ذات المياه التى تتحول الى بخار والعكس.
ان ما نراه يتصاعد من برج التبريد هو مجرد سحابة من البخار وليس دخانا".
الكهرباء هي نوع من انواع الطاقة. التيار الكهربائي هو عملية جريان الطاقة الكهربائية.
جميع المواد تتألف من ذرات، و كل ذرة لها مركز يدعى النواة. النواة تحتوي على جزئيات مشحونة ايجابيا" تدعى بروتون وجزئييات غير مشحونة تدعى نوترون. ان نواة الذرة محاطة بجزئييات مشحونة سلبيا" تدعى إلكترون. الشحنة السالبة للإلكترون تعادل الشحنة الايجابية للبروتون وكذلك عدد للالكترونيات في الذرة عادة يساوي عدد البروتينات.
عندما يتم تجاوز قوة التوازن بين البروتون والإلكترون بواسطة قوة خارجية، فان الذرة يمكن أن تربح أو تخسر شحنة كهربائية. في حالة خسارة شحنات كهربائية من الذرة، فأن تيارا" كهربائيا" يتكون من خلال حركة هذه الشحنات.
كيف تعمل معامل الطاقة الهيدروليكية؟
ان المولد الكهربائي هو جهاز يقوم بتحويل الطاقة الميكانيكية الى طاقة كهربائية.
ان عملية التحويل ترتكز على العلاقة بين المغناطيسية والكهرباء، عندما يتحرك السلك أو أي مادة موصلة كهربائيا" في مجال مغناطيسي، فان تيارا" كهربائيا" يجري في السلك. ان االمولدات الكهربائية الكبيرة تحتوي على ملف وأقطاب مغناطيسية مثبتة على عامود محوري دوار، عند دوران الأقطاب المغناطيسية فإنها تحدث حقول مغناطيسية مترددة في الملفات مما يؤدي لتوليد التيار الكهربائي.
ان المبدأ الاساسي لتوليد الكهرباء هو تحويل الطاقة الميكانيكية الى طاقة كهربائية.
ان المعامل الهيدروكهربائية تنتج الكهرباء باستجدام قوة المياه (الساقطة) التى تدير ما يسمى بالعنفة والتى بدورها تدير محور معدني موصول بالمولد الكهربائي.
ان المبدأ هو بناء سد لمياه النهر لتخزين كميات كبيرة من المياه والحصول على ارتفاع عال، وهكذا تؤخذ المياه عبر الانابيب من اسفل حائط السد حيث يكون ضغط المياه متناسبا" مع ارتفاع مياه السد لتصل الى شفرات العنفة وتجعلها تدور، وهي بدورها متصلة بواسطة محور بالمولد الكهربائي، ومع دوران الأقطاب المغناطيسية في المولد فان تيارا كهربائيا مترددا سوف يولد في الملفات.
ان المياه الموجودة في الخزان تعتبر طاقة مخزنة. عندما تفتح السد تتحول المياه الجارية عبر الى طاقة حركية.
يتم تحديد كمية الكهرباء التى تتولد بحسب عدة عوامل، اثنين من هذه العوامل هي حجم المياه الجارية وارتفاع مستوى سطح مياه السد عن العنفة (المحرك). مثلما يزداد الارتفاع وجريان المياه كذلك تزداد الطاقة الكهربائية المنتجة. هذه الطاقة مرتبطة بكمية المياه المخزنة.
كيف تعمل خلايا الوقود؟
ان خلايا الوقود هي عبارة عن جهاز لتحويل الطاقة الكيميائية الى طاقة كهربائية وذلك بتحويل الهيدروجين والاوكسيجين الى مياه ويبتج عن هذه العملية الكهرباء والحرارة.
هي عملية شبيهة جدا" بالبطارية التى يمكن شحنها وفي نفس الوقت سحب الطاقة منها، ولكن بدل شحنها بواسطة الكهرباء فان خلايا الوقود تشحن بواسطة الهيدروجين والاوكسيجين.
ان خلايا الوقود تنتج تيارا" كهربائيا" مستمرا" يمكن استخدامه في تغذية محولات التيار والانارة او أي نوع من الادوات الكهربائية. هناك انواع مختلفة من خلايا الوقود كل منها تستعمل كيمياء مختلفة. وهي عادة تصنف حسب نوع ال electrolyte المستعمل.
ان خلية الوقود ذات غشاء تبادل البروتون تستعمل احدى ابسط التفاعلات الكيميائية لخلايا الوقود. لتعرف اولا ماذا هناك داخل هذا النوع من خلايا الوقود أي خلية الوقود ذات غشاء تبادل البروتون:
- الانود:هو القطب السالب لخلية الوقود وله عدة مهام، فهو يقود الالكترونات المحررة من جزئيات الهيدروجين ليتم استعمالها في تغذية دائرة كهربائية خارجية . كما انه يحتوي على مجاري وظيفتها تشتيت غاز الهيدروجين على سطح ال catalyst.
- الكاتود: هو القطب الموجب لخلية الوقود، ويحتوي على مجاري لتوزيع الاوكسيجين على سطح الcatalyst . كما انه يقود الالكيرونيات بالاتجاه الخلفي من الدائرة الكهربائية الخارجية الcatalyst حيث يمكن ان تتوحد مع الاوكسيجين وايونات الهيدروجين لتشكل الماء.
- الالكتروليت: هو غشاء تبادل البروتون، هذه المادة المعالجة بشكل خاص والشبيهة بالبلاستيك تقود فقط الايونات المشحونة ايجابيا" وتعيق مرور الالكترونيات.
- الcatalyst: وهي مؤلفة من مادة خاصة تسهل الاوكسيجين تفاعل مع الهيدروجين. تصنع عادة من مسحوق البلاتينيوم الذي يكسو ورق الكاربون او القماش بطبقة رقيقة جدا".
يوضع الجانب المطلي بالبلاتينيوم جهة غشاء تبادل البروتون أي ال Electrolyte.
يقسم ال catalyst الهيدروجين الى اثنين من ايونات الهيدروجين الموجبة (H+) والى اثنين من الالكترونات (e-) . الالكترونات تجري عبر الانود حيث تأخذ طريقها عبر الدائرة الكهربائية الخارجية( حيث تشغل محركا" على سبيل المثال) وتعود الى الكاتود.
في هذه الاثناء ومن جهة كاتود خلية الوقود يتم ضخ غاز الاوكسيجين (o2) باتجاه ال catalyst حيث يشكل ذريتن من الاوكسيجين (o). كل ذرة تحتوي على شحنة سالبة قوية. هذه الشحنة السالبة تجذب اثنين من ايونات الهيدروجين(H+) عبر الغشاء (الذي يسمح بمرور الشحنات الموجبة فقط ) حيث تتحد أيونات الهيدروجين مع ذرة الاوكسيجين واثنين من الالكترونيات من الدائرة الكهربائية الخارجية لتشكل ذرة المياه ((H2O.
هذا التفاعل في خلية وقود واحدة ينتج 0.7 فولت. من اجل رفع الجهد الى مستوى معقول يجب جمع عدة خلايا وقود منفصلة لتشكل رزمة خلايا.
ان خلايا الوقود ذات غشاء تبادل البروتون تعمل على درجة حرارة منخفضة ( حوالي 80 درجة مئوية )
ان التحسن المتواصل في الهندسة والمواد المستعملة في صناعة خلايا الوقود قد زادت كثافة الطاقة الى درجة ان جهاز الخلايا بحجم امتعة صغيرة يستطيع ان يشغل سيارة.
التفاعلات الكيميائية في خلايا الوقود:
جهة الانود:
2H2=4H+ (+)4e-
جهة الكاتود:
O2(+)4H+(+)4e-=2H2O
التفاعل النهائي:
2H2(+)O2=2H2O
كيف تعمل المعامل الحرارية لتوليد الطاقة الكهربائية؟
الفكرة الاساسية لتوليد الكهرباء هي تحويل الطاقة الميكانيكية الى طاقة كهربائية .
ان المعمل البخاري لتوليد الكهرباء يتألف من المرجل الذي يحرق الوقود (الفيول، الغاز الطبيعي....) ليعطي الحرارة. داخل غرفة الحريق توجد سلسلة من الأنابيب تجري من خلالها المياه . إن الطاقة الحرارية تنتقل إلى الأنابيب المعدنية وبالتالي يسخن المياه داخل هذه الأنابيب حتى تتحول الى بخار . إن البخار ذو الحرارة العالية والضغط المرتفع يصدم (يضرب) شفرات المحرك (العنفة) ويولد حركة دوران. هذا المحرك متصل بواسطة محور بالمولد الكهربائي الذي من خلال الدوران يولد الكهرباء.
كيف تعمل المعامل النووية لتوليد الكهرباء؟
ان الفارق بين النووية والمعامل الحرارة هو ان الحرارة المستعملة اصنع البخار تأتي بواسطة انقسام الذرة وليس بواسطة الاحتراق. انقسام الذرة وهو عبارة عن انشقاق الذرة الى اجزاء اصغر. ان الذرة وهي نفسها صغير تنقسم عندما يتم صدمها بواسطة جزئيات اصغر منها تدعى نوترون. في كل مرة يحصل ذلك فان عددا" من النوترون يخرج من الذرة المنقسمة ليصدم بدوره ذرات اخرى. يسمى ذلك سلسلة التفاعلات يصدر عنها كميات كبيرة من الحرارة. وتضبط سلسلة التفاعلات النووية باضافة ال boron الى المياه واستعمال القضبان التى يتم التحكم بها في داخل المفاعل للحد من عملية انقسام الذرات عن طريق امتصاص جزئيات النوترون. وهكذا فان سلسلة التفاعلات النووية تدوم لفترات طويلة وبالتالي يمكن ضبط كميات الحرارة المنتجة.
ماذا تعني المواد المشعة؟
بعض العناصر الكيميائية الطبيعية مؤلفة من ذرات قابلة للانقسام في سلسلة تفاعلات. تسمى هذه العناصر الكيميائية المواد المشعة. الحديد، النحاس، الفضة، وكثير من المعادن الشائعة ليست موادا" مشعة.
بعكس اليورانيوم الذي يناسب كوقود للمعمل النووية. في المعامل النووية يمنع احتكاك اليورانيوم مع البيئة المحيطة لان النشاط الاشعاعي خطير جدا".
كيف تساهم الحرارة في التشغيل ؟
اثناء انقسام الذرات وتصادمها تنتج الحرارة التى تستعمل لتحويل المياه الى بخار . ان ضغط البخار يدير المحرك(العنفة) المتصل بالمولد الكهربائي.
عندما يدور المولد ينشأ حقل مغناطيسي دوار فتتولد منه الكهرباء. تنتقل الكهرباء من خلال الاسلاك المعدنية المحمولة على عواميد مرتفعة عابرة" مسافات طويلة لتصل الى محطات التحويل الكهربائية ومنها الى منزلك حيث يمكنك استعمال هذه الطاقة الكهربائية الإنارة وتشغيل الأجهزة الكهربائية( التلفزيون، الكومبيوتر، البراد).
الهواء النظيف:
احدى اهم فوائد المعامل النووية هي عدم وجود الدخان الذي يلوث البيئة كما في غيرها من معامل انتاج الكهرباء.
ان الأبراج الكبيرة الموجودة في المعامل النووية ليست لإصدار الدخان بل هي في الواقع لتبريد المياه المستعمل لانتاج البخار. ان هذه الأبراج تنشر المياه لتلتقي بأكبر كمية ممكنة من الهواء وتبرد.
وتتحول المياه الى بخار يدير المحرك المتصل بالمولد، ويعود البخار بعد ان يبرد إلى حالة المياه وهكذا تستمر هذه الدورة مستعملة ذات المياه التى تتحول الى بخار والعكس.
ان ما نراه يتصاعد من برج التبريد هو مجرد سحابة من البخار وليس دخانا".