Статья на тему "Альтернативные источники электроэнергии"

ЭНЕРГИЯНЫҢ БАЛАМАЛЫ КӨЗДЕРІ. ЖЕРДІҢ ЭЛЕКТРЛІК ӨРІСІ–

ЭНЕРГИЯ КӨЗІ

Алматы теміржол көлігі колледжі,

11ЭПСВ-21-1к тобы Слямбаев Ибрагим,

Серікбаева Қорлан

Жетекшісі: Жакупова Айнур Жанарбековна

Бүгінде әлем Төртінші өнеркәсіптік революция дәуіріне, технологиялық, экономикалық және әлеуметтік салалардағы терең және қарқынды өзгерістер кезеңіне қадам басып келеді. Жаңа әлем көшбасшыларының қатарына қосылу үшін Қазақстанда қажетті нәрсенің бәрі бар. Цифрлық және басқа да инновациялық шешімдерді әзірлеушілердің өз экожүйесін дамытуы аса маңызды мәселеге айналып келеді. Нақты сектордың жаңа технологияларға деген сұранысты ынталандыруы және венчурлық қаржыландырудың жеке нарығының қызметі инновациялық экожүйе жетістіктерінің негізгі факторлары болып саналады. Энергия тиімділігі мен энергия үнемдеуге, сондай-ақ энергия өндірушілердің өз жұмыстарының экологиялық тазалығы мен тиімділігіне үлкен талаптар қойылды. Бүгінде әлем бойынша өндірілетін электр энергиясының төрттен бірі жаңартылатын энергия көздеріне тиесілі. Мамандардың есебі бойынша елімізде жалпы жаңғыртылатын энергия көздерінің үлесі 1 пайыз екен. Бүгінде Қазақстанның жер қойнауы табиғи қазбаларға бай болғандықтан энергия тапшылығы айтарлықтай байқалмайды. Дегенмен баламалы энергия көздері ол болашақтың қажеттілігі екені сөзсіз. 

Жобаның мақсаты мен міндеттері. Энергия тұтынушысын құрылымы қарапайым, экологиялық таза және пайдалануға қолайлы – Жердің электр өрісіне қосу арқылы болашақ қажеттілігі –энергияның бірегей баламалы көзін өндіруді дамытуға үлес қосу.

• Мақсатқа жету үшін келесі міндеттер қойылды: Энергияның баламалы көзінің түрлері, құрылымдары, оларды пайдалану тәсілдері және артықшылықтары мен кемшіліктері туралы ақпарат жинап, оларды сараптау, талдау;

• Жердің электр өрісінің энергия көзінен энергия алу тәсілін меңгеру;

• Алып генератордың оң полюсі – ионосфераға қосылу мәселесінің шешімін табу;

• Артық зарядтарды өткізгіштің жоғарғы нүктесінен шығарып алудың жолын қарастыру;

• Қондырғының қуатын бағалау.

Жобаның зерттеу нысаны. Жердің электр өрісінің энергия көзі және атмосфераның жоғарғы қабаты – ионосфера болып табылады

Жобаның өзектілігі. Табиғатта экологиялық таза, жаңартылмалы, пайдалануға оңай, осы күнге дейін ешқайда қолданылмайтын, бірегей энергияның баламалы көзі бар. Бұл көз – Жердің электр өрісінің энергия көзі. Жердің электр өрісі —  Жердің магнит өрісінің өзгеруіне байланысты пайда болатын Жер маңайындағы  электр өрісі. Осы өрістің салдарынан атмосфераның иондалған қабатында электр тогы пайда болады.

Табиғатта экологиялық таза, жаңартылмалы, пайдалануға оңай, осы күнге дейін ешқайда қолданылмайтын, бірегей энергияның баламалы көзі бар. Бұл көз – Жердің электр өрісінің энергия көзі.

Жердің электр өрісі —  Жердің магнит өрісінің өзгеруіне байланысты пайда болатын Жер маңайындағы  электр өрісі. Осы өрістің салдарынан атмосфераның иондалған қабатында электр тогы пайда болады.

Осы энергия көзінен энергия алу тәсілі Жердің электр өрісінің қасиеттеріне және электростатиканың базалық заңдарына негізделген. Теріс полюс – Жерге қосылу – оңай. Ол үшін Сенімді жерге тұйықталу жасаса болғаны. Генератордың оң полюсіне – ионосфераға қосылу – күрделі техникалық мәселе.

Кез келген зарядталған конденсатордағы сияқты, біздің ғаламдық конденсаторымызда да электр өрісі бар. Осы өрістің кернеулігі биіктігі бойынша өте бейберекет (бір қалыпсыз) орналасады: ол Жердің бетінде максимал мәнге ие және шамамен 150 В/м-ді құрайды. Биіктеген сайын ол шамамен экспонента заңы бойынша азаяды және 10 км биіктікте Жер бетіндегі мәнінің шамамен 3%-ын құрайды.

Жердің электр өрісі кез келген электр өрісі сияқты потенциалды өріс болып табылады. Бірдей потенциалы бар нүктелер эквипотенциал беттерді түзеді.

Жердің бетіне вертикаль металл өткізгіш орнатып, оны жерге тұйықтайық. Өткізгіштің жоғарғы нүктесі Жердің электр өрісінің қандай да бір U потенциалы деңгейінде болсын. Жердің электр өрісі өткізгіштің электрондарын жоғарыға, қозғалта бастайды. Электрондардың мұндай қозғалысы өткізгіштің жоғарғы нүктесінде Жердің электр өрісінің U потенциалына шама жағынан тең және бағыты қарама – қарсы –U потенциалы пайда болғанға дейін жалғасады. Осы –U теріс потенциалы Жердің электр өрісінің U оң потенциалын толықтай компенсациялайды және бүкіл өткізгіш, оның жоғарғы нүктесін қоса алғанда, біз нөлге тең деп қабылдайтын Жердің потенциалына ие болады. Егер де біз артық зарядтарды өткізгіштің жоғарғы нүктесінен үнемі шығарып ала алсақ, онда әрқашан ток жүріп тұрады. Енді өткізгішті кез келген қолайлы жерінен кесіп тастап, оған жүктемені (энергия тұтынушысын) қоссақ жетеді – және электр станциясы дайын. Алайда өткізгіштің жоғарғы нүктесіндегі теріс зарядтардың артуы өзінің айналасында электр өрісін туғызады. Өткізгіштік электрондарына өткізгіштен шығуына көмектесетін құрылғы – электронды сәуле шығарғыш немесе эмиттер керек. Эмиттерді өткізгіштің жоғарғы бетіндегі сәуле шығарушы электродтың айналасында тәждік разряд тудыруға қабілетті, аз қуатты жоғары вольттық генератор негізінде құруға болады. Генератор өткізгіштік электронды сәуле шығарғыштың айналасында ұшқындық, тәждік немесе білезіктік разряд түзеді. Мұндай разряд өткізгіштік электрондар енді Жердің электр өрісінің әсерінен атмосфераға еркін өтетін өткізгіш плазмалық канал болып табылады. Осы мақсатта трансформаторды немесе Тесла катушкасын пайдалануға болады. 1891 жылы Никола Тесла өзінің эксперименттері мен тәжірибелерін көрсетуге арналған өзінің әйгілі жоғары жиілікті жоғары вольттық трансформаторын жасады. Разрядтардың иондалған ауадағы каналдары өткізгіш металдан атмосфераға ұшып шығуға тырысатын өткізгіштік электрондары үшін жақсы өткізгіш болып табылады. Өткізгіштік электрондары разрядтар каналдары бойымен өткізгішті оңай тастап, өткізгіштің жоғарғы нүктесінде шоғырланатын, Жердің электр өрісінің әсерінен атмосфераға ұшып шығады.

Қондырғының қуатын бағалау. Өткізгіштің жоғарғы нүктесі 100 м биіктікте, өткізгіш биіктігі бойынша электр өрісінің орташа кернеулігі Е_орт. = 100 В/м болсын. Сонда Жер мен өткізгіштің жоғарғы нүктесінің арасындағы потенциалдар айырымы сан жағынан мынаған тең болады:

U = h E_орт. = 100 м * 100 В/м = 10 000 вольт.

Өткізгіштегі ток күші негізінен эмиттердің жұмыс тиімділігіне байланысты болады. Егер эмиттердің көмегімен біз 10 А ток ала алатын болсақ, онда қондырғының толық қуаты 100 кВт-ты құрайды.

Қорытынды. Біз өзіміздің зерттеуіміздің нәтижесінде энергия тұтынушысын электр энергиясының алып генераторына қостық. Теріс полюс –Жерге – біз кәдімгі металл сымның (жерге тұйықталу) көмегімен, ал оң полюске – ионосфераға –арнайы ерекше сымның – конвективті токтың көмегімен қосылдық.

Конвективтік токтар – бұл зарядталған бөлшектердің реттелген тасымалына негізделген электр токтары. Табиғатта олар жиі кездеседі. Олардың ең қуаттылары – бұл дауылдар мен үлкен көлемдегі теріс зарядтарды тропосфераның жоғарғы қабатына шығаратын ішкі тропикалық конвергенция аймағындағы ауаның көтерілмелі ағындары.

Жоғарыда айтылғандардан келесі қорытындыларға келеміз:

1. Энергия көзі қарапайым және пайдалануға қолайлы болып табылады.

2. Шығысында энергияның ең қолайлы түрі – электр энергиясын аламыз.

3. Энергия көзі экологиялық таза: ешбір қалдық, ешбір шуыл және т.б. жоқ.

4. Қондырғының жасалуы және пайдаланылуы қарапайым.

5. Алынатын энергияның өте арзандығы және тағы көптеген артықшылықтары.

Кемшілігі: Найзағай ойнаған кезде электр өрісі үлкен шамаға өзгереді және бағытын қарама-қарсы өзгертуі мүмкін, бірақ бұл тікелей найзағай астындағы ұяшықтағы шағын алаңда және қысқа уақыт ішінде орын алады.