Energiya konvertatsiyasi

Energiya konvertatsiyasi, shuningdek, energiya konvertatsiyasi sifatida ham tanilgan, energiyani bir shakldan ikkinchisiga oʻzgartirish jarayonidir. Fizikada energiya - bu ishni bajarish qobiliyatini taʻminlaydigan miqdor (masalan Obʻektni koʻtarish) yoki issiqlikni taʻminlaydi. Energiyaning saqlanish qonuniga koʻra, konvertatsiya qilishdan tashqari, energiya boshqa joyga yoki obʻektga oʻtkazilishi mumkin, ammo uni yaratish yoki yoʻq qilish mumkin emas.

Uning koʻp shakllarida energiya tabiiy jarayonlarda yoki jamiyatga isitish, sovutish, yoritish yoki mashinalarni boshqarish uchun mexanik ishlarni bajarish kabi xizmatlarni taqdim etish uchun ishlatilishi mumkin. Masalan, uyni isitish uchun oʻchoq yoqilgʻini yoqadi, uning kimyoviy potentsial energiyasi issiqlik energiyasiga aylanadi, keyin esa haroratni oshirish uchun uy havosiga oʻtkaziladi.

Issiqlik energiyasini konvertatsiya qilishda cheklovlar 
Boshqa energiya turlaridan issiqlik energiyasiga aylantirish 100% samaradorlik bilan amalga oshirilishi mumkin.  ] Energiyaning termal boʻlmagan shakllari oʻrtasida konversiya juda yuqori samaradorlik bilan sodir boʻlishi mumkin, ammo ishqalanish va shunga oʻxshash jarayonlar tufayli har doim termal ravishda bir oz energiya tarqaladi. Baʻzan samaradorlik 100% ga yaqin boʻladi, masalan, obʻekt vakuumga tushganda potentsial energiya kinetik energiyaga aylantirilganda. Bu qarama-qarshi holatga ham tegishli; masalan, boshqa jism atrofida elliptik orbita boʻylab harakatlanayotgan jism oʻzining asosiy tanasidan uzoqlashganda oʻzining kinetik energiyasini (tezligini) tortishish potensial energiyasiga (boshqa jismdan masofa) aylantiradi. U eng uzoq nuqtaga yetganda, u jarayonni teskari tomonga oʻzgartiradi, potentsial energiyani tezlashtiradi va kinetikga aylantiradi. Kosmos vakuumga yaqin boʻlganligi sababli, bu jarayon 100% ga yaqin samaradorlikka ega.

Issiqlik energiyasi noyobdir, chunki uni boshqa energiya turlariga aylantirib boʻlmaydi. Ishni bajarish uchun faqat issiqlik/issiqlik energiyasi (harorat) zichligidagi farqdan foydalanish mumkin va bu konversiyaning samaradorligi (juda) 100% dan kam boʻladi. Buning sababi shundaki, issiqlik energiyasi energiyaning ayniqsa tartibsiz shaklini ifodalaydi; u tizimni tashkil etuvchi mikroskopik zarralar toʻplamining mavjud boʻlgan koʻplab holatlari orasida tasodifiy ravishda tarqaladi (har bir zarracha uchun pozitsiya va impulsning bu birikmalari fazalar boʻshligʻini hosil qiladi). Ushbu tartibsizlik yoki tasodifiylikning oʻlchovi entropiya boʻlib, uning belgilovchi xususiyati shundaki, izolyatsiya qilingan tizimning entropiyasi hech qachon kamaymaydi. Yuqori entropiyali tizimni (masalan, maʻlum miqdordagi issiqlik energiyasiga ega boʻlgan issiq modda) olish va uni past entropiya holatiga (past haroratli modda, shunga mos ravishda kamroq energiyaga ega) aylantirish mumkin emas, bu entropiya boshqa joyga ketmaydi. (atrofdagi havo kabi). Boshqacha qilib aytganda, energiyani boshqa joyga tarqatmasdan energiyani jamlashning hech qanday usuli yoʻq.

Muayyan haroratda muvozanatdagi issiqlik energiyasi allaqachon barcha mumkin boʻlgan holatlar orasidagi energiyaning maksimal oqshomini ifodalaydi, chunki u "foydali" shaklga toʻliq aylantirilmaydi, yaʻni haroratga taʻsir qilishdan koʻproq narsani qila oladi. Termodinamikaning ikkinchi qonuni yopiq tizimning entropiyasi hech qachon kamaymasligini taʻkidlaydi. Shu sababli, tizimdagi issiqlik energiyasi issiqlik energiyasining yoʻqolishi bilan bogʻliq boʻlgan entropiyaning kamayishini qoplash uchun faqat koinot entropiyasi boshqa usullar bilan oshirilsa, samaradorligi 100% ga yaqin boʻlgan boshqa energiya turlariga aylantirilishi mumkin. va uning entropiya tarkibi. Aks holda, bu issiqlik energiyasining faqat bir qismi boshqa energiya turlariga (va shuning uchun foydali ish) aylanishi mumkin. Buning sababi shundaki, issiqlikning qolgan qismini pastroq haroratda termal rezervuarga oʻtkazish uchun saqlash kerak. Bu jarayon uchun entropiyaning oʻsishi issiqlikning qolgan qismini boshqa energiya turlariga aylantirish bilan bogʻliq entropiyaning pasayishiga qaraganda kattaroqdir.

Energiya oʻzgarishini samaraliroq qilish uchun termal konversiyadan qochish maqsadga muvofiqdir. Masalan, yadrolarning kinetik energiyasi avval issiqlik energiyasiga, keyin esa elektr energiyasiga aylanadigan yadroviy reaktorlarning samaradorligi taxminan 35% ni tashkil qiladi.  Kinetik energiyani toʻgʻridan-toʻgʻri elektr energiyasiga aylantirish orqali, oraliq issiqlik energiyasini oʻzgartirishni bartaraf etish orqali energiyani aylantirish jarayonining samaradorligini sezilarli darajada oshirish mumkin.

Energiya almashinuvi tarixi 
Vaqt oʻtishi bilan koinotdagi energiya oʻzgarishlari odatda Katta portlashdan beri mavjud boʻlgan, keyinchalik "boʻshatilgan" (yaʻni, kinetik yoki nurli energiya kabi faolroq energiya turlariga aylantirilgan) turli xil energiya turlari bilan tavsiflanadi. tetiklash mexanizmi.

Gravitatsion potentsialdan energiyaning chiqishi 
Katta portlashda hosil boʻlgan vodorod sayyoralar kabi tuzilmalarga toʻplanganda energiyaning toʻgʻridan-toʻgʻri oʻzgarishi sodir boʻladi, bu jarayon davomida tortishish potentsialining bir qismi toʻgʻridan-toʻgʻri issiqlikka aylanadi. Masalan, Yupiter, Saturn va Neptunda sayyoralarning katta gaz atmosferalarining doimiy qulashi natijasida yuzaga kelgan bunday issiqlik sayyoralarning ob-havo tizimlarining koʻpchiligini harakatga keltirishda davom etmoqda. Atmosfera zonalari, shamollar va kuchli boʻronlardan tashkil topgan bu tizimlar faqat qisman quyosh nuri bilan quvvatlanadi. Biroq, Uranda bu jarayonning oz qismi sodir boʻladi.  

Yerda, sayyoramizning ichki qismidan chiqadigan issiqlikning muhim qismi, jami issiqlikning uchdan bir qismidan yarmigacha boʻlganligi, sayyoraviy materiallarning kichikroq hajmga sekin qulashi va issiqlik hosil qilishi tufayli yuzaga keladi.

Radioaktiv potentsialdan energiya ajralib chiqishi 
Katta portlashdan energiyani oʻzgartiruvchi boshqa bunday jarayonlarga tanish misollar orasida uran va toriy kabi ogʻir izotoplarda "saqlangan" energiyani chiqaradigan yadroviy parchalanish kiradi. Bu energiya ushbu elementlarning nukleosintezi vaqtida saqlangan. Bu jarayon II turdagi oʻta yangi yulduzlarning qulashi natijasida hosil boʻlgan tortishish potentsial energiyasidan ushbu ogʻir elementlarni Quyosh tizimi va Yer kabi yulduz tizimlariga kiritilishidan oldin yaratish uchun ishlatadi. Uranga biriktirilgan energiya radioaktiv parchalanishning aksariyat turlarida oʻz-oʻzidan chiqariladi va yadroviy parchalanish bombalarida toʻsatdan ajralib chiqishi mumkin. Ikkala holatda ham atom yadrolarini bir-biriga bogʻlaydigan energiyaning bir qismi issiqlik sifatida chiqariladi.

Vodorod sintezi potentsialidan energiyaning chiqishi 
Koinotning paydo boʻlishidan boshlangan shunga oʻxshash oʻzgarishlar zanjirida, vodorodning Quyoshdagi yadroviy sintezi Katta portlash vaqtida yaratilgan yana bir potentsial energiya zaxirasini chiqaradi. Oʻsha paytda, bir nazariyaga koʻra, boʻshliq kengaydi va koinot juda tez soviydi, vodorod ogʻirroq elementlarga toʻliq birlashishi uchun. Bu yadroviy termoyadroviy natijasida ajralib chiqishi mumkin boʻlgan potentsial energiya zaxirasini ifodalovchi vodorodga olib keldi. Bunday sintez jarayoni yulduzlarni hosil qilganda vodorod bulutlarining tortishish qulashi natijasida hosil boʻlgan issiqlik va bosim bilan boshlanadi va termoyadroviy energiyaning bir qismi keyinchalik yulduz nuriga aylanadi. Quyosh tizimini hisobga oladigan boʻlsak, Quyoshdan keladigan yulduz nurlari Yerga tushganidan keyin yana tortishish potentsial energiyasi sifatida saqlanishi mumkin. Bu qor koʻchkilari yoki okeanlardan suv bugʻlanganda va dengiz sathidan baland yogʻingarchilik sifatida toʻplanganda sodir boʻladi (bu yerda gidroelektr toʻgʻonida chiqarilgandan soʻng u elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun turbinalar/generatorlarni haydash uchun ishlatilishi mumkin).

Quyosh nuri Yerdagi koʻplab ob-havo hodisalarini ham boshqaradi. Bunga misol qilib, bir necha kunlik shiddatli havo harakatini kuchaytirish uchun bir necha oy davomida isitiladigan iliq okeanning katta beqaror hududlari issiqlik energiyasining bir qismini toʻsatdan tark etganda sodir boʻladigan boʻrondir. Quyosh nuri, shuningdek, karbonat angidrid va suv uglevodlar, lipidlar va kislorodning yonuvchan birikmasiga aylantirilganda, fotosintez orqali oʻsimliklar tomonidan kimyoviy potentsial energiya sifatida olinadi. Bu energiyaning issiqlik va yorugʻlik sifatida chiqarilishi oʻrmon yongʻinlarida toʻsatdan uchqun paydo boʻlishi mumkin; yoki bu molekulalar yutilganda va katabolizm fermentlar taʻsirida boshlanganda hayvonlar yoki inson metabolizmi uchun sekinroq mavjud boʻlishi mumkin.

Ushbu transformatsiya zanjirlarining barchasi orqali Katta portlash vaqtida saqlanadigan potentsial energiya keyinchalik oraliq hodisalar tomonidan chiqariladi, baʻzan esa faolroq energiya sifatida relizlar orasidagi uzoq vaqt davomida turli xil usullarda saqlanadi. Bu hodisalarning barchasi bir turdagi energiyani boshqa energiyaga, shu jumladan issiqlikka aylantirishni oʻz ichiga oladi.

Misollar

Mashinalarda energiya konversiyalari toʻplamlariga misollar 
Koʻmir bilan ishlaydigan elektr stantsiyasi quyidagi energiya oʻzgarishlarini oʻz ichiga oladi:

 Koʻmirdagi kimyoviy energiya yonishning chiqindi gazlarida issiqlik energiyasiga aylanadi
 Egzoz gazlarining issiqlik energiyasi issiqlik almashinuvi orqali bugʻning issiqlik energiyasiga aylanadi
 Turbinada mexanik energiyaga aylanadigan bugʻning issiqlik energiyasi
 Turbinaning mexanik energiyasi generator tomonidan elektr energiyasiga aylantiriladi, bu yakuniy mahsulotdir

Bunday tizimda birinchi va toʻrtinchi bosqichlar yuqori samaradorlikka ega, ammo ikkinchi va uchinchi bosqichlar unchalik samarali emas. Eng samarali gaz bilan ishlaydigan elektr stantsiyalari 50% konversiya samaradorligiga erishishi mumkin.  Neft va koʻmirda ishlaydigan stansiyalar unchalik samarali emas.

Anʻanaviy avtomobilda quyidagi energiya oʻzgarishlari sodir boʻladi:

 Yoqilgʻi tarkibidagi kimyoviy energiya yonish orqali kengayadigan gazning kinetik energiyasiga aylanadi
 Kengayuvchi gazning kinetik energiyasi chiziqli piston harakatiga aylanadi
 Chiziqli piston harakati aylanuvchi krank mili harakatiga aylantirildi
 Aylanadigan krank mili harakati transmissiya yigʻilishiga oʻtdi
 Aylanish harakati transmissiya majmuasidan tashqariga chiqdi
 Aylanish harakati differensial orqali oʻtdi
 Aylanish harakati differensialdan gʻildiraklarni boshqarishga oʻtdi
 Haydovchi gʻildiraklarning aylanish harakati avtomobilning chiziqli harakatiga aylantirildi

Boshqa energiya konvertatsiyalari 

Bir energiya shaklini boshqasiga aylantiradigan juda koʻp turli xil mashinalar va transduserlar mavjud. Misollarning qisqa roʻyxati quyidagicha:

 Termoelektrik (Issiqlik → Elektr energiyasi)
 Geotermal energiya (Issiqlik→ Elektr energiyasi)
 Issiqlik dvigatellari, masalan, avtomobillarda ishlatiladigan ichki yonish dvigateli yoki bug ʻdvigateli (Issiqlik → Mexanik energiya)
 Okean issiqlik quvvati (Issiqlik → Elektr energiyasi)
 Gidroelektrik toʻgʻonlar (gravitatsion potentsial energiya → Elektr energiyasi)
 Elektr generatori (Kinetik energiya yoki Mexanik ish → Elektr energiyasi)
 Yoqilgʻi xujayralari (Kimyoviy energiya → Elektr energiyasi)
 Batareya (elektr) (Kimyoviy energiya → Elektr energiyasi)
 Yongʻin (Kimyoviy energiya → Issiqlik va yorugʻlik)
 Elektr chiroq (Elektr energiyasi → Issiqlik va yorugʻlik)
 Mikrofon (Ovoz → Elektr energiyasi)
 Toʻlqin kuchi (Mexanik energiya → Elektr energiyasi)
 Shamol tegirmonlari (shamol energiyasi → Elektr energiyasi yoki mexanik energiya)
 Pyezoelektriklar (shtamm → elektr energiyasi)
 Ishqalanish (kinetik energiya → issiqlik)
 Elektr isitgich (Elektr energiyasi → Issiqlik)
 Fotosintez (Elektromagnit nurlanish → Kimyoviy energiya)
 ATP gidrolizi (adenozin trifosfatdagi kimyoviy energiya → mexanik energiya)

Manbalar 

Energiya konvertatsiyasi
Shamol energetikasi
Pages with unreviewed translations