МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЗАЛІЗНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ
Кафедра « Автоматика та комп’ютерне телекерування рухом поїздів»
РЕФЕРАТ
на тему « Сонце – джерело енергії»
Виконав:
ст. групи 132-ОПУс
Мухопад Н.
Перевірив:
к.т.н.,доцент
Ананьева О.М.
Харків 2021 р.
Зміст
1. Вступ
2. Загальні інформацію про сонце
3.Дослідження сонячної енергії
4. Потенціал сонячної енергії
5. Використання сонячної енергії
6. Пассивное використання сонячної енергії
7. Активне використання сонячної енергії
8. Сонячні колектори та його види
Список використаних джерел
Вступ
Сонце грає виняткову роль життя Землі. Весь органічний світ нашої планети зобов'язаний Сонцю своїм існуванням. Сонце – це джерело світла, і тепла, а й початковий джерело багатьох інших напрямів енергії (енергії нафти, вугілля, води, вітру). З часу появи землі осіб розпочав використати енергію сонця. По археологічним даним відомо, що для житла перевагу віддавали тихим, закритим від холодних вітрів і великих відкритих сонячним променям місцях.
Мабуть, першою відомою гелиосистемой вважається статуя Аменхотепа III, що стосується XV віці е. Усередині статуї розташовувалася система повітряних і водяних камер, що під сонячним промінням приводили в рух захований музичний інструмент. У Стародавній Греції поклонялися Геліосу. Ім'я цього бога на сьогодні лягло основою багатьох термінів, що пов’язані з сонячною енергетикою. Проблема забезпечення електричною енергією багатьох галузей світового господарства, постійно зростаючі потреб населення світу стає дедалі більше насущною.
Загальні інформацію про сонце
Сонце – центральне тіло Сонячної системи, розпечена плазмова куля, типова звезда-карлик спектрального класуG2.
Характеристики Сонця:
1. Маса MP.S
2*1023 кг
2. RP.S
629 тис. км МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЗАЛІЗНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ
Кафедра « Автоматика та комп’ютерне телекерування рухом поїздів»
РЕФЕРАТ
на тему « Сонце – джерело енергії»
Виконав:
ст. групи 132-ОПУс
Мухопад Н.
Перевірив:
к.т.н.,доцент
Ананьева О.М.
Харків 2021 р.
Зміст
1. Вступ
2. Загальні інформацію про сонце
3.Дослідження сонячної енергії
4. Потенціал сонячної енергії
5. Використання сонячної енергії
6. Пассивное використання сонячної енергії
7. Активне використання сонячної енергії
8. Сонячні колектори та його види
Список використаних джерел
Вступ
Сонце грає виняткову роль життя Землі. Весь органічний світ нашої планети зобов'язаний Сонцю своїм існуванням. Сонце – це джерело світла, і тепла, а й початковий джерело багатьох інших напрямів енергії (енергії нафти, вугілля, води, вітру). З часу появи землі осіб розпочав використати енергію сонця. По археологічним даним відомо, що для житла перевагу віддавали тихим, закритим від холодних вітрів і великих відкритих сонячним променям місцях.
Мабуть, першою відомою гелиосистемой вважається статуя Аменхотепа III, що стосується XV віці е. Усередині статуї розташовувалася система повітряних і водяних камер, що під сонячним промінням приводили в рух захований музичний інструмент. У Стародавній Греції поклонялися Геліосу. Ім'я цього бога на сьогодні лягло основою багатьох термінів, що пов’язані з сонячною енергетикою. Проблема забезпечення електричною енергією багатьох галузей світового господарства, постійно зростаючі потреб населення світу стає дедалі більше насущною.
Загальні інформацію про сонце
Сонце – центральне тіло Сонячної системи, розпечена плазмова куля, типова звезда-карлик спектрального класуG2.
Характеристики Сонця:
1. Маса MP.S
3. V= 1,41*1027 м 3 , що майже 1300 тис. разів перевищує обсяг Землі
4. середня щільність 1,41*103 >кг/м3
5. світність LP.S=3,86*1023 кВт
6. ефективна температура поверхні (фотосфера) 5780 До
7. період обертання (синодичний) змінюється від 27сут на екваторі до 32сут. у полюсів
8. прискорення вільного падіння 274 м/с2 (в такому величезному прискоренні сили тяжкості людина масою 60 кг важив би більш 1,5 т.).
Будова Сонця У центральній частині Сонця перебуває джерело його енергії, чи, кажучи образною мовою, та “трубка”, яка нагріває його й не дає йому охолонути. Ця сфера називається ядром. У ядрі, де температура сягає 15 МК, відбувається виділення енергії. Ядро має радіус трохи більше чверті загального радіуса Сонця. Однак у його обсязі зосереджено половину сонячної енергіїє і виділяється практично вся енергія, що підтримує світіння Сонця. Відразу навколо ядра починається зона променистої передачі енергії, де поширюється через поглинання і випромінювання речовиною порцій світла – квантів. Кванту потрібно дуже мало часу, щоб просочитися через щільне сонячну речовину назовні. І якщо б “трубка” всередині Сонця раптом згасла, ми дізнатись про це лише через мільйони років. На своєму шляху через внутрішні сонячні верстви потік енергії зустрічає таку область, де непрозорість газу сильно зростає. Це конвективная зона Сонця. Тут енергія передається не випромінюванням, а конвекциею. Конвективная зона починається приблизно на відстані 0,7 радіуса від центру і простирається практично аж до видимої поверхні Сонця (фотосфери), де перенесення основного потоку енергії знову стає променистим. Фотосфера – це випромінююча поверхня Сонця, має зернисту структуру, звану грануляцією. І таке "зерно" розміром майже з Німеччину. На фотосфері часто помітні відносно невеликі темні області - сонячні плями. Вони на1500С холодніше оточуючої їх фотосфери, температура яких становить5800С. Через різницю температур з фотосферой ці плями і здаються у спостереженнях в телескоп цілком чорними. Над фотосферой розташований наступний, більш розріджене шар, званий хромосферой, тобто "забарвленою сферою". Таку назву хромосфера отримала завдяки своєму червоному кольору. І, нарешті, з неї дує дуже гаряча, а й надзвичайно розріджена частина сонячної атмосфери - корона.
Сонце – це величезна світла газова куля, у якому протікають складні процеси та внаслідок безупинно виділяється енергія. Енергія Сонця є джерелом життя на планеті. Сонце нагріває атмосферу і поверхні Землі. Завдяки сонячної енергії дмухають вітри, здійснюється круговорот води у природі, нагріваються моря, и океани, розвиваються рослини, тварини мають корм. Саме завдяки сонячному випромінюванню Землі існують копалини, є екологічно безпечними. Сонячна енергія то, можливо перетворять на теплоту чи холод, рушійну собі силу й електрику. Сонце випаровує воду з океанів, морів, з земної поверхні. Воно перетворює цю вологу в водяні краплі, створюючи хмари й тумани, та був змушує її знову падати на Землю як дощу, снігу, роси чи інею, створюючи, в такий спосіб, гігантський круговорот вологи у атмосфері. Сонячна енергія є джерелом загальної циркуляції атмосфери і циркуляції води в океанах. Вона ніби створює гігантську систему водяного і повітряного опалення нашої планети, перерозподіляючи тепло по земної поверхні. Сонячний світло, потрапляючи на рослини, викликає в нього процес фотосинтезу, визначає зростання та розвиток рослин; потрапляючи на грунт, він перетворюється на тепло, нагріває її, формує грунтовий клімат, даючи тим самим життєву силу які у грунті насінням рослин, мікроорганізмам і що населяють її живих істот, які самотужки без тепла перебували у стані анабіозу (сплячки). Сонце випромінює дуже багато енергії - приблизно1,1x1020 кВт·год в секунду. Киловатт·час - на цю кількість енергії, необхідне роботи лампочки розжарювання потужністю 100 ватів протягом десяти годин. Зовнішні верстви атмосфери Землі перехоплюють приблизно одну мільйонну частина енергії, випромінюваної Сонцем, чи 1500квадрильонов (1,5 x 1018) кВт·год щорічно. Але тільки 47% всієї енергії, чи 700квадрильонов (7 x 1017) кВт·год, сягає Землі. Інші 30% сонячної енергії відбивається знову на космос, приблизно 23% випаровують воду, 1% енергії посідає в хвилі й низхідні течії і 0,01% - на процес освіти фотосинтезу у природі.
Дослідження сонячної енергії
Чому Сонце світить і не вистигає вже мільярди? Яке «паливо» дає їй енергію? Відповіді це питання вчені шукали століттями, і лише на початку ХХ століття знайшли правильне рішення. Тепер відомо, що, як та інші зірки, світить завдяки протекаючим у надрах термоядерних реакцій. Якщо ядра атомів легких елементів зіллються в ядро атома тяжчого елемента, то маса нового виявиться менше, ніж сумарна, чимало тих, у тому числі воно утворилося. Залишок маси перетворюється на енергію, яку несуть частки, звільнені під час реакції. Ця енергія майже зовсім перетворюється на тепло. Така реакція синтезу атомних ядер може відбуватися лише за дуже високого тиску і температурі понад 10 млн. градусів. Тому він і називається термоядерної. Основна речовина, що становить Сонце, - водень, йому припадає близько 71% всієї маси світила. Майже 27% належить гелію, інші ж 2% - важчим елементам, таких як вуглець, азот, кисень і метали.
Головним «паливом» Сонця служить саме водень. З чотирьох атомів водню внаслідок ланцюжка перетворень утворюється один атом гелію. А з кожного грама водню, що у реакції, виділяється 6x1011 Дж енергії. На Землі такої кількості енергії вистачило для здобуття права нагріти від температури з 0 до точки кипіння 1000 м 3 води.
Потенціал сонячної енергії
Сонце забезпечує нашій планеті у 10 000 раз більшу кількість безплатної енергії, ніж фактично використовується в усьому світі. Лише на самому світовому комерційному ринку купують і продають трохи менше 85 трильйонів (8,5 x 1013) кВт·год енергії на рік. Оскільки неможливо простежити до всім процесом загалом, не можна упевнено сказати, скільки некомерційної енергії споживають люди (наприклад, скільки деревини та добрива збираються і спалюється, скільки води використовується для механічної чи електричної енергії). Деякі експерти вважають, що ця некомерційна енергія становитиме п'яту частина усієї використовуваної енергії. Але якщо це та , то загальна енергія, споживана людством протягом року, становить лише приблизно одну семитисячну частина сонячної енергії, потрапляючої на поверхні Землі у той самий період. У найрозвиненіших країнах, наприклад, США, споживання становить приблизно 25 трильйонів (2.5 x 1013) кВт·год на рік, що відповідає більш як 260 кВт·год на людину за добу. Цей показник еквівалентом щоденної роботи понад сто лампочок розжарювання потужністю 100 Вт протягом дня. Середньостатистичний громадянин США споживає в 33 рази більше енергії, ніж житель Індії, в 13 разів більше, ніж китаєць, у два з половиною рази більше, ніж японець і більше, ніж швед.
Використання сонячної енергії
Сонячна радіація? Можливо лі перетворювати її корисну енергію, використовуючи звані активні і пасивні сонячні системи. Пасивні системи виходять з допомогою проектування будинків та добору будівельних матеріалів в такий спосіб, щоб максимально використати енергію Сонця. До активних сонячних систем ставляться сонячні колектори. Також у цей час ведуться розробки фотоелектричних систем - це системи, які перетворюють сонячну радіацію у електрику. Сонячна енергія перетворюється на корисну енергію та має спосіб, трансформутися в інші форми енергії, наприклад, енергію біомаси, вітру чи води.
Енергія Сонця "управляє" погодою Землі. Більша частина сонячної радіації поглинається океанами і морями, вода у яких нагрівається, випаровується і у вигляді дощів випадає на грішну землю, "маючи" гідроелектростанції. Вітер, необхідний вітротурбинам, утворюється внаслідок неоднорідного нагрівання повітря.
Інша категорія відновлювальних джерел енергії, виникаючих завдяки енергії Сонця - біомаса. Зелені рослини поглинають сонячне світло, внаслідок фотосинтезу у яких утворюються органічні речовини, у тому числі згодом можна отримати теплову і електричну енергію. Отже, енергія вітру, води та біомаси є похідною сонячної енергії.
Енергія – це рушійна сила будь-якого виробництва. Факт, що у розпорядженні людини виявилося дуже багато відносно дешевою енергії, що значною мірою сприяло індустріалізації та розвитку суспільства.
Пасивне використання сонячної енергії
Пасивні сонячні будинку - це, проект яких розроблений з максимальним урахуванням місцевих кліматичних умов, в яких застосовуються відповідні технологій і матеріали для обігріву, охолодження й об'єктивності висвітлення будинку з допомогою енергії Сонця. До них належать традиційні будівельні технологій і матеріали, такі як ізоляція, масивні поли, звернені на півдні вікна. Такі житлові приміщення може бути побудовано в окремих випадках без додаткових витрат. За інших випадків при виникненні для будівництва додаткових видатків може бути компенсовано зниженням енерговитрат. Пасивні сонячні будинку є екологічно чистими, вони сприяють створенню енергетично незалежного і енергетично збалансованого майбутньому. У пасивній сонячній системі сама конструкція будинку виконує роль колектора сонячної радіації. Це рішення відповідає більшості найпростіших систем, де тепло зберігається у будинку завдяки багатьом його стінам, стелям чи полам. Є й системи, де передбачені спеціальні елементи для накопичення тепла, вмонтовані в конструкцію будинку (наприклад, ящики з каменями чи заповнені водою баки чи бутля). Такі системи також класифікуються як пасивні сонячні.
Активне використання сонячної енергії
Активне використання сонячної енергії здійснюється за допомогою сонячних колекторів і сонячних систем.
Сонячні колектори та його види. У багатьох сонячних енергетичних системах лежить застосування сонячних колекторів. Колектор поглинає світлову енергію Сонця і перетворює їх у тепло, що передається теплоносію (рідини чи повітрю) і далі використовується для обігріву будинків, нагріву води, виробництва електрики, сушіння сільськогосподарської продукції або приготування їжі. Сонячні колектори можна застосовувати практично будь де, вони переважають у всіх процесах, використовують тепло. Технологія виготовлення сонячних колекторів досягла практично рівня в 1908 року, коли Вільям Бейлі з американської "Carnegie Steel Company" винайшов колектор з теплоізольованим корпусом і мідними трубками. Цей колектор дуже нагадує сучасну термосифонічну систему. Наприкінці першої світової Бейлі продав 4 000 таких колекторів, а бізнесмен з Флориди, купивши в нього патент, до 1941 року продав майже 60 000 колекторів. Типовий сонячний колектор накопичує сонячну енергію в встановлених на даху будинках модулях трубок і металевих пластин, забарвлених у чорний колір для максимального поглинання радіації. Їх укладено в скляний чи пластмасовий корпус і нахилено на південь, щоб вловлювати максимум сонячного світла. Отже, колектор є мініатюрною теплицею, яка наколює тепло під скляній панеллю. Оскільки сонячна радіація розподілена на поверхні, колектор повинен мати велику площа. Існують сонячні колектори різних розмірів та конструкцій залежно від застосування. Вони можуть забезпечувати господарство гарячою водою для прання, миття і приготування їжі, або використовуватися для попереднього нагрівання води для існуючих водонагрівачів. Нині ринок пропонує масу різноманітних моделей колекторів.
Інтегрований колектор. Найпростіший вид сонячного колектора - це "емкостной" чи термосифонний колектор", який одержав цю назву оскільки колектор одночасно є теплоакомулюючим баком, у якому нагрівається, і зберігається "одноразова" порція води. Такі колектори йдуть для попереднього нагрівання води, яка потім нагрівається до потрібної температури в традиційних установках, наприклад, в газових колонках. У разі домашнього господарства попередньо підігріта вода потрапляє до баку накопичувачу. Завдяки цьому знижується споживання енергії для наступного її нагрівання. Такий колектор - недорога альтернатива активної сонячної водонагріваючої системі, яка використовує рухомі частини (насосів), потребує мінімального техобслуговування, з нульовими експлуатаційними видатками.
Пласкі колектори Пласкі колектори - найпоширеніший вид сонячних колекторів, які у використовують у побутових водонагрівальних та опалювальних системах. Зазвичай цей колектор має теплоізольований металевий ящик зі скляною або пластмасовою кришкою, куди вміщена забарвлена в чорний колір пластина абсорбера (поглинача). Скління то, можливо прозорим або матовим. У пласких колекторах зазвичай використовується матове, пропускає тільки світло (скло з низьким змістом заліза) (воно пропускає значну частину що надходить на колектора сонячного світла). Сонячне світло потрапляє на т теплосприймаючу пластину, а завдяки склінню знижуються втрати тепла. Дно і бічні стінки колектора покривають теплоізолюючим матеріалом, що ще більше скорочує теплові втрати. Пласкі колектори діляться на рідинні і повітряні. Обидва виду колекторів бувають засклений чи не засклений.
Сонячні трубчасті вакуумні колектори. Традиційні прості плоскі сонячні колектори були спроектовані до застосування у регіонах з теплим сонячним кліматом. Вони різко втрачають у ефективності в несприятливі дні - в холодну, хмарну і вітряну погоду. Понад те, викликані погодними умовами конденсація і вологість призводять до передчасного зносу внутрішніх матеріалів, але це, в свою чергу, - погіршення експлуатаційних якостей системи та її поломки. Ці недоліки усуваються шляхом застосування вакуумних колекторів. Вакуумні колектори нагрівають воду для побутового застосування там, де потрібна вода вищої температури. Сонячна радіація проходить крізь зовнішню скляну трубку, потрапляє на трубку-поглинатель і перетворюється на тепло. Воно передається рідині, протікаючи по трубці. Колектор складається з кількох рядів паралельних скляних трубок, до кожної у тому числі прикріплений трубчастий поглинач (замість пластини-поглинача в пласких колекторах) з селективним покриттям. Нагріта рідина циркулює через теплообмінник і віддає тепло воді, котра міститься в баку накопичувачу. Вакуум у скляній трубці - краща з можливих теплоізоляція для колектора - знижує втрати тепла і захищає поглинач і тепловідвідну трубку від несприятливих зовнішніх впливів. Результат - чудові робочі характеристики, переважали будь-який інший вигляд сонячного колектора. Фокусуючи колектори. Фокусуючи колектори (концентратори) використовують дзеркальні поверхні для концентрації сонячної енергії на поглиначеві, також називається " теплоприймач ". Досягаєма ними температура значно вища, ніж пласких колекторах, але вони можуть концентрувати лише пряме сонячне випромінювання, що зумовлює поганим показниками в туманну чи хмарну погоду. Дзеркальна поверхня фокусує сонячне світло, відбитий з великою поверхні, на меншу поверхню абсорбера, завдяки чому досягається висока температура. У деяких моделях сонячне випромінювання концентрується в фокусною точку, тоді в інші промені сонця концентруються вздовж тонкої фокальної лінії. Приймач лежить у фокусній точці чи вздовж фокальної лінії. Рідина - теплоносій проходить крізь приймач і поглинає тепло. Такі коллектори-концентратори найбільш придатні для регіонів із високою інсоляцією - близько до екватору й у пустельних районах. Є й інші недорогі технологічно нескладні сонячні колектори вузького призначення - сонячні печі (на приготування їжі) і сонячні дистилятори, що дозволяють дешево отримати дистильовану воду практично з джерела. Сонячні печі вони дешеві і прості у виготовленні. Вони складаються з просторій добре теплоізольованій коробки, висланої відбиваючим світло матеріалом (наприклад, фольгою), накритою склом і обладнаної зовнішнім відбивачем. Каструля чорного кольору служить поглиначем, нагріваючись швидше, ніж звичайний посуд із алюмінію чи нержавіючої стали. Сонячні печі можна використовуватиме знезараження води, якщо доводити до кипіння. Бувають скриньові і дзеркальні (з відбивачем) сонячні печі.
Сонячні дистилятори. Сонячні дистилятори забезпечують дешеву дистильовану воду, причому джерелом може бути навіть солона чи сильно забруднена вода. У тій основі лежить принцип випаровування води з відкритого контейнера. Сонячний дистилятор використовує енергію Сонця з метою прискорення цього процесу. Полягає він у теплоізольованому контейнері темного кольору, з заскленням, яке нахилено з таким розрахунком, щоб конденсуючи прісна вода падала у спеціальну ємність. Невеликий сонячний дистилятор - розміром із кухонну плиту - в сонячні дні може виробляти до десяти літрів дистильованої води.
Список використаних джерел
1. Жуков Г.Ф. Загальна теорія енергії.//М: 1995., з. 11-25 3. Дементьєв Б.А. Ядерні енергетичні реактори. М., 1984, з. 106-111 4. Теплові і атомні електричні станції. Довідник. Кн.
2. М., 1985, з. 69-93 5. Енциклопедичний словник юного астронома,М.:Педагогика,1980 р., з. 11-23
3.Видяпин В.І., Журавльова Г.П. Фізика. Загальна теорія.//М:2005,с. 166-174 4. Дагаєв М. М.Астрофізика.//М:1987,с. 55-61 8.Тимошкин З. Є. Сонячна енергетика і сонячні батареї. М., 1966, з. 163-194 9. Ілларіонов А. Р.
5.Природа енергетики.//М: 1975., з. 98-105 >Web-sites 1.stroyca
astro.alfaspace.net 3.solbat.narod/1.htm 4.sunenergy.4hs 5.solar-battery.narod