Մարդկության կարիքները բավարար էներգիայով ապահովելը ժամանակակից գիտության առջեւ ծառացած առանցքային խնդիրներից մեկն է: Հասարակության գոյության հիմնական պայմանների պահպանմանն ուղղված գործընթացների էներգիայի սպառման ավելացման հետ կապված սուր խնդիրներ են առաջանում ոչ միայն մեծ քանակությամբ էներգիա արտադրելու, այլև դրա բաշխման համակարգերի հավասարակշռված կազմակերպման հարցում: Եվ էներգիայի փոխակերպման թեման առանցքային նշանակություն ունի այս համատեքստում։ Այս գործընթացը որոշում է օգտակար էներգետիկ ներուժի առաջացման գործակիցը, ինչպես նաև օգտագործվող ենթակառուցվածքի շրջանակներում տեխնոլոգիական գործառնությունների սպասարկման ծախսերի մակարդակը։
Փոխակերպել տեխնոլոգիայի ակնարկ
Էներգիայի տարբեր տեսակներ օգտագործելու անհրաժեշտությունը կապված է մատակարարման ռեսուրս պահանջող գործընթացների տարբերությունների հետ: համար պահանջվում է ջերմությունջեռուցում, մեխանիկական էներգիա՝ մեխանիզմների շարժման հզորության ապահովման համար, իսկ լույսը՝ լուսավորության համար։ Էլեկտրաէներգիան կարելի է անվանել էներգիայի համընդհանուր աղբյուր ինչպես իր վերափոխման, այնպես էլ տարբեր ոլորտներում կիրառման հնարավորությունների առումով։ Որպես սկզբնական էներգիա սովորաբար օգտագործվում են բնական երևույթները, ինչպես նաև արհեստականորեն կազմակերպված գործընթացներ, որոնք նպաստում են նույն ջերմության կամ մեխանիկական ուժի առաջացմանը։ Յուրաքանչյուր դեպքում պահանջվում է որոշակի տեսակի սարքավորում կամ բարդ տեխնոլոգիական կառուցվածք, որը, սկզբունքորեն, թույլ է տալիս էներգիան վերածել վերջնական կամ միջանկյալ սպառման համար պահանջվող ձևի: Ընդ որում, փոխարկիչի առաջադրանքների շարքում առանձնանում է ոչ միայն փոխակերպումը որպես էներգիայի փոխանցում մի ձևից մյուսը։ Հաճախ այս գործընթացը նաև ծառայում է էներգիայի որոշ պարամետրեր փոխելուն՝ առանց դրա փոխակերպման։
Փոխակերպումը որպես այդպիսին կարող է լինել միաստիճան կամ բազմափուլ: Բացի այդ, օրինակ, ֆոտոբյուրեղային բջիջների վրա արևային գեներատորների աշխատանքը սովորաբար դիտվում է որպես լույսի էներգիայի վերածում էլեկտրականության։ Բայց միևնույն ժամանակ հնարավոր է նաև փոխակերպել ջերմային էներգիան, որը Արևը տալիս է հողին տաքացման արդյունքում։ Երկրաջերմային մոդուլները տեղադրվում են հողի որոշակի խորության վրա և հատուկ հաղորդիչների միջոցով մարտկոցները լցնում էներգիայի պաշարներով։ Պարզ փոխակերպման սխեմայով երկրաջերմային համակարգը ապահովում է ջերմային էներգիայի կուտակում, որը տրվում է ջեռուցման սարքավորումներին մաքուր տեսքով՝ հիմնական պատրաստմամբ։ Բարդ կառուցվածքում ջերմային պոմպը օգտագործվում է մեկ խմբի մեջջերմային կոնդենսատորներով և կոմպրեսորներով, որոնք ապահովում են ջերմության և էլեկտրաէներգիայի փոխակերպում։
Էլեկտրական էներգիայի փոխակերպման տեսակները
Գոյություն ունեն բնական երևույթներից առաջնային էներգիա կորզելու տարբեր տեխնոլոգիական մեթոդներ: Բայց էներգիայի հատկություններն ու ձևերը փոխելու էլ ավելի մեծ հնարավորություններ են տալիս կուտակված էներգետիկ ռեսուրսները, քանի որ դրանք պահվում են փոխակերպման համար հարմար ձևով։ Էներգիայի փոխակերպման ամենատարածված ձևերը ներառում են ճառագայթման, ջեռուցման, մեխանիկական և քիմիական ազդեցությունները: Ամենաբարդ համակարգերը օգտագործում են մոլեկուլային քայքայման գործընթացներ և բազմամակարդակ քիմիական ռեակցիաներ, որոնք միավորում են փոխակերպման բազմաթիվ քայլեր:
Փոխակերպման կոնկրետ մեթոդի ընտրությունը կախված կլինի գործընթացի կազմակերպման պայմաններից, սկզբնական և վերջնական էներգիայի տեսակից։ Ճառագայթային, մեխանիկական, ջերմային, էլեկտրական և քիմիական էներգիան կարելի է առանձնացնել էներգիայի ամենատարածված տեսակներից, որոնք, սկզբունքորեն, մասնակցում են փոխակերպման գործընթացներին: Առնվազն այս ռեսուրսները հաջողությամբ շահագործվում են արդյունաբերության և տնային տնտեսությունների մեջ: Առանձին ուշադրության է արժանի էներգիայի փոխակերպման անուղղակի գործընթացները, որոնք որոշակի տեխնոլոգիական գործողության ածանցյալներ են: Օրինակ՝ մետալուրգիական արտադրության շրջանակներում պահանջվում են ջեռուցման և հովացման աշխատանքներ, որոնց արդյունքում առաջանում են գոլորշի և ջերմություն՝ որպես ածանցյալ, բայց ոչ թիրախային ռեսուրսներ։ Ըստ էության, դրանք վերամշակման թափոններ են,որոնք նույնպես օգտագործվում, փոխակերպվում կամ օգտագործվում են նույն ձեռնարկությունում:
Ջերմային էներգիայի փոխակերպում
Զարգացման առումով ամենահիններից մեկը և մարդու կյանքի պահպանման կարևորագույն էներգիայի աղբյուրները, առանց որի անհնար է պատկերացնել ժամանակակից հասարակության կյանքը։ Շատ դեպքերում ջերմությունը վերածվում է էլեկտրականության, և նման վերափոխման պարզ սխեման չի պահանջում միջանկյալ փուլերի միացում: Այնուամենայնիվ, ջերմային և ատոմակայաններում, կախված դրանց շահագործման պայմաններից, կարող է օգտագործվել ջերմային էներգիայի մեխանիկական էներգիայի տեղափոխման նախապատրաստական փուլ, որը պահանջում է լրացուցիչ ծախսեր։ Այսօր ուղղակի գործող ջերմաէլեկտրական գեներատորներն ավելի ու ավելի են օգտագործվում ջերմային էներգիան էլեկտրաէներգիայի վերածելու համար։
Փոխակերպման գործընթացն ինքնին տեղի է ունենում հատուկ նյութի մեջ, որն այրվում է, ջերմություն է թողնում և հետագայում հանդես է գալիս որպես ընթացիկ առաջացման աղբյուր: Այսինքն՝ ջերմաէլեկտրական կայանքները կարող են դիտարկվել որպես զրոյական ցիկլով էլեկտրաէներգիայի աղբյուրներ, քանի որ դրանց շահագործումը սկսվել է նույնիսկ բազային ջերմային էներգիայի հայտնվելուց առաջ։ Վառելիքի բջիջները, սովորաբար գազային խառնուրդները, հանդես են գալիս որպես հիմնական ռեսուրս: Այրվում են, ինչի արդյունքում տաքացվում է ջերմություն բաշխող մետաղական թիթեղը։ Կիսահաղորդչային նյութերով հատուկ գեներատորի մոդուլի միջոցով ջերմության հեռացման գործընթացում էներգիան փոխակերպվում է: Էլեկտրական հոսանքը առաջանում է ռադիատորի միավորի կողմից, որը միացված է տրանսֆորմատորին կամ մարտկոցին: Առաջին տարբերակում էներգիանպատրաստի տեսքով անմիջապես գնում է սպառողի մոտ, իսկ երկրորդում՝ կուտակվում և ըստ անհրաժեշտության տրվում է։
Ջերմային էներգիայի առաջացում մեխանիկական էներգիայից
Նաև փոխակերպման արդյունքում էներգիա ստանալու ամենատարածված միջոցներից է։ Դրա էությունը կայանում է նրանում, որ մարմինները աշխատանք կատարելու ընթացքում ջերմային էներգիա արձակելու ունակության մեջ են: Իր ամենապարզ ձևով էներգիայի փոխակերպման այս սխեման ցուցադրվում է երկու փայտե առարկաների շփման օրինակով, որի արդյունքում հրդեհ է առաջանում: Այնուամենայնիվ, այս սկզբունքը շոշափելի գործնական առավելություններով օգտագործելու համար անհրաժեշտ են հատուկ սարքեր:
Տնային տնտեսություններում մեխանիկական էներգիայի փոխակերպումը տեղի է ունենում ջեռուցման և ջրամատակարարման համակարգերում: Սրանք բարդ տեխնիկական կառույցներ են՝ մագնիսական շղթայով և լամինացված միջուկով, որը միացված է փակ էլեկտրահաղորդիչ սխեմաներին։ Նաև այս դիզայնի աշխատանքային խցիկի ներսում կան ջեռուցման խողովակներ, որոնք ջեռուցվում են շարժիչից կատարված աշխատանքի ազդեցության ներքո: Այս լուծման թերությունը համակարգը ցանցին միացնելու անհրաժեշտությունն է։
Արդյունաբերությունն օգտագործում է ավելի հզոր հեղուկով սառեցված փոխարկիչներ: Մեխանիկական աշխատանքի աղբյուրը միացված է փակ ջրի տանկերին։ Գործադիր մարմինների (տուրբիններ, շեղբեր կամ այլ կառուցվածքային տարրեր) շարժման գործընթացում շղթայի ներսում պայմաններ են ստեղծվում հորձանուտների առաջացման համար։ Դա տեղի է ունենում շեղբերների կտրուկ արգելակման պահերին։ Բացի տաքացումից, այս դեպքում մեծանում է նաեւ ճնշումը, ինչը հեշտացնում է գործընթացներըջրի շրջանառություն.
Էլեկտրամեխանիկական էներգիայի փոխակերպում
Ժամանակակից տեխնիկական ստորաբաժանումները աշխատում են էլեկտրամեխանիկայի սկզբունքներով: Սինխրոն և ասինխրոն էլեկտրական մեքենաներն ու գեներատորները օգտագործվում են տրանսպորտում, հաստոցներում, արդյունաբերական ինժեներական միավորներում և այլ էլեկտրակայաններում տարբեր նպատակներով: Այսինքն՝ էներգիայի փոխակերպման էլեկտրամեխանիկական տեսակները կիրառելի են ինչպես գեներատորի, այնպես էլ շարժիչի աշխատանքի ռեժիմների համար՝ կախված շարժիչ համակարգի ընթացիկ պահանջներից:
Ընդհանրացված ձևով ցանկացած էլեկտրական մեքենա կարելի է համարել որպես փոխադարձ շարժվող մագնիսական զուգակցված էլեկտրական սխեմաների համակարգ: Նման երևույթների թվում են նաև հիստերեզը, հագեցվածությունը, ավելի բարձր ներդաշնակությունը և մագնիսական կորուստները։ Բայց դասական տեսանկյունից դրանք կարող են վերագրվել էլեկտրական մեքենաների անալոգներին միայն այն դեպքում, եթե մենք խոսում ենք դինամիկ ռեժիմների մասին, երբ համակարգը գործում է էներգետիկ ենթակառուցվածքում:
Էլեկտրամեխանիկական էներգիայի փոխակերպման համակարգը հիմնված է երկու ռեակցիաների սկզբունքի վրա՝ երկֆազ և եռաֆազ բաղադրիչներով, ինչպես նաև մագնիսական դաշտերի պտտման եղանակով։ Շարժիչների ռոտորն ու ստատորը մեխանիկական աշխատանք են կատարում մագնիսական դաշտի ազդեցության տակ։ Կախված լիցքավորված մասնիկների շարժման ուղղությունից՝ աշխատանքի ռեժիմը սահմանվում է՝ որպես շարժիչ կամ գեներատոր։
Էլեկտրաէներգիայի արտադրություն քիմիական էներգիայից
Քիմիական էներգիայի ընդհանուր աղբյուրը ավանդական է, սակայն դրա փոխակերպման մեթոդներն այնքան էլ տարածված չեն.բնապահպանական սահմանափակումների պատճառով: Ինքնին քիմիական էներգիան իր մաքուր ձևով գործնականում չի օգտագործվում՝ գոնե կենտրոնացված ռեակցիաների տեսքով: Միևնույն ժամանակ, բնական քիմիական գործընթացները մարդուն շրջապատում են ամենուր՝ բարձր կամ ցածր էներգիայի կապերի տեսքով, որոնք դրսևորվում են, օրինակ, այրման ժամանակ՝ ջերմության արտազատմամբ։ Այնուամենայնիվ, որոշ արդյունաբերություններում քիմիական էներգիայի փոխակերպումը նպատակաուղղված է կազմակերպված: Սովորաբար պայմաններ են ստեղծվում պլազմային գեներատորներում կամ գազատուրբիններում բարձր տեխնոլոգիական այրման համար։ Այս գործընթացների բնորոշ ռեակտիվը վառելիքի բջիջն է, որը նպաստում է էլեկտրական էներգիայի արտադրությանը: Արդյունավետության տեսանկյունից նման փոխարկումներն այնքան էլ ձեռնտու չեն էլեկտրաէներգիայի արտադրության այլընտրանքային մեթոդների համեմատ, քանի որ օգտակար ջերմության մի մասը ցրվում է նույնիսկ ժամանակակից պլազմային կայանքներում։
Արեգակնային ճառագայթման էներգիայի փոխակերպում
Որպես էներգիա փոխակերպելու միջոց՝ մոտ ապագայում արևի լույսի մշակման գործընթացը կարող է դառնալ էներգետիկ ոլորտում ամենապահանջվածը։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ նույնիսկ այսօր յուրաքանչյուր տանտեր տեսականորեն կարող է ձեռք բերել արևային էներգիան էլեկտրական էներգիայի վերածելու սարքավորումներ: Այս գործընթացի հիմնական առանձնահատկությունն այն է, որ կուտակված արևի լույսն անվճար է: Մեկ այլ բան այն է, որ դա չի դարձնում գործընթացը ամբողջովին անվճար: Նախ՝ արևային մարտկոցների պահպանման ծախսերը կպահանջվեն։ Երկրորդ, այս տեսակի գեներատորներն իրենք են էժան չեն, ուստի սկզբնական ներդրումներըՔիչ մարդիկ կարող են իրենց թույլ տալ կազմակերպել իրենց սեփական մինի-էներգետիկ կայանը:
Ի՞նչ է արևային էներգիայի գեներատորը: Սա ֆոտոգալվանային վահանակների հավաքածու է, որոնք արևի լույսի էներգիան վերածում են էլեկտրականության: Այս գործընթացի բուն սկզբունքը շատ առումներով նման է տրանզիստորի աշխատանքին: Սիլիցիումը օգտագործվում է որպես հիմնական նյութ տարբեր տարբերակներով արևային մարտկոցների արտադրության համար։ Օրինակ՝ արեգակնային էներգիան փոխակերպող սարքը կարող է լինել բազմաբյուրեղ և միաբյուրեղ։ Երկրորդ տարբերակը նախընտրելի է կատարողականի առումով, բայց ավելի թանկ է։ Երկու դեպքում էլ լուսաբջիջը լուսավորվում է, որի ընթացքում էլեկտրոդներն ակտիվանում են և դրանց շարժման ընթացքում առաջանում է էլեկտրադինամիկ ուժ։
Գոլորշու էներգիայի փոխակերպում
Գոլորշի տուրբինները կարող են օգտագործվել արդյունաբերության մեջ և՛ որպես էներգիան ընդունելի ձևի վերածելու միջոց, և՛ որպես հատուկ ուղղորդված սովորական գազային հոսքերից էլեկտրաէներգիայի կամ ջերմության անկախ գեներատոր: Ոչ միայն տուրբինային մեքենաները օգտագործվում են որպես էլեկտրական էներգիայի փոխակերպման սարքեր գոլորշու գեներատորների հետ համատեղ, բայց դրանց դիզայնը օպտիմալ կերպով հարմար է այս գործընթացը բարձր արդյունավետությամբ կազմակերպելու համար: Ամենապարզ տեխնիկական լուծումը շեղբերով տուրբինն է, որին միացված են մատակարարվող գոլորշիով վարդակներ։ Երբ սայրերը շարժվում են, ապարատի ներսում էլեկտրամագնիսական տեղադրումը պտտվում է, կատարվում է մեխանիկական աշխատանք և առաջանում հոսանք։
Տուրբինների որոշ նախագծեր ունենհատուկ ընդարձակումներ աստիճանների տեսքով, որտեղ գոլորշու մեխանիկական էներգիան վերածվում է կինետիկ էներգիայի։ Սարքի այս առանձնահատկությունը պայմանավորված է ոչ այնքան գեներատորի էներգիայի փոխակերպման արդյունավետության բարձրացման շահերով կամ հենց կինետիկ ներուժը զարգացնելու անհրաժեշտությամբ, որքան տուրբինի աշխատանքի ճկուն կարգավորման հնարավորությամբ: Տուրբինում ընդլայնումը ապահովում է կառավարման գործառույթ, որը թույլ է տալիս արդյունավետ և անվտանգ կարգավորել արտադրվող էներգիայի քանակությունը: Ի դեպ, ընդլայնման աշխատանքային տարածքը, որը ներառված է փոխակերպման գործընթացում, կոչվում է ակտիվ ճնշման փուլ:
Էներգիայի փոխանցման մեթոդներ
Էներգիայի փոխակերպման մեթոդները չեն կարող դիտարկվել առանց դրա փոխանցման հայեցակարգի: Մինչ օրս գոյություն ունի մարմինների փոխազդեցության չորս եղանակ, որոնցով փոխանցվում է էներգիա՝ էլեկտրական, գրավիտացիոն, միջուկային և թույլ: Այս համատեքստում փոխանցումը կարող է դիտվել նաև որպես փոխանակման մեթոդ, հետևաբար, սկզբունքորեն տարանջատված են էներգիայի փոխանցման աշխատանքի կատարումը և ջերմափոխանակման գործառույթը: Էներգիայի ո՞ր փոխակերպումները ներառում են աշխատանք կատարելը: Տիպիկ օրինակ է մեխանիկական ուժը, որի դեպքում տարածության մեջ շարժվում են մակրոսկոպիկ մարմիններ կամ մարմինների առանձին մասնիկներ։ Բացի մեխանիկական ուժից, առանձնանում են նաև մագնիսական և էլեկտրական աշխատանքը։ Գրեթե բոլոր տեսակի աշխատանքների հիմնական միավորող հատկանիշը նրանց միջև փոխակերպումն ամբողջությամբ քանակականացնելու ունակությունն է: Այսինքն՝ էլեկտրաէներգիան վերափոխվում էմեխանիկական էներգիա, մեխանիկական աշխատանք դեպի մագնիսական ներուժ և այլն: Ջերմային փոխանցումը նույնպես էներգիա փոխանցելու սովորական միջոց է: Այն կարող է լինել ոչ ուղղորդված կամ քաոսային, բայց ամեն դեպքում, միկրոսկոպիկ մասնիկների շարժում կա։ Ակտիվացված մասնիկների քանակը կորոշի ջերմության քանակը՝ օգտակար ջերմություն։
Եզրակացություն
Էներգիայի անցումը մի ձևից մյուսը նորմալ է, և որոշ ոլորտներում արտադրական էներգիայի գործընթացի նախապայման է: Տարբեր դեպքերում այս փուլը ներառելու անհրաժեշտությունը կարելի է բացատրել ռեսուրսների առաջացման տնտեսական, տեխնոլոգիական, բնապահպանական և այլ գործոններով։ Միևնույն ժամանակ, չնայած էներգիայի փոխակերպման բնական և արհեստականորեն կազմակերպված եղանակների բազմազանությանը, փոխակերպման գործընթացներ ապահովող կայանքների ճնշող մեծամասնությունը օգտագործվում է միայն էլեկտրականության, ջերմության և մեխանիկական աշխատանքի համար: Էլեկտրական էներգիայի փոխակերպման միջոցները ամենատարածվածն են։ Էլեկտրական մեքենաները, որոնք ապահովում են մեխանիկական աշխատանքի փոխակերպումը էլեկտրաէներգիայի՝ ինդուկցիայի սկզբունքով, օրինակ, օգտագործվում են գրեթե բոլոր ոլորտներում, որտեղ ներգրավված են բարդ տեխնիկական սարքեր, հավաքներ և սարքեր: Եվ այս միտումը չի նվազում, քանի որ մարդկությանը էներգիայի արտադրության անընդհատ աճ է անհրաժեշտ, ինչը մեզ ստիպում է առաջնային էներգիայի նոր աղբյուրներ փնտրել։ Այս պահին էներգետիկայի ոլորտում ամենահեռանկարային ոլորտները համարվում են նույն արտադրական համակարգերըԱրեգակի, քամու և ջրի կողմից արտադրվող մեխանիկական էներգիայից ստացված էլեկտրաէներգիան հոսում է բնության մեջ:
