دانلود تحقیق انرژی

انرژی را می توان به عنوان توانایی انجام دادن کار تعریف کرد.

ماده و انرژی، اساس هر چیزی را در زندگی تشکیل می دهند.

ماده در قیاس با انرژی، حضور عینی تر و ملموس تری دارد.

انرژی از طریق حرارت دادن، حرکت دادن، و یا برقدار کردن، اثر می کند.

انرژی همواره با تغییر همراه است.

هنگامی که انرژی از شکلی به شکل دیگر تبدیل می شود، تغییرات فیزیکی، شیمیایی یا زیست شناختی رخ می دهد، مثل زمانی که انرژی شیمیایی مواد سوختنی به انرژی گرمایی تبدیل می شود.

در خلال این تغییرات، مقدار کل انرژی موجود، ثابت می ماند.

انرژی را نمی توان ایجاد کرد یا از بین برد.

شکلهای انرژی مقدار کل انرژی، به شکلهای متفاوت و با تنوعی وسیع در جهان، پراکنده شده است.

مفاهیم آشنایی نظیر انرژی گرمایی، انرژی نوری، انرژی الکتریکی و انرژی صوتی از جمله شکلهای انری هستند.

پتانسیل، یک واژه عام است که به منظور توصیف هر نوع انرژی ذخیره شده به کار می رود.

شلیک کردن یک منجنیق ساده می تواند فرصت مناسبی برای مطالعه انرژی پتانسیل یک نوار کشسان کشیده شده باشد.

انرژی پتانسیل یک بمب اتمی قادر است در سطح وسیعی خرابی ایجاد کند، در حالی که یک نیروگاه هسته ای می تواند همان انرژی پتانسیل را برای استفاده بشر مهیا سازد.

انرژی پتانسیل را می توان در انرژی پتانسیل شیمیایی باتری یک ماشین حسابگر یا در انرژی پتانسیل گرانشی آب جمع شده در پشت یک سد نیروی هیدرو الکتریک پیدا کرد.

انرژی جنبشی عبارت است از آن انرژی است که یک شیء، به دلیل آنکه در حال حرکت است، داراست.

اشیای متحرک، از الکترون نامرئی که حول هسته اتم در گردش است گرفته تا یک ستاره بزرگ در مسیر خویش در پهنه گیتی، همگی به نسبت جرم و سرعتشان دارای انرژی جنبشی هستند.

تمام شکلهای انرژی را می توان تقریبا به دو نوع تقسیم کرد : انرژی درجه بالا و انرژی درجه پایین.

انرژی الکتریکی به لحاظ آنکه می تواند به راحتی به شکلهای مفید دیگری تبدیل یابد، از نوع انرژی درجه بالا محسوب می شود.

تبدیل گرما در دمای پایین به هر نوع دیگری از انرژی، به دشواری انجام می گیرد.

به همین دلیل، انرژی گرمایی را معمولا از نوع درجه پایین توصیف می کنند.

قسمت اعظم انرژی ما به نحوی از خورشید تأمین می شود.

انرژی خورشید، این امکان را به گیاهان می دهد تا غذای مورد نیاز انسان و حیوانات را تولید کنند.

انرژی خورشید در زغال سنگ، چوب و نفت ذخیره شده است.

انسان این مواد را می سوزاند تا انرژی حاصل از آنها برایش کار انجام دهد.

رشد و تکامل انسان، رابطه نزدیکی با کشف منابع جدید انرژی از سوی وی دارد.

سوختها سوخت منبعی از انرژی پتانسیل است که به آسانی می تواندبه گرما تبدیل شود.

یک سوخت مطلوب همچنین باید ایمن و ارزان باشد و آلودگی ایجاد نکند.

از گاز تولید شده در باتلاق گرفته تا پشکل شتر، انسان همواره در زمینه انتخاب سوخت مورد نیازش برخوردی مبتکرانه داشته است.

اما هیچ یک از سوختهایی که تا کنون شناخته شده است واجد شرایط بالا نبوده است.

امروزه زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی از منابع مهم انرژی محسوب می شوند، اما هنوز تا سوختهای مطلوب فاصله زیادی دارند.

نکته قابل توجه در مورد این سوختهای طبیعی، صرف نظر از اینکه به صورت جامد، مایع و گاز باشند، این است که قابلیت بازیافت ندارند، یعنی پس از آنکه مصرف شدند امکان بازیافت و جانشین کردن موجودی آنها وجود ندارد.

انرژی هسته ای، جدیدترین و بالقوه خطرناک ترین سوختی است که انسان به وجود آن پی برده است.

این انرژی، حاصل نیروهای نگهدارنده اجرام متراکم در هسته اتم است که انسان در صدد کنترل و استفاده از آن است.

نوع دیگری از سوخت به وسیله گلوگز که از خانواده کربو هیدراتهاست به دست می آید.

این ماده به عنوان یک منبع انرژی برای سلولهای بدن عمل می کند و شاید تنها سوختی است که بدون آن، انسان قادر نیست مدت زیادی زنده بماند.

پیلهای خورشیدی باتریهای متشکل از پیلهای خورشیدی می توانند هر یک از دو نور مستقیم یا پخش شده خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل کنند.

این فرایند(تبدیل نور- ولتی یا تبدیل فتو ولتائیک)آنچنان که آزمایشهای انجام شده اخیر با پیلهای خورشیدی در قطب جنوب نشان داده است به گرما بستگی ندارد.

از نیمه هادیها می توان برای تبدیل مستقیم انرژی نوری به انرژی الکتریکی استفاده کرد.

سولفید کادمیوم (Cds) و سیاسیوم (Si) رایج ترین نیمه هادیها هستند.

سلولهای سولفید کادمیوم پایداری کمتری دارند اما تولید آن ارزانتر است.

در حال حاضر استفاده از باتریهای خورشیدی برای نیروگاههای بزرگ، بسیار گران تمام می شود.

از باتریهای با انباره شیمیایی غالبا به عنوان یک عامل تضمینی در کنار سیستمهای خورشیدی استفاده می شود.

انرژی اضافی که در روزهای آفتابی به دست می اید برای روزهای ابری که نور مستقیم خورشید کم است ذخیره می گردد .

نیروی آب یکی از مؤثرترین اقداماتی که در مهندسی نوین امروزی انجام گرفته است، احداث سدهای عظیم هیدرو الکتریک است.

اگر زمانی آسابهای آبی با استفاده از چرخها و دندانه ها انرژی جنبشی آب جاری ریزنده به پایین را به انرژی مکانیکی تبدیل می کردند، اکنون نیروگاههای هیدرو الکتریک، توربینها را به کار می گیرند تا همان انرژی جنبشی را به انرژی الکتریکی تبدیل کنند.

نیروی هیدرو الکتریک سدهای هیدرو الکتریک بر اساس لین اصل ساده کار می کنند که هر چه فاصله عمودی بین آب ذخیره شده در پشت سد و توربینهای نصب شده در پایه سد بیشتر باشد نیروی بیشتری می توان تولید کرد.

گرچه انرژی هیدرو الکتریک، هم قابل بازیافت است و هم باعث آلودگی هوا نمی شود، لیکن استفاده از سدها برای جمع آوری آب، ممکن است باعث سیلابی شدن مناطق وسیعی از زمینهای مفید گردد.

اکثر کشورهای صنعتی، نیروگاههای هیدرو الکتریک خود را در نقاط نسبتا مساعدتری بر پا داشته اند.

به عنوان مثال، کانادا نزدیک به 75 درصد از انرژی الکتریکی خود را با نیروی هیدرو الکتریک تأمین می کند.

متأسفانه نقاط مساعد برای تأسیس این گونه نیروگاهها غالبا در نواحی سخت و غیر قابل دسترس قرار دارند و همین امر، مشکل بالا بودن هزینه های سرمایه ای را برای ساخت چنین سدهایی تشدید می کند.

یکی از جنبه های مهم این نیروگاهها با سدهای مرتفعی که دارند، ظرفیت آنها برای ذخیره سازی انرژی است.

در اوقاتی که مصرف، کمتر از حداکثر است می توان از برق تولید شده اضافی برای تلمبه کردن آب از سطوح پائین تر به سمت توربین ها و بالای مخزن آب استفاده کرد.

به این ترتیب، انرژی پتانسیل به دست آمده توسط آب می تواند بعدا به هنگام بالا رفتن تقاضا، به انرژی الکتریکی تبدیل شود.

این شیوه را ذخیره ساری تلمبه شده می خوانند.

انرژی جزر و مدی در قرن دوازدهم میلادی آسیابهای آبی در استان بریتانیایی فرانسه به وسیله جریانهای آبهای جزر و مدی کار می کردند و امروز کشور فرانسه هنوز در زمینه استفاده از انرژی جزر و مدی نقشی پیشرو در جهان دارد.

طرح رانس ریور در نزدیکی سنت مالو با ظرفیت تولیدی 240000 کیلو وات به کمک 24 توربین، بزرگ ترین نیروگاه جزر و مدی در جهان به شمار می رود.

مولدهای این نیروگاه به وسیله آبهای جزر و مدی که روزی دو بار به مدخل نیروگاه رانس وارد و از آن خارج می شود کار می کنند.

ارتفاع سطح آب در مدخل به میزان 10متر تغییر می کند.

مولدها همچنین طی مدتی که جزر و مد در خفیف ترین حالت خود قرار دارد برای افزایش جریان جزر و مدی به داخل آبگیر سد، به عنوان تلمبه عمل می کنند.

چنانچه با این روش، مخزن آب بیش از اندازه پر شود، می توان آب اضافی را ذخیره کرد تا بعدا به هنگام حداکثر تقاضا آزاد و برای تولید برق به کار گرفته شود.

در حال حاضر، چند کشور دیگر نیز مشغول مطالعه پیرامون امکان تأسیس چنین نیروگاه هایی هستند.

هزینه های سرمایه ای برای ساخت این گونه نیروکاهها بسیار زیاد و تعداد جاهای مناسب برای چنین کاری محدود است.

کمبود منابع سوختی، ممکن است روی گرایش جدیدی در انسان برای استفاده تجاری از کشتیهای دریانورد ایجاد کند.

اما اهمیت واقعی نیروی باد در گرو توسعه دستگاههای ساکنی است که می توان از آنها برای تبدیل انرژی باد به برق استفاده کرد.

در دوران گذشته، تمامی ابزار مکانیکی برای بهره برداری از انرژی باد، در آسیابهای بادی خلاصه می شد، اما امروز این امر تا به آنجا پیش رفته است که استفاده از واژه مولد هوایی(آئر وژنراتور) امری متداول شده است.

استفاده از انرژی زمین گرمایی بهره گیری از انرژی زمین گرمایی به منظور گرمایش، حداقل به دوران حمامهای رم باستان بر می گردد.

تعدادی از این حمامها هنوز محفوظ و پا بر جا نگاه داشته شده اند و قادر به کار کردن هستند.

با این حال، برای بهره برداری گسترده از این پدیده باید در انتظار تکامل تکنولوژی قرن بیستم باشیم.

ایسلند در بهره برداری از آتشفشانها، آبفشانها و چشمه های آب گرم خود حرکت وسیعی داشته است.

طرحهای گرمایش ناحیه ای به روش زمین گرمایی تقریبا تمامی گرمای مورد نیاز ریک یاویک پایتخت این کشور را تأمین می کند.

جلوگیری ازتلفات گرمایی در لوله های آب گرم که انرژی را از نیروگاه حمل می کنند، هم دشوار و هم پر هزینه است.

به همین دلیل، گرمایش ناحیه ای به روش زمین گرمایی در مناطقی که دور از منابع زمین گرمایی هستند امکان پذیر نیست.

انرژی و انسان مقدار انرژی که از مقدار معینی غذا بدست می آید برحسب کیلو ژول (KJ) اندازه گیری می شود.

بسیاری از کسانی که برنامه غذایی خاصی برای لاغر شدن دارند هنوز از واحد دیگری که اکنون منسوخ گردیده است یعنی کالری استفاده می کنند.

یک کالری، معادل 2/4 کیلو ژول (42000 ژول ) است.

مقدار انرژی که از مقدار معینی غذا بدست می آید برحسب کیلو ژول (KJ) اندازه گیری می شود.

یک مرد که مقدار فعالیت او در حد متعادلی است به طور متوسط روزانه به 12000 تا 12500 کیلو ژول انرژی نیاز دارد.

مقدار نیاز روزانه یک زن به انرژی به مراتب کمتر از این مقدار، یعنی 9000 تا 9500 کیلو ژول است.

همچنین یک پیر نوجوان (بین 13 تا 19 سال) به 11500 تا 12000 کیلو ژول و یک دختر نوجوان به 95000 تا 10000 کیلو ژول انرژی در روز نیاز دارد.

اکثر غذاهایی که ما می خوریم ترکیبهای پیچیده ای از کربو هیدراتها، چبیها، پروتئینها، ویتامینها، مواد معدنی و البته آب هستند.

کربو هیدراتها نظیر قند یا نشاسته منابع اصلی انرژی بدن هستند.

شکلات، میوه های شیرین و تافی (آب نبات) از غذاهای قند دار به شمار می روند.

حال آنکه نان، سیب زمینی و ماکارونی همگی دارای مقادیر زیادی نشاسته هستند.

معدنکاوی برای دستیابی به سوختها تنها را مطمئن برای پی بردن به وجود ذخایر سوخت زیر زمینی با ارزش در یک منطقه این است که زمین آنجا را سوراخ یا حفاری کنیم و ببینیم چه رخ می دهد.

در آن روزهای نخستین که مسئله نفت در امریکا سرو صدایی به پا کرده بود معدنکاوان، همه چیز خود را بر سر این چاهها سرمایه گذاری می کردند و اغلب نا موفق بودند و یا موفقیت نا چیزی به دست می آوردند.

امروزه، قبل از آنکه عملیات حفاری شروع شود مطالعات دقیقی از نظر زمین شناسی انجام می گیرد.

روشهای ردیابی و کشف در یک مطالعه زمین شناختی، نقشه مناطق وسیعی با استفاده از عکسبرداری هوایی با سرعت و دقت ترسیم می شود.

زمین شناس، اغلب با استفاده از این نقشه می تواند اطلاعات فراوانی پیرامون تشکلهای سنگی زیر زمین استنتاج کند.

با جمع آوری فسیلها و نمونه سنگها از نقاط برگزیده، زمین شناس می تواند هم عمر و هم نوع سنگ را روی نقشه نشان دهد.

داستان زغال سنگ با دوره کربونیفر با عصر زغال خیز و در حدود 300 میلیون سال قبل از اینکه انسان برای نخستین بار پا روی زمین بگذارد شروع می شود.

در طول این دوره، زمین از جنگلهای متراکم، مردابها، رودخانه ها و انبوه گیاهان پوشیده شده بود.

به تدریج یک پوشش ضخیم از مواد گیاهی مرده تشکیل گردید که بعدا فاسد و پوسیده شد و در آبهای اسیدی مردابهای اطاف غوطه ور شد.

یک ذخیره محدود اکسیژن، از تهاجم باکتریها و تجزیه کامل مواد گیاهی غوطه ور جلوگیری می کرد.

به تدریج و با گذشت میلیونها سال، مواد گیاهی مرده در اثر فشار هزاران هزار تن زمین و سنگهای آن، فشرده و متراکم شدند و شکل جدیئی پیدا کردند.

با افزایش دما و فشار، مواد گیاهی مرده به شکل تورب(زغال سنگ نارس) در آمد.

تورب به لینیت (زغال سنگ قهوه ای) تبدیل شد و لینیت نیز به زغال سنگ قیر دار و این نیز در نهایت به آنتراسیت (زغال سنگ خشک و خالص) تبدیل گردید.

به طور کلی، هرچه دما و فشار بیشتر باشد در صد کربن خالص موجود در زغال سنگ بالاتر خواهد بود.

به طور تقریب، 60 درصد تورب را کربن تشکیل می دهد و ارزش انرژی آن در هر کیلو گرم 14 مگا ژول است، حال آنکه آنتراسیت، 94 درصد کربن و بیش از 30 مگا ژول ارزش انرژی در هر کیلو گرم دارد.

استخراج زغال سنگ معدن زغال سنگ به دو نوع روباز و چاهی وجود دارد.

استخراج روباز برای لایه های سطحی زغال سنگ مناسب است.

در این حالت ، خاک و سنگ به سادگی به صورت یک باریکه بر روی سطح بالایی زمین قرار گرفته اند و دسترسی به زغال سنگ به راحتی صورت می گیرد.

اگر لایه های زغال سنگ در عمق بیشتری از زمین قرار داشته باشد از استخراج چاهی استفاده می شود.

اکنون مجموعه گسترده و عظیمی گسترده و عظیمی از ماشین آلات در اختیار معدنچیان است که آنان را در انجام دادن وظایف دشوارشان یاری می دهد.

دستگاههای حفاری غول آسا، رخ زغال سنگ را می شکافند و توده های عظیم زغال سنگ را در تسمه انتقال که در پشت آنها قار دارد می ریزند.

با پیشروی دستگاه برش، نگهدارنده های هیدرولیکی فرو رفته در زمین، از ریزش سقف جلوگیری می کنند.

قدرت این نگهدارنده ها متناسب با باری است که باید تحمل کنند، به طور خودکار تنظیم می شود.

قبلا معدنهای روباز، منظره های زشت و زننده ای روی سطح زمین ایجاد می کردند.

اما اکنون که برش لایه های زغال سنگ به وسیله تجهیزات حفاری مکانیکی انجام می گیرد این امکان به وجود آمده است که بیلهای مکانیکی بسیار عظیم خاکهای ریخته شده بر سطح زمین را دوباره به محل اولیه شان برگردانند و منطقه را به حالت طبیعی در آورند.

فرآورده های زغال سنگ در طول چند دهه گذشته، زغال سنگ سهم خود را در بازار جهانی انرژی به تدریج و به نفع صنعت نفت و گاز از دست داده است.

بسیاری از فرآورده های قبلی زغال سنگ قیر دار اکنون در حقیقت از نفت مشتق می شوند.

احتمالا تا سال 2000 این گرایش، روندی معکوس پیدا خواهد کرد و مقادیر بیشتر از زغال سنگ را به سوختهای مایع تبدیل می کند تا جانشین گاز طبیعی شود، با یکدیگر همکاری دارند.

افریقای جنوبی از سال 1955 مشغول تبدیل زغال سنگ به بنزین بئده است و در حال حاضر 30 درصد از بنزین مورد نیاز خود را با این روش به دست می آورد.

در حدود نیمی از کل انرژی که امروزه در دنیا مورد استفاده قرار می گیرد از نفت تأمین می شود.

این ذخیره انرژی در سال قبل، از بقایای موجودات ریز دریایی به نام پلانکتون به وجود آمده است .

پس از آنکه این موجودات ریز به حالت مرده در آمدند، آرام آرام به پوشش ضخیمی از مواد آلی بر روی بستر دریا تبدیل شدند.

باکتریهایی که روی این بقایا تغذیه می کردند، به تدریج به نفت و گاز تبدیل گردیدند.

گرما و فشار ناشی از سنگهایی که در لایه های بالایی قرار داشتند این فرایند را در طول میلیونها سال کامل کرد.

حفاری برای نفت پس از انجام یافتن بر رسیهای لازم، یک چاه آزمایشی با استفاده از یک استوانه دوار که یک مته حفاری در انتهای آن تعبیه شده است حفر می شود.

این دستگاه به سکوی حفاری روی زمین متصل است.

همچنان که استوانه دوار به عمق بیشتری می رود، جداره چاه با لوله های فولادی پوشانده می شود.

سنگریزه ها با آب و خاک رس شستشو داده می شود.

این گل شیمیایی که درون لوله های حفاری به پایین تلمبه می شود، فشار نفت را کنترل می کند.

هنگامی که مته حفاری به مخزن نفت می رسد، به دلیل آنکه ماده سیال مخزن، تحت فشار قرار دارد، ممکن است نفت به صورت فواره به بیرون بریزد.

برای کنترل جریان نفت و جلوگیری از این فوران، مجموعه ای از شیرها که به درخت کریسمس معروف است بر بالای چاه نصب می شود.

اگر مقدار نفت موجود در مخزن از نظر تجاری مقرون به صرفه باشد، سکو و تجهیزات تولید دائمی، جانشین وسایل حفاری می شود.

پالایش نفت پالایشگاه، یک مجموعه پیچیده و عظیم صنعتی است که نفت خام را تفکیک، تجزیه و ترکیب مجدد می کند و به شش نوع سوخت اصلی تبدیل می سازد.

فرآیند پالایش، با عمل تقطیر یا جدا سازی نفت خام سنگین در یک برج عظیم که برج تقطیر نام دارد آغاز می شود.

گازهای نفت، از قبیل بوتان و پرویان، و مایعات پایین جوش(با نقطه جوش پایین) به بالای برج می آیند، حال آنکه نفتهای بالا جوش و قیرها در قسمت پایین تر باقی می مانند.

به این ترتیب، کسرها یا برشهای مختلف بر حسب نقطه جوش در ارتفاعات متفاوت برج از یکدیگر جدا می شوند.

نفتهای سبک تری که از این فرایند حاصل می شود، از نظر مقدار کافی نیست.

به همین دلیل نفتهای سنگین تر را دوباره اما این بار تحت فشار حرارت می دهند تا باز هم مقادیری نفتهای سبک تر به دست آید.

این فرایند را کراکینک یا شکستن (شکستن هیدروکربورهای سبک تر) می نامند.

پس از آن، آمیزه هایی از نفت برای تولید سوختهای گوناگون با درجات اکتانی مختلف به دست می آورند.

فراورده های نفتی فراورده های اصلی پالایشگاهی عبارتند از قیر طبیعی، موم، روغنهای صیقل دهنده، سوخت دیزل، پارافین(نفت سفید)، سوخت هوانوردی، بنزین و گاز سیلندر.

گاز طبیعی گاز طبیعی، ترکیبات گوناگون و متعددی از گارهای سوختنی است که در تله های موجود در سنگهای زیر زمین یافت می شود.

تاریخ این پدیده، طولانی و جالب است.

در قرن سوم میلادی، چینیها از نی های میان تهی خیزران برای لوله کشی گاز طبیعی از مخازن زیر زمینی به عنوان بخشی از صنایع نمکشان استفاده می کردندو از این بابت شهرت داشتند.

امروزه سکوهای عظیم تولید ، مجهز به مته های الماس، شب و روز برای دستیابس به مخازن گاز طبیعیمحبوس دز عمق 3000 متری زیر زمین فعالیت می کنند.

گاز طبیعی عمدتا از متان تشکیل شده است و تمیز می سوزد و سمی نیست.

کشورهایی مثل الجزایر که مقادیر عظیمی گاز طبیعی صادر می کنند کارخانه هایی ساخته اند تا گاز طبیعی مایع با استفاده از تانکرهای خنک شده در سراسر جهان توزیع می شود.

ایران، شوروی و امریکای شمالی بزرگ ترین ذخایر تأیید شده گاز را در اختیار دارند.

کشف مقادیر عظیم گاز طبیعی در شلوخترن هلند در سال 1959 باعث شد که حفاریهای اکتشافی گسترده ای در دریای شمال به عمل آید.

جنبه های اقتصادی هیدروژن در پنجاه سال آینده ذخایر محدود نفت و گاز طبیعی به شکل فزاینده ای رو به کمیابی خواهد رفت.

حتی اگر با استفاده از زغال سنگ، نیروی هسته ای و دیگر منابع، انرژی کافی برای به کار انداختن تیروگاههای عظیم در اختیار ما باشد این انرژی به شکلی نیست که برای استفاده در اتوموبیلها، اتوبوسها و هواپیماها مناسب باشد.

یکی از راه حلهای این مشکل، تولید هیدروژن است.

اگرچه هیدروژن، سوختی نیست که به صورت طبیعی وجود داشته باشد، اما هیدروژن مصنوع به راحتی می تواند امکان ذخیره کردن انرژی حاصل از نیروگاهها را برای استفاده های عملی فراهم سازد.

فرایند تولید هیدروژن به این شکل است که جریان برق از آب معمولی می گذرد و هیدروژن و اکسیژن و آب را از یکدیگر جدا می کند.

پس از آن، هیدروژن حاصل به کمک تکنولوژی مناسب می تواند سوخت بسیار خوبی برای اتوموبیلها و هواپیماها به دست دهد و حتی در گرمایش خانگی و صنعتی به کار گرفته شود.

در سال 1905 آلبرت اینشتین که در آن زمان در اداره ثبت اختراعات سوئیس کار می کرد با انتشار مقاله ای پیرامون موضوع نسبیت، انقلابی در تفکر علمی ایجاد کرد.

بر اساس این نظریه، انرژی و ماده شکلهای مختلفی از یک چیز هستند.

انرژی (E) می تواند به ماده جرم (m) تبدیل شود و دوباره به حالت اول برگردد.

این تبدیل، در قالب معادله ای که اکنون به صورت E=mc2 شهرت دارد بیان می گردد که مقدار آن در c سرعت نور است.

این معادله اساسا نشان می دهد که مقدار کمی از ماده، معادل مقدار عظیمی از انرژی است.

رآکتورهای گرمایی در مرکز هر یک از اتمهای تشکیل دهنده تمامی مواد، هسته بسیار کوچکی وجود دارد که ذرات کوچک تری به نام پروتونها و نوترونها تشکیل شده است.

تعداد پروتونهای موجود در هسته اتم یک عنصر هرگز تغییر نمی کند و عدد اتمی آن عنصر نامیده می شود.

ممکن است یک عنصر، شکلهای متفاوتی داشته باشند که به آنها ایزوتوپ گفته می شود.

هر ایزوتوپ، تعداد معینی نوترون دارد.

هسته اورانیوم، 92 پروتون دارد.

اورانیم، دو نوع ایزوتوپ اصلی دارد.

ایزوتوپ اول دارای 146 نوترون است که عدد جرمی آن 238 می شود و مشخص کننده اورانیوم 238 است، حال آنکه اورانیم 235 فقط 143 نوترون دارد.

هنگامی که یک نوترون با سرعت درستی به هسته اورانیم 235 برخورد می کند هسته اورانیم به دو هسته کوچک تجزیه می شود.

در جریان این عمل، هم مقداری انرژی و هم دو نوترون، آزاد می شود.

اگر بتوانیم این نوترونها را وادار به شکافتن دیگر هسته های اورانیوم 235 کنیم، واکنش زنجیره ای شکافتن هسته ها مقدار عظیمی انرژی تولید می کند.

این واکنش هسته ای، شکافت نام دارد و اگر کنترل نشود تمام هسته های موجود در یک اورانیوم، در کسری از ثانیه شکافته می شوند و باعث انفجاری مخرب می گردند.

اما چنانچه این واکنش در یک رآکتور کنترل شود، ذخیره گرمایی پایداری در اختیار ما می گذارد.

واکنشهای زنجیره ای به ندرت به صورت طبیعی رخ میدهند، زیرا 3/99 درصد اورانیوم طبیعی، ایزوتوپ پایدار 238 است که به شکلی بی ضرر نوترونها را جذب میکند.

واکنش زنجیره ای اورانیوم به عنوان یک سوخت، در درون مغز رآکتور به وسیله میله های کنترل که از مواد جذب کننده نوترون نظیر کادمیوم ساخته شده است کنترل می شود.

با بالا بردن یا پایین آوردن میله ها در داخل جرم سوخت تعداد نوترونها موجود برای شکافت، تنظیم می شود.

برای افزایش احتمال برخورد نوترونهای آزاد به یک هسته اورانیوم 235، سوخت رآکتور گرمایی به وسیله اورانیومی که اندکی غنی شده و دارای درصد بیشتری از ایزوتوپ 235 است تأمین می گردد.

هر کشوری، حتی اگر از لحاظ انرژی غنی باشد، می تواند به سهم خود به اطمینان برسد که هیچ شکلی از انرژی به هدر نمی رود.

کشورهایی که دارای منابع طبیعی قابل بازیافت هستند می توانند آنها را به صورت انبوه استخراج کنند تا کشورهای فقیر از نظر انرژی، بتوانند سهم بیشتری از سوختهای کمیاب داشته باشند.

کشور نروژ، تقریبا 70 درصد از نیازهای خود به انرژی را از برق آبی (هیدرو الکتریسیته) تأمین می کند.

کشورهای دیگری مثل یونان، فرانسه، آلمان غربی و ژاپن، از این نظر به مقیاس وسیعی وابسته به نفت وارداتی هستند.

حمل و نقل اکثر کشورهای صنعتی در حدود 20درصد از نفت خود را برای حمل و نقل مصرف می کنند، اما در امریکا این نسبت، نزدیک به 60 درصد است.

فقدان تسهیلات حمل و نقل عمومی در کنار اتوموبیلهایی که حریصانه بنزین مصرف می کنند می تواند در قبال چنین رقم بالایی ، مسئولیت آفرین باشد.

یکی از پیشرفتهای جدید و هیجان انگیزی که در زمینه طراحی اتوموبیل به دست آمده است اختراع کامپیوترهای داخل اتوموبیل است.

این کامپیوتر را می توان برای نشان دادن کیفیت مصرف بنزین، به آسانی برنامه ریزی کرد.

یکی از مدلهای جدید اتوموبیل ب.ام.و ، حتی مجهز به کامپیوتر کوچکی است که زمانبندی موتور را 100 مرتبه در هر ثانیه به طور خودکار تنظیم می کند.

پیشرفتهایی از این نوع، بازده موتور را به میزان زیادی بهبود می بخشد و در نتیجه آن، مصرف سوخت نیز کاهش می یابد.

سیاستهای انرژی دولتها می توانند از طریق آموزش عمومی و در نظر گرفتن امتیازاتی برای صرفه جویی در مصرف، زمینه های تقویت پایندگی انرژی و تشویق مردم به رعایت موازین مربوط به آن را فراهم سازند.

با این حال، این حقیقت همچنان بر جای باقی است که بالا رفتن قیمت سوختها، حتی اگر مطلوب ترین شیوه در نظرعامه نباشد، مؤثر ترین شیوه تشویق مردم به حفظ انرژی و صرفه جویی در مصرف آن به حساب می آید.

در سال 1979 سراسر دنیا به مدت سه روز در حالت مراقبت و انتظار به سر بردند، زیرا مهندسان امریکایی، سرسختانه در تلاش و مبارزه برای جلوگیری از نشت رادیو اکتیویته از نیروگاه هسته ای جزیره سه مایلی بودند.

البته در آن ماجرا عملا هیچ گونه نشت جدی و قابل توجهی رخ نداده بود، اما تبلیغاتی که پیرامون آن انجام گرفته بود باعث بروز تردیدهای جدی در مورد ایمنی مراکز هسته ای شده بود.

در حقیقت، هنوز هم خطر نشت مواد سرد کننده رادیو اکتیو وجود دارد، زیرا رآکتور به علت وجود ذخیره پس مانده گرما در قسمت مرکزی آن، باید تحت فشار نگاه داشته شود.

رادیو اکتیویته یکی از دلایل اصلی وحشت از نیروی هسته ای، این است که اگر حادثه ای رخ دهد در حقیقت می تواند بسیار جدی باشد.

نیروگاههای هسته ای، مواد رادیو اکتیو بسیار خطرناکی تولید می کنند که باعث سه نوع تابش آلفاو بتا و گاما می شوند.

کار کردن با تمامی مواد رادیو اکتیو باید با دقت و اطمینان فراوان انجام شود، اما منابع گاما خطرناک ترین آنها به شمار می رود.

تابش گاما مسافتهای طولانی را در هوا طی می کند و حتی می تواند در لایه ضخیمی از سرب یا بتون نفوذ کند.

به این دلیل تمام مواد رادیو اکتیو در لایه ای از مواد مقاوم با ضخامت کافی محافظت می شوند تا از کریز این پرتوهای زیانبار جلوگیری شود.

با استفاده از ابزارهای اندازه گیری خاص، نظیر شمارگر گایگر، می توان میزان تابش حاصل از این گونه منابع را سنجید.

سایر خطرهای انرژی تانکرهای حامل بنزین در خیابانهای شهر، کابلهای 4000000 ولتی بر بالای سر ما، گازهای قابل انفجار که به میلیونها خانه لوله کشی شده است...

فقط بخشی از خطرهای فراوانی است که ما آنها را عادی می شماریم.

ما با این خطرهای بسیار جدی مدارا می کنی، زیرا منافع حاصل از آنها را با ارزش می دانیم.

با این حال، همه ساله انفجارات گاز و شوکهای ناشی از برق گرفتگی، باعث مرگهای زیادی می شود.

امروزه در حدود 60 درصد از کل انرژی مصرفی جهان، از سوختن نفت و گاز تأمین می شود.

با وجود برنامه های گسترده اکتشاف، طی سالهای اخیر، تعداد معدودی میدانهای نفتی وسیع پیدا شده است.

این امر به روشنی دلالت بر آن دارد که تقریبا اکثر ذخایر نفتی جهان کشف شده اند و در آینده، موجودی نفت می تواند سریع تر از آنچه پیش بینی شده است به آخر برسد.

گرایشها امروزه نفت به اندازه کافی برای تأمین نیازهای جهان تولید می شود.

اگر ما بتوانیم استفاده از نفت را فقط در حد فعلی آن ادامه دهیم، ذخایر نفتی جهان می تواند تا بیش از 100 سال تداوم یابد.

متأسفانه میزان تقاضای انرژی در جهان طی 50سال گذشته، همواره در حالافزایش بوده است و عقیده اکثر کارشناسان بر این است که این روند همچنان ادامه خواهد یافت.

هیچ کس نمی تواند دقیقا بگوید که در آینده به چه میزان انرژی نیاز خواهیم داشت، اما در اوایل سالهای 2000،میزان تقاضا برای نفت و گاز قطعا بیش از ذخایر موجود در آن زمان خوهد بود.

از این مشکل در ارتباط با ذخایر انرژی آینده ما اصطلاحا با بحران انرژی یاد می شود.

مقدار زیادی از نفت دنیا متعلق به تعداد کمی از کشورهای خاورمیانه است.

رویدادهای سیاسی در این منطقه، نظیر جنگ یوم کیپور در سال 1973 و تحولات ایران در سال 1979 تأثیر جدب بر روی ذخایر نفتی جهان گذاشت.

رویدادهای تعیین کننده آینده نیز می تواند زمان لازم را برای کسب آمادگی به منظور برخورد با این بحران کوتاه تر کند.

راه حلها دستیابی به منابع جدید و توسعه منابع موجود، تنها راه حل مشکل انرژی به شمار می رود.

یکی از برخوردهای عاقلانه کشورها با این مشکل، ترکیب کردن منابع انرژی با یکدیگر است.

اما در حال حاضر، تکنولوژی مؤثری در زمینه در زمینه پیدا کردن جانشینی برای نفت، به ویژه به عن.ان یک ماده پتروشیمیایی، وجود ندارد.

عملیات تأسیس نیروگاههای رایج، از مرحله طراحی تا راه اندازی کامل، 10 سال به طول می انجامد.

با این حساب، به نظر می رسدبهره برداری ار منابع جدید که هنوز اقدامی عملی در مورد آنها صورت نگرفته است احتیاج به زمانی طولانی تر از این دارد.

تنها از راه محافظت دقیق از تمامی ذخایر انرژی موجودمانمی توانیم فرصت بیشتری برای کسب آمادگی در آینده ایجاد کنیم.

در اوایل قرن بیست و یکم احتمالا قسمت اعظم انرژی مورد نیاز ما از ذخایر فراوان زغال سنگ تأمین خواهد شد.

نیروگاههای هسته ای گرمایی می توانند بخش وسیعی از نیازهای ما را به برق تأمین کنند، اما سرانجام، دنیا با کمبود اورانیوم روبه رو خواهد شد.

اگر ایمنی رآکتورهایسریع زا محقق شود، مشکل سوخت در چند سال آینده بروز نخواهد کرد.

از سوی دیگر، اگر نیروی هسته ای به لحاظ مسایل محیطی و ایمنی کنار گذارده شود به ناچار باید از منابع قابل بازیافت برای رفع کمبود استفاده کرد.

بسیاری از کشورها هنوز از امکانات بالقوه فراوانی در زمینه نیروی هیدرو الکتریک برخوردار هستند.

ممکن است زیست سوختها نیاز به انرژی برخی کشورها را که شرایط آب و هوایی مناسبی دارند تأمین کنند.

هنوز امکان تأسیس نیروگاههای جزر و مدی وجود دارد، اما این راه حلها آنچنان نیستند که بتوانند اثرات وسیعی بر ذخایر انرژی جهان داشته باشند.

تکنولوژی مورد نیاز برای بهره گیری از نیروی باد و موج هنوز به تکامل نرسیده است.

ذخایر موجود جهان در زمینه نفت سنگین با کیفیت نازل، ماسه های قیردار و سنگهای نفت زا بسیار فروان است و این ذخایر بدون شک در آینده به شکل گسترده تری استخراج خواهند شد و مورد بهره برداری قرار خواهند گرفت.

اما اگر نیروی هسته ای انتخاب شود در این صورت ممکن است اتوموبیلها، اتوبوسها و هواپیماها با هیدروژن کار کنند.

اگر چنین انتخابی صورت نگیرد نفت حاصل از زغال سنگ، جایگزین احتمالی خواهد بود.

زیست سوختها نظیر متان و الکل نیز ممکن ایت به سوختهای مهمی برای استفاده در حمل و نقل تبدیل شوند.

چشم اندازهای آینده هیچ کس نمی تواند مطمئن باشد که این روشها به حد کافی از عهده تأمین تقاضاهای جهانی برخواهند آمد، اما چنین به نظر می رسد که بعضی از کشورها زودتر از دیگران با بحران رو به رو خواهند شد.

در برخی از این کشورها گرایش فزاینده ای به شیوه های فوق برای حفظ ذخایر انرژی دیده می شود.

دخالت شوروی در افغانستان، نمونه بارزی از غیر قابل پیش بینی بودن موقعیتهای آینده است.

به نظر می رسد برخی از کشورها مایلند برای حفاظت از ذخایر نفتی خود که در معرض تهدید قرار دارد به جنگ متوسل شوند.