ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Παρουσίαση με θέμα: "ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
Εργαστηριακό Κέντρο Φυσικών Επιστημών Καστοριάς ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Κακλαμάνος Ιωάννης Υπεύθυνος Ε.Κ.Φ.Ε. Καστοριάς

2 Η παρουσίαση που ακολουθεί έγινε με το Power Point 2007.
Πιθανόν παλαιότερες εκδόσεις να μην υποστηρίζουν κάποια εφέ. Στις Διαφάνειες υπάρχει χρονισμός. Πατάτε ΚΛΙΚ , όταν στην κάτω γωνία δεξιά εμφανίζεται το κόκκινο βέλος. Οι προσομοιώσεις απαιτούν το πρόγραμμα Java. Κακλαμάνος Ιωάννης Υπ. ΕΚΦΕ Καστοριάς. Επικοινωνία :   Ιστοσελίδα:

3 Εν + Έργο Πυρηνική Ενέργεια
Εν Έργο Πυρηνική Ενέργεια Η σημερινή ημερίδα έχει ως αφορμή την πυρηνική ενέργεια. Αφήνοντας για λίγο τον προσδιορισμό « πυρηνική», ας δούμε την ενέργεια. Ενέργεια < εν + έργο. Αυτό που βρίσκεται σε κάθε έργο, σε κάθε δράση, σε κάθε γεγονός. Καθετί που συμβαίνει στον κόσμο γύρω μας, ακόμα και ότι αυτή τη στιγμή με ακούτε, είναι ροή ενέργειας, ενέργειας που υπήρχε πάντα, που δεν δημιουργείται, αλλά ρέει από μια μορφή σε άλλη. Και αυτά είναι τα χαρακτηριστικά της ενέργειας. Δεν χάνεται αλλά μετατρέπεται. Η Ιδιότητα αυτή έρχεται σε φαινομενική αντίθεση με το ενεργειακό πρόβλημα. Αφού δεν χάνεται, γιατί χρειαζόμαστε συνέχεια νέες ποσότητες ενέργειας; Το άσχημο είναι ότι μετά από κάθε χρήση – μετατροπή εμφανίζεται υποβάθμιση της ενέργειας έτσι, ώστε ένα σημαντικό κομμάτι της να μη μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί. Αυτό ονομάζεται αύξηση της Εντροπίας .

4 χωρίς να μπορούμε να δούμε την αρχή της ούτε το τέλος της.
Φανταστείτε κάθε φαινόμενο στη φύση σαν μια αλυσίδα μετατροπών, χωρίς να μπορούμε να δούμε την αρχή της ούτε το τέλος της. Η ενέργεια ρέει από μια θέση στην άλλη και κάθε φορά εμφανίζεται με διαφορετική μορφή. ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΘΕΡΜΙΚΗ ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΘΕΡΜΙΚΗ ΧΗΜΙΚΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ Δυναμική, Κινητική, Χημική, Θερμική, Ηλεκτρική. Η συνολική ποσότητα της ενέργειας παραμένει σταθερή, αλλά η ποσότητα της υποβαθμισμένης ενέργειας πάντοτε αυξάνει. π.χ. Η θερμική ενέργεια των καυσαερίων ενός αυτοκινήτου

5 Γιατί όμως επικράτησε η ηλεκτρική ενέργεια;
Γιατί έχει τόσο σημαντική θέση ανάμεσα στις άλλες μορφές ; Εύκολη μεταφορά Εύκολη μετατροπή ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ

6 Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας
Κάτω από αυτά τα δεδομένα , ας δούμε τη βασική δομή ενός σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Αρχική μορφή ενέργειας Ηλεκτρική ενέργεια Η φράση «σταθμός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας» (ο σταθμός στην Φουκουσίμα είναι παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ), σημαίνει ο χώρος στον οποίο γίνεται μετατροπή μιας μορφής ενέργειας σε ηλεκτρική, δηλαδή παράγει ηλεκτρικό ρεύμα.

7 Θαλής ο Μιλήσιος (περίπου το 600 π.Χ.)
Καταρχάς, η λέξη «ηλεκτρισμός» προτάθηκε από τον Θαλή. Παρατήρησε ότι το ήλεκτρο έχει την ιδιότητα να έλκει μικρά κομμάτια άχυρο και ονόμασε την ιδιότητα αυτή ηλεκτρισμό. Θαλής ο Μιλήσιος (περίπου το 600 π.Χ.) «Ένα κομμάτι ήλεκτρου (κεχριμπάρι) που τρίβεται σε ξηρό ύφασμα έλκει μικρά κομμάτια άχυρου. Εξ ου και η ονομασία "ηλεκτρισμός", δηλαδή το φαινόμενο που παρατηρείται στο ήλεκτρο.» Περνάνε πάνω από 2000 χρόνια και τον 18ο αιώνα επανεμφανίζεται στην Ευρώπη η μελέτη των ηλεκτρικών φαινομένων. Την ίδια εποχή , επανεμφανίζεται και η άποψη του Δημόκριτου για τα άτομα, η ατομική θεωρία.

8 Ο Αλεσάντρο Βόλτα ( ) Το 1800 κατασκευάζεται το πρώτο ηλεκτρικό στοιχείο από τον Volta. Χανς Κρίστιαν Έρστεντ ( 1777 –1851) Το 1820, ο Έρστεντ, παρατηρεί ότι το ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να κινήσει μια μαγνητική βελόνα. Γίνεται η πρώτη σύνδεση ηλεκτρισμού με μαγνητισμό και η πρώτη παρατήρηση ότι το ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να παράγει κίνηση.

9 Μάικλ Φαραντέι (1791 –1867) Έτσι φτάνουμε στο Η χρονιά της ανακάλυψης του τρόπου για την παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας. Φαραντέι. Άγγλος Φυσικός. Το 1831 μετά από πειράματα με τα πρωτόγονα μέσα της εποχής, διατυπώνει τον νόμο της επαγωγής , ο οποίος είναι η βασική αρχή λειτουργίας μέχρι σήμερα των μεγαλύτερων σταθμών παραγωγής ενέργειας. Αφήνοντας τα μαθηματικά και τα σύμβολα, η ουσία της παρατήρησης είναι : Αν ένας μαγνήτης κινηθεί μπροστά από ένα πηνίο, τότε στο πηνίο εμφανίζεται ηλεκτρική τάση, δηλαδή έχουμε μια κατασκευή που μετατρέπει την κίνηση σε ηλεκτρικό ρεύμα.

10 Ο παρακάτω σύνδεσμος σας παραπέμπει σε προσομοίωση του PHET.
Αφορά στον νόμο της Επαγωγής. Η προσομοίωση μπορεί να βρεθεί και στην ιστοσελίδα του ΕΚΦΕ Καστοριάς στο μενού ΦΥΣΙΚΗ/ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΙΣ Αν μετακινηθεί ο μαγνήτης, το πηνίο διαρρέεται με ρεύμα. Το ρεύμα υπάρχει όσο υπάρχει κίνηση. Λογικό με βάση την μετατροπή ενέργειας. Όσο υπάρχει διαθέσιμη κινητική ενέργεια, η κατασκευή αυτή την μετατρέπει σε ηλεκτρική. Στη σελίδα ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ αυξήστε τη ροή νερού στη βρύση. Περισσότερη κίνηση, περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια. Όλοι αναγνωρίζουμε στην διάταξη αυτή το δυναμό του ποδηλάτου ή του αυτοκινήτου.

11 Nicola Tesla (Τέσλα, ), Το 1881 άρχισε να λειτουργεί η πρώτη μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στην Αγγλία, με ισχύ 746 kW. Το Λονδίνο απέκτησε και τον πρώτο δημόσιο ηλεκτρικό φωτισμό. Η γεννήτρια ήταν μονοφασική της εταιρίας Siemens που παρείχε  250V/12Α με στροφές ανά λεπτό. Η ανάγκη για μεγαλύτερες ποσότητες ηλεκτρισμού οδήγησε σε κατασκευή μεγαλύτερων πηνίων και την αντικατάσταση των μαγνητών με ηλεκτρομαγνήτες Το 1885 ένας ιδιοφυής Σέρβος , μετανάστης στην Αμερική, ο Tesla , κατασκευάζει μία «μηχανή επαγωγής», μια επαναστατική επινόηση, η οποία έπαιξε αποφασιστικό ρόλο σε όλες τις μετέπειτα εφαρμογές.

12 Οι μηχανές επαγωγής , εναλλακτήρες, γίνονται όλο και μεγαλύτερες και
γύρω από αυτές κατασκευάζονται όλο και μεγαλύτεροι σταθμοί παραγωγής ενέργειας. ατμοηλεκτρικό

13 Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας
Αρχική μορφή ενέργειας Ηλεκτρική ενέργεια Α Ν Ε Μ Ο Σ Σε τί διαφέρει όμως ένας σταθμός από κάποιον άλλον; Στο ποια είναι η αρχική ενέργεια που θα γίνει κίνηση για να καταλήξει σε ηλεκτρική. Έτσι κάθε σταθμός κρύβει μέσα του έναν μεταλλάκτη. Παίρνει την κίνηση και την μετατρέπει σε ηλεκτρική ενέργεια. Αυτό είναι κοινό σε όλους τους σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.

14 ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ Έτσι, όταν η κίνηση του αέρα, ο άνεμος,
γίνεται η πηγή προέλευσης, έχουμε τις ανεμογεννήτριες.

15 Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας
Αρχική μορφή ενέργειας Ηλεκτρική ενέργεια Πτώση νερού ή νερό σε πίεση Θα μπορούσε η αρχική κίνηση να προέλθει από το νερό. Στην περίπτωση αυτή το εργοστάσιο εκμεταλλεύεται την ενέργεια πτώσης του νερού από έναν καταρράκτη ή την πίεση που ασκεί το νερό σε ένα φράγμα.

16 υδροηλεκτρικά εργοστάσια
υδροηλεκτρικά εργοστάσια  Ένα μεγάλο ποσοστό εργοστασίων παραγωγής ενέργειας εφαρμόζει την παρακάτω μετατροπή.

17 ΘΕΡΜΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΙ ΣΤΑΘΜΟΙ
Παραγωγή ατμού Ο ατμός με πίεση, θέτει σε κίνηση τις τουρμπίνες Λέβητας Καύσιμο Πετρέλαιο Λιγνίτης Πυρηνικό καύσιμο Με τον τρόπο αυτόν δουλεύει ο σταθμός παραγωγής στην Πτολεμαΐδα, στο Κερατσίνι, στη Φουκοσίμα και όλοι οι πυρηνικοί σταθμοί παραγωγής ενέργειας. Η διαφορά εδώ βρίσκεται στο καύσιμο. Το νερό θερμαίνεται σε σημείο βρασμού , ο παραγόμενος ατμός με πίεση πέφτει στις τουρμπίνες και τις θέτει σε κίνηση. Στη συνέχεια η κίνηση μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια.

18 Πετρέλαιο Λιγνίτης Πυρηνικό καύσιμο
Αυτό είναι ένα σκαρίφημα εργοστασίου παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας . Η πρωτογενής μορφή ενέργειας δίνει την θερμότητα. Η θερμότητα γίνεται κίνηση στις τουρμπίνες και η κίνηση ηλεκτρική ενέργεια.

19 Πετρέλαιο Λιγνίτης Πυρηνικό καύσιμο Πώς όμως είναι το πυρηνικό καύσιμο και πώς καίγεται;

20 Υδρογόνο Άνθρακας Οξυγόνο
Διοξείδιο του άνθρακα Νερό Οξυγόνο Αυτό είναι το άτομο. Στο σύμπαν υπάρχουν περίπου 130 διαφορετικά είδη ατόμων και αν υπολογίσουμε και τα ισότοπα ο αριθμός περίπου θα διπλασιαστεί. Ό,τι βλέπουμε γύρω μας, τα εκατομμύρια διαφορετικά υλικά, είναι αποτέλεσμα μιας διαφορετικής σύνθεσης ατόμων. Τα άτομα σε διαφορετική κατανομή παράγουν διαφορετικά υλικά. Η φράση αυτή ανήκει στην ατομική θεωρία του Δημόκριτου και είναι η βάση της Χημείας. Αυτός στο κέντρο του ατόμου είναι ο πυρήνας. Από αυτόν προέρχεται η πυρηνική ενέργεια

21 Απελευθέρωση ενέργειας Ε1-Ε2
Αρχική κατάσταση με ενέργεια Ε1 Απελευθέρωση ενέργειας Ε1-Ε2 Τελική κατάσταση με ενέργεια Ε2 Απελευθέρωση ενέργειας Ε2-Ε3 Το σύστημα καταλήγει σε χαμηλότερη ενέργεια και αρκεί να υπάρχει ο κατάλληλος μηχανισμός, για να εκμεταλλευτεί την προσφερόμενη ενέργεια. Με τον τρόπο αυτό ενεργούν πολλά φαινόμενα στη φύση. Μια μικρή προσφορά ενέργειας ελευθερώνει μεγαλύτερη ποσότητα , μεταφέροντας το σύστημα σε ενεργειακά χαμηλότερη στάθμη. Αυτός είναι ο μηχανισμός του καύσιμου. Σκεφτείτε ότι ένα σύστημα βρίσκεται σε μια κατάσταση όπως αυτή στην εικόνα. Έχει αποθηκευμένη ενέργεια, αλλά υπάρχει ένα μικρό εμπόδιο, ώστε αυτή η ενέργεια να είναι εγκλωβισμένη, όπως μια πέτρα σε ένα περίεργο βουνό. Χρειάζεται ένα μικρό έναυσμα, ώστε η ενέργεια να ελευθερωθεί.

22 Αρχική Κατάσταση Τελική Κατάσταση ΜΕΘΑΝΙΟ ΟΞΥΓΟΝΟ ΧΗΜΙΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ  ΑΝΑΔΙΑΤΑΞΗ ΤΩΝ ΑΤΟΜΩΝ ΚΑΥΣΗ  ΑΠΕΛΕΥΘΕΡΩΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (ΣΥΜΒΑΤΙΚΑ 10 ΜΟΝΑΔΕΣ) ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ  ΑΝΑΔΙΑΤΑΞΗ ΤΩΝ ΝΟΥΚΛΕΟΝΙΩΝ Το 1935 βρέθηκε ότι το μοντέλο αυτό μπορεί να εφαρμοστεί και σε επίπεδο πυρήνων. Δεν ισχύει σε όλους τους πυρήνες, όπως δεν ισχύει και σε όλες τις χημικές ενώσεις. Η ανακατάταξη των νουκλεονίων του πυρήνα σε κάποια υλικά αποδεσμεύει ενέργεια με μορφή θερμότητας. Η σχάση πυρήνα του ουρανίου παράγει εκατομμύρια φορές περισσότερη ενέργεια από την αντίστοιχη καύση ενός μορίου μεθανίου. Το ουράνιο στην περίπτωση αυτή ονομάζεται πυρηνικό καύσιμο. Όπως τα καυσαέρια της χημικής καύσης έχουν θερμότητα, έτσι και στο πυρηνικό καύσιμο , το ίδιο το υλικό, η ράβδος, που περιέχει ουράνιο θερμαίνεται και άρα μπορεί να θερμάνει και το νερό μετατρέποντάς το σε ατμό. Εδώ υπάρχουν εννέα άτομα που ενώνονται με κάποιον τρόπο. Σε πολλές περιπτώσεις μια μικρή προσφορά ενέργειας αναδιατάσσει τα άτομα σε νέο σχηματισμό, που είναι χαμηλότερης ενεργειακής κατάστασης. Με τον τρόπο αυτόν απελευθερώνεται τμήμα της αρχικής ενέργειας. Γίνεται καθημερινά στα σπίτια μας, όταν ανάβουμε το γκαζάκι και γίνεται αναδιάταξη των ατόμων στα μόρια του αερίου και του οξυγόνου της ατμόσφαιρας . Αυτό είναι μια χημική αντίδραση. ΣΧΑΣΗ  ΑΠΕΛΕΥΘΕΡΩΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (ΣΥΜΒΑΤΙΚΑ ΜΟΝΑΔΕΣ)

23 Καύσιμο λοιπόν είναι οτιδήποτε αντιδρά σύμφωνα με το μοντέλο αυτό.
 Αν κάποιος ισχυριστεί ότι βρήκε τρόπο να οδηγήσει το μόριο του νερού σε χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση, τότε θα έχει ως καύσιμο το νερό.

24 ΑΛΥΣΙΔΩΤΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ Πάντοτε όμως ένα τέτοιο σύστημα θα βρίσκεται δίπλα σε παρόμοια συστήματα. Αν ένα μικρό ποσοστό της ενέργειας που ελευθερώνεται γίνεται έναυσμα για τα γειτονικά συστήματα, τότε… εμφανίζεται μια αλυσιδωτή αντίδραση .

25 Αυτό συμβαίνει στους αντιδραστήρες.
Η διάσπαση ενός πυρήνα , γίνεται έναυσμα για τη διάσπαση άλλων.

26 τότε έχουμε μια ελεγχόμενη αντίδραση.
Και αν η αντίδραση προχωράει με αντιστοιχία ένα προς ένα, τότε έχουμε μια ελεγχόμενη αντίδραση. 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Ελεγχόμενη Πυρηνική Αντίδραση Πυρηνικός Αντιδραστήρας Αν η αντίδραση προχωράει με αντιστοιχία ένα προς τρία, τότε σε μικρό χρονικό διάστημα εμφανίζεται έκλυση τεράστιας ποσότητας ενέργειας και το σύστημα οδηγείται σε έκρηξη. 1 3 9 27 81 243 729 2187 Ανεξέλεγκτη Πυρηνική Αντίδραση Ατομική βόμβα

27 Ο παρακάτω σύνδεσμος σας παραπέμπει σε προσομοίωση του PHET.
Αφορά στη διάσπαση του Ουρανίου Η προσομοίωση μπορεί να βρεθεί και στην ιστοσελίδα του ΕΚΦΕ Καστοριάς στο μενού ΦΥΣΙΚΗ/ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΙΣ Παρατηρήστε τη σχάση του πυρήνα που γίνεται όταν αυτός ξεπεράσει το φράγμα. Έναυσμα είναι η ενσωμάτωση στον πυρήνα ενός νετρονίου. Κατά τη σχάση όμως ελευθερώνονται τρία νετρόνια που δημιουργούν σχάση σε τρείς νέους Πυρήνες. Έτσι, η διαδικασία προχωράει με γεωμετρική πρόοδο λόγου 3. Για την αλυσιδωτή αντίδραση προσθέστε πυρήνες U 235 (σχάσιμο) και όχι U 238 που είναι Ραδιενεργό και μη σχάσιμο. Δείτε τον πυρηνικό αντιδραστήρα και τις ράβδους ελέγχου.

28 Ο παρακάτω σύνδεσμος παραπέμπει σε απεικόνιση ενός πυρηνικού εργοστασίου
Παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. •Βίντεο για τη λειτουργιά πυρηνικού Αντιδραστήρα

29 Χρήσιμες Διευθύνσεις :
Μαθαίνοντας για τις ακτινοβολίες Μαθαίνοντας για τη ραδιενέργεια Λειτουργία πυρηνικού αντιδραστήρα Πυρηνική Ενέργεια

30 Ευχαριστώ ΕΚΦΕ ΚΑΣΤΟΡΙΑΣ Κακλαμάνος Ιωάννης Φυσικός