Vật Lý ứng dụng

- Hệ quả: + Thế năng của chất điểm m tại A: + Thế năng của chất điểm m tại B: - Tổng quát: thế năng của chất điểm m tại vị trí cách O một đoạn l - Nếu chọn mốc thế năng ở vô cùng thì: -

Câu 1:

- Trình bày lực hấp dẫn khối lượng:

- Mọi vật trong vũ trụ đều hút nhau với một lực gọi là lực hấp dẫn

- Hai vật có khối lượng M và m ở cách nhau 1 khoảng r sẽ hút nhau bởi 1 lực

có phương trùng với đường thẳng nối 2 chất điểm, có độ lớn tỉ lệ thuận với khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng

- Thí dụ: Trường hấp dẫn của quả đất chính là trọng trường của nó

• Bảo toàn Momen động lượng trong trường hấp dẫn

- Xét 1 chất điểm có khối lượng m chuyển động trong trường hấp dẫn do chất điểm có khối lượng M gây ra, M đặt tại điểm O Chọn O làm gốc tọa độ

- Áp dụng phương trình lực học vật rắn quay quanh 1 trục cố định ta có:

- Vì lực hướng vào O nên:

Khi 1 chất điểm m chuyển động trong trường hấp dẫn của 1 chất điểm M thì

Momen động lượng của chất điểm m là 1 đại lượng bảo toàn

- Hệ quả: Chất điểm m chuyển động trên 1 quỹ đạo phẳng, mặt phẳng quỹ đạocủa m vuông với Momen động lượng L ( có phương không đổi)

• Tính chất của trường hấp dẫn

- Xét 1 chất điểm có khối lượng m dưới tác dụng của lực hấp dẫn chuyển động từ điểm A đến B

- Công do lực F thực hiện khi làm chất điểm m chuyển dời từ A đến B

- Kết quả: Công của không phụ thuộc vào dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu A và điểm cuối B Trường hấp dẫn là một trường thế

- Hệ quả:

+ Thế năng của chất điểm m tại A:

+ Thế năng của chất điểm m tại B:

- Tổng quát: thế năng của chất điểm m tại vị trí cách O một đoạn l

- Nếu chọn mốc thế năng ở vô cùng thì:

- Vậy biểu thức tính thế năng hấp dẫn:

• Bảo toàn cơ năng trong trường hấp dẫn

- Vì trường hấp dẫn là một trường thế nên khi chất điểm m chuyển động trongtrường hấp dẫn thì cơ năng của chất điểm được bảo toàn

- Vận tốc vũ trụ:

- Vận tốc vũ trụ cấp I: Là vận tốc ban đầu cần thiết truyền cho viên đạn để viên đạn chuyển động đều xung quanh Trái Đất Khi đó lực hấp dẫn của TráiĐất tác dụng lên vật đóng vai trò là lực hướng tâm

Chú ý, gia tốc trọng trường g có thể được tính theo công thức định luật vạn vật hấp

+ Cơ năng của viên đạn tại vị trí ban đầu:

+ Cơ năng của viên đạn ở vô cùng:

+ Theo định luật bảo toàn cơ năng, ta có:

+ Vì 0 nên

+ Nếu bắn 1 viên đạn với vận tốc ban đầu thì xảy ra các trường hợp sau:

∗ : Viên đạn rơi trở lại Trái Đất

∗ : Viên đạn chuyển động tròn đều quanh Trái Đất

∗ : Viên đạn bay xung quanh với quỹ đạo elip

∗ : Viên thoát khỏi trường hấp đẫn của Trái Đất

Câu 2:

 Năng lượng gió

- Khái niệm: Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khíquyển Trái Đất Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời

- Sự hình thành gió:

- Bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng đều làm cho bầu khí quyển, nước và không khí nóng không đều nhau Một nửa bề mặt của Trái Đất, mặt ban đêm, bị che khuất không nhận được bức xạ của Mặt Trời

và thêm vào đó là bức xạ Mặt Trời ở các vùng gần xích đạo nhiều hơn là ở các cực, do đó có sự khác nhau về nhiệt độ và vì thế là khác nhau về áp suất

mà không khí giữa xích đạo và 2 cực cũng như không khí giữa mặt ban ngày

và mặt ban đêm của Trái Đất di động tạo thành gió

- Trái Đất xoay tròn cũng góp phần vào việc làm xoáy không khí và vì trục quay của Trái Đất nghiêng đi (so với mặt phẳng do quỹ đạo Trái Đất tạo thành khi quay quanh Mặt Trời) nên cũng tạo thành các dòng không khí theomùa

- Do bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Coriolis được tạo thành từ sự quay quanh trụccủa Trái Đất nên không khí đi từ vùng áp cao đến vùng áp thấp không

chuyển động thắng mà tạo thành các cơn gió xoáy có chiều xoáy khác nhau giữa Bắc bán cầu và Nam bán cầu Nếu nhìn từ vũ trụ thì trên Bắc bán cầu không khí di chuyển vào một vùng áp thấp ngược với chiều kim đồng hồ và

ra khỏi một vùng áp cao theo chiều kim đồng hồ Trên Nam bán cầu thì chiều hướng ngược lại

- Ngoài các yếu tố có tính toàn cầu trên gió cũng bị ảnh hưởng bởi địa hình tạitừng địa phương Do nước và đất có nhiệt dung khác nhau nên ban ngày đất nóng lên nhanh hơn nước, tạo nên khác biệt về áp suất và vì thế có gió thổi

từ biển hay hồ vào đất liền Vào ban đêm đất liền nguội đi nhanh hơn nước

và hiệu ứng này xảy ra theo chiều ngược lại

 Phân loại: Người ta thường phân biệt 3 loại gió chính:

- Gió geostrophic (hay còn gọi là gió toàn cầu: global wind): gây ra bởi sự chênh lệch về nhiệt độ và áp suất, thổi ở độ cao khoảng 1000 m so với mặt đất, không phụ thuộc nhiều vào bề mặt Trái Đất Đây chính là loại gió được đề cập ở trên Loại gió này không là nguồn năng lượng cho điệngió

- Gió bề mặt (surface wind): thổi trên mặt đất cho đến độ cao 100 m Loại gió này phụ thuộc mật thiết vào điều kiện mặt đất, địa hình (giảm vận tốcgió) Lưu ý là hướng gió thổi gần mặt đất khác rất xa hướng gió thổi trên cao (hướng gió geostrophic) Gió bề mặt là nguồn năng lượng chính yếu cho điện gió

- Gió địa phương (gió biển, gió bờ ): gió bề mặt phụ thuộc mật thiết vào điều kiện khí hậu tại địa phương Gió địa phương hầu hết được sử dụng

tại các hệ thống điện gió, đặc biệt là gió biển (sea breeze) và gió bờ (land breeze).

 Điện gió

 Cấu tạo của tuabin gió:

+ Blades (Cánh quạt): Gió thổi qua các cánh quạt làm nó chuyển động và quay.+ Rotor: Bao gồm cánh quạt và trục

+ Pitch (Bước răng): Cánh được xoay hoặc làm nghiêng một ít để giữ cho rotor quay với tốc độ hợp lý nhất nhằm đạt hiệt suất sinh điện cao nhất Nó bảo vệ cánh quạt và rotor trong điều kiện gió quá lớn

+ Blake (Phanh đĩa): Có thể áp dụng máy móc, điện, thủy lực để dừng rotor trong trường hợp khẩn cấp

+ Low – speen shaft (Trục tốc độ thấp): Rotor quay trục tốc độ thấp ở khoảng 30 đến 60 vòng trong một phút

+ Gear box (Hộp số): Kết nối các trục tốc độ thấp với trục tốc độ cao và tăng tốc

độ quay từ khoảng 30-60 vòng/phút lên tới 1000-1800 vòng/phút

+ Generator (Máy phát điện): Thông thường, một máy phát điện cảm ứng sản xuất

60 chu kỳ AC điện

+ Controller (Bộ điều khiển): Khởi động máy với tốc độ gió khoảng 8-16 dặm/giờ

và tắt máy lại khoảng 55 dặm/giờ Tuabin không hoạt động ở tốc độ gió ở trên khoảng 55 dặm/giờ vì nó có thể bị hư hỏng bởi những cơn gió bão

+ Anemometer (Máy đo gió): Bộ đo lường tốc độ gió và truyền dữ lệu tốc độ gió tới bộ điều khiển

+ Wind vane (Gió cánh): Để xử lý hướng gió và kiên lạc với các ổ đĩa Yaw để định hướng tuabin gió

+ Nacelle (Thùng máy bay): Thùng máy bay nằm trên đỉnh tháp và bao gồm hộp

số, trục thấp và tốc độ cao, máy phát điện, bộ điều khiển và phanh

+ High – speen shaft (Trục quay tốc độ cao): Ổ đĩa máy phát điện Là trục truyền động của máy phát ở tốc độ cao

+ Yaw drive (Ổ đĩa Yaw): Dùng để giữ cho rotor luôn luôn hướng về hướng gió chính khi có sự thay đổi hướng gió.

+ Yaw motor (Động cơ Yaw): Động cơ cung cấp cho “Yaw drive” định hướng được gió

+ Tower (Cột chống): Tower được làm từ thép ống, bê tông Hoặc lưới thép Bởi

vì tốc độ gió tăng lên với chiều cao, tháp cao cho phép tuabin dễ nắm bắt năng lượng hơn và tạo ra nhiều điện

 Nguyên lí hoạt động:

- Turbin luôn được định hướng về hướng gió chính

- Năng lượng của gió làm cho 2 hoặc 3 cánh quạt quay quanh 1 rotor Mà rotor được nối với trục chính và trục chính sẽ truyền động làm quay trục quay máy phát

để tạo ra điện

- Dòng điện sinh ra được hòa vào lưới điện hoặc nạp vào ắc quy

 Vị trí dặt tuabin:

- Vị trí tốt để đặt các turbin gió là ở các đồi cao, thoáng, hướng về phía biển

- Các turbin đặt thẳng hàng đối diện với hướng gió phải được đặt ra càng xa nhaucàng tốt để tránh hiện tượng nhiễu loạn khí phía sau turbin Thông thường tại các nông trại gió, các turbin được cách khoảng từ 5-9 lần đường kính rotors theo

phương đối diện với hướng gió, và từ khoảng cách 3-5 lần đường kính rotor theo phương vuông góc với hướng gió

- Cần tránh các vật cản như núi cao, nhà cao tầng

- Ngoài ra vị trí đặt turbin còn phụ thuộc vào một số yếu tố khác:

+Vị trí đặt trạm gió quá xa lưới điện sẽ không có giá trị kinh tế

+ Điều kiện nền đất phải thích hợp cho việc xây dựng nền móng của các tháp đỡ

+ Khả năng thương lượng để nhận được giấy phép khai triển điện gió từ chính quyền địa phương, quốc gia và khu vực

 Tác động của năng lượng gió đến đời sống kinh tế và xã hội:

- Những thuận lợi:

+ Không gây ô nhiễm không khí

+ Hiệu suất năng lượng cao, giá thành rẻ

+ Ảnh hưởng đến đất thâm canh không đáng kể, tận dụng được các đồi trọc

để xây dựng Tuabin gió

+ Là nguồn năng sạch và vô tận

- Những hạn chế:

+ Gây tiếng ồn lớn, giết hại chim chóc

+ Chi phí sản xuất lớn

+ Ảnh hưởng tới cảnh quan thiên nhiên

+ Nguồn năng lượng không ổn định

+ Làm nhiễu loạn sóng điện thoại, truyền hình

Câu 3: Tương tác điện từ

- Tương tác điện từ là tương tác giữa các hạt mang điện như electron, proton

- Lực điện từ là lực mà điện-từ trường tác dụng lên hạt mang điện tích

(chuyển động hay đứng yên)

- Theo biểu diễn cổ điển của lực điện từ, lực này gồm hai thành phần, do điện trường tạo ra (lực điện) và do từ trường tạo ra (lực từ)

- Theo quan điểm cổ điển cho rằng tương tác điện từ là do một số vật có tính chất đặc biệt Nguyên nhân mà “đá nam châm” hay “hổ phách” có thể hút các vật bỡi những viên đá này có chiếm giữ linh hồn hay có một thần lực nào bên trong các vật này Trong giai đoạn này những suy nghĩ duy tâm còn ảnh hưởng rất lớn đến các nhà triết học, còn có những quan điểm cho rằng hiện tượng lạ trong tự nhiên này lào do có bàn tay của chúa can thiệp

Câu 4:

 Trình bày cấu tạo của Trái Đất:

• Lớp vỏ Trái Đất

- Vỏ Trái Đất cấu tạo chủ yếu bằng những vật chất cứng rắn, độ dày dao động

từ 5 km (ở đại dương) đến 70 km (ở lục địa) Vỏ Trái Đất chỉ chiếm khoảng 15% về thể tích và khoảng 1% về trọng lượng của Trái Đất nhưng có vai trò rất quan trọng đối với thiên nhiên và đời sống con người

- Căn cứ vào sự khác nhau về thành phần cấu tạo, độ dày… vỏ Trái Đất lại chia thành hai kiểu chính: vỏ lục địa và vỏ đại dương

- Vỏ Trái Đất được cấu tạo bởi các tầng đá khác nhau.

- Trên cùng là tầng đá trầm tích do các vật liệu vụn, nhỏ bị nén chặt tạo thành.Tầng này không liên tục và có nơi mỏng nơi dày

- Tầng granit gồm các loại đá nhẹ tạo nên như đá granit và các loại đá có tính chất tương tự như đá granit… được hình thành do vật chất nóng chảy ở dưới sâu của vỏ Trái Đất đông đặc lại Lớp vỏ lục địa được cấu tạo chủ yếu bằng granit

- Tầng badan gồm các loại đá nặng hơn như đá badan và các loại đá có tính chất tương tự như đá badan… được hình thành do vật chất nóng chảy phun trào lên mặt đất rồi đông đặc lại Lớp vỏ đại dương cấu tạo chủ yếu bằng badan

• Lớp Manti

- Dưới vỏ Trái Đất cho tới độ sâu 2.900 km là lớp Manti (còn được gọi là bao Manti) Lớp này gồm hai tầng chính Càng vào sâu, nhiệt độ và áp suất càng lớn nên trạng thái vật chất của bao Manti có sự thay đổi, quánh dẻo ở tầng trên và rắn ở tầng dưới

- Vỏ Trái Đất và phần trên cùng của lớp Manti (đến độ sâu khoảng 100 km) vật chất ở trạng thái cứng, người ta thường gộp vào và gọi chung là thạch quyển Thạch quyển di chuyển trên một lớp mềm, quánh dẻo - quyển mềm của bao Manti, như các mảng nổi trên mặt nước

- Quyển mềm của bao Manti có ý nghĩa lớn đối với vỏ Trái Đất Đây là nơi tích tụ và tiêu hao nguồn năng lượng bên trong, sinh ra các hoạt động kiến tạo làm thay đổi cấu trúc bề mặt Trái Đất như hình thành những dạng địa hình khác nhau, các hiện tượng động đất, núi lửa…

 Sự chuyển động quay quanh trục của Trái Đất:

- Trái ĐẤt quay quanh trục tưởng tượng nối liền 2 cực Trái Đất và nghiêng 66’33” trên mặt phẳng quỹ đạo

- Trái Đất tự quay quanh trục theo hướng từ Tây sang Đông, ngược chiều kim đồng hồ.

- Thời gian tự quay quanh trục là 23h 56’04’’

- Vận tốc quay lớn nhất ở xích đạo và giảm dần về 2 cực

- Trái Đất quay quanh trục không đều đặn theo thời gian, tháng 8 nó quay nhanh và tháng 3-4 quay chậm nhất

 Sự chuyển động của Trái Đất quay quanh Mặt Trời

- Trái Đất quay quanh Mặt Trời theo quỹ đạo hình elip Trong khi chuyển động trục Trái Đất luôn nghiêng một góc 66’33” so với mặt phẳng quỹ đạo

- Quay theo hướng từ Tây sang Đông

- Thời gian Trái Đất chuyển động quay quanh Mặ Trời: 365 ngày và 6 giờ 58 phút 48 giây

- Trái Đất đến gần Mặt Trời vào ngày 3/1(điểm cận nhật) với khoảng cách 147km (vận tốc 30,3km/s), xa nhất vào ngày 5/7(điểm viễn nhật) với khoảngcách 152km (vận tốc 29,3km/s)

 Vai trò: vai trò to lớn của thủy năng đó là biến đổi thành điện năng thông qua các công trình thủy điện, có khả năng cung cấp vận hành linh hoạt nhất, đáp ứng hầu hết các nhu cầu cấp tốc khi dao động phụ tải điện năng

 Thủy điện;

 Khái niệm: Thủy điện là nguồn điện có được từ năng lượng nước

 Phân loại:

• Phân loại dựa trên phương thức phát điện:

1 Phương thức dựa vào dòng chảy tự nhiên

- Là phương thức sử dụng dòng chảy tự nhiên mà không dùng hồ đập để chứa nước Những nhà máy phát điện bằng phương pháp này hầu như đều có quy

mô nhỏ

2 Phương thức cân bằng hồ chứa

- Đây là phương thức phát điện dùng những con đập nhỏ để chặn dòng chảy của sông và tích nước Nhưng con đập này có tác dụng tích nước vào ban đêm và cuối tuần, khi lượng tiêu thụ điện thấp và điều chỉnh lưu lượng dòng nước phù hợp với nhu cầu phát điện Những nhà máy phát điện theo phương thức này thường điều chỉnh lượng nước theo chu kì ngắn 1 ngày hoặc vài ngày.

3 Phương thức dùng hồ chứa lớn

- So với phương thức cân bằng hồ chứa thì đây là phương thức sử dụng đập cóquy mô lớn để tích nước Vào ban ngày khi lượng thiêu thụ điện lớn, nước được cho chảy từ vùng cao của đập xuống vùng thấp để phát điện Vào ban đêm khi lượng tiêu thụ điện thấp, nguồn cung cấp từ nhiệt điện hay điện nguyên tử có thể đáp ứng nhu cầu thì tại thủy điện, nước sẽ được bơm ngượctrở lại vùng cao của đập để chuẩn bị phát điện cho ngày tiếp theo

• Phân loại dựa vào kết cấu

1 Phương thức tạo dòng chảy

- Đây là phương thức tạo đập nhỏ trên thượng nguồn và dẫn nước chảy vào Dòng nước sẽ được dẫn đến nơi có sự chênh lệch độ cao nhất định để phát điện

2 Phương thức dùng đập

- Là phương thức xây đập tại nơi có mặt cắt hẹp và cao của sông Nước sẽ được chặn lại và tạo thành hồ chứa nước nhân tạo Sau đó sử dụng sự chênh lệch độ cao để phát điện

3 Phương thức kết hợp tạo dòng chảy và dùng đập

- Đây là phương thức kết hợp cả 2 phương thức đã nêu ở trên Phương thức này vừa dùng đập để tích nước, vừa sử dụng sự chênh lệch độ cao lớn để phát điện Đây là phương thức phát huy tối đa được năng lượng dòng chảy

 Cấu tạo gồm: Đập, ống dẫn nước, Tuabin, máy phát điện, biến áp, đường dây điện, cống xả

 Nguyên lý hoạt động:

- Dưới tác dụng của trọng lực, nước đổ từ trên cao xuống thấp (thế năng) sẽ làm quay các lưỡi turbin.

- Các lưỡi turbin này được kết nối với một bộ máy phát điện

- Điện tạo ra từ các turbin quay được đưa qua trạm biến thế và kết nối vào mạng lưới phân phối điện

 Tác động của thủy điện:

- Lợi ích của thủy điện: Thúc đẩy các khả năng kinh tế, bảo tồn các hệ sinh thái, cung cấp một nguồn năng lượng sạch, góp phần vào phát triển bền vững, sử dụng nước đa mục tiêu, phát triển cơ sở hạ tầng và cải thiện công bằng xã hội, có vai trò chống lũ

- Ảnh hưởng bất lợi của thủy điện: Nhấn chìm rừng đầu nguồn, dòng chảy cạnkiệt, làm thay đổi dòng chảy, ngăn dòng trầm tích khiến nhiều bờ sông suy yếu và sụt đáy sông, hạn chế cấp nước cho các mục tiêu khác, thay đổi xấu chất lượng nước, một trong những nguyên nhân gây lũ lụt, chi phí đầu tư lớn

Câu 6:

 Cấu tạo của mặt trăng:

- Mặt Trăng có thể có một lõi rất nhỏ chỉ chiếm 1 đến 2 phần trăm khối lượng mặt trăng và đường kính khoảng 420 dặm (680 km) Có vẻ như phần lõi này cấu tạo chủ yếu từ sắt, nhưng cũng có thể có một lượng lớn lưu huỳnh và các nguyên tố khác

- Lớp vỏ đá bên ngoài của lõi dày khoảng 825 dặm (1,330 km) và có mật độ đá dàyđặc giàu sắt và magie Mắc-ma trong lớp vỏ lõi đi lên vùng bề mặt và phun trào trong suốt hơn một tỉ năm – bắt đầu từ ít nhất 4 tỉ năm trước và kết thúc cách đây chưa tới 3 tỉ năm

- Lớp vỏ phía trên có độ dày trung bình khoảng 42 dặm (70 km) Phần ngoài cùng của lớp vỏ phía trên bị bắn phá và trộn lẫn lung tung do các vụ va chạm lớn Khu vực đó đã giúp bảo vệ nguyên vẹn lớp vật chất nằm bên dưới khoảng 6 dặm (9,6 km)

- Về mặt địa hóa học cấu tạo của mặt Trăng gồm:

+ Lớp vỏ

+ Lớp phủ

+ Lới lõi

- Giải thích hiện tượng thủy triều:

Lực hấp dẫn của Mặt Trăng kéo Trái Đất gây nên sự lên xuống mực nước biển có thể dự đoán được được gọi là thủy triều Xét ở một vùng nhỏ hơn nhiều, thủy triều cũng xảy ra ở các hồ nước, không khí và trong lớp vỏ của Trái Đất

Triều lên khi nước phình ra, và triều xuống khi nước giảm xuống Triều lên xảy ra

ở khu vực gần Mặt Trăng nhất do lực hấp dẫn, và cũng xảy ra ở phần xa Mặt Trăngnhất do quán tính của nước Triều xuống xảy ra ở vùng giữa hai vùng triều lên này.Lực kéo của Mặt Trăng cũng làm Trái Đất quay chậm lại, một hiệu ứng được gọi làphanh thủy triều làm tăng thời gian một ngày lên 2,3 phần nghìn giây mỗi thế kỷ Năng lượng Trái Đất mất đi làm Mặt Trăng càng ngày càng cách xa Trái Đất – mỗinăm lại xa hơn 3,8 cm

∗ Cấu tạo chủ yếu bởi Hiđro và Heli ,gồm 2 lớp:

+ Sắc cầu: là lớp khí nằm sát mặt quang cầu, có độ dày trên 10000km và nhiệt

độ khoảng 4500K

+ Nhật hoa: Nằm ở ngoài cùng, có hình dạng không xác định, nhiệt độ khoảng

1 triệu độ, vật chất ở trạng thái ion hóa mạnh(trạng thái plasma)

- Nguồn gốc của năng lượng mặt trời: Năng lượng của Mặt Trời có nguồn gốc từ các phản ứng nhiệt hạch xảy ra trong lòng Mặt Trời

- Ứng dụng của năng lượng mặt trời:

Nấu ăn: Năng lượng mặt trời thu được qua các chảo thu nhiệt hình parabol sẽ được

sử dụng để nấu chín thức ăn với nhiệt độ rất cao Nồi chứa thức ăn được đặt giữa một bán cầu được tráng gương để phản xạ và tập trung tia mặt trời vào nồi chứa

Để duy trì nhiệt độ, người ta đặt một cái bao giữ nhiệt trong suốt bằng nylon bao quanh nồi chứa Chảo thu nhiệt cần phải thường xuyên điều chỉnh quay theo hướngmặt trời để thu được nhiều nắng nhất Ứng dụng này được sử dụng để nấu ăn với

số lượng lớn và được khai thác ở nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt là Trung Quốc

Xe điện, ô tô, máy bay, tàu thuyền chạy bằng pin mặt trời

Đèn giao thông, sạc điện thoại

Đồng hồ mặt trởi sử dụng một tia nắng mặt trời hoặc một chiếc bóng để chỉ thời gian Để làm đồng hồ, người ta khoét một lỗ nhỏ và cho ánh nắng đi qua, hoặc dựng một cây gậy có đầu nhọn để tạo bóng Mặt đồng hồ có thể là một mặt phẳng hoặc một bán cầu Việc tính toán trục dọc và phương ngang cũng như hướng

phương Bắc sẽ quyết định độ chính xác của đồng hồ

Sản xuất hyđro, khử trùng nước, sởi ấm, chiếu sáng và cung cấp điện năng

Câu 8:

 Một số nguồn năng lượng sạch hiện nay:

1 Pin nhiên liệu

Đây là kỹ thuật có thể cung cấp năng lượng cho con người mà không hề phát ra khíthải CO2 (các bon điôxít) hoặc những chất thải độc hại khác Một pin nhiên liệu tiêu biểu có thể sản sinh ra điện năng trực tiếp bởi phản ứng giữa hydro và ôxy Hydro có thể lấy từ nhiều nguồn như khí thiên nhiên, khí mêtan lấy từ chất thải sinh vật và do không bị đốt cháy nên chúng không có khí thải độc hại Đi đầu tronglĩnh vực này là Nhật Bản Quốc gia này sản xuất được nhiều nguồn pin nhiên liệu khác nhau, dùng cho xe phương tiện giao thông, cho ôtô hoặc cho cả các thiết bị dân dụng như điện thoại di động

2 Năng lượng mặt trời

Nhật Bản, Mỹ và một số quốc gia Tây Âu là những nơi đi đầu trong việc sử dụng nguồn năng lượng mặt trời rất sớm (từ những năm 50 ở thế kỷ trước) Tính đến

năm 2002, Nhật Bản đã sản xuất được khoảng 520.000 kW điện bằng pin mặt trời, với giá trung bình 800.000 Yên/kW, thấp hơn 10 lần so với cách đây trên một thập

kỷ Nếu một gia đình người Nhật 4 người tiêu thụ từ 3 đến 4 kW điện/mỗi giờ, thì

họ cần phải có diện tích từ 30-40 m2 mái nhà để lắp pin Nhật Bản phấn đấu đến năm 2010 sẽ sản xuất được hơn 8,2 triệu kW điện tử năng lượng mặt trời

3 Năng lượng từ đại dương

Đây là nguồn năng lượng vô cùng phong phú, nhất là quốc gia có diện tích biển lớn Sóng và thủy triều được sử dụng để quay các turbin phát điện Nguồn điện sảnxuất ra có thể dùng trực tiếp cho các thiết bị đang vận hành trên biển như hải đăng, phao, cầu cảng, hệ thống hoa tiêu dẫn đường v.v…

4 Năng lượng gió

Năng lượng gió được coi là nguồn năng lượng xanh vô cùng dồi dào, phong phú và

có ở mọi nơi Người ta có thể sử dụng sức gió để quay các turbin phát điện Ví dụ như ở Hà Lan hay ở Anh, Mỹ Riêng tại Nhật mới đây người ta còn sản xuất thành công một turbin gió siêu nhỏ, sản phẩm của hãng North Powen Turbin này có tên

là NP 103, sử dụng một bình phát điện dùng cho đèn xe đạp thắp sáng hoặc giải trí

có chiều dài cánh quạt là 20 cm, công suất điện là 3 W, đủ để thắp sáng một bóng đèn nhỏ

5 Dầu thực vật phế thải dùng để chạy xe

Dầu thực vật khi thải bỏ, nếu không được tận dụng sẽ gây lãng phí lớn và gây ô nhiễm môi trường Để khắc phục tình trạng này, tại Nhật có một công ty tên là Someya Shoten Group ở quận Sumida Tokyo đã tái chế các loại dầu này dùng làm

xà phòng, phân bón và dầu VDF (nhiên liệu diezel thực vật) VDF không có các chất thải ôxít lưu huỳnh, còn lượng khỏi đen thải ra chỉ bằng 1/3 so với các loại dầu truyền thống

6 Năng lượng từ tuyết

Hiệp hội nghiên cứu năng lượng thiên nhiên ở Bihai của Nhật đã thành công trong việc ứng dụng tuyết để làm lạnh các kho hàng và điều hòa không khí ở những tòa nhà khi thời tiết nóng bức Theo dự án này, tuyết được chứa trong các nhà kho để

giữ nhiệt độ kho từ 0oC đến 4oC Đây là mức nhiệt độ lý tưởng dùng để bảo quản nông sản vì vậy mà giảm được chi phí sản xuất và giảm giá thành sản phẩm.

7 Năng lượng từ sự lên men sinh học

Nguồn năng lượng này được tạo bởi sự lên men sinh học các đồ phế thải sinh hoạt Theo đó, người ta sẽ phân loại và đưa chúng vào những bể chứa để cho lên men nhằm tạo ra khí metan Khí đốt này sẽ làm cho động cơ hoạt động từ đó sản sinh rađiện năng Sau khi quá trình phân hủy hoàn tất, phần còn lại được sử dụng để làm phân bón

8 Nguồn năng lượng địa nhiệt

Đây là nguồn năng lượng nằm sâu dưới lòng những hòn đảo, núi lửa Nguồn năng lượng này có thể thu được bằng cách hút nước nóng từ hàng nghìn mét sâu dưới lòng đất để chạy turbin điện Tại Nhật Bản hiện nay có tới 17 nhà máy kiểu này, lớn nhất có nhà máy địa nhiệt Hatchobaru ở Oita Kyushu, công suất 110.000 kW

đủ điện năng cho 3.700 hộ gia đình

9 Khí Mêtan hydrate

Khí Mêtan hydrate được coi là nguồn năng lượng tiềm ẩn nằm sâu dưới lòng đất,

có màu trắng dạng như nước đá, là thủ phạm gây tắc đường ống dẫn khí và được người ta gọi là “nước đá có thể bốc cháy” Metan hydrate là một chất kết tinh bao gồm phân tử nước và metan, nó ổn định ở điều kiện nhiệt độ thấp và áp suất cao, phần lớn được tìm thấy bên dưới lớp băng vĩnh cửu và những tầng địa chất sâu bêndưới lòng đại dương và là nguồn nguyên liệu thay thế cho dầu lửa và than đá rất tốt

10 Thủy điện:

- Đã xuất hiện từ hơn 70 năm về trước đây, và đã là nguồn hy vọng cho nhân loại trong thời gian dài

- Các đập thủy điện được tiếp nối xây dựng ồ ạt

11 Năng lượng nguyên tử:

- Nguồn năng lượng khổng lồ, rẻ tiền, sạch

- Việc xây dựng và vận hành các lò phản ứng cần phải đảm bảo an toàn.

Câu 9: Năng lượng thủy triều

- K/n: Năng lượng thủy triều hay điện thủy triều là lượng điện thu được từ năng lượng chứa trong khối nước chuyển động do thủy triều Hiện nay một số nơi trên thế giới đã triển khai hệ thống máy phát điện sử dụng năng lượng thủy triều

- Cấu tạo và nguyên lí hoạt động máy phát điện thủy lực:

• Cấu tạo gồm :

+ System floats (hệ thống phao nổi)

+ Cables from other power Buoys (cáp từ phao điện khác)

+ Spar (cột)

+ Mounting plate column (tấm đỡ cột)

+ Cable to shore (cáp vào bờ)

+ Under sea substation (trạm biến áp dưới biển)

+ Turbine System (Hệ thống các Tuabin)

• Nguyên lí hoạt động:

- Hệ thống Limpet là một ví dụ điển hình về khai thác dạng năng lượng này Hệ thống hoạt động theo nguyên lý như sau:

+ Lúc thuỷ triều thấp: chu trình nạp

+ Thuỷ triều lên cao: chu trình nén

+ Thuỷ triều xuống thấp: chu trình xả, kết thúc và nạp cho chu kỳ tiếp theo.+ Sự thay đổi chiều cao cột nước làm quay tua bin tạo ra điện năng, mỗi máy Limpet có thể đạt từ 250 KW đến 500 KW Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã cố công biến năng lượng sóng thành năng lượng có ích Nhưng các con sóng quá phân tán, nên rất khó khai thác một cách kinh tế.Hiện nay đã có công

ty lắp đặt hệ thống thương mại trên thế giới sản xuất điện trực tiếp từ sóng biển

 Ưu – nhược điểm:

• Ưu điểm:

-Thân thiện với môi trường

-Nguồn nhiên liệu vô tận, miễn phí

-Năng lượng thủy triều khá ổn định vì thủy triều có thể được dự báo chính xác

• Nhược điểm:

- Không ổn định: hầu như tất cả các nguồn năng lượng tái tạo đều có

tính chất này, rất dễ nhận biết tính chất này của nguồn năng lượng

gió, năng lượng mặt trời, năng lượng sóng biển, năng lượng thủy

triều … và khó nhận biết hơn một chút ở nguồn năng lượng thủy

điện Chính vì vậy mà khi hoạch định chính sách phát triển năng

lượng quốc gia, không thể chỉ xây dựng trên các nguồn năng lượng

có tính ổn định kém này

- Mật độ năng lượng thấp: điều này cũng dễ nhận biết, quy mô, diện

tích chiếm đất, phạm vi ảnh hưởng của các dự án sử dụng năng

lượng tái tạo bao giờ cũng lớn hơn nhiều so với các nguồn năng

lượng truyền thống Trong khi đó công suất đặt và nhất là công suất

đảm bảo lại nhỏ

- Kỹ thuật khai thác phức tạp, đòi hỏi công nghệ cao: đây là đặc

điểm ứng với nguồn năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng

lượng sóng biển, năng lượng thủy triều

- Chi phí vận hành bảo dưỡng cao: vì công suất đơn vị của tổ máy

không cao, sản lượng điện thấp, khu vực lắp máy rộng … nên chi

phí vận hành tăng cao với đa số các nguồn năng lượng tái tạo

-Giá thành đắt, đòi hỏi lượng đầu tư lớn cho thiết bị và xây dựng

-Làm thay đổi điều kiện tự nhiên của một diện tích rất rộng

-Chỉ hoạt động được trong thời gian ngắn trong ngày

-Rất ít nơi trên thế giới có thể sử dụng được

Câu 10: Năng lượng địa nhiệt:

 K/n: Năng lượng địa nhiệt là năng lượng được tách ra từ nhiệt trong lòng Trái Đất

 Nguồn gốc: từ sự hình thành ban đầu của hành tinh, từ hoạt động phân hủy phóng

xạ của các khoáng vật, và từ năng lượng mặt trời được hấp thụ tại bề mặt Trái Đất.Chúng đã được sử dụng để nung và tắm kể từ thời La Mã cổ đại, nhưng ngày nay

nó được dùng để phát điện

 Phân loại nguồn địa nhiệt:

Có 4 loại nguồn địa nhiệt chính sau :

• Nguồn nước nóng :

Là nguồn nước bị nung nóng dưới áp suất cao , các nguồn hơi nước hay hỗn hợp của chúng ở trong các tầng đá xốp rỗ , hoặc ở trong các khe nứt gãy của đá , nó bị giữ lại bởi một lớp đá khác đặc kín và không thấm những nguồn nước nóng chất lượng cao là các nguồn chỉ chứa hơi nước có lẫn một ít nước hay chứa hoàn toàn hơi ở nhiệt độ cao hơn 240°C

• Nguồn áp suất địa nhiệt :

Là các nguồn chứa nước muối có nhiệt độ trung bình và chứa khí metan (CH4) hòa tan Các nguồn này bị vỏ Qủa Đất nén lại dưới áp suất rất cao dưới các tầng trầm tích sâu và bị bao bọc bởi các lớp đất sét và trầm tích không thấm nước Áp suất ở các nguồn này nằm trong khoảng từ 34MPa đến 140MPa và ở độ sâu từ 1500m đến 15000m Nhiệt độ của các nguồn áp suất địa nhiệt thường ở trong khoảng 90 đến 200°C

• Nguồn đá nóng khô :

Bao gồm các khối đá ở nhiệt độ cao , từ 90°C đến 650°C Các nguồn đá này có thể bị nứt gãy nên có thể chứa một ít hoặc không có nước nóng Để khai thác nguồn địa nhiệt này người ta khoan sâu đến tầng đá , tạo ra các nứt gãy nhân tạo , sau đó sử dụng một chất lỏng nào đó làm chất vận chuyển nhiệt bơm qua tầng đá

đã bị làm nứt gãy để thu nhiệt Tuy nhiên viêc khai thác năng lượng địa nhiệt từ các nguồn đá nóng khô rất khó khăn và hiệu quả kinh tế không cao so với việc khai thác các nguồn địa nhiệt khác

• Nguồn năng lượng địa nhiệt từ các núi lửa hoạt động và magma :